Главная Увольнение

Геометрия стереофотосъёмки. Стереоскопическая съемка

23.07.2019

АЛГОРИТМ ПОДБОРА ПАРАМЕТРОВ СТЕРЕОКИНОСЪЁМКИ

ВНЕ ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕТОДОВ РЕГИСТРАЦИИ СТЕРЕОПАРЫ

Мелкумов А.С.

Заведующий сектором цифрового стереокино

ОАО "НИКФИ"

Аннотация

В кинотеатральной сети существует большой разброс размеров экранов - от 3 до 30 метров. Как правильно рассчитать параметры стереосъёмки, что бы стереофильм одинаково комфортно смотрелся в цифровых стереокинотеатрах (digital 3 D cinemas ) и в формате Гигантского Экрана (Giant Screen ), дома на экранах телевизоров (3 D TV ) и на дисплеях мобильных телефонов?

Предлагается алгоритм подбора параметров стереосъёмки независимо от её методов и вида киносъёмочной аппаратуры, когда абсолютные величины замещены на относительные или среднестатистические. Данная методика применялась при стереосъёмке живой натуры и кукольной анимации (3 D shooting of the life nature and stop - motion animation ). Фильмы, снятые по данной методике комфортно воспринимаются как в 3 D TV , так и на Гигантском экране.

Одной из основных задач при стереосъёмке живой натуры (3 D shooting live nature ) или записи стереопары трёхмерного объекта, созданного в компьютерной графике (3 D CG image ), является правильный подбор параметров записи стереопарного изображения. В этом случае зритель будет иметь комфортное бинокулярное наблюдение, путем раздельного (гаплоскопического) предъявления ему двух плоских изображений левого и правого ракурса. Данное условие является важным фактором неутомительного длительного просмотра стереофильмов.

В 50-х годах прошлого века в Научно-исследовательском кинофотоинституте (NIKFI ) профессор А.Г. Болтянский разработал теорию расчёта параметров стереокиносъёмки для проекции на большой экран. Перенесенная из плёночных технологий в цифровую, эта теория на практике показала свою универсальность вне зависимости от методов съёмки и применяемого съёмочного оборудования.

На основе этой теории, условно называемой "теорией параллаксов", и знаний, полученных эмпирическим путем тридцатилетней практической деятельности, приводится алгоритм подбора параметров стереосъёмки

Методология расчёта параметров стереосъёмки

Как и в обычном кинематографе, в классическом (двухракурсном) стереокино, зрителю предъявляются двумерные (плоские) фотографические изображения, но только раздельно для левого и правого глаза, снятые соответственно с левого и правого ракурсов. При сложении на экране изображений левого и правого ракурсов, их различие, называемое диспаратностью, визуализируется в виде горизонтального смещения одноименных (сопряжённых) точек объекта, называемое горизонтальным параллаксом. (Рис.1) При раздельном наблюдении такого изображения у зрителя возникает ощущение пространственного восприятия, которое называется стереопсисом. Горизонтальные параллаксы, управляют конвергенцией (сходимостью) зрительных осей и могут иметь положительный или отрицательный знак величины. Если точка правого изображения объекта находится правее сопряжённой точки левого изображения, то параллакс имеет положительную величину. В этом случае точка конвергенции зрительных осей расположена за плоскостью экрана. В случае, когда точка правого изображения находится левее сопряжённой точки левого изображения, величина параллакса имеет отрицательное значение. В результате пересечения зрительных осей точка конвергенции будет расположена в предэкранном (зальном) пространстве (Рис.2).

точка конвергенции
за экраном

точка конвергенции
перед экраном

точка конвергенции
на экране

Рис 2

При наблюдении проекционных стереопарных изображений мы имеем ряд ограничений в диапазоне величин горизонтальных параллаксов.

Ограничение первое : параллакс максимально удалённой точки пространственной композиции должен быть не более величины базиса зрения P дл ≤ Взр.

Как и в реальной жизни, бинокулярное наблюдение на экране изображения объектов бесконечности должно происходить на параллельных осях (нулевой угол конвергенции). Это возможно при условии, если величина горизонтального положительного параллакса точки бесконечности будет равна базису зрения зрителя. Величина параллакса точки бесконечности в пространственной композиции называется параллаксом бесконечности на экране (P ∞ экр ). Отклонение от этой величины в сторону увеличения станет причиной дивергенции зрительных осей, вызывающей дискомфорт при длительном просмотре стереоскопического изображения (Рис 3).

Рис. 3 Дивергенция зрительных осей

Ограничение второе : при расположении переднего и дальнего объектов на одной оси наблюдения параллакс близлежащего объекта должен быть не более величины базиса зрения со знаком минус

- P бл ≤ Взр.

Если в реальной жизни точка аккомодации (фокусирования) на объект, переменная и практически всегда совпадает с точкой конвергирования зрительных осей на этот объект, то при наблюдении стереопарного изображения, положение точки аккомодации фиксированное и находится в плоскости экрана, а точка конвергенции зрительных осей может находится перед или за экраном, в результате чего возникает разрыв между точками аккомодации и конвергенции.

Но глаз имеет некий резерв глубины, что в фотографической и кинематографической практике называется глубиной резко изображаемого пространства. Поэтому при наблюдении стереоизображения зоной аккомодации является не просто плоскость экрана, на которую фокусируется хрусталик, а пространственная область, в пределах которой может происходить допустимый разрыв между аккомодацией и конвергированием зрительных осей. Эмпирическим путём было определено, что соблюдение условия второго ограничения (параллакс близлежащей точки должен быть не более параллакса бесконечности с обратным знаком) позволяет зрителю конвергировать зрительные оси в пределах глубины резкости хрусталика глаза.

Ограничение третье : переднеплановый объект, обрезаемый границами кадра, должен иметь нулевой параллакс.

При бинокулярном восприятии границы изображения формализуются в окно , через которое зритель наблюдает пространственную композицию. Если объект обрезается границами кадра, но его изображение имеет параллакс в отрицательных величинах, он психологически не может восприниматься зрителем в предэкранном пространстве. В результате действия эффекта отжимающего действия границ экрана, вся пространственная композиция в восприятии зрителя "переместится" в глубь за экран так, что бы переднеплановый объект занял положение в плоскости окна (экрана). Длительное несовпадение психологического восприятия положения переднепланового объекта с его параллаксным параметром является причиной дискомфорта.

Вышеописанные ограничения позволяют обозначить допустимый диапазон абсолютных величин параллаксов ближней и дальней точки пространственной композиции при длительном наблюдении стереофильма:

D = P дл + P бл ≤ 2 В зр

Если принять во внимание, что величина горизонтального параллакса определяется пространственным положением объекта относительно стереокамеры, то через диапазон параллаксов можно объяснить, как формируется глубина комфортно наблюдаемого пространства. Образно, эту глубину можно описать, как мы описываем глубину резко изображаемого пространства. Подобно гиперфокальному расстоянию, при каждой комбинации величины базиса съёмки и фокусного расстояния объектива (независимо от величины диафрагмы) существует расчётная дистанция, называемая основной дистанцией рампы. Если сконвергировать объективы на эту дистанцию, то мы получим глубину, в пределах которой, объекты, расположенные от половины данной дистанции до бесконечности, будут воспроизведены в допустимом диапазоне величин горизонтальных параллаксов, при котором разрыв между аккомодацией и конвергенцией не будет вызывать дискомфорта у зрителей.


