3D 立體顯示可說是近來相當熱門的話題，隨著顯示技術的蓬勃發展，3D 立體影像顯示器的應用也越來越多元化。本研究針對水下遙控無人載具(Remotely Operated Vehicles, ROV)及其未來任務需求，將3D立體技術應用於ROV上，以期提供更豐富的水下環境資訊，而有助於ROV之水下作業。
本論文利用兩台攝影機擷取有視差的兩組影像，並經由影像處理方式轉換為偏光式3D 立體影像，以透過3D 電視實現3D 立體成像。本研究也提出雙攝影鏡頭之立體基線與拍攝距離之間的關係，並利用實驗找出最適當的立體基線與水下場景之觀看範圍。而為模擬水下環境有限的可視範圍，並以水槽進行3D 立體感受之實驗可得出以不易感到暈眩為前提的最佳3D 效果之環境條件。此將有助於提供水下物體之深度資訊，進而提升整體無人水下載具系統操控之效益。

3D stereoscopic display has been a very popular topic recently. With the flourishing development of display technology, applications of 3D stereoscopic video display can be found in versatile domains. This research aims at developing the 3D stereoscopic technology for the ROV (Remotely Operated Vehicles) in order to meet requirements of future missions. It is expected to provide more information about the underwater environment to assist underwater operations of ROVs.
This paper acquires two sets of parallax images by using dual cameras and converts those images into polarized 3D stereoscopic information via image processing techniques. Then 3D stereoscopic imaging can be implemented with a 3D television screen. This research does not only establish the relationship between the stereo base of a pair of stereoscopic cameras and the shooting distance, but also find the most appropriate stereo base and underwater viewing range based on experiments. In order to simulate limited visible range in underwater environment, a series of experiments on 3D stereoscopic perception in a water tank were conducted. Environmental conditions for better 3D effect but with least dizziness can therefore be experimentally obtained. This achievement provides depth information for underwater objects so that operational performance and efficiency of the unmanned underwater vehicle system can be greatly enhanced.

目錄
論文審定書 …………………………………………………………………………..... i
摘要 ………………………………......……………...............................……….….. ii
Abstract …………………………………..........…........................…………………. iii
目錄 .............................................................................................................................. iv
表次 ............................................................................................................................. vi
圖次 ............................................................................................................................ vii
第一章 緒論 ............................................................................................................... 1
1.1 研究動機與目的 …………………………………………..................……… 1
1.2 文獻回顧 ……………………………………….……….....................……… 2
第二章 3D立體成像與拍攝雙鏡頭系統模式 ………………….…….........….…... 6
2.1 立體影像之構成 ……………………………………….………................…… 6
2.2 3D立體眼鏡立體顯示技術 ……………………….……….........................… 7
2.3 立體視覺的運作原理 ………………………………………....................… 11
2.4 夾角與平行之立體視覺系統選擇與比較 .................................................... 13
2.5 鏡頭架構 ……………………………………………………....................… 14
2.6 立體基線 ……………………………………………....................………… 15
2.7 深度知覺儀 ……………………………………………...................…….… 23
第三章 研究實驗 …………………………………………............................……. 26
3.1 實驗設備介紹 ……………………………………………....................…… 26
3.2 實驗計畫流程及步驟 ………………………………………....................… 28
3.2.1深度知覺儀實驗 ...................................................................................... 28
3.2.2室內環境測試實驗 .................................................................................. 43
3.2.3水下環境測試實驗 .................................................................................. 61
3.3 深度距離偵測 …......…………………………………..........................…… 70
第四章 結論與未來展望 ......………………………………..............................…. 73
4.1 結論 ………………...………………………………………….................… 73
4.2 未來展望 ………………………………………………………................… 74
第五章 參考文獻 ………………………………………………............................. 75

