立體攝影誕生于170年前，曾經(jīng)流行一時之后又淡出人們的視野，隨著數(shù)碼技術(shù)的應用，立體攝影技術(shù)獲得了新的生命， 3D電影《阿凡達》的熱映，使得立體攝影再一次煥發(fā)青春，并引發(fā)了廣大攝影愛好者拍攝制作立體照片的熱潮，本文將系統(tǒng)地介紹數(shù)碼化立體攝影的相關(guān)技術(shù)，以及如果使用立體攝影技術(shù)獲取最佳的立體效果。

一、從平面到立體的奧秘：立體攝影的原理

人通過左右眼觀看同樣的對象，兩眼所看的角度不同，左眼看到物體的左側(cè)面較多，右眼看到物體的右側(cè)面較多，從而在視網(wǎng)膜上形成不完全相同的影像，經(jīng)過大腦綜合分析以后就能區(qū)分物體的前后、遠近，從而產(chǎn)生立體視覺，并且能判斷物體的遠近。

立體攝影的原理就是用兩個鏡頭，像人的眼睛一樣，從兩個不同角度同時拍攝，在放映時通過技術(shù)手段的控制，使人左眼看到的是從左視角拍攝的畫面、右眼看到的是從右視角拍攝的畫面，從而獲得立體效果，使觀眾看到的影像好像有的在照片后面，有的脫框而出，并且似乎觸手可及，給人以強烈地身臨其境的逼真感。

二、分離影像：立體影像的觀看技術(shù)

為了達到使左眼只看到左機畫面、右眼只看到右機畫面的目的，目前已出現(xiàn)多種技術(shù)手段，分別介紹如下：

1.偏振眼鏡及液晶快門眼鏡技術(shù)：

偏振光光分法是在影院中普遍采用的手段。從兩架放映機射出的光，通過偏振片后轉(zhuǎn)換成偏振光。而且左右兩投影機前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。兩束偏振光投射到金屬銀幕上再反射到觀眾處，偏振光方向不改變。觀眾用偏振眼鏡觀看，每只眼睛只看到相應的偏振光圖象，即左眼只能看到左機放映的畫面，右眼只能看到右機放映的畫面，這樣就會像直接觀看那樣產(chǎn)生立體感覺。這時如果用眼睛直接觀看，看到的畫面是模糊不清的。

時分法是NVIDIA現(xiàn)在主推的一項應用，需要顯示器或投影機和液晶快門眼鏡的配合來實現(xiàn)3D立體效果。時分法需要顯示器或投影機能夠達到120Hz的刷新頻率，也就是能夠使畫面每秒刷新120次，液晶快門眼鏡將會根據(jù)顯卡輸出的同步指令將其中60次刷新用于左眼畫面的顯示，此時右眼處于遮擋狀態(tài)，而與之交替刷新的另外60次刷新用于右眼畫面的顯示，此時左眼處于遮擋狀態(tài)，這樣就可以使左右眼分別看到不同的畫面，達到立體成像的效果。這種立體眼鏡兩個鏡片都采用電子控制，構(gòu)造最為復雜，成本也較高。

偏振眼鏡的成本非常低，樣式簡單的偏振眼鏡僅需要幾元錢，但如果使用液晶偏振顯示器的話分辨率會降低一半，液晶快門眼鏡成本較高，往往需要幾百上千元，有效分辨率不會降低，但是其閃爍的特性往往會使人的眼睛容易感覺到疲勞。

以上兩種方式多用于立體電影的觀看，但也能用其觀看立體攝影作品。

此外，一些高端投影機采用偏振與時分的結(jié)合技術(shù)實現(xiàn)單機偏振立體投影，如LG推出的全高清3D立體顯示投影機CF3D就是這樣的產(chǎn)品。

2.觀屏鏡及立體觀片器技術(shù)：

觀屏鏡是一種專用于觀看呈現(xiàn)在計算機屏幕上的左右并列立體圖片對的設備，使用者通過調(diào)節(jié)可以使得左右眼分別只能看到左右兩幅圖片。相比于其他技術(shù)，影像的光線沒有任何損失，因而畫面會非常清晰。圖片左右并列將導致顯示載體的有效分辨率折半，即影像最大只能是屏幕的一半大小。

