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摘要：本文在分析了视觉成像理论以及红蓝立体图成像原理的基础上，介绍了几种常用的红蓝立体图制作方法。同时，为了改善红蓝立体图存在的串扰、色彩失真和双眼竞争等质量问题，进一步分析了基于颜色心理三属性的图像处理算法，并给出了具体的红蓝立体图质量评价方法。
关键词：立体成像 视差理论 红蓝图像 颜色心理三属性
随着计算机技术的应用和新材料的开发，立体化显示技术也有了快速发展。自2010年以来，市场上各类3D立体报纸[1]、3D立体书刊杂志、3D立体照片、3D立体广告等新型媒体不断推出，红蓝立体化图像显示技术的应用也越来越广泛，其以低廉的价格优势赢得了市场和消费者的认可，但是红蓝立体图也存在明显的质量问题：串扰、色彩失真和双眼竞争。特别是对于打印和印刷后的红蓝立体图像，由于以发射性方式显示，使得串扰更严重。
1 红蓝立体图成像原理
人眼之所以能很自然感觉到立体感，是由于双眼之间存在一定距离，使得在左、右视网膜上形成两个具有微小视差的图像，让人们感觉有重影，通过视觉系统融合作用看到三维空间感；通过眼球的运动和调节作用，精确判断物体深度和位置[2]。
红蓝立体图成像技术类似现有3D电影技术，利用双眼视角差和会聚功能制作立体效果图，直接观看时两幅画面重叠、模糊不清，需借助一定工具观测立体视觉图像。红蓝图准确来讲是红青图，是指将拍摄的具有微小视差的左右RGB全彩色图片做互补处理，例如左图取R色保存，右图取G和B色保存，将两幅图片合成一幅图像即可。利用滤色片只允许相同颜色光线通过的特性，红蓝眼镜观看时左右图像信息被分离，经视神经分析融合后呈现立体效果。
2 红蓝立体图存在的质量问题
受到红、蓝镜片的滤光性以及生成算法影响，在观看红蓝图像时常会出现串扰、色彩失真和双眼竞争等质量问题。串扰是一种单眼效应，指左右图像通道不完全隔离，单个眼睛可以看到相反视角的图像，这是由光波不完全过滤而引起，使过滤图像和目标图像混合。色彩失真是指在两幅图像合成一幅图像时，由于生成算法不同引起观察到的左右视图与原始图像对有微小差异。双眼竞争是指相同物体在双眼中以不同颜色出现时引起的不适感，从而出现视觉疲劳。
3 红蓝立体图生成算法
3.1 几种常见的红蓝图算法
红蓝立体印刷是基于图像分色原理，通过滤色片将左右眼图像分开。红蓝图是由两个具有微小视角差异颜色层叠加而成，最常见的是红R-C青两层组合。数学表达式如公式3.1所示。
[Rlr，Glr，Blr]T表示生成的红蓝立体图；M和N分别表示对左右图像处理；[Rl，Gl，Bl]和[Rr，Gr，Br]分别表示以左、右视图，下标l、r分别是left、right的首字母，表示左右。
Peter Wimmer为了校正红色通道的亮度，减少双眼视差，改善图像质量，提出了最优红蓝图生成算法[3]。将部分红色通道映射到蓝、绿通道，再通过伽马值校正来增加最终红色通道亮度，如下式所示。
Gl’=Gl+f1×max（0，Rl-Gl）；Gr’=Gr+f1×max（0，Rr-Gr）；Bl’=Bl+f2×max（0，Rl-Gl）；Br’=Br+f2×max（0，Rr-Gr）；
（公式3.2）
上式中参数f1、f2、r用来调整红色通道亮度，它们的值与滤色片和显示器光谱特性无关，这里取f1=0.45、f2=0.25、r=1.6。
另外，常见红蓝图还有灰度红蓝图，映射关系：Rlr’=0.299Rl+0.587Gl+0.114Bl，Glr=0.299Gr+0.587Gr+0.114Gr， Blr’=0.299Br+0.587Br+0.114Br；半彩色红蓝图，映射关系：Rlr’=0.299Rl+0.587Gl+0.114Bl，Glr=Gr+Gr+Gr，Blr’=Br+Br+Br；
3.2 基于Photoshop的红蓝图制作
基于Photoshop软件处理是根据红蓝图成像原理直接合成，没有考虑显示器、滤色片以及油墨的光谱特性。具体的处理过程如下：
