3D Bril Verslag

FACULTEIT PSYCHOLOGIE EN PEDAGOGISCHE WETENSCHAPPEN Vakgroep Onderwijskunde Lerarenopleiding

Uitgevoerd door: Koen D’Hulster & Emiel Baeke In het kader van Didactiek wetenschappen Academiejaar 2011-2012

Onderzoeksproject

Hoe ver moet je de twee beelden uit elkaar schuiven om een goed 3D- beeld te verkrijgen?

1

Koen D’hulster & Emiel Baeke Onderzoeksproject Didactiek Wetenschappen

Inhoud 0 Voorbereiding onderzoek ................................................................................................................ 2

0.1 Vorming van het team ............................................................................................................. 2

0.2 Keuze onderzoeksthema ......................................................................................................... 2

0.3 Afbakenen onderzoeksonderwerp .......................................................................................... 2

0.4 Plan van aanpak ....................................................................................................................... 2

0.4.1 Logboek ........................................................................................................................... 2

0.4.2 Opzoeken van informatie ................................................................................................ 2

Deel Vooronderzoek

1 Inleiding ........................................................................................................................................... 3

1.1 De anatomie van het oog ........................................................................................................ 3

1.2 Zien met twee ogen en samenwerking tussen de ogen .......................................................... 4

2 Hoe werkt een 3D- bril .................................................................................................................... 4

2.1 Anaglyph .................................................................................................................................. 4

2.2 Polarizer ................................................................................................................................... 5

Deel Onderzoeksproef

3 Inleiding ........................................................................................................................................... 7

4 Voorbereiding .................................................................................................................................. 7

4.1 Probleem ................................................................................................................................. 7

4.2 Principe opstelling ................................................................................................................... 8

4.3 Praktisch opstelling ................................................................................................................. 9

5 Metingen ....................................................................................................................................... 10

5.1 Eerste reeks metingen ........................................................................................................... 10

5.2 Tweede reeks metingen ........................................................................................................ 10

5.3 Verwerken van de foto’s ....................................................................................................... 11

6 Resultaten...................................................................................................................................... 11

7 Besluiten ........................................................................................................................................ 13

Bijlage A: Afbeeldingingen..................................................................................................................... 14

2


0 Voorbereiding onderzoek

0.1 Vorming van het team

Het team bestaat uit Koen D'hulster en Emiel Baeke.

0.2 Keuze onderzoeksthema

Gebaseerd op het volgende artikel hebben wij gekozen voor de 3D bril als thema. http://www.newscientist.com/article/dn20286-why-glassesfree-3d-is-going-to-be-a-smallscreen-hit.html

0.3 Afbakenen onderzoeksonderwerp

De onderzoeksvraag: Hoe ver moet je de twee beelden uit elkaar schuiven om een goed 3d-beeld te verkrijgen? Bijvragen : - Hoe werkt een 3d bril? - Wat is de invloed van achtergrond als je een 3d beeld tekent?

0.4 Plan van aanpak

0.4.1 Logboek

0.4.2 Opzoeken van informatie

http://www.mostert.org/3dindepraktijk/3dbril.php

http://nl.wikipedia.org/wiki/Polarisatiefilter

http://www.aankoopkennis.nl/televisies/3d-tv-informatie/technieken-polarisatie.html

http://www.physicsclassroom.com/class/light/u12l1e.cfm

Logboek : Datum / Plaats

Agendapunten Uitvoering Afspraken

22/02/2012 mail

Bepalen groep

03/03/2012 mail

Uitwisselen artikels zoeken onderwerp

Artikels bekijken

05/03/2012 mail

Top 3 bepalen en onderwerp kiezen

Onderwerp doormailen

30/04/2012 Verslag: Voorstudie Aanmaken eerste deel verslag

07/05/2012 Uitvoering proef Uitvoeren van de proef en verwerken van de gegevens

14/05/2012 Verslag: Proef Afwerken verslag

http://www.newscientist.com/article/dn20286-why-glassesfree-3d-is-going-to-be-a-smallscreen-hit.html

http://www.mostert.org/3dindepraktijk/3dbril.php

http://nl.wikipedia.org/wiki/Polarisatiefilter

http://www.aankoopkennis.nl/televisies/3d-tv-informatie/technieken-polarisatie.html

http://www.physicsclassroom.com/class/light/u12l1e.cfm

3


Vooronderzoek

1 Inleiding Bij het vooronderzoek hebben we gezocht naar wat we konden vinden over hoe onze ogen iets zien en hoe het komt dat wij dieptezicht hebben. Verder hebben we gekeken naar een aantal methoden die tegenwoordig gekend zijn om foto's of films in 3D te bekijken. Het oog