Особенностью глубины комфортно воспроизводимого пространства в отличии от глубины резкости является разделение её на предэкранную и за экранную зоны, которые необходимо учитывать при композиционном построении кадра. Вырезанная в пространственной композиции плоскость, проходящая через дистанцию рампы перпендикулярно оптической оси камеры, называется рампой и обозначается как плоскость нулевых параллаксов, так как объекты, расположенные на этой дистанции будут иметь нулевой параллакс (Рис. 4).

Рампа Рис. 4

Таким образом, изображение стереопары, записанное с правильно подобранными параметрами такими, как фокусное расстояние ( F ) , базис съёмки ( B c ) и дистанция рампы ( L рамп ) , должно соответствовать следующим условиям:

· близлежащий объект пространственной композиции, обрезаемой границами кадра, должен располагаться на основной дистанции рампы и иметь нулевой параллакс.

· величина параллакса точки, удалённой в бесконечности, должна быть не более величины базиса зрения

· величина параллакса максимально близкой точки, воспринимаемой зрителем в предэкранном пространстве в статичной пространственной композиции, должна быть не более отрицательной величины базиса зрения (Фото 1).

Перечисленные выше параметры стереосъёмки взаимосвязаны формулой:

.

где L р - основная дистанция рампы, Р ∞экр - параллакс бесконечности на экране, равный базису зрения зрителя, K пр - коэффициент проекции


Стереоизображение, записанное с правильно подобранными параметрами Фото 1

Алгоритм усреднения параметров, сопутствующих стереосъёмке

Ввиду большого разброса значений в формуле таких величин, как параллакс бесконечности и коэффициент проекции, выполнение каждого из вышеперечисленных условий в математически строгих границах означало бы требование вести съёмку с индивидуальными параметрами для каждого зрителя и для каждого экрана.

В практической стереокинематографии мы прибегаем к алгоритму усреднения математических величин, и отправной точкой является определение усредненного значения базиса зрения зрителя. При разбросе величин базиса зрения у зрителей от 52 до 72 мм, в расчётах параметров стереосъёмки и стереопроекции берётся его среднее значение, равное 65мм. Исходя из этого, величина параллакса на экране максимально удалённой точки (параллакс бесконечности) Р ∞ экр должна быть не более 65 мм. При этом условии среднестатистический зритель будет наблюдать точку бесконечности на параллельных осях.

Из-за разброса величин ширины экрана W экр от нескольких сантиметров до несколько десятков метров при постоянном значении ширины изображения на сенсоре камеры - W s , коэффициент проекции, равный K пр = W экр / W s , будет всегда величиной переменной.

Эмпирически было определено, что, учитывая физиологические ресурсы зрительного аппарата, дивергенция зрительных осей до 70´ может быть приравнена к условиям наблюдения на параллельных осях при нахождении зрителя от экрана на дистанции не менее двух высот изображения. При наблюдении стереоизображения с соотношением сторон 16:9 (1,77), максимально удаленная точка в бесконечности может комфортно наблюдаться на экране с горизонтальным параллаксом до 1% ширины изображения. Максимальная величина параллакса близлежащего объекта пространственной композиции так же может быть допустимой до 1% ширины экрана, но со знаком минус. Получается, что при проекции на экран шириной 6,5 метров параллакс бесконечности, взятый из расчёта 1% ширины экрана, будет наблюдаться с величиной равной усредненному базису зрения в 65мм. Подобно выбору среднестатистического базиса зрения, экран размером 6,5 метров может играть роль среднестатистического экрана при критическом анализе отснятого изображения при комфортном восприятии.

Замещение абсолютных значений крайних величин параллаксов на относительные величины в процентном исчислении позволяет контролировать снятое стереоизображение по мониторам любых размеров, не прибегая к контрольному среднестатическому экрану.

В формуле соотношение значений коэффициента проекции и базиса зрения можно заменить одним значением Р ∞ пл - параллакс бесконечности на носителе изображения (матрицы или плёнки):

.

Так как коэффициент проекции есть соотношение между шириной экрана и шириной кадра на носителе изображения - формула , а параллакс бесконечности на экране принимается как 1% от ширины экрана, то Р ∞пл так же составит 1% от ширины изображения матрицы и станет константой при определении параметров съёмки на протяжении производства всего фильма конкретной стереокамерой.

Таким образом формула поменялась на формулу с двумя переменными и одной константой:

Как видим, подбор параметров стереосъёмки свёлся к подбору трёх величин - фокусного расстояния объектива, базиса съёмки и дистанции рампы.

Влияние параметров съёмки на пространственность композиции кадра

Масштаб изображения объекта в кадре, степень его крупности на экране продиктованы содержательностью кадра, его местом в монтажной фразе снимаемой сцены. Величина фокусного расстояния объектива сопряжена с его углом зрения. В отличии от традиционного кинематографа, в стереокино выбор оптики по фокусному расстоянию продиктован не столько крупностью плана (чем общéе план, тем шире угол зрения оптики и наоборот, чем крупнее план, тем уже угол зрения), сколько необходимостью иметь ту или иную пространственную выраженность кадра.

Подобно тому, как цветное изображение характеризуется цветовой насыщенностью, стереоскопическое изображение оценивается перспективной характеристикой передачи пространства черезкоэффициент передачи глубины Ө, который описывает степень стереоскопической выраженности трёхмерного изображения. Величина Ө зависит от соотношения положения зрителя относительно расстояния до экрана (L зр ) и дистанции рампы (L с ).


Один и тот же масштаб изображения объекта (М) мы можем получить при различном фокусном расстоянии, меняя дистанцию съёмки до объекта L c . В различных случаях мы будем иметь разную глубину, которая будет характеризоваться определённой степенью сжатия (L зр < L c ) или растяжения (L зр > L c ). Поэтому к подбору фокусного расстояния объектива следует относиться с учётом его влияния на пространственную передачу объекта. Чем ближе мы находимся к объекту съёмки, тем выше стереоскопическая выраженность данного объекта.

Важным этапом, одновременно с выбором оптики по необходимому углу зрения, является определение съёмочного базиса, с каким следует вести стереосъёмку.

Съёмка людей со съёмочным базисом, равным базису зрения, возможна только в случае, когда изображение на экране будет не больше реального масштаба снимаемого объекта (М ≤ 1 ), находящегося в плоскости рампы. Масштаб объекта при стереопроекции может быть реальным только в одном случае: когда ширина рампы на съёмочной площадке равна ширине экрана, на котором будет воспроизводиться отснятое изображение. Но это условие редко выполнимо из-за большого разброса размеров экранов. Как правило, с базисом 65 мм и более, следует вести съёмку общих планов пейзажей, архитектуры, без включения людей по переднему плану. В противном случае будет наблюдаться эффект миниатюризации, а люди будут выглядеть субтильными фигурами (Рис 6).


Реальный масштаб изображения объекта Рис. 6

Чтобы не «утонуть» в вопросе выбора съёмочного базиса, особенно когда в распоряжении оператора имеется зеркальный риг с возможностью изменять эту величину от нуля до сотен миллиметров, в данной методике вводится понятие среднестатистический базис съёмки.

