Computer vision techniques for 3DTV

課程 : 專題講座
日期 : 2011.10.28
時間 : 14:00 ~ 15:30
地點 : S516
作者 : 資工產碩(一) — 00366511吳家隆
講者 : 清華大學資訊工程系賴尚宏教授

3D電影早已不是什麽稀罕事，而且還因此衍生出了形形色色的3D產品，什麽3D電視機、3D投影儀、3D照相機、3D手機……五花八門，琳瑯滿目，的確，3D立體效果讓我們感受到了顛覆傳統、突破性的觀影體驗那種強烈的真實感，那種奇妙的興喜感，那種難以言喻的刺激感，還有那種似真似幻、既怕又愛、欲說還休的感覺，都使得我們對3D電影有著極大的興趣。

一般我們最常看到的「3D立體影像」，大多是左、右眼兩個影像，其觀賞時必須要配戴3D眼鏡才能看到3D立體效果；但是，配戴3D眼鏡是有其不方便性，尤其是在某些特殊應用(如3D廣告)需要在公共場所(Public
Area)播放、或是行動裝置(Mobile
Device)攜帶在外使用、…等，這時候我們就必須要考慮使用不需配戴3D眼鏡的「裸眼3D立體顯示」裝置來呈現。
既然是要以「裸眼3D立體」技術來呈現3D立體效果，則我們就要準備可以使用於「裸眼3D立體顯示」的多視角(Multi-View)3D立體影像，以方便多人可以在不同的觀賞位置與角度看到3D立體影像。市面上雖然也有「裸眼3D立體顯示」裝置(如任天堂3DS掌上型遊戲機)，只使用左、右眼二個影像來呈現3D立體效果；但是它會有較窄的觀賞視角與較短的觀賞距離限制，較適合小尺寸顯示、個人行動裝置使用，不適合多人觀賞。
下圖是一個以光柵片來呈現3D立體影像的例子，在有效3D觀賞視角內它可以呈現9個視角的3D影像。當處於「觀賞位置1」時，可以觀賞到第1(最右)與第9(最左)的影像，此時所觀賞到的是最大視差的3D立體效果；往後的「觀賞位置2」，則觀賞到的是間隔2個視角(如第3與第6)的影像；如果在「觀賞位置3」時，則僅能觀賞到相鄰兩個視角(如第4與第5)的影像，此時所觀賞到的是最小視差的3D立體效果；如果再往後退，則兩個眼睛會看到同一個視角的影像，因此不會有3D的視覺效果。從這個例子可以解釋為何「多視角3D立體影像」可以提供多人在不同位置同時觀賞到3D立體影像；也可以知道如何觀賞「多視角3D立體影像」：當我們觀賞3D效果不舒服(或視差太大)時，只要在有效3D觀賞距離內，則我們可以往後退到感覺舒服的觀賞位置。

了解「多視角3D立體影像」的觀賞原理後，接著我們就來談談如何製作「多視角3D立體影像」。要製作「多視角3D立體影像」之前，我們必須先了解左、右眼二個視角「3D立體影像」的呈像與拍攝、製作原理，本部落格中已有不少篇相關的文章，在此就不再贅述。其實「多視角3D立體影像」的拍攝與製作，與左、右眼二個視角的拍攝與製作完全一樣；我們只要在左、右眼二個視角的攝影機中間平均插入所需要的其餘同型攝影機數目即可。另外，如果我們是以「聚焦拍攝」(Convergent Shooting)，則所有攝影機的鏡頭必須要定焦在同一位置；如果我們是以「平行拍攝」(Parallel Shooting)，則所有攝影機的鏡頭必須要維持平行。這是進行「多視角3D立體影像」拍攝的基本認識。

當我們要進行「多視角3D立體影像」拍攝時，必須注意以下幾點事項：
 選擇同廠牌、同型號的攝影機(或相機)來使用，其機身愈小愈好以取得較近的攝影距離。
 使用定焦鏡頭，確保所拍攝影像場景尺寸一致。
 使用手動對焦，確保每個鏡頭都已正確對焦後，才能開始拍攝。
 使用相同「白平衡」與「測光」設定，以降低發生「色偏」的問題。
 各個攝影機(或相機)鏡頭的X、Y、Z軸幾何位置校調(需搭配監看顯示器與校正圖)，確保每個鏡頭平均排在同一水平線上。如果是「聚焦拍攝」，則所有鏡頭必須要定焦在同一位置上。
 「同步拍攝」以確保各個攝影機(或相機)在同一時間拍攝一致的畫面。