Стереоскопія (або 3D зображення) - це техніка для створення ілюзії глибини картинки за допомогою стереоскопічних засобів для бінокулярного зору. Слово "стереоскопія" походить від грецького στερεός (стереос), що означає "твердий, щільний" і σκοπέω (скопео), що означає "дивитись, бачити". Будь-яке стереоскопічне зображення називають стереограмою. Хоча спочатку стереограмою називали пару стерео зображень, які можна було розглядати, користуючись стереоскопом.

Більшість стереоскопічних методів полягають у демонстрації глядачу двох зміщених картинок окремо для лівого і правого ока. Ці двовимірні картинки потім накладаються одна на одну мозком і сприймаються ним як об'ємне зображення. Цей метод відрізняється від 3D дисплеїв, де зображення відображається у повних трьох вимірах, що дозволяє спостерігачу отримати більше інформації про тривимірні об'єкти, що демонструються головою та рухами очей.

Основи Стереоскопія створює ілюзію тривимірності двовимірних зображень. Людський зір, включно зі сприйняттям глибини, це складний процес, який тільки розпочинається отриманням візуальної інформації з допомогою очей. Значно більше опрацювання відбувається у мозку, коли він намагається отримати змістовний і розумовий сенс із ще сирої візуальної інформації. Одна з найважливіших візуальних функцій мозку, це його здатність інтерпретувати те, що бачать очі, при цьому оцінюючи відносні відстані від спостерігача до різних предметів і їх об'ємність. Мозок використовує певну опорну інформацію для визначення відносних відстаней і глибини зображення, включно з: Стереопсис Акомодація ока Перекриття одного об'єкта іншим Перекривання кута обзору об'єкта відомого розміру Лінійна перспектива (зближення паралельних меж) Вертикальна позиція (об'єкти, що знаходяться вище на зображенні зазвичай сприймаються як дальші) Затуманення, знебарвлення та перехід до синього Зміни розміру структурного візерунка деталі (Всі перечисленні вище пункти, за винятком двох перших, є присутніми у традиційних двовимірних зображеннях, таких як картини, фотографії і телебачення).

Стереоскопія - це створення за допомогою стереопсису ілюзії глибини на фотографії, у фільмі, чи на інших двовимірних зображеннях, демонструючи дещо різні картинки для кожного ока. Обидва зміщені 2D зображення накладаються у мозку одне на одне і сприймаються ним як 3D. Важливо зазначити, що оскільки усі точки зображення зосереджуються на одній площині, не зважаючи на глибину оригінального зображення, відповідно до акомодації фокус не збільшується, що робить ілюзію глибини неповною. Є два невластиві людському зору ефекти стереоскопії: перший невідповідність між конвергенцією і акомодацією, спричинена різницею між сприйняттям позиції об'єкта перед чи за екраном, і справжнім джерелом світла; і другий - можливі перехресні завади, спричинені недосконалим розділом зображення за допомогою деяких методів.

Попри те, що термін "3D" широко вживається, важливо зазначити, що представлення двоїстого 2D зображення помітно відрізняється від демонстрації повного тривимірного зображення. Найбільш помітна відмінність в тому, що у випадку "3D" рухи голови і очей спостерігача не дає більшої інформації про показаний тривимірний об'єкт. В той же час голографічні і об'ємні зображення не мають такого обмеження. Як і технології відтворення звуку не можуть відтворити тривимірний звук з допомогою лише двох стереофонічних динаміків, так і можливість двоїстого 2D бути "3D" є перебільшенням. Точний термін "стереоскопічний" є значно складнішим, ніж помилкова назва "3D", яка уже багато десятиліть неправильно вживається. Більшість стереоскопічних дисплеїв не кваліфікуються як 3D, попри це усі справжні 3D дисплеї є і стереоскопічними, які відповідають нижчому критерію.

Більшість 3D дисплеїв використовують стереоскопічний метод передачі зображення. У 1838 році сер Чарльз Вітстоун винашов цей метод. Його згодом вдосконалив сер Девід Брюстер, створивши портативний пристрій для демонстрації 3D зображень.

