大视野3DVR照片的设计制作方法与流程

本发明涉及一种立体照片及立体观片器，更具体地讲，涉及一种大视野3dvr照片的设计及制作方法，所述3dvr照片可用于旅游风光、人像摄影、展览展示领域。

背景技术：

摄影术诞生以后，人们并不满足于单镜头相机拍摄出的2d照片，就模拟人类双眼的立体视觉原理，发明了双镜头的立体相机以及与之配套的立体观片器。之所以能拥有到立体视觉，是因为人类的双眼是横向并排的，两眼之间大约有6～7cm的间隔，左眼所看到的影像与右眼所看到的影像会有细微的差异，这种差异称为视差，在大脑的综合作用下形成立体视觉。

立体照片(1)为双镜头拍摄，使用的立体观片器(2)观看，如图1，它产于1850年代，一直流行到1930年代，立体照片在当时的社会作用等同于今天的“电视”，中产阶级家庭通过立体照片，足不出户地了解世界、做全球视觉旅行。早期的立体照片是黑白的，清晰度不高，视场很小并且比较粗笨，逐渐被市场所淘汰。

彩色胶卷及流行后，市场上出现135、120片幅的立体照片和观片器，如图2。国内公司推出过一款三镜头120立体相机(3)，如图3，其中左视镜头(4)和右视镜头(5)用于成像曝光，另一个镜头用于取景对焦，对被摄景物拍摄可同时获得两张含有双眼视差的120反转片，用“对片台”对位并封装于片夹后，插入立体观片器观看，这套立体影像系统，曾用于风景、人像的拍摄和观看。这一时期的立体照片主要采用反转片拍摄，立体感、色彩和清晰度非常优秀，不足之处在于制作成本较高，立体相机以及观片器普及程度较低，因此并没有在市场真正流行开来。

虚拟现实简称vr，成为当前社会研究开发的热点，特别是可配合手机使用的低成本vr眼镜比比皆是，包括可折叠便携式、高沉浸全包容类，如图4，市场保有量千万以上。实际上，vr眼镜(6)配合手机(7)与通过立体观片器(2)看立体照片(1)基本上是一回事，vr眼镜(6)的作用相当于立体观片器(2)，手机上显示的左右格式图像相当于立体照片(1)，也就是说，各种vr眼镜(6)均可以用来观看胶片类立体照片(1)。尽管用vr眼镜在手机上观看数码立体照片，以及在朋友之间分享均十分方便，但当前各种vr头显设备包括智能手机屏幕的分辨率不足，导致像素网格明显的问题短期内难以解决。

具有110°以上大视野，且具有全视野视网膜清晰度的立体照片，我们称之为3dvr照片，其单眼显示分辨率要求不低于8k，这对于头显类屏幕来说差距还是巨大的，因此我们需要依靠感光胶片的高清晰度、优秀的色彩表现能力来显示3dvr照片。决定立体照片能否广泛应用的首要因素是拍摄的便利性，专业数码相机的分辨率比同画幅的胶片相机更高，50m像素的135数码相机分辨率不亚于120胶片的6*7片幅，基于135数码相机的高分辨率以及拍摄的便利性，利用相机水平移动拍摄立体照片，即可以摆脱对专用立体相机的依赖，还可以实现全视野视网膜清晰度的要求。

技术实现要素：

本发明公开了一种大视野3dvr照片的设计及制作方法，目的在于利用数码相机拍摄立体照片的便利性，以及数码照片后期处理的方便性，通过感光胶片输出高清晰、大视野的3dvr照片，在vr眼镜上实现高沉浸感的立体显示。

现有的立体照片(1)由立体相机(3)直接拍摄，立体相机的镜头间距固定，可拍摄的题材和适合拍摄的距离范围相对有限，缺乏图像后期编辑手段，最大的限制还在于立体相机(3)及立体观片器(2)的市场普及度严重不足，导致立体照片(1)没有推广开来。直接采用vr眼镜(6)观看左右格式立体图像的缺点在于其观看质量依赖于手机屏(7)的清晰度，即使当前最清晰的4k屏，也有明显的像素晶格，而在大多数用户使用的1080p手机屏上无法获得良好的立体视觉体验。

