Стереоскопическое изображение (пространственное изображение) – изображение предмета, которое представляется наблюдателю объёмным (трёхмерным), передающим форму изображаемых объектов, характер их поверхности, взаимное расположение в пространстве и другие внешние признаки. Возникает стереоскопическое изображение в сознании человека в результате слияния в единый зрительный образ двух плоских изображений стереопары, рассматриваемых раздельно каждым глазом.

Стереопара - совокупность двух плоских перспективных изображений одного и того же объекта, полученных с двух разных точек зрения. При рассматривании стереопары так, чтобы каждый глаз видел только одно из этих изображений, возникает объёмная (стереоскопическая) картина, воспроизводящая глубину реального объекта.

Каждое из двух изображений стереопары представляет собой центральную проекцию объекта (полученную, например, фотографированием) с правой и левой точек зрения, разнесённых по горизонтали на некоторое расстояние, называемое стереобазисом. Изображение объекта, полученное с правой точки, должно рассматриваться правым глазом, а изображение, полученное с левой точки, – левым глазом. Простейшим прибором для такого рассматривания является стереоскоп. Так как правое и левое изображения стереопары представляют собой разные ракурсы объекта, то при оптическом наложении друг на друга они совмещаются не полностью, изображения разноудалённых точек объекта оказываются смещёнными вправо или влево относительно друг друга, образуя горизонтальный линейный параллакс. Величина параллакса зависит от удалённости наблюдаемой точки изображения. Если точка правого изображения в плоскости совмещения оказывается правее левого изображения этой точки, то параллакс считается положительным и пространственное положение слитного образа этой точки в стереоскопическом изображении будет представляться расположенным за плоскостью совмещения; при параллаксе, равном нулю, слитный образ формируется в плоскости совмещения.

Оптическое наложение правого и левого изображений стереопары друг на друга осуществляется селективной проекцией или печатью этих изображений, позволяющими в то же время посредством специальных фильтров выделять каждое изображение из их «смеси» для предъявления его предназначенному глазу. В зависимости от способов фильтрации изображений различают следующие способы воссоздания стереоскопических изображений: очковые – анаглифический, поляризационный, эклипсный; безочковые (растровые) – одностереопарные и многоракурсные.

В анаглифическом методе воспроизведения стереоскопических изображений (рисунок 1) используется спектральная сепарация изображений стереопары, например правое , печатается на экране E красной краской, а левое изображение , налагается на красное, печатается зелёной краской. Тогда, рассматривая изображение через цветные очки, левым глазом L через красный светофильтр F₁ увидим тёмный силуэт зелёного изображения , а правым глазом R через зелёный светофильтр увидим тёмный силуэт только красного изображения .

Слитный образ точек a_R и a_L, соответственно фиксируемых правым R и левым L глазом, будет виден на пересечении линий их визирования в точке A перед экраном E. Аналогично визуальное слияние точек b_R и b_L, видимых правым и левым глазом, создаёт образ точки B, лежащей за экраном E. Таким образом, точки A и B окажутся пространственно разнесены. Этот метод легко реализуется и широко используется для получения стереоскопического изображения в полиграфии, кино, телевидении, однако он не позволяет воспроизводить цветные объёмные изображения.

Поляризационный метод может быть использован для проекционного воспроизведения цветных стереоскопических изображений. Левое и правое изображения стереопары проецируются на экран лучами поляризованного света с плоскостями поляризации, ориентированными взаимно перпендикулярно для правого и для левого изображений. В качестве экрана служат недеполяризующие свет металлизированные поверхности или матированные прозрачные листы. Рассматривают изображения на экране через очки с поляризационными светофильтрами, при этом плоскости поляризации светофильтров, находящиеся перед правым и левым глазом, ориентируют соответственно параллельно плоскостям поляризации лучей, проецирующих правое и левое изображения стереопары. Этот метод применяется для реализации стереокино.

Эклипсный метод использует временную фильтрацию (поочерёдное рассматривание) правого и левого изображений стереопары. Правое и левое изображения в чередующемся порядке проецируются на экран и вместе с этим синхронно перед правым и левым глазом открываются и закрываются заслонки в очках, через которые зритель поочерёдно видит правым глазом правое изображение стереопары, левым глазом – левое изображение. Недостатком этого метода являются мерцания стереоскопических изображений, заметные при малой частоте ( ) смены правых и левых кадров на экране. Однако и при малой частоте смены кадров (вплоть до единицы Гц) стереоэффект сохраняется, и поэтому метод находит применение в тех случаях, когда этим недостатком можно пренебречь, в частности в рентгенотехнике.