图层设置：将左右视图分别放在不同图层，再新建两个空白图层，分别命名为“图层红”和“图层青”。图层红以前景色R=255进行填充，图层青以前景色G=255、B=255进行填充。
正片叠底处理：对“图层红”和“图层青”分别进行“正片叠底”混合模式操作。正片叠底是指将与叠层通道相同颜色信息过滤出来，最终产生较暗颜色，例如R-R显示红色，R-C显示黑色，黑色与其他任何颜色复合产生黑色。
滤色并生成红蓝图：分别将“图层红”和“图层青”作“向下合并”处理，合并完后对两个新的图层进行“滤色”混合模式处理，合并两个图层后便可得到最终的红蓝立体图。
3.3 基于颜色心理三属性匹配的红蓝图制作
为了减少原始图像颜色和感知颜色的视觉差异，基于颜色知觉属性来匹配，即色相、明度、饱和度，在CIELab颜色空间实现颜色转换，通过有意匹配左、右视图亮度以减小视网膜竞争效应。依据红蓝立体图成像原理，分别对左、右视图进行处理，先将立体图像对从RGB颜色空间转到均匀性较好的设备无关CIELab颜色空间；然后计算每个像素点的色相、明度、饱和度，以此三属性匹配左、右视图，再逆向转回RGB颜色空间，合并处理后的左、右视图即可得到红蓝立体图[4]。
色彩匹配的目的是得到与计算值[Ll*，al*，bl*， Lr*，ar*，br*]具有相似色相、明度和饱和度的立体图像对[ LAl*，aAl*，bAl*，LAr*，aAr*，bAr*]。依据左图像用红色通道表示，右图像用蓝色和绿色通道表示的原理，在转回RGB颜色空间时，要特别注意[LAl*，aAl*，bAl*]是用一个值[RAl]表示，[LAr*，aAr*，bAr*]用[GAr，BAr]表示。下标A是红蓝图Anaglyph的首字母 4 图像质量分析
利用不同算法制作红蓝立体图后需进行质量评价，基于Matlab7.0对图像进行处理。为了更好比较不同算法的优劣，对获取的原始左、右立体图像对有如下要求：必须涵盖广泛的色彩和情景类型，前后关系明显，清晰度较好，分辨率高（1920×1080像素），长宽比保持一致，数量20对左右。
具体评价方法：评价以色彩再现性、重影、视觉舒适度以及图像整体立体感为参考因素，邀请20位左右视觉矫正后正常的人员参与评价。如果条件允许，立体图制作完毕后最好输出到纸质上进行评价。训练阶段，首先向观察者解释清楚这些视觉现象的概念。评价时每个参与者都可看到原始图像对，这样可记住颜色，利于评价立体图像色彩准确性。主观评价分为5个等级，为精确结果，评价得分精确到十分位。等级1：色彩再现好、立体感强、视觉舒服，4-5分；等级2：色彩信息稍有损失、整体的立体感还可以，3-4分；等级3：立体感一般、视觉有不舒服感，2-3分；等级4：几乎无立体效果、视觉不舒服，1-2分；等级3：视觉效果很差，1-2分。
为减少视觉疲劳，将图像顺序固定，观察时间没限制，鼓励观察者表达哪些因素影响图像质量。为减少由人为因素带来的误差，每幅图像的评价结果以平均评价值来表示，可以折线图、柱状图更清楚的表示处理结果。
结语
本文主要围绕红蓝立体图制作算法展开。首先，分析了红蓝立体图生成原理以及存在的三个质量问题。其次，详细介绍了几种红蓝立体图生成算法：简单的红蓝图生成算法、基于Photoshop软件的方法以及基于色相、明度和饱和度匹配在CIELab颜色空间实现转换的计算方法。最后，给出了图像主观质量评价具体方法，对后续红蓝立体图生成算法的研究具有一定参考价值。
参考文献
[1]张子倩.3D报：风景这边独好—青岛第一份3D报纸问世前后[J].中国报业，2011，（12）：56-58.
[2]史瑞芝.光栅立体印刷技术综述[J].中国印刷与包装研究，2009，1（5）：1-9.
[3]Peter Wimmer.Anaglyph methods comparison.Available： http：//3dtv.at/Knowhow/AnaglyphComparison_en.aspx.