В кинематографе мы чаще имеем дело с проекционным увеличением людей на экране, поэтому величина базиса съёмки должна быть обратно пропорциональна масштабу изображения объекта на экране (Bc = B зр/ M ). Если за среднестатический размер экрана соотношением 16:9 взять ширину 6,5 метров с высотой 3,65м, а среднестатистическую высоту актёра определить как 1,65 м, то получается, что снимая актёра в полный рост, минимальный масштаб проекционного увеличения будет равен 2,2. Следовательно, максимально допустимый базис съёмки сцен с людьми должен быть не более 65/2,2≈30 мм. Если же учесть, что более распространённый случай съёмки это нахождения актёра в рампе в поясной крупности, когда масштаб увеличения достигает 2,5, то оптимальным съёмочным базисом можно считать величину 25-26 мм . Даже при съёмке общего плана с актёрами, расположенными в глубине мизансцены, как правило, для усиления пространственности композиции, мы размещаем в плоскости рампы переднеплановые объекты, по которым и будет определяться масштаб изображения всей композиции. Поэтому можно говорить о среднестатическом значении величины съёмочной базы величиной 25-26 мм при съёмке разнообразных композиций, как среднего и крупного плана, так и общего плана с переднеплановыми объектами (Рис. 7)


Рис. 7

Является ли дистанция рампы L рамп величиной переменной (по выбору оператора) или производной от выбора соотношений фокусного расстояния и базиса съёмки?

Практически, можно сконвергировать объективы на любую дистанцию. Но, при конвергировании на дистанцию меньшей основной дистанции рампы следует учитывать изменение величины горизонтальных параллаксов удалённых участков пространственной композиции. Так, например, при уменьшении величины основной дистанции рампы в два раза при том же сочетании величин базиса съёмки и фокусного расстояния, величина параллакса бесконечности увеличится в два раза. Поэтому при произвольном изменении дистанции рампы в сторону её уменьшения, следует ограничивать глубину композиции фоном, находящимся на конечной дистанции L дл , изображение которого не будет вызывать дивергенцию зрительных осей.

Если композиция кадра заключена в ограниченном пространстве, то оператор может сократить дистанцию рампы и вести съёмку с произвольно выбранной дистанцией рампы. В этом случае, когда оператор сконвергировал оптику на дистанцию L c меньше основной дистанции рампы, съёмка будет вестись в условиях гипертрофии пространства c индек c ом Н :

Гипертрофия передачи пространства происходит по причине того, что параллакс бесконечности переходит объектам, находящимся на конечной дистанции. Так, например, если величина рассчитанной по формуле основной дистанции рампы составляла 5 метров, а оптика сконвергирована на переднеплановый объект, расположенный на расстоянии 2,5 метров, то съёмка будет вестись с гипертрофией равной индексу Н=2, потому что предметы, находящиеся на расстоянии 5 метров уже передадутся в параллаксах равных параллаксу бесконечности. Визуально искажение пространства заметно после индекса 4 (в случае с широкоугольной оптикой гипертрофия заметна уже при индексе 3), поэтому съёмка с гипертрофией - частый случай в практике, когда требуется увеличить крупность переднего плана в 2-3 раза. Важно помнить, что в этом случае сокращается глубина комфортно наблюдаемого пространства, и композиционная глубина кадра должна быть ограничена фоном, за пределами которой объекты будут воспроизводиться с параллаксами, превышающими базис зрения, что вызовет дивергенцию зрительных осей и двоение изображения.

При выборе базиса съёмки мы сталкиваемся с противоречивой ситуацией. Как видно из формулы с уменьшением базиса съёмки уменьшается основная дистанция рампы. При съёмке протяжённых композиций с близкорасположенным передним планом, на первый взгляд, простым решением является уменьшение значения базиса съёмки, к чему часто прибегают в зарубежной практике стереосъёмок. Такое решение позволяет приблизиться к объекту и вести съёмку без ограничения дальности фонов. Но уменьшение базиса съёмки ведёт к уменьшению стереоскопической выраженности изображения. Нельзя увеличивать глубину комфортно наблюдаемого пространства уменьшением величины базиса съёмки так, как диафрагмой мы регулируем глубину резкости. Это приводит к "уплощению" пространственной композиции, наблюдаемой на экране. Величину базиса съёмки следует определять исходя из масштаба изображения объекта, а не из произвольно заданной глубины комфортно воспринимаемого пространства. Следует понимать, что ограничения по диапазону комфортно наблюдаемого пространства являются не недостатками оптической системы стереосъёмки, а диктуются физиологией стереоскопического наблюдения, способностью единовременного восприятия разно удалённых объектов в определённом диапазоне их расположения. Оператор сталкивается с трудностями, накладываемыми ограничениями по комфортно воспроизводимому пространству, когда он слепо переносит в стереосъёмку приёмы плоскостной композиции традиционного кино с резко выдвинутым передним планом на бесконечно удалённых фонах. Многолетняя практика съёмок отечественных стереофильмов показала, что съёмка с дискретным съёмочным базисом, чаще равным среднестатистическому (B c = 25 мм), дисциплинирует оператора в работе над построением пространственной композиции кадра.

Эмпирически было определено, что не всегда следует придерживаться формулы: "чем больше масштаб объекта на экране, тем меньше должен быть базис съёмки". Так, например, при переходе со среднего плана на крупный, портретный (особенно при смене оптики на более длиннофокусную) следует продолжать съёмку с той же среднестатистической съёмочной базой. Это позволяет передать естественное усиление стереоскопической выраженности по мере приближения к наблюдаемому объекту и компенсировать "уплощающее" действие более длиннофокусной оптики. Так, например, если снять средний и крупный планы с последовательным уменьшением базиса съёмки, то изображение крупного плана, следующего за средним, будет восприниматься как более плоское. В то же время, если съёмка ведётся в ограниченном интерьере широкоугольной оптикой, то следует осторожно использовать её при укрупнении актерского плана. В этом случае предпочтительнее использовать съёмочный базис на 20% меньше среднестатистического.

Следует отметить, что стереоскопическое изображение чувствительно к смене оптики и съёмочному базису, поэтому рекомендуется вести стереосъёмку с неизменными параметрами в пределах монтажной фразы для сохранения ощущения единства пространственных композиций.

Чем больше величина съёмочного базиса, тем больше диспаратность изображений ракурсов и эффективнее задействованы бинокулярные факторы на дальних участках композиции кадра. Поэтому, при съёмке дальних, ландшафтных планов, при отсутствии переднеплановых объектов, следует увеличивать съёмочный базис.

Съёмочный базис есть мощный фактор, влияющий на характер пространственной передачи стереоскопического изображения, и менять его величину на протяжении съёмки единого плана или монтажной фразы не рекомендуется.

Алгоритм подбора параметров стереосъемки

Приступая к стереосъёмке мы имеем следующий набор усреднённых параметров:

В зр = 65 мм

Р ∞экр - 1% от ширины изображения

S экр =6500 мм - ширина средне статического экрана

B c =25 мм - среднестатистический базис съёмки

При композиционном построении кадра, оператор принимает ряд последовательных решений:

Выбор крупности (масштаба) объекта, находящегося в плоскости рампы

Выбор оптики по необходимой ширине угла зрения и степени приближения к объекту

Определение величины базиса съёмки

Определение местоположения рампы и дистанции до неё

Определение границ глубины комфортно воспринимаемого пространства


Пример композиции переднего плана и фона бесконечности Фото 2

Выбрав оптику по углу зрения, и определившись с величиной съёмочного базиса оператор определяет для себя, в каком режиме вести съёмку –– в пропорционально-пространственных соотношениях или с гипертрофией. Если пространственная композиция кадра простирается до бесконечности, то съёмку следует вести с основной дистанцией рампы, являющейся производной от соотношения выбранного фокусного расстояния и базиса съёмки, определяемой по формуле . Съёмка с такими параметрами позволит передать картину с максимально возможной глубиной комфортно наблюдаемого пространства, когда параллаксы изображения объектов бесконечности не превышают 1 % от ширины экрана. Фото 2.