立體觀片器的原理與觀屏鏡類似，但是它是將左右并列立體圖片對印制出來放在片夾里，并且通過前面的兩個鏡片使左右眼分別只看到左右影像，從而實現(xiàn)立體效果，它的最大優(yōu)點在于無需電子設備，也不需要電，實際上這也是立體攝影誕生初期最流行的立體攝影觀看技術(shù)。

立體觀片器與觀屏鏡的共同優(yōu)點是畫面清晰，立體效果好，缺點則在于畫面利用率低，相當于損失了一半的分辨率。

觀屏鏡、立體圖片觀片器

3.裸眼看立體圖片：

1）將一副左右并列立體圖片對正對雙眼。

2）左眼盯著左邊的圖，右眼盯著右邊的圖。

3）慢慢調(diào)適雙眼，使左右圖重疊，影像將在調(diào)適的過程中由2個變成3個。

4）這個時候在中間的重合影像就是立體效果。

注意視線的焦點不要盯到屏幕上去，而是盯到半空中，也就是所謂的斗雞眼。

左右并列立體照片：桂林溶洞。 張燕翔  攝

4.互補色分色技術(shù)：

互補色分色技術(shù)是一種建立在數(shù)碼影像處理基礎之上的3D立體成像技術(shù)，有紅藍、紅綠、藍棕等多種模式。分色法會將兩個不同視角上拍攝的影像分別以兩種不同的顏色印制在同一幅畫面中，這樣僅憑肉眼觀看模糊而雜亂的重影畫面，通過紅藍立體眼鏡等卻能將左右視覺的畫面分離開來分別呈現(xiàn)在左右眼中。

分色技術(shù)原理

紅藍立體眼鏡、紅綠立體眼鏡、藍棕立體眼鏡

以紅藍眼鏡為例，紅色鏡片下只能看到紅色的影像，藍色鏡片只能看到藍色的影像，兩只眼睛看到的不同影像在大腦中重疊呈現(xiàn)出3D立體效果。

優(yōu)點：眼鏡價格低廉。

缺點：兩眼存在色差，使得色覺不平衡，容易疲勞，而且色盲、色弱群體無法使用。

5.光柵技術(shù)與裸眼立體顯示器：

光柵技術(shù)讓我們用裸眼欣賞立體畫面，為我們告別“眼鏡時代”提供了可能。這種技術(shù)是將由無數(shù)個細小柱狀透鏡條構(gòu)成的光柵材料直接貼在畫面上，畫面中彼此錯開的影像會經(jīng)過柱狀透鏡聚焦在左右眼中，呈現(xiàn)出立體畫面。但是它的清晰度遜于前面所介紹的幾種技術(shù)，所以“眼鏡時代”還沒有結(jié)束。由于可以裸眼觀看的優(yōu)勢，多用于商業(yè)廣告宣傳和產(chǎn)品展示。為了制作光柵立體照片，我們往往需要使用多鏡頭照相機，這種照相機一次可以拍攝多張照片用于光柵影像的制作。使用光柵技術(shù)實現(xiàn)的立體影像的清晰度和立體影像的分辨率密切相關(guān)，分辨率越高，清晰度越高，但價格也越高。

目前裸眼立體顯示器多數(shù)使用光柵技術(shù)或者視差障壁技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)碼影像的裸眼立體觀看。

三、雙眼的延伸：立體攝影的相關(guān)理論

前面提過，立體影像的拍攝實際上是對人眼成像原理的模擬，用兩個鏡頭分別拍攝左右眼觀看的影像，這兩個鏡頭就好像是雙眼的延伸。為了更好的模擬雙眼的觀看效果，我們可以選擇專門的立體相機，也可以使用兩臺相同的相機組合拍攝，但是無論采用何種方式，為了拍攝出的畫面有更好的立體效果，我們首先需要了解如下的理論。