Вітстоун використовував свій стереоскоп (доволі громіздкий пристрій) для малюнків, оскільки фотографії були ще не доступними. Проте він передбачив у своїй праці розвиток методу реалістичного зображення:

"З метою демонстрації я використав лише контурні фігури, без тіней і кольорів, залучивши які, імовірно, ефект був би повним чи частковим відповідно до цих обставин, якщо залишити їх без розгляду, не залишається жодного сумніву, що повний ефект об'єму пов'язаний одночасним сприйняттям двох монокулярних проєкцій по одній на сітківку. Але якщо буде необхідно отримати найбільш правдоподібне відтворення реальних об'єктів, то для покращення ефекту необхідно буде правильно застосувати тіні і кольори. Художнику потрібно було б з особливою увагою малювати два компоненти картини таким чином, щоб її сприйняття глядачем ідеально відповідало представленому реальному об'єкту. Таким чином без помітної оку різниці з справжніми предметами могли б зображатися квіти, кристали, погруддя, вази і т.д."

Стереоскопія використовується у фотограмметрії, а також як розвага - створення стереограм. Стереоскопія корисна у відтворенні зображень отриманих з великих багатовимірних наборів даних, наприклад, таких, які утворюються за допомогою експериментальних даних. Фізик Теодор В. Іонеску у 1936 році запатентував спосіб 3D зображення для кіно та телебачення. Сучасна індустрія тривимірної зйомки використовує 3D-сканери, щоб визначити і записати тривимірну інформацію. Тривимірну інформацію можна відновити з двох зображень за допомогою комп'ютера, який ставить у правильній відповідності пікселі лівої і правої картинки. У сфері комп'ютерного зору розв'язання проблеми відповідності націлене на отримання змістовної інформації про об'єм з двох зображень.

Вимоги до зору Анатомічно є три рівні бінокулярного зору необхідні для сприйняття стерео зображень: Одночасне сприйняття Злиття (бінокулярний зір) Стереопсис Ці функції розвиваються у ранньому дитинстві. У деяких людей з косоокістю спостерігається порушення розвитку стереопсису, проте бінокулярний зір у таких випадках можна покращити ортоптичним лікуванням. Гострота стерео зору людини визначається як мінімальна невідповідність зображення, що робить його сприйняття об'ємним. Вважається, що близько 12% людей нездатні належно бачити 3D зображення через медичні причини. Згідно з іншим експериментом до 30%и людей мають дуже слабкий стереоскопічний зір, що не дозволяє їм сприймати об'ємність стерео зображень. Це позбавляє їх чи значно знижує їхню здатність сприймати стерео ефект занурення.

Парелельні стереопари Традиційна стереоскопічна зйомка, стереограма, - це створення 3D ілюзії за допомогою двох 2D зображень. Найпростішим способом покращення об'ємного сприйняття мозком одного й того ж самого об'єкта є забезпечення очі спостерігача двома різними зображеннями того ж об'єкта тільки у двох різних перспективах з мінімальним відхиленням або майже такими самими перспективами, які досягаються при звичайному бінокулярному баченню за природних умов.

Для уникнення надмірного напруження очей і деформації, кожна з двох 2D картинок має демонструватись глядачеві так, щоб об'єкт, що знаходиться на безмежній відстані сприймався ніби він прямо перед глядачем, тоді його очі не мають перетинатись чи розходитись. Коли на картинці зображений об'єкт на безмежно далекій відстані, наприклад горизонт чи хмара, то картинки мають бути розміщені відповідно ближче одна до одної.

Принциповою перевагою переглядача паралельних стереопар є те, що не знижується яскравість, що дозволяє переглядати зображення з дуже високою роздільною здатністю і з повним спектром кольорів, простота створення і майже не потребує додаткової обробки зображення. У деяких випадках не потрібно ніяких додаткових пристроїв чи оптичного спорядження, наприклад, коли стереопара виставлена для "вільного перегляду".