При определении местоположения рампы в пространственной композиции кадра следует соотносить психологическое восприятие переднеплановых объектов с отжимающим действием границ кадра. Рампа может располагаться за переднеплановым объектом, который, как правило, не должен обрезаться границами кадра. К примеру, при съёмке поясного плана актера с вытянутой рукой, переднеплановым объектом является рука, и рампа располагается за рукой по персонажу, обрезаемому границами кадра (Фото 3). В этом случае ближней дистанцией будет расстояние до вытянутой руки и она должна быть не менее половины дистанции рампы. Тогда величина горизонтальных параллаксов объектов, проникающих в зал, будет не больше величины параллаксов бесконечности (1% от ширины изображения), но с обратным знаком.

При отсутствии объектов "проникающих" в предэкранное пространство, переднеплановым является объект, обрезаемый границами кадра. И рампа должна проходить по этому объекту (Фото 4).

Следует понимать, что рампа это виртуальная плоскость нулевых параллаксов, проходящая через трёхмерный объект. Поэтому при съёмке средних и крупных планов от месторасположения плоскости нулевых параллаксов в срезе этого трёхмерного объекта будет зависеть степень рельефности (выдвижения в предэкранное пространство) объекта. Выставлению нулевого параллакса по зрачкам актера предпочитается расположение рампы на уровне затылочной части персонажа.

Для оперативного подбора параметров стереосъёмки, на основе формул, описывающих взаимозависимость параметров стереосъёмок, в программе Microsoft Excel разработана интерактивная таблица (автор оператор И. Поморин), по которой оператор может оперативно определять границы комфортно наблюдаемого пространства при определённом сочетании фокусного расстояния и базиса съёмки, устанавливаемых в соответствии с творческими задачами, или подобрать такое сочетание при заданных границах пространства.

К исходным параметрам относятся:

· фокусное расстояние объектива F;

· базис стереосъёмки B с ;

· параллакс бесконечности на плёнке P ∞

После введения исходных параметров таблица отображает:

· основную дистанцию рампы L р ;

· величину индекса рампы Н , численно совпадающую с коэффициентом гипертрофии пространства;

· максимально допустимое расстояние L д от точки съёмки до дальнего объекта, вычисляемое по формуле

· минимально допустимое расстояние L бл от точки съёмки до ближнего объекта, вычисляемое по формуле:

[ 8 ]

Расчёт стереопараметров

50

26,00

6500

25

260

65

0,25

H

Lбл, м

Lp, м

Lд, м

1

2,60

5,20

∞

1,3

2,31

4,16

20,80

2

1,73

2,60

5,20

3

1,30

1,73

2,60

4

1,04

1,30

1,73

5

0,87

1,04

1,30

H

Lбл. м

Lp м

Lдал.м

1,73

1,90

3,00

7,09

Чёрным цветом выделены поля таблицы, в которые вводится информация, неизменная на протяжении производства всего фильма. Это, прежде всего, допустимая величина параллакса бесконечности на экране - 65 мм, ширина изображения на матрице стереокамеры 25мм и усреднённое значение ширины экрана – 6500мм.

Выбрав нужный по углу зрения объектив, оператор заносит в таблицу его параметры в величинах фокусного расстояния, а также величину базиса съёмки. Таблица построчно показывает диапазоны комфортно наблюдаемого пространства при съёмке с различным индексом гипертрофии (поля пурпурного цвета). В колонках голубого и зелёного цвета выстроены варианты диапазонов пространственной композиции в зависимости от индекса гипертрофии. В самой нижней строке по произвольной величине дистанции рампы определяются границы комфортно наблюдаемого пространства.

В своё время в МКБК в устройство дистанционного управления стереообъектива по изменению дистанции рампы ввели электронный калькулятор, который, подобно вышеприведенной интерактивной таблице, показывает границы комфортно воспроизводимого пространства в зависимости от заложенных исходных параметров стереосъёмки (Фото 5).

.

Фото 5

Если внимательно проанализировать значения диапазонов комфортновоспроизводимого пространства при разных величинах фокусного расстояния, то можно определить своеобразную закономерность, сложившуюся в системе «Стерео-70» благодаря удачному совпадению величины базиса съёмки 26 мм и ширины изображения кадра на матрице 24,8 мм. Такое сочетание величин позволяет без таблиц, путём простого арифметического расчёта с незначительной погрешностью, определять параметры съёмки:

· основная дистанция рампы в метрах определяется первой цифрой фокусного расстояния объектива;

· дальняя граница комфортно-воспроизводимого пространства равна дистанции рампы при предыдущем значении индекса гипертрофии;

· ближняя граница комфортно-воспроизводимого пространства равна половине действующей дистанции рампы.

Так, например, в линейке объективов «Стерео-70» при первом приближении основной дистанцией рампы можно считать следующие величины:

Fмм

L бл, м

Lр, м

Lдал, м

1,15

2,30

1,40

2,80

1,75

3,50

2,00

4,00

2,50

5,00

3,75

7,50

5,00

10,00

При этих значениях дальняя граница комфортно воспроизводимого пространства всегда равна бесконечности.

При съёмке с дистанцией рампы в два раза меньшей основной (индекс гипертрофии Н=2), величинам дальних границ присваивается значение величин основных дистанций рамп этих объективов.

Fмм

L бл, м

Lр, м

Lдал, м

0,58

1,15

2,30

0,70

1,40

2,80

0,88

1,75

3,50

1,00

2,00

4,00

1,25

2,50

5,00

1,88

3,75

7,50

2,50

5,00

10,00

При каждом изменении дистанции рампы в кратное число раз значение предшествующей дистанции рампы переходит в значение дальней границы пространства.

В заключение:

Методология расчёта параметров стереосъёмки, описанная в данной статье, позволяет перевести сложные математические расчёты из научной области в плоскость практической деятельности кинооператора на съёмочной площадке. Автору изображения предоставляется алгоритм его действий самостоятельно от стереографа. Таблицы и калькуляторы служат для облегчения расчётов, но не смогут заменить творческого отношения к подбору параметров стереосъёмки в зависимости от поставленных задач по композиционному построению сцены.

Благодаря так называемому псевдоскопическому эффекту стереоско­пическая съемка позволяет получить объемное, трехмерное фото­изображение объекта, воспринимаемое как его оптический слепок. Человеческое зрение является бинокулярным вследствие различного восприятия предметов правым и левым глазом, создающим впечат­ление глубины пространства, объемности. Человек видит предметы в трех измерениях: в высоту, в ширину и в глубь перспективы. Один глаз дает восприятие предметов лишь в двух измерениях - по высоте и ширине. Фотоаппарат воспроизводит предметы аналогично, одна­ко если сфотографировать предмет с двух точек, отстоящих одна от другой на 60-65 мм (среднее расстояние между центрами глаз), и рассматривать снимки через специальное устройство, то они будут восприниматься как одно объемное изображение. На таких фото­снимках легко определяется пространственное расположение объек­те, их форма, расстояния между ними, а с помощью приборов ещё и размеры. Следовательно, стереоскопический метод представляет совокупность приемов съемки для получения фотографий, рассмат­ривая которые можно воспринять предметы в трехмерном виде.

