立體影像技術探討

1838 年由物理學者惠斯登（Charles Wheatstone）發明立體視鏡，讓同一個 物體從不同的兩個方向所得到的兩張影像，利用兩個反射鏡，讓兩張影像分別由 為日本學者 Okoshi 所提出（Okoshi, 1980）。他提出十條線索能讓觀看者能感受 到深度感，其中又可區分為心理線索(Psychological Cues)、生理線索(Physiological Cues)。心理線索常使用在一般的二維平面影像，如一般的螢幕所播放的 3D 動

性降低的現象，因而感覺到建築物其距離的遠近，稱之為直線透視。

圖 2-7 直線透視與質地漸變

圖片來源：http://etdncku.lib.ncku.edu.tw/ETD-db/ETD-search-c/view

3. 濃淡透視(Aerial Perspective)：由於眼睛看近的物體比較清楚，而遠方 的物體呈較模糊，因此二維的影像常藉由模糊的雲朵與清晰的景物 如建築物來呈現物體的遠近。

4. 重疊(Overlapping)：利用影像重疊的手法，較近的物體總是遮住距離較 遠的物體。

5. 光的明暗與陰影(Shades and Shadows)：人們知道陰影即為光線的反 向，因此藉以判斷方向，陰影是深度感中重要的心理線索之一。

6. 質地的漸變(Texture Gradient)：質地的漸變可說是直線透視中的一

種。如圖 2-7 中，人行道上的磚塊，藉由疏密的排列來呈現遠近的效果。

由於人類雙眼間有著 6.5mm 左右的距離（陳昭遠，2005），使得左右眼視網 膜能接收到不同的二維影像資訊。資訊透過視神經傳輸至大腦判別後，人進而對 該物體產生遠近距離的深度感。此外，在觀看三度空間的物體時，人們的眼光角

（Convergence）與水晶體調節（Accommodation）扮演著關鍵之角色。當眼睛凝

視著物體的固定一點時，其光線則會透過雙眼的水晶體，聚焦在雙眼的視網膜中 心，因此成像於視網膜其他位置的影像，則會根據視網膜中心判斷其相對的位置 關係。然而，並非所有異於固定點的光線都會聚焦在視網膜的正確相對位置，這 種效應便會產生「雙眼視差」（Binocular Parallax）。

如圖 2-8 所示，假設我們觀看的固定點為 M，雙眼水晶體的中心為 O1及 O2， 而直線 MO1與 MO2的延長線交點 m1與 m2，分別為雙眼的視網膜中心，透過簡 單的幾何概念可發現，空間中的 P 點落於視網膜上的位置為 P1及 P2，則其正確 相對位置關係方程式（2-1）。

圖 2-8 雙眼視界示意圖

圖片來源：http://etdncku.lib.ncku.edu.tw/ETD-db/ETD-search-c/view

∠P₁O1m1=∠P2O2m2 （2-1）

經簡單的幾何證明，可以得知 P、O1及 O2可形成一個圓，而就影像 P 點而 言，成像於上述的 P1和 P2的相對位置，雙眼感覺不到視差，因此可以發現只要 落在圓上的點，皆不會有雙眼視差的產生，因此可將此軌跡定義為雙眼視界

（Horopter）（Okoshi, 1980）。然而對於不在軌跡上的點，如圖中的 Q 點，則不 會聚焦於雙眼視網膜正確的相對位置，因此便能感受到雙眼視差所造成的深度及 同的圖分別讓左右眼觀看，來產生立體影像。1853 年由 Joseph D'Almeida 所發明 的紅藍眼鏡（Anaglyphs），利用顏色過濾的原理，將紅色鏡片隔絕藍色的光波，

藍色鏡片阻礙紅色的光波，即可造成兩眼個別觀看的像差，產生 3D 圖像。隨著 時 代 的 演 進 陸 續 開 發 出 ： 偏 光 眼 鏡 （ Polarizer Glasses ）、 機 械 快 門 式 眼 鏡

（Mechanical Shutter Glasses）、液晶快門式眼鏡（LC Shutter Glasses）、頭盔式顯 示器（Head Mount Display）等方法來觀看 3D 立體的影像，以上皆為雙眼視差 的原理，來顯示 3D 影像。但是這些立體影像皆需配戴特殊儀器才能顯現，不符 合人類自然視覺，所以近年來科學家也逐漸研發出裸眼式的立體影像顯示，其分 類如圖 2-9 所示(Lipton, 2012)、（許精益、黃乙白，2007）。

圖 2-9 3D 影像顯示技術分類圖

圖片來源：http://www.ieo.nctu.edu.tw/comm1/viewtopic.php?CID=46&Topic

（一）

表 2-1 3D 立體影像技術比較圖

立體鏡（Stereoscope） 利用兩張具有像差的圖像同時 呈現或一前一後出現在同一個

（Shutter glasses）

將影像分為奇數影像設定為右 mounted display）

直接在頭盔裡的眼鏡上安裝兩

立體影像技術 成像視覺原理 立體影像特徵

全像式（holographic） 由麻省理工學院研發，將雷射 光分為兩道光束，藉由光路設