Основним недоліком переглядача паралельних стереопар є те, що демонстрація великих зображень непрактична і роздільна здатність обмежена. Оскільки вимірність зображення зростає, то чи апарат для перегляду чи сам спостерігач мають віддалитись за такою пропорцією, щоб картинка відображалось правильно. Наближення до зображення, щоб побачити більше деталей, можливе лише за допомогою відповідного спорядження, яке відрегульоване на необхідну різкість.

"Вільний перегляд" "Вільний перегляд" - це перегляд паралельних стереопар без використання спеціальних засобів перегляди.

Існує два методи "вільного перегляду": Метод паралельного перегляду полягає у тому, що зображення для лівого ока знаходиться з лівого боку, а для правого - з правого. Тривимірне зображення буде більшим і більш віддаленим, ніж дві фактичні картинки, таким чином переконливо імітуючи зображення реальних розмірів. Спостерігач намагається подивитись крізь картинку, при цьому його очі мають дивитись паралельно, так ніби спостерігаючи за реальним зображенням. Це може виявитись складним завдання, для людини з нормальним зором, адже тоді координується фокус ока і бінокулярна конвергенція. Один із підходів у такому випадку - це подивитись на пару зблизька, при цьому повністю розслабивши очі і не намагаючись сфокусуватись. Треба досягти стереоскопічного злиття двох розмитих картинок так званим "подивись крізь" способом, і тільки після цього можна спробувати сфокусуватись, щоб зображення стало чіткішим, при цьому за потреби збільшуючи відстань до зображення. Не зважаючи на спосіб, для зручного перегляду і стереоскопічної точності, розмір проміжку між картинками має бути такою, щоб відстань між відповідними точками найбільш віддалених об'єктів була рівна відстані між очима спостерігача. Середнє значення цієї відстані приблизно дорівнює 63 мм. Перегляд більш віддалених картинок теоретично можливий, проте він потребує попереднього тренування і може призвести до перенапруження очей. У випадку перехресного перегляду картинки для лівого і правого ока поміняються місцями, тобто, ліве око має дивитись на картинку, що знаходиться з правого боку, а праве на ту, що знаходиться з лівого боку. Тривимірне зображення видаватиметься меншим і ближчим за самі картинка пари, тому великі об'єкти зображені на стереопарі виявляться досить мініатюрними. Цей метод, зазвичай, є легшим для новачків. Для легшого досягнення утворення тривимірного зображення можна поставити палець під перетином картинок, тоді не відводячи від нього очей, наближати його до очей. На певній відстані тривимірне зображення має з'явитись якраз над пальцем. Як альтернативу можна використати листок паперу з маленькою диркою у ньому, скориставшись ним таким самим чином як описано вище, на певній відстані маленьке тривимірне зображення має поміститись у рамці з паперу. Деякі прихильники перехресного перегляду користуються призматичними ізольованими окулярами, які потребують нижчого рівня конвергенції і надають можливість перегляду великих зображень. Однак, будь-який засіб перегляду, що використовує призми, дзеркала чи лінзи для кращого злиття чи фокусу, - це просто один із видів стереоскопа.

Стереоскопічне злиття двох окремих зображень без допомоги дзеркал чи призм і при цьому підтримуючи постійний різкий фокус без підходящих лінз потребує неприродної акомодації ока. Простий перегляд паралельних стереопар без спеціальних засобів перегляду не може точно відтворити об'єм як у реальних об'єктів. У різних людей відрізняється рівень відрізняється рівень комфорту досягнення злиття та хорошого фокусу, також різними є і тенденції до перенапруження очей.

Автостереограма

Автостереограма - це стереограма з одним зображенням, спроектованим, щоб створити візуальну ілюзію тривимірної картинки з розширеного двовимірного зображення. Для того, щоб досягти 3D зображення, треба подолати зазвичай безумовну координацію фокусування.

Стереоскоп і стереографічні карти