В криминалистической практике стереофотосъемку целесообразно применять в тех случаях, когда на снимках необходимо точно воспроизвести форму объектов и их взаимное расположение в пространстве. Примером может служить место крупного дорожно-транспортного происшествия, осмотр которого обычно проводится в до­вольно сжатые сроки. По объемным фотографиям обстановку ДТП можно проанализировать в любое удобное время, что по обычным плоским фотоизображениям практически невыполнимо.

Стереоскопическое изображение получают с помощью специаль­ной двухобъективной фотокамеры «Спутник» или аппарата общего назначения. Стереокамеры обеспечивают съемку стереопары, помес­тив которую в стереоскоп наблюдают объемное изображение запечатленных криминалистических объектов. Обычным аппаратом стереосъемку производят с использованием стереонасадки на объектив. Она позволяет получить при съемке с одной точки стереопару на кадре размером 24x36 мм. Неподвижные объекты можно заснять на два кадра, переместив точку съемки путем переноса центра тяжести тела с одной ноги на другую, стоящую рядом.

Проявлять негативы при стереосъемке нужно в мягко работаю­щем проявителе, стремясь получить на негативе как можно больше деталей. Печатать снимки можно только на глянцевой фотобумаге. Отпечатки должны быть одного тона и без каких-либо дефектов. Снимки нельзя сразу рассматривать в стереоскопе, так как в таком случае будет восприниматься обратный рельеф. Для получения пря­мого рельефа стереопару разрезают по средней линии и наклеивают на картон так, чтобы снимок, сделанный правым объективом, нахо­дился против правого глаза, а сделанный левым - против левого. При наклейке надо следить, чтобы оптические оси линз стереоскопа проходили через главные точки отпечатков. Расстояние между этими точками должно соответствовать промежутку между оптическими осями стереоскопа. Главную точку снимка находят проведением диа­гонали. Затем снимки кладут рядом и определяют расстояние между этими точками. Если оно больше промежутка между оптическими осями линз стереоскопа, то обе фотографии подрезают на 0,5 этой разницы, а если меньше, то соответственно раздвигают.



Усовершенствованной разновидностью стереоскопической съем­ки является стереофотограмметрическая съемка.

Для этого полученную стереопару (два фотоснимка одного объек­та, снятого с двух разных точек пространства) помещают в стереофото­грамметрический прибор, который позволяет наблюдателю увидеть про­странственное (стереоскопическое) изображение и измерить расстояния между точками, объектами, определить их размеры и т. п. Существуют специальные комплексы технических средств для фиксации обстановки места происшествия, основанные на стереофотограмметрии, в частности стереофотограмметрический комплекс (Фомп-1) и электронный стерео­грамметрический комплекс (Фомп-Э).

Публикуется в качестве доклада на международной конференции

SMPTE по стереоскопическим технологиям

Теоретическая часть:

Одной из основных проблем при создании технологических систем для стереосъемки живой натуры, в особенности людей – это межцентровое расстояние между левым и правым объективами, именуемое базисом съемки. Величина базиса съемки не только не должнан превышать базис зрения, но иметь гораздо меньшую величину, кратную степени масштабного увеличения изображения на экране. Многолетней практикой стереосъемок, нами было определено, что чем больше масштаб увеличения на экране, тем меньше должен быть базис съемки. Так, например, при среднем коэффициенте масштаба изображения на экране равном 2,5, базис съемки должен быть 26мм. В противном случае мы сталкиваемся с проблемой возникновения эффекта миниатюризации. Но эффект миниатюризации не является основной причиной отказа от съемки с большой величиной базиса съемки. Как правило, зритель постепенно адаптируется к данному эффекту и перестает акцентировать на нем внимание, если конечно Вы не монтируете рядом сцены снятые различным базисом.

Основной причинной отказа от съемки с базисом, равному базису зрения и более, это вопрос величины комфортно воспринимаемого пространства. Как следует это понимать?

Один из главных параметров стереосъемки – это так, называемый параллакс бесконечности, то есть положительный параллакс одноименных точек изображения, находящихся в бесконечности. На экране величина такого параллакса бесконечности не должна превышать 65 мм:

P экранный = В зрения.

В противном случае зритель будет наблюдать изображение объектов на заднем плане в условиях дивергенции, что вызовет утомляемость и дискомфорт при просмотре стереофильма.

Вторым основным параметром стереосъемки является дистанции рампы, которая определяет расстояние от камеры до виртуальной плоскости нулевых параллаксов, которая впоследствии должна совпасть с плоскостью экрана в зрительном зале. При построении композиции, предметы, которые будут обрезаться краями кадра не должны располагаться ближе данной дистанции, в противном случае из-за эффекта «отжимающего действия экрана» виртуальная плоскость нулевых параллаксов психологически не будет восприниматься в плоскости экрана. Несовпадение плоскости нулевых параллаксов, заданных при съемке с плоскостью экрана при длительном просмотре фильма вызовет у зрителей дискомфорт и утомляемость.

Третьим параметром стереосъемки – является допустимая ближняя дистанция до камеры. Для статичных объектов, которые психологически могут восприниматься в зрительном зале, и не подвержены отжимающему эффекту экрана, такая дистанция равна половине дистанции рампы. В этом случае изображения таких статичных объектов имеют на экране отрицательный параллакс, равный параллаксу бесконечности (Рис 1).

Таким образом, если мы хотим предоставить зрителю комфортное восприятие трехмерного изображения, диапазон параллаксов на экране от самой ближней дистанции до самой дальней – бесконечности, не должен превышать 130мм. На практике, учитывая физиологические ресурсы зрительного аппарата – допустимое превышение выше описанных величин может быть до 50%. То есть в отдельных случаях мы допускаем увеличение параллакса бесконечности до 90 мм.

Вышеописанные параметры стереосъемки взаимозависимы от фокусного расстояния объектива и базиса съемки. Эта зависимость выражается формулой:

Где Lr – дистанция рампы, В – базис съемки, F – фокусное расстояние объектива, H – коэффициент пропорциональной передачи пространства, равный 1, а P? -максимальная величина параллакса изображения на кинопленке кинокамеры, которая при проекционном увеличении будет составлять на экране 65мм.

Каждый объектив при определенном базисе имеет свою основную дистанцию рампы, при которой съемка ведется в пропорционально-пространственных соотношениях, когда одноименные точки объектов бесконечности имеют на экране параллакс, равный 65мм. При изменении дистанции рампы в сторону ее уменьшения, объекты бесконечности будут иметь параллаксы, значительно превышающие величину 65-мм, поэтому композицию кадра надо будет ограничить фоном, расположенным на конечной дистанции, определяемой по формуле;

Так как фон, находящийся на конечной дистанции будет иметь на экране параллакс, равный бесконечности, будет нарушена пропорциональность передачи пространства. Индекс Н, обозначаемый гипертрофированность передачи пространства определяется по формуле:

На основе перечисленных формул нами была составлена интерактивная таблица подбора стереопараметров. Эта таблица показывает, как влияет базис съемки на величину диапазона комфортно воспринимаемого пространства (Рис 2 и 3).

Таблица расчета стереопараметров

Рис. 2 Сочетание параметров при съемочном базисе 26 мм


Рис. 3 Сочетание параметров при съемочном базисе 65 мм

Так, например, в случае с объективом 35 мм, при съемке с базисом 65мм мы имеем ограничения 11 м до бесконечности, а при съемке с базисом 26мм, этот диапазон будет существенно больше – от 4,5 мм до бесконечности. При приближении к актеру на более короткую дистанцию, например на 3 метра, ограничение пространства при базе 26 мм составит от 3 до 9 метров, а при базе 65мм – от 3 до 4 метров.