1.拍攝可視點：12度夾角原理

據(jù)統(tǒng)計，亞洲人的雙瞳距平均為65mm（歐美人的雙瞳距平均為58mm），人們在觀看與眼睛距離為0.3米的物體時，立體感最強，因為此時雙眼所看到的物體表面最多，此時的雙眼視線夾角為12度，這就是12度夾角原理。當然如果這個夾角小于12度，也能夠產(chǎn)生立體感，只是隨著物體與眼睛間距變遠，夾角變小，立體感會變?nèi)?，反之，如果夾角大于12度，則大腦反而不能將左右畫面判斷為同一物體，產(chǎn)生不舒服的感覺。

在實際拍攝時，我們往往需要根據(jù)被拍攝物與鏡頭之間的距離來調(diào)節(jié)兩個相機間的距離，以接近12度夾角，但是不能超過12度。另外相機焦距的變化，使得相機的視角也會隨之變化，這給把握好相機間的距離增加了難度。

2.拍攝可視范圍：多景深機距計算公式

然而，我們拍攝的對象往往不是單一物體的可視點，而是具有不同景深的多個物體的可視范圍，根據(jù)經(jīng)驗，不同景深的物體越多，整體的立體效果就越好。但此時僅僅考慮12度夾角原理就不夠用了，為了估算出拍攝多景深立體影像時兩相機間的距離，就需要用新的公式。立體影像的成像區(qū)域不宜太大，一般情況下，立體成像有效區(qū)域在目標距離的1/2—2/3之間比較合適，超出有效成像區(qū)域之外的影像往往會給眼睛帶來不適感。（見下圖）

上圖中，Lcamera表示兩個鏡頭軸線之間的距離，LMax是可視范圍中最遠處距離相機成像平面的距離，LMin是可視范圍中最近處距離相機成像平面的距離，并且假設鏡頭的焦距為f、相同物體在左右兩機成的像在重疊之后的最大距離為k的話，則有：

借助上述公式，我們可以根據(jù)可視范圍的最遠處、最近處與鏡頭的距離，結(jié)合鏡頭的焦距以及適當?shù)膋值，來對兩機之間的合理距離進行估算，這樣便可以獲得逼真自然的立體效果。

從上述公式中，我們可以直觀地得出：

鏡頭的焦距越大，兩鏡頭間的距離應該越小，反之，則越大；被拍攝的可視范圍整體越遠，兩相機間的距離應該越大，反之，則越小。所以，一般拍人像時兩鏡頭就需要緊密地靠在一起，如果拍攝的主體是遠方的風景，兩鏡頭就得分開得遠一些。

k值與影像最終的呈現(xiàn)尺寸及其與眼睛的距離有關(guān)，成正比關(guān)系， k越大，立體感會越強，但同時有可能使人感到漲眼、不適。

四、立體攝影設備及拍攝

目前立體照片的拍攝主要有以下幾種方法：雙機同步拍攝、單機位移拍攝、使用專用立體相機、普通單反（數(shù)碼）相機配合專用立體鏡頭、深度影像置換立體攝影技術(shù)。

1.單機位移拍攝、雙機同步拍攝及注意事項：

對于靜物來說可以用一個相機完成立體拍攝。雙機拍攝一般使用雙機云臺將兩個相機固定在一起使用快門同步裝置實現(xiàn)同步拍攝。使用雙機進行立體照片的同步拍攝最大的優(yōu)勢在于雙機間距可調(diào)，因此靈活多變，適應性強，能夠適合多種情形的拍攝。雙機拍攝同時由于需要拍攝者自制拍攝裝置，因此需要注意以下事項：

1）為了保證雙機參數(shù)相同，最好是選擇相同型號的機器進行拍攝，除此之外，還可以使用單機結(jié)合云臺或者純粹手動的方法，先用公式計算出兩相機鏡頭軸線的距離，用相機在云臺上平移拍攝兩次，單機位移的拍攝方法適合于靜物的拍攝。

2）雙機要在同一水平線上，并且兩個鏡頭要保持平行，拍攝時一定要用三腳架，不宜手持拍攝，因為一點點的搖晃就會導致相機無法保持在水平線，這種情況下拍攝出來的照片在后期合成立體影像時會很麻煩，有的相機如佳能7D等內(nèi)置電子水平儀功能就很方便。

