per què tenim dos ulls

Per què tenim dos ulls?

(o com veure imatges 3D en una pantalla d'ordinador)

Antoni Jaume i Capóantoni.jaume@uib.es

http://dmi.uib.es/~ajaume/

Índex● Utilitat de tenir dos ulls

● Visió monocular● Visió binocular● Disparitat● Estereoscòpia

● Història de l'estereoscòpia

● Tècniques d'estereoscòpia

● Geometria epipolar

Un experiment● Si ens aclucam un ull  i ens tiren un objecte, 

ens resulta difícil agafar­lo● Si no ens movem gens encara es més difícil

Són necessaris dos ulls?● Major camp de visió ( útil 100° + residual 80°)● Detecció d'objectes dèbils ● En permet calcular la profunditat, amb un ull 

només la podem intuir● Òrgans duplicats

Pregunta

Ens costa agafar l'objecte, però veim les coses en 3 Dimensions.

Com és això?

Visió monocular● Quan només veim amb un ull● Tenim més camp de vista● Es pot intuir la profunditat

– Existeixen diversos mecanismes que actuen a nivell de la visió que proporcionen informació tridimensional

Visió monocular● Il∙luminació

– Les ombres i els contrasts aporten relleu i volum

Visió monocular● Superposició de 

imatges– Informació sobre quin 

objecte està més aprop

Visió monocular● Perspectiva

– Sensació de profunditat

Visió monocular● Moviment de 

paral∙laxi– El desplaçament de 

l'observador fa que els objectes de l'escena es moguin en una direcció o en una altra depenent de la seva posició

Visió monocular

Visió binocular● Capacitat d'integrar dues imatges de la mateixa 

escena d'angles diferents (suma binocular)– Cada ull d'una persona percep una vista diferent de 

la mateixa escena● El cervell es capaç de calcular la profunditat 

dels objectes a partir de les diferències de cada vista  (diplopia fisiològica)

Visió binocular

Visió Binocular

X

Y Y

X

(20,50) (25,50)(80,75) (100,75)

(0,0) (0,0)

Visió Binocular● Així com tenim situats els nostres ulls, la diferència 

entre les vistes sempre serà horitzontal (coordenada X)– Paral∙lels al terra– Situats a la mateixa altura– Punts de vista paral∙lels

● Depenent de la diferència en la coordenada X, el nostre cervell es capaç de conèixer la profunditat

Visió Binocular

X

Y Y

X

(20,50) (25,50)(80,75) (100,75)

(0,0) (0,0)

Visió Binocular

Diferència A = 25­20 = 5Diferència B = 100­80 = 20

Disparitat● És la diferència horitzontal entre dues imatges● Donats dos objectes A i B en una escena, des 

d'un punt de vista de la visió binocular– el que té la disparitat més gran, és el que està més 

aprop de l'observador● Conclusió: Les variacions horitzontals entre 

imatges, són interpretades pel nostre cervell com  un volum

Pregunta

Com podem veure imatges 3D en una pantalla d'ordinador?

Estereoscòpia● Si som capaços de mostrar a cada ull una 

imatge(2D) que correspongui a la visió monocular de l'escena que volem visualitzar en 3D,  enganyarem el cervell i tendrem la sensació que la imatge de l'escena té profunditat

Estereoscòpia

Estereoscòpia

Estereoscòpia

Història Estereoscòpia

Euclides, Leonardo da Vinci i Keppler ja observaren el fenomen de la visió binocular

Història Estereoscòpia● Sir Charles 

Wheatstone (1838):– Descobreix el 

fenomen de l'estereoscòpia

– Primer Estereoscopi– Encara no s'havia 

descobert la fotografia

Història Estereoscòpia

Història Estereoscòpia

Història Estereoscòpia● Oliver Wendell 

Holmes – Metge i poeta dels 

Estats Units d'Amèrica

– Construí l'estereoscopi més famós del segle XIX

Història Estereoscòpia● Fotografia 3D

– Sir David Brewster (1849)

– Científic escocès– Primera càmera 

fotogràfica estereoscòpica.