Что такое «Стерео-70»?

Отечественная система «Стерео-70» одна из старейших в мире. Эта система использует в производстве 70 мм пленку, поэтому получила приставку 70. стереофильмов на более 40 лет и было снято более 30 фильмов.

Принципом системы «Стерео-70» является – одна камера, один объектив, одна пленка. Два кадра 35 мм формата было решено разместить на одной 70 мм пленке. В этом случае межцентровое расстояние между кадрами составляет 26,4 мм, что отвечает требованиями съемки живой натуры, описанной выше. (Рис. 4).

Были рассчитаны оптические блоки малого размера, чтобы их можно было разместить на межцентровом расстоянии 26,4 мм. Оптические блоки со встроенными диафрагмами размещаются в специальной конструкции, которая позволяет синхронно управлять ими. (Рис. 5).

Оптические блоки расположены строго параллельно, но был разработан механизм, позволяющий сдвигать их относительно центров кадров в диапазоне 2 мм, что позволяет выставлять плоскость нулевых параллаксов на различные дистанции, вплоть до бесконечности. В этом случае происходит мнимая конвергенция боковыми лучами объективов (Рис. 6).

1-- плоскость пленки, 2 – главная плоскость оптических блоков, 3 – плоскость рампы, В1 – межцентровое расстояние между кадрами, В2 межцентровое расстояние между оптическими блоками

Таким образом, два оптических блока, заключенных в единую оправу, образуют единый стереообъектив, имеющий механизмы управления фокусировкой, диафрагмой и мнимой конвергенцией. В распоряжении оператора имеется линейка из семи объективов: 23мм, 28мм, 32мм, 35мм, 40мм, 75мм, 100мм (Рис 7).

*В случае необходимости изменения базиса съемки используются оптические призменные насадки, которые позволяют не только увеличивать базис до 110 мм, но и уменьшать его до 15 мм. Изменение базиса съемки производится дискретно. (Рис. 8).

Базисные насадки могут быть использованы с объективами, начиная с фокуса 40 мм, поэтому в настоящее время разрабатывается короткофокусный объектив с оптическими блоками по принципу перископа, когда входное межцентровое расстояние превышает выходное в два раза (Рис 9).

Принципиальное отличие стереокиносъемочного аппарата от камер аналогичного 70 мм формата является наличие бинокулярной лупы (Рис 10). Оператор может непосредственно наблюдать пространственное изображение и по схождению крестов визуально выставлять объективы на необходимую ему дистанцию нулевого параллакса. Рамки фильмового канала, разделитель, установленный после оптических блоков в камере позволяют иметь четкие границы левого и правого кадров стереопары, и избежать взаимного наложения изображений левого и правого ракурсов.

Модельный ряд камер:

"TRANSFORMER-65"

Hand-held & Steadicam

DC motor 12v external

Binocular viewfinder &

Shoulder-mounted

DC motor 16v internal

1 – 50; manual 24; 25; 30

Quartz-timed

Yes

450ft – 5 pcs

500ft – 2 pcs

Rotary binocular viewfinder

15-25 kg

(33-55 lbs)

"HAND-65"

Hand-held

DC motor 12v external

1; 2; 4; 8;

12; 16; 24;

26; 32 fps

Quartz-timed

245ft – 5 pcs

400ft – 2 pcs

Binocular viewfinder

7-9 kg

(15-20 lbs)

"SPEED-65"

High-speed & single frame shooting

DC motor 30v external

1 to 72 fps

Yes

1,000ft – 4 pcs

Binocular viewfinder

25 kg

(55 lbs)

"BOX-65"

Underwater shooting

DC motor 16v internal

24 fps

245ft – 5 pcs

TV control

30 kg

(66 lbs)

Общая спецификация камер

Purpose

Shooting of feature and documentary films in 3D

Stereopair Type

Horizontal "SIDE BY SIDE"

Frame Size

26 х 18.2 mm

Film Types

65 mm Black & White or Color.

Pull-Down and Pin-Registration

Dual forced

Registration Pin Vertical Instability of the Image

0.01mm

Shutter

150°

Noise level

45 dB

"TRANSFORMER 65"

“SHOLDER 65”
"SPEED-65"

Каждый кадр стереопары на 65-мм кинонегативе имеет информационную емкость как минимум 4K. Соотношение сторон кадров составляет 3:4, что хорошо вписывается в формат Гигантского экрана.

По технологии «Стерео-70», начиная с 1966 года, было снято более 30 стереофильмов. Система «Стерео-70» и ее объективы проходили несколько этапов модернизации. Последняя разработка камер была проведена в Московском конструкторском бюро киноаппаратуры (МКБК) в 1995-1997 годах. В 2009 году по нашему техническому заданию компанией «Оптика Элит» были разработаны новые оптические блоки с учетом их применения для цифровых камер.

Использование системы «Стерео-70» в цифровых технологиях

Система «Стерео-70» была разработана и создана в эпоху развития 70-мм кинематографического стандарта, который в настоящее время не имеет того коммерческого распространения, которое было до конца 80-х годов. Поэтому коммерческое производство стереофильмов по данной технологии было приостановлено в начале 90-х годов. Последняя попытка провести производство фильма пленочными камерами Стерео-70, состоялась в июле 2009 года в Испании во время национального праздника San Fermin, где проходили съемки трейлера стереоскопического фильма «Бег с быками» (“Running with Bulls”) – продюсер Chris Cary, режиссер Aubrey Powell. Продюсерская компания «SanFermin» остановилась на пленочной технологии, так как фильм должен был быть формате Гигантского экрана.

С приходом цифровых технологий основное направление нашей деятельности было направлено на разработку технологий, позволяющих использовать научный потенциал системы «Стерео-70» в создании стереофильмов минуя 70-мм пленку. Мы имели опыт производства кукольной анимации по системе «Стерео-70» еще с 70-х годов прошлого столетия. Но после ухода из производства 70мм формата, кукольная анимация стала наиболее уязвимой в этом вопросе. Поэтому первым нашим шагом было создание технологии съемки кукольных анимационных стереофильмов одним цифровым аппаратом для Гигантского экрана (Авторы Александр Мелкумов и Сергей Рожков).

Первая презентация этой технологии прошла на второй Галвестонской конференции GSCA в США (Second Galveston GSCA Conference) в сентябре 2006 года. А премьера первого стереофильма по данной технологии «Чучело» , созданный совместно с эстонской студией кукольной анимации «NUKU-FILM» демонстрировался на Ванкуверской конференции GSCA в Канаде в 2007 году. В настоящее время по данной технологии снимается полнометражный фильм «Lisa Limonene» на той же студии.

Вторым нашим шагом было создание мини комплекса на базе двух камер Sony формата HDV . Эти малогабаритные камеры позволяли иметь базис съемки равный 68мм и их видоискатели играли роль бинокулярной лупы. Для уменьшения базиса съемки, необходимый для комфортной съемки, по нашему заданию МКБК разработало специальную призменную насадку, уменьшающую базис съемки в 2 раза до 34мм (Рис 12).

В этих двух случаях мы придерживались принципов расчета стереопараметров по системе «Стерео-70», и шаг за шагом приближались к идее создания специализированной цифровой стереокамеры, которая не уступала бы по удобству работы с пленочными камерами. Мы понимали, что для использования объективов «Стерео-70» необходимо будет иметь цифровую камеру, как минимум, с двумя матрицами равными 35мм формату, или с одной матрицей 65мм формата. Нам повезло. Одна из моделей цифровых камер компании «Vision Research» широко известных как «Phantom», получила приставку 65, именно из-за размеров применяемой в ней матрицы, соответствующей размеру кадра на 65-мм кинонегативе.

