从模拟人眼立体视觉功能的差异看3D影像技术的类别与未来

2016-02-04肖波江西省萍乡市人民医院医务科江西萍乡337055

中国医疗器械信息 2016年8期

肖波　江西省萍乡市人民医院医务科　（江西萍乡　337055）

肖波江西省萍乡市人民医院医务科（江西萍乡337055）

内容提要： 3D影像技术已普遍运用于各种放映，为人们带来新的视觉体验，有着广阔的发展前景。所谓3D影像技术主要是指对图像信息的获取以及量化过程，使得图像更加具有立体感。基于3D影像技术的各项优点，已经在电影、电视以及医学领域内得到广泛运用，在很大程度上促进了对应行业的发展。对其有关技术的研究一直是该领域研究的重点内容。本文就主要从模拟人眼立体视觉功能的差异，对3D影像技术的类别与未来的发展趋势进行探讨，加深对3D技术的认识。

3D影像技术模拟人眼立体视觉功能的差异类别

处于使用中的3D影像技术主要包括两个方面的内容，即静止影像和活动影像技术。通常我们将3D电视、3D电影和计算机显示器等统称为3D活动影像技术，任何3D影像技术都必须建立在模拟人眼立体视觉功能的层面上。所谓立体视觉是指人眼对三维空间的认识，对物体之间距离、物体的基本形状以及方向等的判断。当我们用眼睛对实物进行直接观察时，各个视觉感知因素都可以起到自身的作用，而对于3D活动影像，却由于部分技术的原因，存在画面感失真的问题。

1.人眼视觉感知因素

人眼的视觉感知因素主要有两种，即直观深度感知因素与眼球运动产生的深度感知因素。

1.1直观深度感知因素

该种感知因素进一步划分，可分为单眼和双眼因素。单眼因素中使用最为广泛的是静态因素，其借助光与阴影、材质的纹理变化、空气的透视以及轮廓遮挡等方式将普通的二维图像转变为三维影像。而单眼中的运动因素，主要是由人眼和实物的响度运动而产生。这一因素是人眼产生深度感的关键，针对静态的实物，这一因素可以帮助我们做出有效的纵深估计。双眼因素主要是因为人两眼间存在一定的距离，使得物体在视网膜上的投影存在一定的差异，产生立体感［1］。

1.2眼球运动产生的深度感知因素

人眼主要借由“眼的近距离三要素”对较近的物体进行定位，即调节、定位和瞳孔收缩。通过三者的相互协调，产生立体视觉效果。

2.3D影像技术主要类别

由于立体投影的工作原理有很多种，采用不同的标准进行分类，自然会有不同的结果。根据模拟人眼立体视觉功能的差异，目前处于使用中的投影技术主要有五中：

（1）双眼视差式立体显示法。这种技术是使用历史最为长远的几乎可以追溯到照相技术的起源。其主要的原理在于，对人两眼的景物分别进行显示得到两个不同的透视图，从而达到模拟眼睛立体视觉的目的。与之相对应的显示视差影像的方式有：空间隔置型、时间顺序型和像素重合型。

（2）多点式立体显示方法。此种方式的原理与上个方式基本相同，主要的区别在于该种方式的每个画格均有相应的透视图对应。进而让观众产生物体移动的效果。

（3）集成成像式立体显示法。其主要的原理在于通过“复眼透镜光栅”获取不同角度的二维影像，再复合成三维影像。该种方式最大的优点在于既确保人眼视差因素，又维持了较好的运动视差，实现了在放映时能从不同的角度观看［2］。

（4）体积三维显示法。通过空间体素点来表现三维点的亮度、颜色等基本特点。具体可分为两种类型，即扫描型与多平面型。两者均有不同的优势，能满足不同放映条件的需求。

（5）全息立体显示法。主要采用光的干涉原理。目前该行业内将这种投影技术视为最佳的投影方式。

3.3D影像技术在医学邻域的运用

目前，医院检测中使用的CT是使用最为广泛的影像技术，在医疗技术持续发展中，2维CT已经发展成为3维，能够实现多层面对检测对象进行重组，在3D显示技术的作用下，使得检测、诊断过程更加准确。

