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基于图像对的双眼显示系统
张强
(合肥电视台安撤合肥2300041)
数事我率度
摘要：双眼显示技术是一种重要的3D显示技术。根据人眼产生立体感的原理，通过特定的软件和硬件构造，将不同的图像送入左、右眼，利用两眼间距产生双眼视差，再经过大脑融合使我们感知到具有景深的图像。双眼显示技术在广告、宣传、娱乐、教育等领城具有广闻的应用前景。本文首先介绍人类视觉的特点，然后讨论双眼显示的基本原理，最后利用Matlab编程实现了基于图像对的双眼显示系统。
关键调：双眼显示3D显示双眼视差
中图分类号：TN911.73 1、引言
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2011)05011202
的物体上时，称为调节，无论使用单眼或是双眼观看物体时，这种调节效应也都是存在的。当我们用双眼观察物体上的一点时，
现实世界是真正的三维立体世界，而现有的显示设备绝大多
数都只能显示二维信息，并不能给人以深度感觉。当今来自计算机、卫星、先进医学成像设备、制造设计中的虚拟样机、战场环境的精确模拟以及地质勘探等各个领域的数据与日俱增，人们越来越希望能将这些数据变换成人们更易理解的形式，也就是真正的3D显不的形式。3D显示技术是现代新型显示技术发展的必然方向，它将会成为世界未来光电子技术的重要支柱产业。目前的 3D显示技术主要可分为三类：（双眼）体视显示技术、体显示技术和全息术。双眼显示技术由于具有独特的性能受到广泛的关注。人的双眼之间有4-6cm的距离，所以实际上看物体时两只眼睛中的图像是有差别的，双眼显示技术正是根据人眼的这种特性，借助眼镜、头盔等设备，使人的双眼分别看到两幅不同的视差图，这种双眼的视差经过大脑的融合使我们感知到具有景深的图像。这种技术可以广泛地用于机器人导航、精密工业测量、物体识别、虚拟现实以及娱乐等方面。国内如南京大学、南航以及华东光电技术研究所”等都取得了重要的研究成果，国外如荷兰的Phllips、美国DTI、日本的夏普等在双眼显示技术上都有产品推出。本文将在第2节介绍人眼的深度感知，第3节介绍双眼显示技术的基本原理并利用Matlab编程实现了一个简单的双眼显示系统。
2、人眼的深度感知
人眼除了对颜色和亮度，时间频率和运动物体有相应的感知能力外，对深度也具有敏锐的感知能力。如图1所示，空间点A 在平面P上的左、右投影分别为，，。当左、右眼分别观察右、左投影时，投影点和4，就会在空间融合成一点。若两眼处在绘制投影时的视点位置时，融合点A就是原像。人对3D的感知主要分生物物理刺激和生物心理刺激两部分。其中生物物理刺激包括了调节、会案、运动视差和双眼视差。
图1：立体视觉示意图
2.1调节与会聚
当人眼借助于纤毛体肌肉的拉伸，使眼聚焦在所感兴趣方方数据
两视轴向同一注视点合拢并给出一种深度感的心理暗示，称为会聚，会聚运动产生了深度感知。人依靠会紧所提供的信息能相当准确地判断在45m范围内的目标距离。
2.2运动视差与双眼视差
在视场中，即便物体运动速度相同，但在观察者眼里，离他近的物体比远的物体运动的快，这就是运动视差。人的双眼具有一定的空间距离，睡孔间约为6.5em，当双眼观看同一三维物体时，双眼是从略微不同的角度注视的，从而双眼视象会稍有差异，也就是说双眼视差实际上就是对空间中一个给定点在两个视网膜上投影的位置上的差别。目前发展起来的各种由平面二维图象产生出立体三维图像的技术正是利用这一基本原理。
双眼视差深度刺激是由水平视网膜视差引起的，感知深度与双眼视差有如下关系：
LR
dD-d
(1)
其中，L是双眼间距，D是视距，R是双眼视差，d是感知深度。对上式进行适当的变形得出深度d与双眼视差之间的关系为：
=p
LD
L+R
(2)
当物体位置确定时，D是常量，因此感知深度仅受到视差变化的影响。当物体在显示屏前时，物体随着视差变小而变远：当物体在显示屏后时，情况正好相反。实验证明，双眼视差因素单独起作用时，当视距超过250m时，人眼会失去立体感。
人们并不是从一开始就意识到双眼视差的重要意义，直到 1838年Wheastone发明了立体镜以后，才了解到人类产生立体视觉的真正原因1960年，美国Bell实验室BellJuleaz设计了计算机产生的随机点立体图对(RDS)，其原理是利用计算机制作两张结构完全相同的随机点模式图片，两张图的区别是上有一些对应区域在水平方向上作了相对平移(内移或外移)。通过单张图片是感知不到任何深度信息的，但如果将图片放在立体镜下，使左右眼分别看左右图，那么，相对内（外）移形成交叉视差的立体像凸（凹）于平面。如果将两张图分别用两种颜色(通常为互补的红绿色)重叠着套印成一张复合图片，人眼通过待制的滤光片(例如红
绿镜片)来观察，同样可以感知到立体视觉。 3、双眼显示技术
目前的3D显示技术主要可分为三类：双眼显示技术、体显示技术和全息术。其中双眼显示通过特定的软件和硬件构造使人的左、右眼得到不同的图像，这种双眼的视差经过大脑的融合使我们感知到具有景深的图像。