[4]David F McAllister， Ya Zhou. Methods for computing color anaglyphs[C].SPIE Electronic Imaging，2010：10-12.
关键词：立体成像 视差理论 红蓝图像 颜色心理三属性
随着计算机技术的应用和新材料的开发，立体化显示技术也有了快速发展。自2010年以来，市场上各类3D立体报纸[1]、3D立体书刊杂志、3D立体照片、3D立体广告等新型媒体不断推出，红蓝立体化图像显示技术的应用也越来越广泛，其以低廉的价格优势赢得了市场和消费者的认可，但是红蓝立体图也存在明显的质量问题：串扰、色彩失真和双眼竞争。特别是对于打印和印刷后的红蓝立体图像，由于以发射性方式显示，使得串扰更严重。
1 红蓝立体图成像原理
人眼之所以能很自然感觉到立体感，是由于双眼之间存在一定距离，使得在左、右视网膜上形成两个具有微小视差的图像，让人们感觉有重影，通过视觉系统融合作用看到三维空间感；通过眼球的运动和调节作用，精确判断物体深度和位置[2]。
红蓝立体图成像技术类似现有3D电影技术，利用双眼视角差和会聚功能制作立体效果图，直接观看时两幅画面重叠、模糊不清，需借助一定工具观测立体视觉图像。红蓝图准确来讲是红青图，是指将拍摄的具有微小视差的左右RGB全彩色图片做互补处理，例如左图取R色保存，右图取G和B色保存，将两幅图片合成一幅图像即可。利用滤色片只允许相同颜色光线通过的特性，红蓝眼镜观看时左右图像信息被分离，经视神经分析融合后呈现立体效果。
2 红蓝立体图存在的质量问题
受到红、蓝镜片的滤光性以及生成算法影响，在观看红蓝图像时常会出现串扰、色彩失真和双眼竞争等质量问题。串扰是一种单眼效应，指左右图像通道不完全隔离，单个眼睛可以看到相反视角的图像，这是由光波不完全过滤而引起，使过滤图像和目标图像混合。色彩失真是指在两幅图像合成一幅图像时，由于生成算法不同引起观察到的左右视图与原始图像对有微小差异。双眼竞争是指相同物体在双眼中以不同颜色出现时引起的不适感，从而出现视觉疲劳。
3 红蓝立体图生成算法
3.1 几种常见的红蓝图算法
红蓝立体印刷是基于图像分色原理，通过滤色片将左右眼图像分开。红蓝图是由两个具有微小视角差异颜色层叠加而成，最常见的是红R-C青两层组合。数学表达式如公式3.1所示。
[Rlr，Glr，Blr]T表示生成的红蓝立体图；M和N分别表示对左右图像处理；[Rl，Gl，Bl]和[Rr，Gr，Br]分别表示以左、右视图，下标l、r分别是left、right的首字母，表示左右。
Peter Wimmer为了校正红色通道的亮度，减少双眼视差，改善图像质量，提出了最优红蓝图生成算法[3]。将部分红色通道映射到蓝、绿通道，再通过伽马值校正来增加最终红色通道亮度，如下式所示。
Gl’=Gl+f1×max（0，Rl-Gl）；Gr’=Gr+f1×max（0，Rr-Gr）；Bl’=Bl+f2×max（0，Rl-Gl）；Br’=Br+f2×max（0，Rr-Gr）；
（公式3.2）
上式中参数f1、f2、r用来调整红色通道亮度，它们的值与滤色片和显示器光谱特性无关，这里取f1=0.45、f2=0.25、r=1.6。
另外，常见红蓝图还有灰度红蓝图，映射关系：Rlr’=0.299Rl+0.587Gl+0.114Bl，Glr=0.299Gr+0.587Gr+0.114Gr， Blr’=0.299Br+0.587Br+0.114Br；半彩色红蓝图，映射关系：Rlr’=0.299Rl+0.587Gl+0.114Bl，Glr=Gr+Gr+Gr，Blr’=Br+Br+Br；
3.2 基于Photoshop的红蓝图制作
基于Photoshop软件处理是根据红蓝图成像原理直接合成，没有考虑显示器、滤色片以及油墨的光谱特性。具体的处理过程如下：
图层设置：将左右视图分别放在不同图层，再新建两个空白图层，分别命名为“图层红”和“图层青”。图层红以前景色R=255进行填充，图层青以前景色G=255、B=255进行填充。