Первое тестирование по вопросу возможности использования камеры «Phantom-65» с оптикой Стерео-70 проходило в Испании параллельно со съемками вышеупомянутого трейлера фильма «Бег с Быками». Камера двигалась на канатной дороге, которая проходила по улицам по траектории бега быков. Впоследствии МКБК провело большую работу по адаптации объективов «Стерео-70» к камере «Phantom-65». Недостаточно было просто сконструировать гнездо объективодержателя (Рис 13), необходимо было создать между объективом и матрицей специальную шахту для разделения световых потоков, падающих от правого и левого оптических блоков на матрицу (Рис 14).

Figure 13 illustrated that 3D lens with lens mount of the Phantom-65

Figure 14 illustrated that shaft for division of the light streams

Тестовые съемки в цифровом формате с использованием объективов «Стерео-70» были проведены в конце апреля этого года, и в настоящее время рассматривается вопрос о производстве полнометражного игрового фильма по этой технологии. Но до полноценной цифровой стереокамеры аналогичной пленочным камерам «Стерео-70» недостает бинокулярной лупы для оперативной работы оператора. В настоящее время контроль ведется по монитору, на который выведены изображения двух ракурсов стереопары.

Важным этапом в сохранении традиций системы «Стерео-70» стало создание стереообъективов нового поколения принципиально новой конструкции, где механическая часть управления оптическими блоками заменена электронной (Рис 15). Управления такими параметрами съемки, как фокусировка, и выставление точки нулевых параллаксов происходит по радио каналу(Рис 16).

Границы комфортно воспроизводимого пространства, определяемые по методике системы «Стерео-70», запрограммированы в устройстве управления объективами. Они автоматически высвечиваются на дисплее при установке оператором дистанции нулевых параллаксов.

Заключение:

«Сомневаться в том, что за стереокино - завтрашний день, это так же наивно, как сомневаться в том, будет ли завтрашний день вообще!» - это цитата из статьи «О Стереокино» известного режиссера Сергей Эйзенштейна, которая была написана в 1947 году под впечатлением просмотра одного из первых советских стереофильмов «Робинзон Крузе».

Прошло более 60 лет, этот день наступил. Но мы оказались не готовы к нему. У нас нет до сих пор настоящих кинокамер для производства стереофильмов, которые не уступали бы камерам традиционного кинематографа. Использование двух камерных систем стереосъемки столь же архаично, как если бы мы пытались сегодня использовать в цветном кино не многослойную цветную кинопленку, а технологию съемки камерами с тремя цветоделенными черно-белыми пленками.

Система «Стерео-70» с заложенными в ней принципами – одна камера, один объектив и один носитель, уникальна в своей оптической части. Однако, существующее решение адаптации стереообъективов к камерам «Phantom-65» пока еще уступает пленочным камерам этой же системы. В отличии от пленочных камер Стерео-70, где каждый кадр 35мм стереопары имеет информационную емкость 4К, матрица камеры «Phantom-65» имеет общее разрешение 4К, то есть по 2К на каждый ракурс. Мы надеемся, что компании разработчики цифровых камеры в скором времени осознают необходимость создания камер с размерами матрицы соответствующей стандарту 65-мм кинематографа так необходимых для полноценного и качественного производства стереофильмов.

Александр Мелкумов

Зав. Сектором цифрового стереокино

Научно-исследовательского кинофото института

Стереобазис – расстояние между точками, с которых ведется стереосъемка. От правильного выбора стереобазиса напрямую зависит качество стереоизображения.

При съемке фотоспаркой, стерео базой является расстояние между фотоаппаратами, но это не просто промежуток между камерами, а расстояние между аналогичными точками, например, центрами объективов. При съемке одним фотоаппаратом, стереобазис будет равен расстоянию, на которое смещается камера.

Величина базиса зависит от расстояния до фотографируемого объекта. Стереобаза может быть и нескольких миллиметров (при макросъемке), и несколько метров (при съемке пейзажей), в зависимости от характера съемки. Существует мнение, что оптимальная величина стереобазиса равна среднестатистическому расстоянию между глаз (у людей от 58 до 72 мм) – 65 мм. При такой величине дальность передаваемого объема стереопарой составит 3-5 метров, согласитесь, совсем не много. Но почему происходит так, ведь расстояние между глаз такое же, а зрение воспринимает объем гораздо дальше. Дело в том, что большую часть мозг «додумывает», основываясь на опыте, накопленном в течение жизни. Вот и получается, что объемная картинка на удаленное расстояние, которую мы видим, является совокупностью бинокулярного зрения, знания реальных размеров объектов и перспективы.

Для достижения хорошего объемного эффекта стереобазу необходимо регулировать. Существует несколько сложных формул для расчета стереобазы, но применить их на практике в условиях динамичной фотосъемки практически невозможно. Есть и более простая формула:

где D – расстояние до фотографируемого объекта, B – стереобазис.

Существует правило, что расстояние до центрального объекта фотосъемки должно равняться пятидесяти стереобазам. Поэтому, зная расстояние до объекта и разделив его на 50, мы получим значение стереобазиса. Но цифра 50 не является неизменной, это средне значение, которое может варьироваться в зависимости от факторов съемки – величины объекта, наличие переднего и заднего планов.

Для определение стереобазиса существует несколько приложений, например, StereoMeter. Эта программа очень проста в применении.

На основе параметров съемки приложение рассчитывает оптимальное значение стереобазы. Программа учитывает обширное количество параметров: расстояние до каждого плана, максимальное значение стереобазы, направленность съемки, ориентация фотоаппарата, фокусное расстояние, количество ракурсов, размеры готовой фотографии. Введя все эти значения, вы без труда рассчитаете расстояние между камер нажатием одной кнопки. В программе StereoMeter возможен расчет стереобазы относительно расстояния до объектов и, наоборот, расчет расстояния до предметов, зная значение стереобазиса.

При накопленном опыте в области стереофотографии, приходит ощущение стереобазы, и фотограф автоматически выставляет нужное значение подобно тому, как мозг обрабатывает увиденную глазами информацию.


Стереоскопическая фотосъемка.

Стереоскопической съемкой (стереофотографией) называется метод получения фотоснимков, позволяющий воспринимать объемность сфотографированных пространства и объектов (протяженность в глубину).

В следственной практике стереофотография обычно используется для запечатления сложной обстановки места происшествия, например при дорожно-транспортном происшествии, аварии на производстве, при проведении следственного эксперимента, когда важно показать взаимное расположение предметов, хотя с ее помощью также решается задача определения расстояний между предметами и их размеров.

Термин?стереофотография? переводится как пространственная фотография. При помощи плоскостной фотографии окружающее пространство передается на фотоснимке в двух измерениях, стереофотография позволяет передать и третье измерение - глубину фотографируемого пространства.

Стереофотография основана на способности зрения человека различать при наблюдении не только форму и величину предметов, но и судить об их пространственном положении. Это объясняется тем, что каждый глаз рассматривает предметы с разных точек, поэтому для каждого из них изображение будет разным, так как оно имеет другую перспективу. Различие перспективы возникает вследствие расстояния между глазами, которое у человека в среднем составляет 65 мм.