Het oog is het zintuig, dat beelden doorgeeft aan de hersenen. Het oog is te vergelijken met een fotocamera. Door de pupil valt licht in het oog op het netvlies. Deze lichtprikkels worden doorgeleid naar de hersenen, waar herkenning van het beeld plaatsvindt.

1.1 De anatomie van het oog

Het oog bestaat uit het hoornvlies (cornea), de harde oogrok (sclera), de voorste oogkamer, gekleurd regenboogvlies (iris), de pupil, de achterste oogkamer, de lens, het glasvocht, het netvlies (retina) en de oogzenuw (nervus opticus). Het hoornvlies en de ooglens vormen samen het lenzenstelsel van ‘de fotocamera’; de pupil is het diafragma en het netvlies het fotorolletje.

Figuur 1 Doorsnede van het oog

De pupil is de opening in het midden van het regenboogvlies (iris). De pupil regelt de hoeveelheid licht die het oog binnenkomt. In fel licht wordt de pupil verkleind en in het donker wordt de pupil vergroot, waardoor er meer licht binnen kan komen. De harde oogrok geeft stevigheid aan het oog. De oogrok is wit, maar heeft aan de voorkant een doorzichtig gedeelte, het hoornvlies. De ooglens is een heldere lens, die de lichtstralen afbuigt naar het netvlies. De ooglens kan van sterkte veranderen door boller of platter te worden. Hierdoor kunnen we zowel dichtbij als veraf scherp zien. Dit verschijnsel wordt ook wel accommoderen/accommodatie genoemd. Op latere leeftijd kan de lens troebel worden; dit wordt staar (cataract) genoemd. Het netvlies is de lichtgevoelige zenuwvezellaag die zich aan de achterzijde van het oog bevindt. Het licht komt terecht op de cellen van het netvlies. Via de oogzenuw wordt deze informatie naar de hersenen gezonden. De oogzenuw is het eerste gedeelte van de zenuwbaan. Deze bevindt zich aan de achterzijde van de oogbol. De oogzenuw mondt in het netvlies uit in de papil. Met dit kleine gedeelte van het netvlies kunnen we niet zien (blinde vlek).

4


De gele vlek (macula) is een klein gedeelte op het netvlies waar zich een hoge concentratie van kleurgevoelige netvliescellen (kegeltjes) bevindt. Hiermee kunnen we heel fijne details zien. Buiten de macula zitten voornamelijk ‘staafjes’. Deze netvliescellen zorgen er met name voor dat we in het donker kunnen waarnemen. Het glasachtig lichaam is een heldere geleiachtige massa die wordt omgeven door een dun vlies. Het bevat vezels die zorgen voor elasticiteit en stevigheid, waardoor het oog ‘op spanning’ blijft. In principe kunnen wij met één oog de wereld om ons heen waarnemen. Onze hersenen geven meestal door ervaring de juiste interpretatie voor afstanden (dieptezien). Voor een echte dieptewaarneming zijn echter twee ogen die goed samenwerken zeer belangrijk. Een rechte oogstand is belangrijk voor de ontwikkeling van de samenwerking tussen de ogen, het zien en het dieptezien. Iemand die dus niet recht, maar scheel kijkt zal dan ook geen optimaal dieptezien ontwikkelen. Deze ontwikkeling vindt plaats in de eerste 2 jaar van het leven.

