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30. April 2001

Stereoskopisches Sehen

Ein Großteil der Informationen über unsere Umwelt gelangt zu uns in Form von visuellen Empfindungen. Die Rolle des Informationsträgers wird von Wellen eines ganz bestimmten Frequenzbereiches des elektromagnetischen Spektrums übernommen. Diese Wellen rufen in unserem Sinnesorgan Auge eine Empfindung hervor, die wir im alltäglichen Sprachgebrauch als Licht bezeichnen. Fällt Licht auf einen Gegenstand und gelangt ein Teil der von ihm reflektierten oder gestreuten Wellen in unser Auge, so sprechen wir davon, dass wir diesen Gegenstand sehen. In Verbindung mit unserer Erfahrung sind wir nun in der Lage, bestimmte Aussagen über seine Beschaffenheit zu machen.
Das Auge als optisches System mit veränderlicher Brennweite und lichtempfindlicher Brennfläche übernimmt dabei sowohl die Abbildung als auch die Registrierung der empfangenen Information. Lichtwellen, die durch die Pupille gelangen, werden von der Linse gebrochen und erzeugen auf der Netzhaut ein Bild des betrachteten Gegenstandes. Im Unterschied zum Gegenstand selbst, der bekanntlich 3 Dimensionen aufweist, ist das Bild auf der Netzhaut lediglich zweidimensional. Die Ursache hierfür liegt in den physikalischen Eigenschaften der Empfängerfläche begründet. Danach ist die Netzhaut wie jeder andere quadratische Empfänger nur in der Lage, auf Helligkeits- und Farbunterschiede zu reagieren. Der Abbildungsvorgang führt also zum Verlust der im Wellenfeld enthaltenen räumlichen Information und damit zu einer zweidimensionalen Ersatzdarstellung des dreidimensionalen Körpers.

Schematische Skizze zum stereoskopischen SehenErst durch die anschließenden physiologischen Prozesse im Gehirn verschmelzen die ebenen Verteilungen auf der Netzhaut beider Augen zu einem räumlichen Gesamteindruck.Zur Empfindung der Tiefe des Raumes trägt vor allem der Effekt der Parallaxe bei, wonach sich bei einer Bewegung des Auges nahestehende Objekte relativ zu entfernteren scheinbar bewegen. Da beide Augen in einer gewissen Entfernung voneinander angeordnet sind, sieht jedes ein etwas anderes Bild der gleichen räumlichen Szene. Die gedachten Geraden, entlang derer unsere Augen auf einen Gegenstand blicken, schneiden sich unter einem Winkel, der als stereoskopische Parallaxe bezeichnet wird. Je näher wir dem Gegenstand sind, um so größer ist dieser Winkel und folglich auch der räumliche Eindruck, da auf den Netzhäuten des rechten und linken Auges zunehmend unterschiedliche Bilder entstehen. Die Scharfeinstellung des Auges auf verschieden weit entfernte Punkte (Akkomodation) erfolgt über eine Veränderung der Brennweite der Augenlinse durch Betätigung des Ziliarmuskels. Das wird von uns ebenfalls als ein Maß für die Tiefe des Raumes empfunden. Bei der Betrachtung einer gewöhnlichen zweidimensionalen Photografie des Gegenstandes vermissen wir diesen Effekt. Unabhängig von der Lage des Kopfes sehen wir stets dasselbe Bild - die Parallaxe fehlt vollständig.
Aus welcher Richtung wir eine Photografie auch betrachten, wir können nicht erkennen, was sich z.B. hinter einem im Vordergrund stehenden Objekt befindet. Darüber hinaus erfordert die Abtastung des Bildes mit dem Auge keine Änderung der Akkomodation. Das Bild sieht flächenhaft aus, es fehlt die Raumhaftigkeit, der "Effekt des Dabeiseins" verschwindet.