（1）3D影像在手术中作用。通过把3D影像和有关的人体结构进行结合，能够实现对手术部位的准确定位。帮助医务人员更直观的对患处以及器官进行观察，对手术方式进行完善。通过将患者检测的3D影像，包括CT、MRT等，利用投影技术显示出料，可以帮助手术医生在术中对3D坐标进行获取，使用3D影像呈现手术进度。借助3D影像技术，医生可以更加直观的感触到手术器材与患者各组织器官间的具体位置，避免对患者造成不必要损伤。该项手术方式，已经在神经外科、耳鼻喉科等相关科室得到广泛运用，在很大程度上提升了手术的准确性。

（2）3D技术运用于手术教学。通过将3D技术和有关计算机技术相融合，可以创造虚拟的手术环境，使人产生真实感。同时将手术器材的对应位置以3D数据形式进行传输，能够实现对模拟手术精准度的准确把握。在3D影像技术的帮助下，能够使得传统医学教学更具有实践性，对医护人员医疗操作能力的提高具有极为重要的作用。

（3）3D影像技术在普通手术中的作用。为确保手术的精准性，要求医生必须对手术进展进行准确的拿捏。在3D影像技术的作用下，通过3D打印技术能够将患者需要进行手术的部位进行模型化。就骨盆肿瘤手术而言，在3D影像技术为投入使用前，该类手术难度大，成功率低，治疗效果无法得到充分保障。而通过将3D影像与3D打印技术相结合，能够将患者骨盆内部情况模型化，是手术方案更加完善。

（4）3D影像技术在整形手术中的运用。在以往手术过程中，仅能依靠医生的直观感觉进行，导致整形结果与患者预想存在一定差异。而在3D影像技术的帮助下，借助患者需整形部位的CT、MRT等影像检测图，能够将整形结果进行模拟，使患者于术前就能了解到手术效果，对于提升手术质量以及改善医患关系都具有非常重要的意义［3］。

（5）3D影像技术运用于骨骼移植。骨骼移植移植是医疗中的难点，通过3D影像技术，可以实现对任意部位骨骼情况的检测，更能借助于3D打印技术对有关构造进行制作，确保骨移植手术的准确性以及安全性，实现对术后并发症的有效控制。有关报道表明，采用3D影像技术以及3D打印技术，可有效提升骨移植患者预后生活质量。

（6）3D影像技术运用于血管制造。在医疗技术不断发展下，人造器官已在医疗行业内得到广泛运用，而在部分大型器官的制造过程中却一直处于研究状态，其主要原因在于毛细血管的制作存在较大难度。在3D影响技术的帮助下，能够实现对各个器官血管构造进行3维显现，使人们对器官内血管情况进一步了解。显然，3D影响技术对于血管制造具有一定促进作用［4］。

（7）3D影像技术运用于胰腺外科治疗。胰腺外科手术是当前临床治疗的难点之一，由于手术部位的结构较为复杂，同时胰腺与邻近组织器官存在较为密切的联系，常规的2维影像根本无法实现对胰腺状况的深入检查，辨别其与其他部分的组成联系，导致手术存在一定局限性与风险性。而在3D影像技术的作用下，能够将胰腺部位各方面情况进行数字化、立体化，可从根本上提升手术质量。

4.3D影像技术的未来

从发展的角度上看，3D影像技术在未来必定将以全息投影的方式呈现，即从全息照片出发，将静态以及动态进行瞬时记录并在极短的时间里进行刷新。

4.1全息照片由于照相底片无法实现对光的振幅以及相位进行记录，只能记录简单的光强，使得普通的照相设备只能进行二维影像的拍摄。当去掉透镜以及针孔，并给以未调制的参考光源时，便能实现对两者的同时记录。在实物光源与参考光源的共同作用下，两种光波相互迭合，就能在底片上形成由每个分辨源的参与的条纹。进而将物体的所有光学信息全部记录在底片上。

4.2全息显示的基础其最主要的原理就是光的衍射，借助光的衍射能将光学信号更全面的进行转变，达到更为逼真的投影效果。将全息投影的视觉效果更加与人眼形成的视觉效果贴近［5］。

4.3在医学邻域内的进一步发展。从实际情况来看，3D影像技术已经在医疗行业内得到广泛运用，在很大程度上提升了治疗、诊断、病症预防等方面的效率。显然在3D影像技术不断完善的过程中，其在数据获取、显示等方面的功能将逐步完善，将静脉的人体组织、器官影像动态化，使得医疗技术上升至新的水平。