1.2 Zien met twee ogen en samenwerking tussen de ogen

Door met twee ogen te kijken, zorg je ervoor dat het gebied dat je ziet met twee ogen groter is dan

dat je met één oog zou kijken. Tussen de twee beelden, die onze ogen aan de hersenen doorgeven,

zijn heel kleine verschillen. Als je met één oog kijkt, zul je het beeld niet helemaal goed zien. Dat

komt doordat de ogen van een mens ongeveer 6.5 centimeter uit elkaar staan en dat elk oog het

beeld net op een iets andere plaats ziet. Hierdoor is men, als de ogen goed samenwerken, in staat

tegelijkertijd twee iets verschoven beelden waar te nemen. De hersenen vergelijken de twee beelden

van de twee ogen en voegen deze beelden samen tot een volledig beeld en hierdoor kunnen we de

afstand tot datgene wat we zien inschatten. Deze manier van dieptezien wordt ‘driedimensionaal

dieptezien’ of ‘stereoscopisch zien’ genoemd.

2 Hoe werkt een 3D- bril In dit deeltje worden een aantal methoden besproken om het stereoscopisch te kunnen zien aan de

hand van een 3D bril.

2.1 Anaglyph

Wanneer u naar een foto kijkt ziet u geen diepte. Dit komt omdat een normale foto maar uit één

afbeelding bestaat. Dit is het gevolg van het feit dat een fotocamera ook maar één lens heeft. Om

toch dieptewerking in afbeeldingen te creëren, zijn er verschillende methoden bedacht, waarvan de

zogenoemde anaglyph-afbeelding er één is. Deze (oude) methode kent bijna iedereen dankzij het

gebruik van de grappige brilletjes met de gekleurde glazen.

Figuur 2 3D bril

Hierbij wordt een beeld vastgelegd met één camera voorzien van twee lenzen. Vervolgens worden de

twee beelden met een computer bewerkt. De ene afbeelding krijgt een rode kleur en de andere

afbeelding een blauwe kleur. Hierna worden de afbeeldingen samengevoegd tot één afbeelding.

5


Wanneer u deze afbeelding bekijkt zonder bril, ziet u een onscherp beeld met een kleurzweem. Als u

het brilletje opzet krijgt u een beeld te zien met diepte. Hoe werkt dat?

Wanneer u met uw linkeroog door het rode glas naar de samengestelde afbeelding kijkt, ziet u alleen

de blauwe afbeelding, omdat het rode glas de rode afbeelding weg filtert. Uw rechteroog kijkt door

het blauwe glas en ziet alleen de rode afbeelding, omdat de blauwe afbeelding wordt weggefilterd.

Wat u uiteindelijk ziet zijn de twee afzonderlijke afbeeldingen. Dit is voor de hersenen voldoende

informatie om een beeld met diepte te vormen.

Figuur 3 Principe anaglyph

Naast de bril met rood en blauw kun je ook nog werken met diverse andere kleuren zoals rood en

groen of rood en cyaan.

Figuur 4 Soorten3D- brillen

Colorcode 3D

Een ander soort bril is de colorcode 3d bril; het linker glas is bruin / amber kleurig, het rechterglas is

donkerblauw. Dit is een relatief donker systeem. Het idee achter Colorcode is dat je ook zonder bril

de film / 3D afdruk nog goed kan bekijken zonder zeer storende dubbele beelden te zien. Deze

beelden zijn moeilijker te maken.

2.2 Polarizer

Een groot nadeel van het gebruik van stereoscopie aan de hand van kleurenfilters is dat je geen

natuurlijke kleuren meer kan waarnemen. In de cinema wordt van deze methode dan ook geen

gebruik meer gemaakt. Er wordt gebruik gemaakt van enkele eigenschappen van het licht namelijk

gepolariseerd licht.

Om te weten wat gepolariseerd licht is moet je iets weten over licht en de eigenschappen van licht.

Licht dat bijvoorbeeld door de zon wordt uitgezonden zijn allemaal stralen dat je voor de uitleg als

golven mag beschouwen. Die golven worden in alle richtingen uitgezonden en men spreekt van

ongepolariseerd licht. Dit is te zien in Figuur 5 Ongepolariseerd licht.

6


Figuur 5 Ongepolariseerd licht

Om ervoor te zorgen dat de oriëntatie van de lichtgolf enkel nog in één richting wordt voortgepland,

kan men gebruikmaken van een polarisator. De polarisator zal alle invallende (ongepolariseerde)

lichtgolven tegenhouden behalve de lichtgolf die georiënteerd is volgens de richting van de

polarisator. Dit is te zien in Figuur 6 Lineair polariseren van licht

Figuur 6 Lineair polariseren van licht

Met het blote oog is niet te zien hoe het licht gepolariseerd is. Daarvoor heb je een filter, een

polarisatiefilter, nodig die enkel het licht doorlaat die enerzijds ongepolariseerd licht doorlaat maar

ook lineair licht georiënteerd in dezelfde richting als de filter.