3）拍攝運動物體時，要先半按快門，進行對焦，然后釋放，并且適合于選用對焦速度快的機器，否則容易導致兩個相機沒有在相同時刻釋放快門而產(chǎn)生鬼影。

2.使用一體化的雙鏡頭立體相機拍攝

專用的立體相機都具有左右兩個鏡頭，用于捕獲左右畫面。有一些廠商生產(chǎn)的使用膠片的立體相機，如3Dworld、Holga等，它們每次拍攝使用兩張膠片分別記錄左右畫面，而富士則推出的數(shù)碼立體相機W3則可以直接獲取數(shù)碼化的立體照片。使用這類立體相機進行拍攝最大的好處在于使用操作簡易方便，每次拍攝即可獲取左右畫面，但由于鏡頭間距是固定的，往往只適合于拍攝較近的景物。

3.普通單反(數(shù)碼)相機配合專用立體鏡頭

英國的Loreo公司生產(chǎn)了幾種適合于單反相機使用的專用立體攝影鏡頭，將這種鏡頭安裝到單反相機上即可用于立體照片的拍攝，Loreo鏡頭是手動對焦方式，光圈也比較小。而松下也為其DMC-GH2可換鏡頭數(shù)碼相機推出了一款專用立體鏡頭。

這種鏡頭的左右鏡間距是固定的，往往只適合于拍攝較近的景物，它在拍攝時將左右畫面并排成像在一張膠片或感光器平面上，因此實際上的畫面的利用率降低了一半，同時由于左右畫面的交界處有一個模糊的區(qū)域，實際畫面利用率還不到一半，因此有一定的局限性，當然將其安裝到數(shù)碼單反上拍攝近景還是比較方便的。

松下立體鏡頭、Loreo微距立體鏡頭

Loreo全畫幅立體鏡頭、Loreo APS畫幅立體鏡頭

4.深度影像置換立體攝影技術(shù)

深度影像是一種反映對象與鏡頭距離遠近的一種灰度圖，它以亮色表示距離鏡頭較近，以深色表示距離鏡頭較遠，由于它可以直觀地反映遠近關(guān)系，因此可以通過使用深度影像對原圖進行置換產(chǎn)生左右影像。深度影像置換產(chǎn)生左右眼影像的方法常被用于將平面圖片轉(zhuǎn)換為立體畫，只是對于普通平面圖片尤其繪畫作品來說，深度影像完全只能靠創(chuàng)作者自己憑感覺進行描繪，對于生物體而言有時可以使用Photoshop里面的“液化”濾鏡進行模擬右眼透視效果的調(diào)整。（見下面三圖）

對甲龍形象繪制的深度影像，以及基于深度影像對原圖進行置換得到的左右影像

五、合二為一：立體影像的合成

1.互補色分色式立體影像的制作

在我們拍攝得到左右兩個影像后，接下來就可以將它們合成為立體影像，一個簡單易用的免費合成軟件是Anaglyphmaker。用它打開的左右影像會出現(xiàn)在軟件界面的左上角，而下面則是左右影像進行合成的位置疊加關(guān)系選項列表，我們選擇選項“Anaglyph Color  (Red — Cyan)”，這時畫面變成紅藍分色效果。這時預覽窗口中恐龍有明顯的紅藍重影，但有時紅藍重影太多影響效果，為了減少重影，使畫面主體的色彩看起來比較舒服，可以調(diào)整軟件界面下方的左右按鈕“R”、“L”和上下按鈕“U”、“D”，將重影減到最少，然后輸出，執(zhí)行“Save 3D Image”菜單，選擇“3D Image”模式保存輸出結(jié)果，然后就可以使用紅藍立體眼鏡觀看。如果拍攝時左右影像不在一水平線上則需要在Photoshop里旋轉(zhuǎn)對齊。

2.并列圖對立體影像的制作

制作這種立體影像時可以先在軟件Photoshop里將左右兩張影像上的被攝物體基本對齊，并裁切為相同尺寸（或者使用Anaglyphmaker調(diào)整好左右圖片，然后執(zhí)行“Save 3D Image”菜單，選擇“Fixed 2 Images”模式輸出影像對），左右并排然后保存。觀看的時候可以使用觀屏鏡來直接觀看或打印出來放在立體觀片器里看，也可以裸眼觀看。