表次
表 3.1 受測者肉眼及透過3D 電視對深度知覺儀進行測試
數據結果 …………………………....................………………………. 37
表3.2 與肉眼差距之標準差 …………………………...................……………… 42
表3.3 與肉眼差距之平均值 ……….......……………..........................………….. 43
表3.4 受測者立體感受測試評分結果 …………………...................................… 49
表3.5 受測者暈眩度測試評分結果 .....................................…..………………… 50
表3.6 受測者立體感受平均評分結果 …………...........................……………… 50
表3.7 受測者暈眩度平均評分結果 ……………...............................…………… 50
表3.8 受測者立體感受測試評分結果 …………………...................................… 54
表3.9 受測者暈眩度測試評分結果 ...................……………....................……… 55
表3.10 受測者立體感受平均評分結果 …………......…………...................…… 55
表3.11 受測者暈眩度平均評分結果 ………...……..........................…………… 55
表3.12 受測者立體感受測試評分結果 ………………….................................… 59
表3.13 受測者暈眩度測試評分結果 .................……………....................……… 60
表3.14 受測者立體感受平均評分結果 …………......…………...................…… 60
表3.15 受測者暈眩度平均評分結果 …………….........………....................…… 60
表3.16 受測者立體感受測試評分結果 ………….................….......................…. 66
表3.17 受測者暈眩度平均評分結果 ……………........………….....................… 67
表3.18 水下環境立體感受平均評分結果 ………........….………....................… 68
表3.19 水下環境暈眩度平均評分結果 ………...........…………......................… 68
表3.20 水下環境綜合測試評分結果 ………...........…...……….......................… 69
表3.21 水下環境綜合平均評分結果 ………...........…...……….......................… 69
表 3.22 各距離1個pixel及3個pixel之誤差值 …….…......………..................… 72

圖次
圖1.1 光角示意圖 ………………..............……………..........……………………. 2
圖1.2 霍華德－多爾曼儀器 ………….............………...........……………………. 4
圖1.3 觀測示意圖 …………………………........................………………………. 5
圖 2.1 3D成像技術分類圖 ………………..........................……………………….. 6
圖 2.2 主動式3D 電視觀看原理 …………...........................…………………….. 8
圖 2.3 偏光式3D電視觀看原理 ……………….................……….......…..…….. 10
圖 2.4 平行的立體視覺系統 …………………………...................…..…………. 11
圖 2.5 夾角的立體視覺系統 ………………………...................……..…………. 12
圖 2.6立體視覺系統鏡頭架構圖 ……………………............……......…………. 14
圖 2.7 46吋1080p電視之Percival’s zone of comfort …….................................…. 15
圖 2.8 差距示意圖 …….....................................................................................…. 16
圖 2.9 平行鏡頭拍攝之左右影像 ….................................................................…. 16
圖 2.10 各情況下眼睛注視位置與眼睛焦距的距離 .......................................…. 17
圖 2.11 清晰的雙眼單視區 …...........................................................................…. 17
圖 2.12 Percival 與Sheard 的舒適區 …...........................................................…. 18
圖 2.13 距離以屈光度為單位之舒適區 …..........................................................…. 19
圖 2.14 距離以公尺為單位之舒適區 …...........................................................…. 20
圖 2.15 視差與觀看距離之舒適區 …...............................................................…. 21
圖 2.16 三角定位法 ….......................................................................................…. 22
圖 2.17 深度知覺儀工程圖 …………………..................…………………......… 23
圖 2.18 深度知覺儀實圖 ……………………………………............................… 24
圖 2.19 深度知覺儀三測試板平行上視圖 ………………………....................… 24
圖 2.20 深度知覺儀三測試板平行前視圖 ………………………....................… 25
圖 3.1 實驗設備架構圖 ………………………………………...............….......… 28
圖 3.2 影像處理結合示意圖 ……………….........…………………….............… 31
圖 3.3 深度知覺儀實驗流程圖 ………………………………..........................… 32
圖 3.4 深度知覺儀拍攝距離79cm之影像 …………………............................… 34
圖 3.5 深度知覺儀拍攝距離93cm之影像 …………………............................… 34
圖 3.6 深度知覺儀拍攝距離107cm之影像 …………………..........................… 35
圖 3.7 深度知覺儀拍攝距離119cm之影像 …………………..........................… 35
圖 3.8 深度知覺儀拍攝距離131cm之影像 …………………..........................… 36
圖 3.9 深度知覺儀拍攝距離143cm之影像 …………………..........................… 36
圖 3.10 實驗設備架構圖 …………………………...…...……………..............… 44
圖 3.11 室內環境立體感受實驗流程圖 ……….........………………...............… 45
圖 3.12 幾何物體拍攝距離79cm之影像 …………………..............................… 46
圖 3.13 幾何物體拍攝距離93cm之影像 …………………..............................… 46
圖 3.14 幾何物體拍攝距離107cm之影像 …………………............................… 47
圖 3.15 幾何物體拍攝距離119cm之影像 …………………............................… 47
圖 3.16 幾何物體拍攝距離131cm之影像 …………………............................… 48
圖 3.17 幾何物體拍攝距離143cm之影像 …………………............................… 48
圖 3.18 幾何物體拍攝距離140cm之影像 …………………............................… 51
圖 3.19 幾何物體拍攝距離150cm之影像 …………………............................… 52
圖 3.20 幾何物體拍攝距離160cm之影像 …………………............................… 52
圖 3.21 幾何物體拍攝距離170cm之影像 …………………............................… 53
圖 3.22 幾何物體拍攝距離180cm之影像 …………………............................… 53
圖 3.23 幾何物體拍攝距離194cm之影像 …………………............................… 56
圖 3.24 幾何物體拍攝距離204cm之影像 …………………............................… 57
圖 3.25 幾何物體拍攝距離214cm之影像 …………………............................… 57
圖 3.26 幾何物體拍攝距離224cm之影像 …………………............................… 58
圖 3.27 幾何物體拍攝距離234cm之影像 …………………............................… 58
圖 3.28 水下環境測試示意圖 ……………………............……………............… 61
圖 3.29 水下環境測試實驗流程圖 ………………………............……............… 62
圖 3.30 水中實際拍攝距離79cm之影像 …………………..............................… 63
圖 3.31 水中實際拍攝距離93cm之影像 …………………..............................… 63
圖 3.32 水中實際拍攝距離107cm之影像 …………………............................… 64
圖 3.33 水中實際拍攝距離119cm之影像 …………………............................… 64
圖 3.34 水中實際拍攝距離131cm之影像 …………………............................… 65
圖 3.35 水中實際拍攝距離143cm之影像 ………………..............…..............… 65
圖 3.36 程式輸出畫面步驟圖 …………............................................…………… 71
圖 3.37 各距離1個及3個pixel之誤差值 ....…….....................................……… 72