Het principe van het polariseren van licht kan gebruikt worden om het stereoscopisch effect te

verkrijgen. Men zal zorgen dat het beeld bedoeld voor het linker oog verticaal gepolariseerd is en het

beeld voor het rechteroog horizontaal gepolariseerd. Om er vervolgens voor te zorgen dat enkel het

juiste beeld door het linker of het rechter oog gezien wordt, maakt men gebruik van een bril. De

glazen van deze bril hebben voor het linkeroog een verticaal gepolariseerde filter en voor het

rechteroog een horizontaal gepolariseerde filter. Op die manier komt het juiste beeld enkel terecht

op het juiste oog. Dit wordt geïllustreerd in Figuur 7 Stereoscopie m.b.v. lineaire polarisatie.

Figuur 7 Stereoscopie m.b.v. lineaire polarisatie

ngepolariseerd licht

vooraanzicht zijaanzicht

ngepolariseerd licht

olarisator ineair gepolariseerd licht

7


Onderzoeksproef

3 Inleiding Met dit onderzoek zal worden nagegaan wat de ideale afstand is tussen de foto genomen voor het

rechter oog en de foto genomen voor het linker oog (Zie Figuur 8 Afstand Foto Rechts –Foto Links).

Om conclusies te kunnen trekken, wordt de meting telkens overgedaan voor verschillende afstanden

tussen het fototoestel en het object (Zie Figuur 8 Afstand Fototoestel – Object).

...

Afs

tan

d

Foto

toe

ste

l - O

bje

ct

Afstand Foto Rechts – Foto links

Object

Figuur 8 Principe van de proef

4 Voorbereiding

4.1 Probleem

Om de ideale afstand te bepalen gaan er verschillende metingen gedaan moeten worden. Tijdens

één meting wordt een vaste afstand genomen tussen fototoestel en object. Als de afstand tussen

fototoestel en object vast ligt wordt een foto genomen voor het rechter oog. Daarna worden de

foto’s genomen voor het linker oog. Dit wil zeggen dat we het fototoestel op dezelfde afstand

houden ten opzichte van het object maar het toestel één cm naar links gaan verschuiven. Het

verschuiven wordt een aantal keren herhaald zodat er verschillende foto’s zijn voor het linker oog.

8


Na het nemen van een aantal foto’s voor het linker oog, zal de afstand tussen het fototoestel en het

object vergroot worden en er worden opnieuw een aantal foto’s genomen.

Tot slot zullen de foto’s door middel van een programma dat stereoscopische beelden kan maken,

verwerkt worden en daarna geanalyseerd.

Om op een objectieve manier de beelden te kunnen analyseren zal ervoor gezorgd moeten worden

dat bij een vaste afstand tussen fototoestel en object, de foto voor het rechteroog en de foto’s voor

het linkeroog telkens met een zelfde afstand veranderd wordt. Om dit te kunnen verwezenlijken

worden een aantal hulpstukken gemaakt.

4.2 Principe opstelling

Om ervoor te zorgen dat voor elke afstand tussen object en fototoestel dezelfde afstand worden

gebruikt voor de foto voor het linkeroog en de foto’s voor het rechteroog, is een soort van 3D- lat

gemaakt.

Figuur 9 Links 3D- lat vooraanzicht, rechts3D-lat perspectief

Bij de 3D- lat is een bijhorende cameravoet gemaakt die te zien is in Figuur 10. Deze voet is gemaakt

zodat ze perfect op de 3D- lat past.

Figuur 10 Links camera en Rechts Cameravoet

Met de Lat en de Cameravoet is het de bedoeling dat voor de verschillende metingen waarbij de

afstand tussen fototoestel en object vergroot wordt, de foto genomen voor het linkeroog en de

foto’s voor het rechteroog telkens met dezelfde afstanden tussen de verschillende foto’s wordt

genomen. Dit wordt geïllustreerd in Figuur 11.