本发明公开的3dvr照片的设计及制作方法，包括下面部分或全部步骤：

1)数码相机拍摄具有水平视差的左目图像和右目图像；

2)对左目图像和右目图像立体校正，色彩校正，附加信息编辑；

3)或者，进行立体校正时，运用“余光”设计，实现大视野；

4)左目图像和右目图像分别显示在超高清屏幕上，翻拍成反转片或负片；

5)将负片拼接成大幅底版，通过拷贝曝光方式，1∶1复制在大幅面的全透灯片上，然后分切成一幅幅立体照片；

6)vr眼镜及观片小灯箱设计。

接下来的内容将描述每个步骤的实现方法。

如图5所示，数码相机(8)拍摄立体照片可以采用三种方法：①双机同步拍摄，将两台相同的数码相机(8)左右排列并连接同步快门触发器，适合拍摄运动的对象(10)；②滑轨移动拍摄，单台数码相机(8)在滑轨上按箭头所示移动方向(9)移动拍摄，适合相对静止的对象；③手持移动自由拍摄，即在右机位拍摄后移动到左机位再拍摄一张，或者先左后右拍摄。最佳的拍摄方式是利用相机的高速连拍，把对焦点固定在第一张，移动拍摄一系列照片，以备后期处理。本发明的目的之一是实现自由立体拍摄，因此手持移动自由拍摄是重点，手持移动拍摄时相机水平、光轴指向、移动距离等指标可以在较宽泛的范围内波动，高速连拍可以在1秒钟拍摄近10张照片，即使一些包含动态对象的场景，从其中挑选两张组成立体照片的成功率也比较高。

数码照片拍摄后一般需要进行后期处理，主要内容包括立体校正、色彩校正、附加信息编辑。对于手持移动自由拍摄来说，立体校正是必不可少的过程，如图6a所示，将挑选出来的左目图像和右目图像分别作为图层叠放在一起，并将上图层的透明度设成50％，让两张照片的主要对象同时可见，a为同一景深上的线条元素，照片中没有的话可以用同一景深上两个点的连线替代，b为中景上特征对位点，c为后景上特征对位点，在左右视图中分别标记为al、ar、bl、br、cl、cr。如图6b所示，移动其中一个图层，让特征对位点bl、br重叠在一起作为立体照片的焦点b(11)，这一过程用来校正拍摄时相机光轴指向偏差。如图6c所示，以焦点b(11)为中心旋转其中一个或两个图层，使线条(12)al和ar相互平行，这一过程用来校正拍摄时相机握持偏差产生的画面旋转。手持移动所附带的相机上下位置偏差对立体视差没有明显的影响，不需要进行校正。但是，因拍摄间距过大导致视差过大，引起的观看不舒适必须进行补救处理，将立体照片的焦点后移，从位置b移动到位置c，即移动其中一个图层，让cl、cr重叠在一起，焦点后移可以修正视差过大引起的立体过强舒适度下降问题；焦点前移可以改善拍摄间距过小带来的立体感薄弱。本发明的宗旨在于通过后期的立体校正方法，提升立体拍摄的自由度。

然后对图像进行色彩校正、锐化、文字、信息编辑等加工，按裁切框(13)裁切图层，如图6c所示；将图层拼合成左右格式立体照片，左侧为左目图像(14)，右侧为右目图像(15)，如图7所示。

通常拍摄的立体照片，左右镜头的光轴是平行或者向内偏转的，左右画面的视场基本上是重叠的，如图7，画幅宽度一般不大于瞳距，立体照片具有60°左右中等视野。要适应现代vr显示的高沉浸感，立体照片的画幅宽度可以超过瞳距，通过“余光”设计来实现大视野，如图8所示，左目图像的左边缘余光区(16)和右目图像的右边缘余光区(17)，起增大视野，提高沉浸感的作用，中间重叠视区为立体视觉区域，视野清晰明亮。要拍摄具有余光设计的3dvr照片，左右视点处相机镜头的光轴需要向外偏转拍摄，或者采用常规平行光轴或内偏转光轴拍摄，然后按图8所示裁切左目图像和右目图像，保留左右“余光”区域。