Для получения стереопары можно применить фотоаппарат специальной конструкции, например?Спутник?, призматическую стереонасадку для малоформатного фотоаппарата или обычный фотоаппарат, укрепленный на штативе с приспособлением для получения двух снимков. Фотоматериалы для стереопар лучше применять обращаемые (черно-белые или цветные), но можно использовать и негативные, с которых контактным способом получают позитивные изображения.

Для просмотра стереопар с базисом 65 мм (базис человеческого зрения) применяются стереоскопы, позволяющие левым глазом воспринимать левое изображение, а правым глазом - только правое.

Для демонстрации стереопар на большом экране применяют стереодиапроекторы. Система стереопроекции должна обеспечивать сепарацию, т.е. раздельное восприятие изображений правым и левым глазом. Наибольшее распространение получил поляризационный способ сепарации изображений. При стереопроекции на объективы сдвоенного диапроектора надевают поляризационные светофильтры с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. Анализаторами являются поляроидные очки у каждого зрителя, причем все левые светофильтры ориентированы параллельно левому поляризатору, а правые - правому. В результате каждый глаз рассматривает одно изображение.

Экран для такого рода проекции не должен быть деполяризатором, т.е. падающий на него поляризованный свет должен отражаться также поляризованным. Этим свойством обладают металлические поверхности, поэтому экран изготавливают из матированного алюминия или гофрированной алюминиевой фольги.

Усовершенствованной разновидностью стереоскопической съемки является стереофотограмметрическая съемка. Она объединяет возможности стерео-и измерительного методов, позволяя получить стереопару снимков, по которым с помощью специальных приборов (стереокомпаратора или стереографа) можно построить масштабный план места происшествия и определить точные размеры имеющихся на нем объектов. Стереопары получают с помощью специальной аппаратуры, которая монтируется в машине-лаборатории.

При отсутствии такого комплекта оборудования, можно порекомендовать простейший способ стереофотограмметрической съемки. Он основан на закономерностях образования изображения при съемке стереопары. Ее получают, фотографируя объект с двух разных точек, находящихся на одном уровне. Расстояние между этими точками составляет базис съемки. На одном из полученных негативов изображение объекта смещено по горизонтали по сравнению с его положением на другом негативе. Величина смещения, являющаяся параллаксом, обусловлена величиной базиса, фокусным расстоянием и дистанцией съемки.

Для выполнения измерительной стереофотосъемки необходимо обязательно выполнить следующие правила:

1)точное измерение базиса и точность установки фотоаппарата на его концах;

2)обеспечение параллельности оптической оси фотокамеры при размещении ее на правом и левом концах базиса;

3)горизонтальное перемещение положения фотоаппарата.

Определение линейных размеров предметов по стереопаре производится на основании существующей зависимости между действительными размерами предметов и размерами его изображения на снимке, фокусным расстоянием объектива, дистанцией съемки, параллаксом и базисом. Две последние величины являются элементами стереосъемки, остальные получают путем измерений по стереопаре.

Техника получения стереопары сводится к последовательному фотографированию обычным фотоаппаратом, в том числе и малоформатным, обстановки места происшествия с левого и правого концов базиса. Длина базиса стереосъемки в каждом конкретном случае зависит от расстояния до фотографируемого предмета, от его размеров, требований к точности вычислений (при большем значении базиса точность определения размеров выше). Однако увлекаться увеличением длины базиса не следует, так как необходимо обеспечить наличие фотографируемого предмета на обоих негативах стереопары полностью.

Общим правилом обычно является использование наибольшего базиса при съемке удаленных предметов. Например, при фотографировании предметов, удаленных на 10 м и более, желательно использовать величину базиса не менее 80-100 см, на меньших расстояниях съемки базис может составлять 50 см и менее. Целесообразным также при съемке близко расположенных от фотоаппарата объектов (например в тесном помещении) применять широкоугольные объективы.

После фотосъемки и фотохимической обработки пленки она разрезается на отрезки, каждый из которых содержит одну стереопару. Со стереопары изготавливается один позитивный снимок, содержащий оба кадра. На снимке необходимо сохранить внешние границы кадров. Параллакс для каждого из предметов, размеры которого восстанавливаются, определяется следующим образом. Во всю длину фотоснимка проводится горизонтальная линия, проходящая через одну и ту же точку изображения какого-либо предмета на обоих фотоснимках. Желательно, чтобы линия проходила вблизи изображений, размеры которых восстанавливаются, или даже через точку одного из них. Измерение отрезка между точками пересечения этой линией, например, левых границ кадров даст величину Ь. Затем измеряется расстояние между одноименными точками изображений предмета d. Разность между этими величинами является параллаксом Р = Ь - d.

Удаление сфотографированного предмета от линии базиса съемки определяется по формуле:

Где О - расстояние от базиса до объекта съемки;

F - фокусное расстояние используемого объектива;

Р - вычисленное значение параллакса.

Значение фокусного расстояния объектива при расчетах необходимо брать не номинальное, а фактическое. Например, для объектива?Гелиос-44? фактическое значение фокусного расстояния составляет 58,6 мм.

Истинные размеры предмета по ширине и высоте можно определить по формулам:

Z=Oz / f X=Ox / f

Где Z - восстанавливаемый размер предмета по ширине;

Z - ширина изображения предмета на снимке;

X - восстанавливаемый размер предмета по высоте;

Х - высота изображения предмета на снимке.

Размеры предмета в глубину определяются как разница расстояний от базиса до передней и дальней плоскости предмета:

Для этого нужно отдельно установить параллаксы для ближней и дальней плоскости, а затем уже вычислить расстояния до них от базиса (О и О1). Вычисление искомой ширины и глубины предмета описанным выше путем возможно, если предмет своей фронтальной плоскостью параллелен фокальной плоскости (линии базиса). При расположении предмета под углом к линии базиса нужные размеры восстанавливаются с помощью вспомогательного прямоугольного треугольника, гипотенузой в нем является сторона предмета, размер которой восстанавливается. Длины катетов этого треугольника находят по формулам для ширины и глубины предмета.

Необходимые измерения можно произвести по снимку, отпечатанному контактным способом. Однако при использовании малоформатных фотоаппаратов производство необходимых измерений на снимках, полученных контактной печатью, весьма затруднительно из-за мелкого изображения деталей обстановки. В этом случае облегчить измерения можно по увеличенному снимку стереопары. Точность измерений практически не снижается, если выполнить определенные требования при изготовлении позитивных стереоснимков:

1)плоскость кадрирующей рамки должна быть строго параллельна плоскости фотопленки;

2)негатив необходимо разместить между прижимными стеклами, чтобы уменьшить влияние изгиба пленки на точность измерений;

3)резкость изображения должна быть достаточно высокой;

4)на стереоснимках должны быть сохранены внешние границы стереокадров;

При позитивной печати малоформатных снимков оптимальным считается увеличение в 3-3,5 раза, в этом случае размер одного кадра стереопары будет иметь размеры приблизительно 80 на 120 мм.

Порядок вычисления параллакса в целях определения удаления сфотографированного объекта от базиса съемки остается прежним. Но его истинная величина определяется с учетом кратности К увеличения при позитивной печати:

Формула расстояния до фотографируемого объекта преобразуется к следующему виду:

Вычисляя другие размеры предметов, можно пользоваться разницей b-d без поправки на коэффициент позитивного увеличения. В этом случае без поправки берутся размеры изображений по ширине и высоте. Объясняется это тем, что поправка на коэффициент взаимно уничтожается при вычислениях.