1cm

10cm

6cm

10cm

9


Figuur 11 Illustratie van opstelling. Bovenaan beginpositie, midden 7

e positie en onder perspectief

4.3 Praktisch opstelling

Aan de hand van het idee van een proefopstelling besproken in deel 4.1, is de proefopstelling

verwezenlijkt.

Figuur 12 Links: 3D- lat, Rechts camerahouder met voet

In Figuur 12 Links: 3D- lat, Rechts camerahouder met voet is de 3D- lat te zien met de camerhouder

en voet. Deze maken het mogelijk om voor elke afstand object-fototoestel dezelfde afstand te

behouden voor de foto’s voor het linkeroog en voor het rechteroog.

Figuur 13 Meetopstelling

1cm

10cm

10


Om de foto’s te zien met het stereoscopisch effect is een 3D bril nodig. Deze is gemaakt met blauw

en rood doorschijnende PVC en is te zien links in Figuur 14. Om na te gaan of de bril werkt, is een

testafbeelding gezocht.

Figuur 14 Links 3D- bril, rechts testafbeelding

5 Metingen

5.1 Eerste reeks metingen

Bij de eerste metingen is één object genomen, de diabolo, om onze foto’s van te nemen. Al snel zal

blijken dat het erg moeilijk

Figuur 15 Object voor de eerste meting

Er zal dus op zoek gegaan moeten worden naar een beter opstelling van de objecten.

5.2 Tweede reeks metingen

Om het probleem van de eerste metingen te verhelpen, is voor de tweede metingen gekozen om

met meerdere objecten te werken. Het stereoscopisch effect is vooral duidelijk bij voorwerpen die

op een verschillende afstand van elkaar staan. Daarom is geopteerd om twee kegels te achter elkaar

te plaatsen.

11


Figuur 16 Object voor de tweede reeks metingen

5.3 Verwerken van de foto’s

m de foto’s te verwerken is gebruik gemaakt van het computerprogramma 3DJournal (vrij te

gebruiken versie). Het gebruik van dit programma is erg eenvoudig. De gebruiker voegt eerst de

linkerfoto en de rechterfoto toe (rechts te zien in Figuur 17) en moet dan enkel op de knop Create 3D

Image klikken. Het programma zal dan de twee beelden verwerken waardoor een stereoscopische

afbeelding wordt gecreëerd.

Figuur 17: 3DJournal

De bewerkte foto’s van de verschillende metingen zijn terug te vinden in Bijlage A: Afbeeldingingen.

6 Resultaten Om de verschillende resultaten te beoordelen is per afstand foto-object een quotering gebeurd op

de verschillende foto’s.

De resultaten van onze beoordeling voor elke foto is terug te vinden in Tabel 1. De tabel is als volgt

opgesteld. In de eerste kolom (cm) staat telkens de afstand object- fototoestel met daarvoor een

index E (Emiel), K (Koen) en Gem (Gemiddelde). In de volgende kolommen (foto 1 tot foto 7) wordt

12


telkens een quotering gegeven. Hierbij staat foto 1 voor 1cm afstand tussen linkeroog en rechteroog,

foto 2 voor 2cm tussen linkeroog en rechteroog, enzovoort.

De puntenschaal is van één tot tien maar is vooral bedoeld om betere resultaten van mindere

resultaten te onderscheiden. Met andere woorden: een foto met quotering 8 is veel beter dan een

quotering 2 en dit voor eenzelfde afstand object-fototoestel.

Tabel 1 Beoordeling van de bewerkte foto's.

Om snel een duidelijk beeld te krijgen van de resultaten zijn in Figuur 18 de resultaten te zien in

grafiekvorm.

