Стереограмма и стереоизображения¶

Стереограмма — изображение или оптическая структура, при рассматривании которой у наблюдателя возникает ощущение объёмной, трёхмерной картины, хотя само изображение может быть плоским. Эффект основан на особенностях бинокулярного зрения человека: мозг вычисляет глубину сцены по небольшому горизонтальному смещению (параллаксу) между проекциями одного и того же объекта на сетчатках левого и правого глаза. Стереограммы делятся на две большие группы — истинно стереоскопические пары (стереопары), которые показывают каждому глазу отдельный кадр, и автостереограммы, где оба изображения закодированы в одной плоской картинке и разделяются самим наблюдателем за счёт изменения фокусировки или сведения глаз.

¶История

Предпосылки стереоскопии заложил Чарлз Уитстон, построивший в 1838 году зеркальный стереоскоп и показавший, что два слегка различающихся рисунка сливаются в объёмную сцену. В 1840-х годах Дэвид Брюстер усовершенствовал прибор, а массовое распространение стереопар началось после того, как Оливер Уэнделл Холмс предложил дешёвый ручной стереоскоп. В России стереоскопические снимки и аппаратуру для них изготавливали уже во второй половине XIX века; стереопары видов городов и достопримечательностей выпускались как массовая печатная продукция.

Принципиально иной тип стереограмм появился в 1959 году, когда Бела Юлеш описал метод кодирования глубины в случайном точечном узоре. В 1979 году Кристофер Тайлер независимо разработал и запатентовал «случайно-точечную» автостереограмму, а в 1990-х годах, с ростом вычислительной мощности, такие картинки стали массовым явлением в печати и на постерах.

¶Виды

• Стереопара — два кадра с горизонтальным сдвигом, снятые с базового расстояния, равного примерно расстоянию между зрачками (около 60–70 мм).
• Анаглиф — пара изображений, окрашенных в дополнительные цвета (обычно красно-голубой), которые разделяются цветными очками.
• Поляризационная стереограмма — два изображения с взаимно перпендикулярной поляризацией, разделяемые очками с поляроидами; применяется в кинотеатрах.
• Автостереограмма (случайно-точечная) — плоский узор, в котором глубина закодирована периодическим повторением фрагментов.
• Растровая (линзово-растровая) стереограмма — изображение под линзовым растром, показывающее разным углам зрения разные ракурсы.

¶Устройство и принцип действия

Основой служит горизонтальный параллакс. Если объект расположен ближе к наблюдателю, его проекции на левый и правый глаз смещены сильнее, чем у удалённого объекта. Мозг интерпретирует это смещение как разницу расстояний.

В автостереограмме каждый фрагмент узора повторяется с постоянным шагом. Когда глаза сходятся так, что соседние повторы попадают на корреспондирующие точки сетчаток, возникает иллюзия глубины. Величина шага задаёт «глубину» сцены: чем меньше сдвиг между соседними повторами, тем ближе кажется закодированный объект. Для просмотра используют два приёма — параллельное сведение (взгляд «сквозь» картинку) и перекрёстное сведение (глаза сходятся перед плоскостью изображения).

¶Применение

• Стереофотография и стереокино — от исторических стереоскопов до современных 3D-кинотеатров.
• Медицинская визуализация — стереоскопические микроскопы и системы для хирургии.
• Картография и геодезия — построение рельефа по стереопарам аэрофотоснимков.
• Промышленность и робототехника — стереозрение для оценки расстояний и распознавания объектов.
• Развлечения и реклама — автостереограммы на постерах, упаковке, в печатных изданиях.

¶Восприятие и ограничения

Способность видеть автостереограммы не универсальна: часть людей испытывает затруднения из-за особенностей аккомодации и конвергенции, а при нарушениях бинокулярного зрения (косоглазие, амблиопия) эффект может не возникать вовсе. Длительное рассматривание иногда вызывает утомление глаз, головную боль и напряжение. Качество стереоэффекта зависит от точности изготовления: погрешности шага узора или цветопередачи разрушают иллюзию.

¶Интересные факты

• Слово «стереограмма» иногда ошибочно относят только к автостереограммам, тогда как исторически оно обозначало любую стереопару.
• В случайно-точечных стереограммах Юлеша и Тайлера скрытый объект неразличим, пока глаза не сведутся нужным образом.
• В России стереоскопические снимки и приборы для их просмотра демонстрировались на выставках уже в конце XIX века.

Источники: Уитстон Ч. «Contributions to the Physiology of Vision»; Юлеш Б. «Binocular depth perception of computer-generated patterns»; Тайлер К. патент на случайно-точечную автостереограмму; обзорные материалы по стереоскопии и физиологии зрения.