При решении практических задач возможно комбинирование систем воспроизведения стереоскопических изображений. Такой симбиоз эклипсного метода с поляризационным методом предложен для реализации стереоскопического телевидения. В данном случае (рисунок 2) на экране 2 телевизора 1 последовательно во времени экспонируются правые и левые изображения стереопары, а наблюдение стереоскопического изображения ведётся через поляризационные очки 8 со взаимно перпендикулярно ориентированными плоскостями поляризации фильтров F₁ и F₂.

Перед экраном телевизора устанавливается управляемый транспарант, состоящий из листа поляроида 3 и жидкокристаллического модулятора света, выполненного из двух прозрачных проводящих пластин 4 и 6, между которыми расположен парафазный жидкокристаллический слой 5. При подаче от коммуникатора 7 электрических управляющих импульсов к пластинам 4 и 6 происходят повороты плоскости поляризации лучей, проходящих через транспарант, на 900 то в одну, то в другую сторону. В те временные интервалы, когда та или иная фаза поляризации совпадает с экспозицией соответственно правых или левых кадров стереоскопического изображения на экране телевизора, через поляроидные фильтры F1 и F2 очков можно попеременно видеть правым глазом последовательности только правых кадров стереопары, а левым глазом – только левых кадров. Это обеспечивает зрительное восприятие пространственного образа стереоскопического изображения на телевизионном экране.
 

Существует достаточно большое число применений стереоскопических изображений.

1. Автостереограммы. Не так давно появившиеся автостереограммы создаются при помощи компьютеров для того чтобы спрятать различные изображения в поле кажущегося случайным шума, так что при просмотре без развода глаз тема изображения остаётся загадкой. Популярный пример – серия «Волшебный глаз», коллекция стереограмм, основанная на искажении цветных и интересных узоров вместо случайного шума.

2. Эффект Пулфриха. Данный эффект - следствие того факта, что низкий уровень света получает более слабый отклик в цепочке глаз-мозг. Особенность этого эффекта в создании иллюзии глубины. При этом должно соблюдаться одно направление экрана или эффект будет виден в псевдо-стерео. Поэтому этот метод имеет ограниченное практическое использование в «реальном мире».

3. Призматические очки перекрёстного видения. Перекрёстное видение это навык, которому следует обучится, чтобы его использовать. Новые призматические очки делают перекрёстное зрение легче и также маскируют не трёхмерные изображения, которые в противном случае показываются по краям трёхмерной картинки. В самых современных очках достигается оптическое расширение изображения на 20% так что 2 обычных перекрёстных кадра можно показать на широкоэкранном HD или компьютерном мониторе.  Лучшие из этих очков способны поднимать фильтры при просмотре нетрёхмерных изображений. Перекрёстное видение обеспечивает настоящее «безореольное 3D» с максимальной ясностью и цветовым диапазоном.

4. Двояковыпуклая печать. Это техника, в которой массив линз размещается на специально сделанной и тщательно выровненной картинке так, что при различных углах просмотра будут видны различные изображения, создавая иллюзию трёхмерности. Однако у такого способа ограничен угол обзора. Производство таких изображений достаточно дешево и поэтому их можно встретить на наклейках, обложках тетрадей.

5. Дисплеи с массивами фильтров. LCD покрывается массивом призм, которые тушат свет от четных и нечетных столбцов пикселей для левого и правого глаза, соответственно. В 2004 некоторые производители, включая корпорацию Sharp, представили эту технологию в своих ноутбуках и настольных компьютерах. Эти дисплеи обычно стоят более 1 000 долларов и в основном ориентированы на профессионалов в области науки и медицины.  Другая техника, например используемая компанией X3D, заключается в простом покрытии LCD двумя слоями, расстояние между которыми несколько миллиметров. Эти два слоя являются прозрачными с чёрными полосками, каждая полоска примерно миллиметр шириной. Один слой содержит свои полоски, повернутые примерно на 10 градусов влево, а другой – вправо. Это позволяет видеть различные пиксели в зависимости от позиции наблюдателя.
6. «Покачивающаяся» стереоскопия. Этот метод, возможно, является самым простым способом просмотра стереограмм, он заключается в простой смене левого и правого изображения в стереограмме. В веб-браузере это легко достижимо при помощи .gif-изображения или flash-апплета. Большинство людей способны получать грубую информацию о размерности из таких изображений из-за инертности зрительного восприятия и параллакса. Закрытие одного глаза и мотание головой из стороны в стороны помогает понять как это работает. Объекты, которые ближе кажутся движущимися больше чем те, что находятся дальше.

7. Получение изображений. В 1950-х стереоскопическая фотография набрала популярность после того как производители представили стереоскопические камеры публике. Эти камеры продавались со специальными просмотровщиками, которые позволяли использовать прозрачную плёнку (или слайды). Это было похоже на View-Master, но у них был намного больший размер изображения. При помощи этих камер люди могли легко создавать свои собственные стереоскопические фотографии. Хотя их популярность сейчас сильно спала, эти камеры ещё продолжают использоваться.