Figuur 18 Grafieken met de resultaten van de verschillende metingen. Per grafiek is een vaste afstand genomen voor object en fototoestel.

cm foto 1 foto 2 foto 3 foto 4 foto 5 foto 6 foto 7

E 120 2 6 6 7 8 5 -

K 120 3 5 6 7 7 5 -

Gem 120 2,5 5,5 6 7 7,5 5 -

160 4 4 7 6 6 5 5

160 4 4 6 6 6 5 4

Gem 160 4 4 6,5 6 6 5 4,5

E 200 5 8 9 8 7 - -

K 200 5 7 8 7 7 - -

Gem 200 5 7,5 8,5 7,5 7 - -

E 270 0 2 5 7 8 7 6

K270 1 2 4 6 7 7 6

Gem 270 0,5 2 4,5 6,5 7,5 7 6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

foto 1 foto 2 foto 3 foto 4 foto 5 foto 6 foto 7

Pu

nte

n o

p 1

0 Metingen op 120 cm

Emiel

Koen

Gemiddeld

0

1

2

3

4

5

6

7

8


Pu

nte

n o

p 1


Emiel

Koen

Gemiddeld

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Pu

nte

n o

p 1


Emiel

Koen

Gemiddeld

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Pu

nte

n o

p 1

0 Metingen op 270 cmEmiel

Koen

Gemiddeld

13


7 Besluiten Een eerste moeilijkheid die we ondervonden hebben was de keuze en opstelling van de te

fotograferen objecten. Bij de eerste waarbij maar één voorwerp is gebruikt, konden we moeilijk (lees

niet) het stereoscopisch effect vastleggen op de bewerkte foto’s. De oplossing om meerdere

voorwerpen voor elkaar te plaatsen, gaf veel betere resultaten.

Ook bleek dat het werken met anaglyphen niet altijd een mooi stereoscopisch effect gaf.

Waarschijnlijk zal ook de rol van het niet perfecte algoritme, gebruikt door het computerprogramma,

hierbij een rol gespeeld hebben.

Een tweede moeilijkheid was dat ondanks onze opstelling, waarbij we geprobeerd hebben om per

vaste afstand object-fototoestel telkens het fototoestel evenveel te verschuiven voor de links- rechts

foto’s, gaf toch nog een probleem. Zo bleek dat bij de ene foto het fototoestel iets meer naar boven

was gericht dan bij een andere foto. Deze verschuiving was minimaal maar zal waarschijnlijk wel

invloed gehad hebben op het resultaat van de bewerkte foto. Er bestaan in de handel toestellen die

ervoor zorgen dat je dit probleem niet hebt en de toestellen perfect horizontaal kunt verschuiven.

Het past echter niet in ons budget om zo een toestel te kopen. Er bestaan ook toestellen die de twee

foto's kunnen maken in één keer maar die zijn ook heel duur.

Tot slot hebben blijkt uit de meetresultaten dat de afstand van de linker en rechter foto weldegelijk

een rol speelt om een optimaal stereoscopisch effect te zien te krijgen. Hoewel er te weinig metingen

zijn om die afstand in cijfers vast te leggen, stellen we vast dat die afstand afhankelijk is van de

afstand tussen het te fotograferen object en het fototoestel. Om betere resultaten te bekomen

zouden we professioneler materiaal nodig hebben. Niettegenstaande dat we geen perfecte foto

hebben kunnen maken zijn we toch wel tevreden dat we op onze foto's het stereoscopisch effect

hebben kunnen zien.

Als je de literatuur of de media bekijkt zie je dat er nog een hele evolutie aan de gang is op het vlak

van 3D fotografie of film. We zijn benieuwd of we binnenkort echte 3D televisie gaan kunnen kijken

zonder dat we die vervelende bril nodig hebben. Hopelijk lukt het!

14


Bijlage A: Afbeeldingingen Afstand fototoestel – object: 120cm

Afstand foto link en foto rechts: 1cm Afstand foto link en foto rechts: 2cm Afstand foto link en foto rechts: 3cm

Afstand foto link en foto rechts: 4 cm Afstand foto link en foto rechts: 5 cm Afstand foto link en foto rechts: 6 cm

Figuur 19: 120cm

15


Afstand fototoestel – object: 160cm

Afstand foto link en foto rechts: Afstand foto link en foto rechts: Afstand foto link en foto rechts:


16


Afstand foto link en foto rechts: 7cm

Figuur 20: 160 cm



17


Afstand foto link en foto rechts: 4cm Afstand foto link en foto rechts: 5cm

Figuur 21: 200 cm



18



Afstand foto link en foto rechts: 7cm

Figuur 22 270 cm

3D Bril Verslag

Documents

Transcript of 3D Bril Verslag