Història Estereoscòpia

Història Estereoscòpia

Història Estereoscòpia

Història Estereoscòpia

Història Estereoscòpia● Cinema 3D

– Anys 50 començà l'explotació comercial

– Problemàtica de l'estereoscopia

● Molèsties visuals– Anys 80 apareixen els 

sistemes IMAX

Tècniques d'estereoscòpia● Fa molts d'anys que 

són conegudes, però la tecnologia ens permet millorar­les

● Dues vistes diferents de l'escena

● Mostrar a cada ull la vista que li correspon

Ull esquerra

Ull dret

Tècniques d'estereoscòpia● Anàglif● Polarització● Alternança d'imatges● Head Mounted Display● ChromaDepth● Monitors estèreo

Tècniques d'estereoscòpia● Anàglif

– S'utilitzen filtres de colors complementaris– Sistema de baix cost– Altera els colors– Pèrdua de colors– Cansament visual – Software gratuït

Tècniques d'estereoscòpia● Anàglif

Tècniques d'estereoscòpia● Anàglif

Tècniques d'estereoscòpia● Anàglif

Tècniques d'estereoscòpia● Anàglif

Tècniques d'estereoscòpia● Anàglif

Tècniques d'estereoscòpia● Polarització

– S'utilitza llum polaritzada per separa les imatges– No altera els colors– Pèrdua de lluminositat– S'ha de projectar damunt pantalles que siguin 

capaces de reflectir la llum polaritzada

Tècniques d'estereoscòpia● Alternança d'imatges

– Alternativament mostra una imatge per l'ull dret i una per l'ull esquerra de forma sincronitzada

– Ulleres obturadores de cristall líquid (cada ull només veu una imatge)

– A freqüències altes, el parpelleig és imperceptible 

Tècniques d'estereoscòpia

Tècniques d'estereoscòpia● Alternança d'imatges

– Sistema de la UIB

Tècniques d'estereoscòpia● Alternança d'imatges

– Sistema de la UIB

Tècniques d'estereoscòpia● Head Mounted Display

– Casc estereoscòpic amb dues pantalles, una per cada ull.

– A cada pantalla es projecte la vista de l'ull que li correspon

– Relació entre preu i resolució

Tècniques d'estereoscòpia● ChromaDepth

– Es basa en la desviació  que produeixen els diferents colors de l'espectre visible

– En un prisma la llum es devia depenent de la seva longitud d'ona

● Més desviació en el vermell, menys en el blau– En les imatges es codifica la profunditat amb el color– La imatge es pot veure en 2D– La imatge perd tota la informació cromàtica

Tècniques d'estereoscòpia● ChromaDepth

Tècniques d'estereoscòpia● ChromaDepth

Tècniques d'estereoscòpia● Monitors estèreo

– Prototips on no es necessiten ulleres– Fase experimental– Detecció dels ulls– Microlents

Tècniques d'estereoscòpia● Monitors estèreo

Tècniques d'estereoscòpia● Monitors estèreo

Pregunta

És possible calcular la distància d'un objecte respecte de la posició de la càmera? 

(saber les seves coordenades respecte la càmera)

Geometria Epipolar

Geometria Epipolar● Cas singular en 

càmeres binoculars– Distància focal– Separació de càmeres– Disparitat

Geometria Epipolar

Recordatori● Utilitat de tenir dos ulls

● Visió monocular● Visió binocular● Disparitat● Estereoscòpia

● Història de l'estereoscòpia

● Tècniques d'estereoscòpia

● Geometria epipolar

Per què tenim dos ulls?

(o com veure imatges 3D en una pantalla d'ordinador)

Antoni Jaume i Capóantoni.jaume@uib.es

http://dmi.uib.es/~ajaume/