正片叠底处理：对“图层红”和“图层青”分别进行“正片叠底”混合模式操作。正片叠底是指将与叠层通道相同颜色信息过滤出来，最终产生较暗颜色，例如R-R显示红色，R-C显示黑色，黑色与其他任何颜色复合产生黑色。
滤色并生成红蓝图：分别将“图层红”和“图层青”作“向下合并”处理，合并完后对两个新的图层进行“滤色”混合模式处理，合并两个图层后便可得到最终的红蓝立体图。
3.3 基于颜色心理三属性匹配的红蓝图制作
为了减少原始图像颜色和感知颜色的视觉差异，基于颜色知觉属性来匹配，即色相、明度、饱和度，在CIELab颜色空间实现颜色转换，通过有意匹配左、右视图亮度以减小视网膜竞争效应。依据红蓝立体图成像原理，分别对左、右视图进行处理，先将立体图像对从RGB颜色空间转到均匀性较好的设备无关CIELab颜色空间；然后计算每个像素点的色相、明度、饱和度，以此三属性匹配左、右视图，再逆向转回RGB颜色空间，合并处理后的左、右视图即可得到红蓝立体图[4]。
色彩匹配的目的是得到与计算值[Ll*，al*，bl*， Lr*，ar*，br*]具有相似色相、明度和饱和度的立体图像对[ LAl*，aAl*，bAl*，LAr*，aAr*，bAr*]。依据左图像用红色通道表示，右图像用蓝色和绿色通道表示的原理，在转回RGB颜色空间时，要特别注意[LAl*，aAl*，bAl*]是用一个值[RAl]表示，[LAr*，aAr*，bAr*]用[GAr，BAr]表示。下标A是红蓝图Anaglyph的首字母 4 图像质量分析
利用不同算法制作红蓝立体图后需进行质量评价，基于Matlab7.0对图像进行处理。为了更好比较不同算法的优劣，对获取的原始左、右立体图像对有如下要求：必须涵盖广泛的色彩和情景类型，前后关系明显，清晰度较好，分辨率高（1920×1080像素），长宽比保持一致，数量20对左右。
具体评价方法：评价以色彩再现性、重影、视觉舒适度以及图像整体立体感为参考因素，邀请20位左右视觉矫正后正常的人员参与评价。如果条件允许，立体图制作完毕后最好输出到纸质上进行评价。训练阶段，首先向观察者解释清楚这些视觉现象的概念。评价时每个参与者都可看到原始图像对，这样可记住颜色，利于评价立体图像色彩准确性。主观评价分为5个等级，为精确结果，评价得分精确到十分位。等级1：色彩再现好、立体感强、视觉舒服，4-5分；等级2：色彩信息稍有损失、整体的立体感还可以，3-4分；等级3：立体感一般、视觉有不舒服感，2-3分；等级4：几乎无立体效果、视觉不舒服，1-2分；等级3：视觉效果很差，1-2分。
为减少视觉疲劳，将图像顺序固定，观察时间没限制，鼓励观察者表达哪些因素影响图像质量。为减少由人为因素带来的误差，每幅图像的评价结果以平均评价值来表示，可以折线图、柱状图更清楚的表示处理结果。
结语
本文主要围绕红蓝立体图制作算法展开。首先，分析了红蓝立体图生成原理以及存在的三个质量问题。其次，详细介绍了几种红蓝立体图生成算法：简单的红蓝图生成算法、基于Photoshop软件的方法以及基于色相、明度和饱和度匹配在CIELab颜色空间实现转换的计算方法。最后，给出了图像主观质量评价具体方法，对后续红蓝立体图生成算法的研究具有一定参考价值。
参考文献
[1]张子倩.3D报：风景这边独好—青岛第一份3D报纸问世前后[J].中国报业，2011，（12）：56-58.
[2]史瑞芝.光栅立体印刷技术综述[J].中国印刷与包装研究，2009，1（5）：1-9.
[3]Peter Wimmer.Anaglyph methods comparison.Available： http：//3dtv.at/Knowhow/AnaglyphComparison_en.aspx.
[4]David F McAllister， Ya Zhou. Methods for computing color anaglyphs[C].SPIE Electronic Imaging，2010：10-12.