将数码立体照片转移到胶片上，最佳方法是将左目、右目图像分别显示在超高清显示屏(19)上，用120胶片相机(18)直接翻拍，如图9所示。120胶片的画幅规格主要有三种：645(45mm*56mm)，6*6(60mm*56mm)，6*7(69.5mm*56mm)，其中6*7片幅最适合显示3dvr照片。采用优质的镜头和120反转片，记录精度可以超过50线/mm，即100像素/mm，在6*7的画幅上可显示6950*5600像素，人眼的角分辨能力约1分，因此6*7规格的照片可显示超过110度水平视场的超高清立体图像。显然，直接翻拍时，显示屏的清晰度制约着照片的清晰度，8k(7680*4320)屏较为理想，5k(5120*2880)次之，最低也要采用4k(3840*2160)屏，文中所说的超高清屏幕，泛指分辨率不低于4k的显示屏。显示屏的长宽比为16∶9，120胶片6*6、6*7的长宽比为15∶14、5∶4，单目图像的裁切比例根据胶片片幅确定。

采用低开口率的4k手机屏或显示器，应用微位移多次(3*3)曝光技术，可以实现12k超高清图像的翻拍。如图10所示，屏幕像素开口率较低，一个全像素(20)由r子像素(21)、g子像素(22)、b子像素(23)构成，全像素的点距为d，单次曝光时，每个子像素的位置只能曝光rgb中的一种颜色。设定微位移步长为d/3，通过3*3网格移动9次曝光，可以得到超高清晰度的立体照片。微位移是相对而言的，既可以用xy向位移驱动器移动显示屏(19)，也可以驱动120相机(18)移位，曝光过程中，胶片上每个子像素位置均经过rgb重叠曝光成全彩色像素点。要想获得最优效果，首先单目数字图像的分辨率要达到12k，其次要根据像素分布及移动规律将单目图像拆分成9幅4k子图像曝光，显然，子图像中的每个全像素均是由单目图像相邻3个全像素各抽取一个子像素拼合而成的。

单目图像用120相机翻拍成6*7画幅的反转片或负片，反转片直接在vr眼镜或立体观片器上观看，负片用于批量复制立体照片。如图11所示，将许多对相同或不同的立体照片负片(24)拼接成大幅底版(25)，通过拷贝曝光方式，1∶1复制在大幅面的全透灯片上，然后分切成一幅幅立体照片(1)，大幅面全透感光灯片的成本远低于120反转片或拷贝正片，并且能保持极高的图像分辨率，因此制作出来的立体照片具有低成本高质量的优势。

立体照片(1)采用vr眼镜(6)或立体观片器(2)观看，vr眼镜属于现代工艺和材料制作，要么可折叠，便携性极好，要么大视野包容、沉浸感极好，并且有较高的市场认可度，随着vr的应用会越来越普及，立体观片器(2)目前市场上已经难以寻觅了。为了让立体照片(1)更加方便在vr眼镜(6)上观看，本发明提供了一种手机形状的小灯箱(26)，如图12所示，立体照片(1)插入小灯箱(26)前部的插槽(27)中，放入vr眼镜(6)中观看。手机屏幕显示纯白色图像时，也可以充当小灯箱(26)使用，为手机添加一个可插入立体照片(1)的透明前罩，在手机屏与立体照片之间间隔一层磨砂膜消除手机屏像素网格。相比普通立体照片，专门观看3dvr照片的vr眼镜(6)需要更短的焦距，具有更大的视野。