Besonders augenfällig sind diese Erscheinungen, wenn wir ein zweidimensionales Foto von der Seite betrachten (z.B. im Kino von einem Seitenplatz der ersten Reihe aus). Die Längs- und Quermaße werden merklich verzerrt, womit das Flächenhafte der Aufnahme noch stärker hervorgehoben wird. Die Ursache hierfür ist in den begrenzten Abbildungsmöglichkeiten der Photografie zu sehen. Durch die Projektion des Objektes in die Ebene der Photografie wird lediglich eine zweidimensionale Helligkeitsverteilung registriert. In der Geschichte der Wissenschaft und insbesondere der Photografie hat es nicht an Bemühungen gefehlt, diesen Mangel zu beseitigen. Die Erkenntnis, dass der räumliche Eindruck beim Sehen erst durch das Zusammenspiel beider Augen hervorgerufen wird, führte zur Entwicklung von Verfahren, in deren Ergebnis der Beobachter beim Betrachten eines flächenhaften Bildes einen scheinbar stereoskopischen Eindruck erhält. Ausgenutzt wird hier der bereits erwähnte Effekt der stereoskopischen Parallaxe.

In der sog. Stereophotographie werden zwei Bilder desselben Gegenstandes separat aufgezeichnet, wobei die jeweiligen Aufnahmeorte der Lage des einen oder anderen Auges entsprechen. Beim Betrachten einer solchen Stereophotografie werden dem Beobachter gleichzeitig beide Aufnahmen angeboten, jedes Auge sieht jedoch nur das ihm zugeordnete Bild. Zur Trennung der beiden Bilder bedient man sich verschiedenster Verfahren, von denen der Zweifarbendruck den meisten Lesern sicher schon aus Kinderzeitschriften bekannt ist. Hier erhält man ein Bild, auf dem sich dieselbe Szene gleich zweimal, jedoch leicht verschoben und verschieden gefärbt, befindet. Wird nun dieses etwas verwirrende Bild mit einer eigens dafür konstruierten Brille betrachtet, in der anstelle der Gläser zwei entsprechend gefärbte Folien eingesetzt sind, so betrachtet jedes Auge nur das ihm zugedachte Teilbild, und es entsteht ein gewisser räumlicher Eindruck.Mit Hilfe einer Rot-Gün-Brille sehen Sie den Wasserhahn in seiner dritten Dimension.

Einfacher aufgebaut sind Stereobetrachter, wo jedem Auge unmittelbar nur ein Bild angeboten wird. Das eindrucksvollste Stereoerlebnis gewinnt der Betrachter jedoch im Kino, wo hin und wieder ein Film gezeigt wird, bei dem die Verschlüsselung zweier Teilbilder mittels polarisationsoptischer Effekte geschieht. Betrachtet man einen solchen Film ohne spezielle Hilfsmittel, so gewinnt man den Eindruck, dass der Kameramann eine recht unruhige Hand gehabt haben muss. Erst die an der Kasse empfangene Spezialbrille gestattet es jedem Auge, mittels zweier Polarisationsfilter das ihm zugeordnete Bild zu betrachten.

Andere Möglichkeiten der Schaffung von Stereoeindrücken begegnen uns heute auf Ansichtskarten, Briefmarken und in Bilderbüchern. Fährt man mit dem Fingernagel über die Oberfläche der Folie, bemerkt man deren leicht gerillte Struktur, die auf ein Raster von aufgeprägten Zylinderlinsen oder Prismen zurückzuführen ist. Damit nun jedes Auge nur eine Teilkomponente des Stereobildes empfängt, sind beide Flächenbilder zuvor in vertikale Streifen eingeteilt und diese abwechselnd nebeneinander auf ein Trägermaterial aufgebracht worden. Die Zylinderlinsen oder Prismen sind über den Streifenpaaren so angeordnet, dass beim Betrachten des Bildes ein Auge über eine Kante nur die zu einem Teilbild gehörenden Streifen sieht und das andere Auge über die gegenüberliegende Kante die dem zweiten Teilbild entsprechenden Streifen beobachtet.

Allen genannten Verfahren ist jedoch gemeinsam, dass die räumliche Wahrnehmung auf die Bedingungen bei der Aufnahme beider Teilbilder beschränkt bleibt. Änderungen der Blickrichtung schaffen keine neuen Eindrücke, so dass alle Stereobilder im Grunde genommen nur Ersatzlösungen verkörpern. Erst ein prinzipiell anderes Aufzeichnungsverfahren, wie es die Holographie darstellt, kann hier zu einer echten Verbesserung führen.

Quelle und Bild:
http://www.holographie-online.de/

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