[1] 3D 立體影像資訊交流部落格 http://jgwang.pixnet.net/blog/post/242654288
[2] 心理學實驗報告─視覺線索對深度知覺的影響 http://wenku.baidu.com/view/c1244bc48bd63186bcebbce6
[3] 折射率http://zh.wikipedia.org/wiki/折射率
[4] NI Labview 3D影像技術文件 http://www.ni.com/white-paper/14103/zht/
[5] M. Ardito, "Studies of the influence of display size and picture brightness on the preferred viewing distance for HDTV programs," SMPTE Journal, Vol. 103, No. 8, pp. 517-522, August 1994.
[6] L. Blonde, D. Doyen and T. Borel, “3D Stereo Rendering Challenges and Techniques,” 2010 44th Annual Conference on Information Sciences and Systems (CISS), pp. 1-6, 17-19 March 2010.
[7] Z. Megyesi, A. Barsi and T. Balogh, “3D Video Visualization on the Holovizio System,” 3DTV Conference: The True Vision - Capture, Transmission and Display of 3D Video, pp. 269-272, 28-30 May 2008.
[8] S. Takashi, J. Kim, D. M. Hoffman and M. S. Banks, "The Zone of Comfort: Predicting Visual Discomfort with Stereo Displays," Journal of Vision, Vol. 11, No. 8, pp. 1–29, 2011.
[9] A. Woods, “The Application of Stereoscopic Video to Underwater Remotely Operated Vehicles,” APPEA Journal, pp. 797–800,1997.
[10] L. Zhang, C. Vazquez and S. Knorr, “3D-TV Content Creation: Automatic 2D-to-3D Video Conversion,” IEEE Transactions on Broadcasting, Vol. 57, No. 2,
pp. 372-383, June 2011.
[11] 吳泰毅，基於人因分析之增強人眼觀賞三維影像舒適度演算法，國立台灣大學生醫電子與資訊學研究所碩士論文，中華民國101年7月。
[12] 許佳興，機器人視覺系統平台之建置及避障演算法之發展，國立臺北教育大學資訊科學系，學校重點特色計畫案成果報告書，中華民國100年3月。
[13] 陳彥良，即時立體視覺物體追蹤系統，中原大學機械工程學系碩士論文，中華民國九十二年七月。
[14] 簡紹羽，基於相機移動之背景深度估測與其在2D 至3D 立體視訊轉換之應用，國立中正大學電機工程研究所碩士論文，中華民國九十八年七月。