附图说明：

图1是早期黑白立体照片和立体观片器。

图2是彩色立体照片和立体观片器。

图3是120立体相机。

图4是折叠式、头戴式vr眼镜。

图5是数码相机拍摄立体照片的示意图。

图6a是未处理的立体照片图层叠放示意图。

图6b是立体照片焦点对位示意图。

图6c是立体照片旋转校正示意图。

图7是左右格式立体照片示意图。

图8是3dvr照片余光设计示意图。

图9是胶片相机翻拍超高清显示屏。

图10是显示屏低开口率像素结构示意图。

图11是立体照片负片拼版示意图。

图12是手机形状小灯箱示意图。

上述各附图中的图示标号为：

1立体照片，2立体观片器，3立体相机，4左视镜头，5右视镜头，6vr眼镜，7智能手机，8数码相机，9相机移动方向，10拍摄对象，11立体照片的焦点b，12校准用的线条，13立体照片裁切框，14左目图像，15右目图像，16左目图像的左边缘余光区，17右目图像的右边缘余光区，18120胶片相机，19超高清显示屏，20全像素，21r子像素，22g子像素，23b子像素，24立体照片负片，25大幅底版，26手机形状的小灯箱，27灯箱插槽。

本发明公开的3dvr照片设计制作方法，可用数码相机实现立体照片的自由拍摄，通过后期立体校正，突破了需要专用立体相机或双机，镜头间距、光轴指向等要求的限制；左右照片采用余光设计或光轴向外偏转拍摄，以不低于8k的分辨率输出在宽幅胶片上，实现大视野视网膜清晰度的立体显示；通过负片拼版拷贝曝光的方式批量制作，降低了立体照片的成本；以vr眼镜作为观看工具，降低了市场推广难度。与现有vr头显相比，具有更宽广的视野，视网膜极致的清晰度；与立体观片器相比，拍摄更加简单，立体照片具有更好的图像质量和临场感。

具体实施方式：

实施例一：个性化人像立体照片的拍摄和制作。

按照平面人像的拍摄方法选择拍摄光线或布光，数码相机快门速度不低于1/100秒，并设置成高速连拍模式，第一张自动对焦后固定焦点不动，或者设置成手动对焦模式；双手握持相机对着被拍摄对象，按下快门同时水平方向移动相机连续拍摄约1秒。从拍摄的一系列照片中，根据神态、是否闭眼、视差大小、清晰度等综合考量挑选出最合适的两张立体照片原稿，进行包括重定焦点立体对位、旋转纠偏等立体校正过程，以及修饰、色彩调整等照片美化过程，裁切保存为左目图像和右目图像。将左目图像显示在超高清屏幕上，用相机装上120反转片进行翻拍，然后更换右目图像翻拍，反转片的片幅为645或6*6。因645的片幅较窄，需要剪开后用立体片框重新拼合成立体照片，而6*6片幅宽度正好，两张连片正好形成立体照片。

实施例二：大视野3dvr照片的设计制作。

拍摄视野较宽广的立体照片原稿，经立体校正，以及图像修饰、色彩调整后，按图8所示的方法裁切保存左目图像和右目图像，即左右边缘保留更多只有单眼才能看到的“余光”区域。将图像显示在8k屏幕上，用相机装上120反转片进行翻拍，反转片的片幅为6*7，或者使用4k屏幕，用微位移多次曝光技术拍摄超高清图像，拍摄顺序是先左目图像后右目图像，两张连片正好形成大视野超高清3dvr照片。

实施例三：风光、人文、艺术等立体照片的批量制作。

将需要批量复制的风光、人文、艺术等立体照片，保存为左目图像和右目图像，在超高清屏幕显示，用120负片翻拍；或者将左目图像和右目图像反相后用反转片翻拍负像，拍摄顺序均为先左后右，片幅采用6*6或6*7，冲洗后的胶卷不要剪断，直接展开拼接成如图11所示的大版。复制材料采用柯达或富士生产的大幅全透感光灯片，拷贝时底版的药膜面对着全透灯片的药膜面；采用led灯组作点光源远距离照射曝光，rgb三色灯的各自点亮时间由电子快门控制，精确调整各色灯的曝光时间，可以保证照片复制过程中的的正确曝光及色彩平衡；冲洗烘干后的全透灯片分切成一幅幅立体照片。