В 1980-х стереоскопическая фотография снова пережила популярность, но гораздо меньшую, в связи с появлением стереокамер-мыльниц. Из-за того, что эти камеры были оснащены плохой оптикой и сделаны из пластика, они никогда не набрали популярности камер 1950-х. Фотографии этих фотокамер обычно распечатывались. За последние несколько лет этот класс устройств был значительно улучшен и теперь с их помощью можно получить хорошие изображения.

Начало 21-го века – это наступление эры цифровой фотографии. Были представлены стереолинзы, который могут превратить цифровой или печатный снимок однообъективной зеркальной фотокамеры в стереокамеру. Хотя сейчас не производится «коробочных» цифровых стереокамер, возможно создать установку из камер-близнецов, совместно с устройством автоспуска для синхронизации затвора и вспышки обеих камер.

Метод «друг к другу» очень прост для создания изображений, но он может быть сложен или некомфортен для просмотра без оптических приборов. Поэтому можно приобрести специальные приборы для облегчения просмотра стереоизображений методом скрещивания глаз.

8. Методы создания изображений. Если что-то попадающее в поле обзора двигается, то необходимо за один раз сделать два снимка: или при помощи специальных двуобъективных камер или используя две идентичные камеры, действующих как можно более синхронно. Одиночная цифровая камера также может использоваться в том случае, если объект съёмки остаётся полностью неподвижным (например, экспонат музея). В этом случае потребуется две экспозиции. Камера может перемещаться по специальной рейке, или как это бывает на практике, фотограф может просто перенести камеру, удерживая её уровень и направление.

9. Длинная базовая линия. Для создания стереоизображений удалённых объектов (например, горы с предгорьями) можно использовать большие расстояния между камерами чем обычно. Это усилит ощущение глубины этих удалённых объектов, но неприемлемо, если присутствуют объекты переднего плана.

Интегральная  липмановская фотография (предложена Г. Липманом в 1908) - метод, позволяющий получать на плоском снимке объёмные изображения, которые можно рассматривать непосредственно глазами, без вспомогательных оптических приспособлений. Метод основан на применении так называемой интегральной пластинки, представляющей собой совокупность маленьких двояковыпуклых линз, располагаемых перед слоем светочувствительной эмульсии (рис.1а). Съёмка объекта интегральной пластинкой производится без какой-либо вспомогательной оптики - каждый линзовый элемент является самостоятельным объективом, формирующим на эмульсии своё микроизображение объекта. Проявленная с обращением и отфиксированная интегральная пластинка просвечивается рассеянным светом со стороны эмульсионного слоя (рис.1б). При этом в области пространства, занятой ранее (при съёмке) объектом, формируется его объёмное (стереоскопическое) изображение. Оно является результатом наложения друг на друга отдельных изображений, возникающих при обратном ходе лучей света через каждый из линзовых элементов. Для такого (интегрального) изображения характерны высокие стереоскопические свойства, игра светотени и бликов, а также разворот самого изображения при оглядывании его с разных сторон.

Массовому применению интегральной липмановской фотографии препятствуют огромные технические трудности изготовления высококачественных интегральных пластинок. Широкое распространение получили методы, представляющие собой упрощения метода Липмана, например растровая стереофотография и интегральное кино, в котором на стадии проекции изображения используется радиально-растровый стереоэкран, состоящий из конических линзовых элементов.

Стереофотограмметрическая съемка - способ съёмки земной поверхности или других объектов, основанный на измерениях стереопар фотоснимков этих объектов. Наиболее широкое распространение получила при топографической съёмке (аэрофототопографической и наземной фототопографической съёмке). Применяется также для определения деформаций сооружений, изучения памятников архитектуры, дорожных происшествий, размыва берегов, оврагообразований, движения ледников и др. Основные процессы аэрофототопографической съёмки: аэрофотосъёмка местности, геодезические определения координат опорных точек, фотограмметрическое сгущение этой сети точек до необходимой плотности, стереоскопическая съёмка рельефа и контуров по аэрофотоснимкам и составление топографической карты или плана. Измерения по снимкам для целей сгущения и съемки могут выполняться на стереофотограмметрических приборах пространственного типа, воссоздающих геометрическую модель местности (аналоговый способ) или на приборах плоскостного типа (стереокомпараторах), в последнем случае пространственные координаты точек вычисляют на ЭВМ (аналитический способ обработки) и наносят на план с помощью координатографов или хранят в цифровом виде (цифровые модели).

При наземной фототопографической съёмке и различных применениях Стереофотограмметрическая съемка фотоснимки объекта получают с неподвижного базиса на местности или постоянного подвижного базиса (например, с судна). Обработка наземных фотоснимков выполняется теми же аналитическим или аналоговым методами.