miniatyr|350px| Ett random dot autostereogram visar en 3D-scen, som bara kan ses med en förutbestämd betraktningsteknik. Klicka på bilden för att se den dolda bilden.
Ett autostereogram är en singelbild av ett stereogram (SIS), som syftar till att skapa en illusion av en tredimensionell scen i hjärnan, från en tvådimensionell bild. För att uppfatta 3D-former i dessa autostereogram, måste hjärnan övervinna den normalt automatiska samordningen mellan fokusering och vergens.
Den enklaste typen av ett autostereogram består av ett horisontellt upprepat mönster och är känd som en tapetillusion. Sedda med ordentlig vergens verkar de upprepade mönstren flyta ovanpå eller under bakgrunden. I bokserien The Magic Eye har en annan typ av autostereogram kallats random dot autostereogram, vilket visas i exempelbilden till höger. I denna typ av autostereogram är varje pixel i bilden beräknad från en mönsterremsa och en djupkarta. Vanligtvis uppstår en dold 3D-scen när bilden betraktas med rätt vergens.
Autostereogram liknar vanliga stereogram, förutom att de ses utan stereobetraktning. Ett stereoskop visar 2D-bilder av samma objekt i något olika vinklar för vänster och höger öga, vilket gör att hjärnan för att rekonstruera det ursprungliga objektet måste kompensera för den binokulära skillnaden. Med ett autostereogram fås hjärnan att upprepa ett 2D-mönster från båda ögonen, för att sedan misslyckas med att matcha dem korrekt. De två intilliggande mönstren i bilden bygger på ett parallaxfel, vilket placerar ett virtuellt föremål på ett djup som skiljer sig från den övriga bilden.
Det finns två olika betraktningsprinciper för att se ett autostereogram, antingen med ett parallellt fokus (wall-eyed) eller med ett skelande (cross-eyed).De engelska termerna "cross-eyed" och "wall-eyed" är lånade från synonymer för varierande former av skelning. De flesta autostereogram (alla i denna artikel) är utformade för att enbart ses på ett sätt, som vanligen bygger på ett parallellt fokus. Ett parallellt fokus bygger på att ögonen intar en relativt parallell vinkel, medan en skelande betraktning kräver att ögonen vinklas något.
Bakgrund År 1838 publicerade den brittiska vetenskapsmannen Charles Wheatstone en studie av den binokulär synen som orsakar ett djupseende, till följd av skillnader i de horisontella positionerna för de två bilderna som ögonen registrerar. Hans studie stöddes av bilder med övergripande skillnader, som genom visning i spegelstereoskop kunde skapa virtuella djup. När de tvådimensionella bilderna kombinerades, skapades ett tredimensionellt djup.Pinker, S. (1997). The Mind's Eye. In How the Mind Works (pp. 211–233). stereoscopy.com - The Library: Wheatstone Paper 1838
Mellan 1849 och 1850 förbättrade den skotske vetenskapsmannen David Brewster Wheatstones stereoskop med linser i stället för speglar, vilket minskade enhetens storlek.
Brewster upptäckte "tapeteffekten". Han märkte att genom att stirra på upprepade mönster i tapeter kunde hjärnan luras att matcha mönster till att synbart befinna sig bakom väggen. Detta är grunden för wallpaper-stil-"autostereogram", även kända som Single Image Stereograms (SIS).
År 1959 uppfann psykologen och vetenskapsmannen Béla Julesz det så kallade Random Dot Stereogram, medan han på Bell Labs kamouflerade objekt från flygbilder. Vid den tiden antogs ofta att djupseendet skapades i själva ögat, medan det nu är känt för att vara en komplicerad neurologisk process. Julesz använde datorteknik för att skapa ett stereopar av slumpmässig-dot-bilder som när de betraktas under ett stereoskop, som orsakas av hjärnan för att se 3D-former. Detta påvisade att djupseendet är en neurologisk process.Bela Julesz (1971). Foundations of Cyclopean Perception. Chicago: The University of Chicago Press. Shimoj, S. (1994). Interview with Bela Julesz. In Horibuchi, S. (Ed.), Super Stereogram (pp. 85–93). San Francisco: Cadence Books.
Beskrivning Tapetmönster miniatyr|Detta är ett exempel på tapetmönster med ett upprepat horisontellt motiv. Avståndet mellan varje motiv är 140 pixel. Illusionen i bilden är att ett virtuellt plan skapas längre bak, när vår hjärna fås att tolka bilden så. Ej upprepade mönster som pilar och ord, visas på det plan som texten ligger.
Stereoseende är den visuella blandning av två liknande, men inte identiska bilder, som resulterar i ett visuellt intryck av soliditet och djupseende.Cassin, B. and Solomon, S. Dictionary of Eye Terminology. Gainsville, Florida: Triad Publishing Company, 1990. På grund av hjärnans komplexa mekanismer skapas ett tredimensionell intryck genom att försöka att matcha varje punkt (eller en uppsättning punkter) från ena ögats synfält med motsvarande punkt (eller en uppsättning punkter) i det andra ögats synfält. På grund av vergensskillnader, härleder hjärnan de punkter som fixpunkter i den annars osynliga z-axeln (djupet).
När hjärnan ska tolka ett upprepat bakgrundsmönster, blir det har det svårt att matcha de två ögonens synfält korrekt. Genom att titta på ett upprepande horisontellt mönster samtidigt som man mentalt försöker fokusera på en punkt bakom mönstret kan hjärnan fås att matcha den bild som ses med det ena ögat med en liknande bild som ses med det andra ögat. Med ett parallellt fokus skapas en illusion av ett plan med samma mönster, men bakom den riktiga väggen. Detta plans avstånd från den först sedda bilden är beroende på avståndet mellan de upprepade motiven.Andrew A. Kinsman (1992). Random Dot Stereograms. Rochester: Kinsman Physics.
Autostereogram använder upprepningarnas avstånd för att skapa tredimensionella bilder. Om något område av mönstret upprepas med ett mindre avstånd, kommer detta område att upplevas vara närmare än bakgrundsplanet. Om avståndet i upprepningarna istället är längre, kommer området kommer att framstå ligga längre bort (som ett hål i planet).
Detta autostereogram visar mönster på tre olika plan genom att upprepa motiven med olika avstånd. Någon som aldrig kunnat uppfatta 3D-former gömda i ett autostereogram, kan tycka att det är svårt att förstå uttalanden som: "3D-bilden hoppar bara ut från bakgrunden, när man stirrat på bilden tillräckligt länge". Det bidrar till att illustrera hur 3D-bilder "dyker upp" från bakgrunden från den andra betraktarens perspektiv. Om de virtuellt skapade 3D-objekt var verkliga, skulle en andra betraktare observerar scenen från sidan ser dessa objekt som svävar i luften ovanför bakgrundsbilden.
3D-effekterna i exemplet nedan skapas genom att upprepa motivet med tigerryttaren var 140:e pixel på bakgrundsplanet, motivet med hajryttaren var 130:e pixel och tigermotivet med 120 pixlars avstånd. Ju närmare en motivserie ligger horisontellt, ju högre de lyfts de från bakgrundsplanet. Detta upprepade avstånd motsvarar alltså djupvärdet i ett aktuellt autostereogram och det kallas också ibland för Z-buffer.
Hjärnan kan nästan omedelbart matcha hundratals mönster upprepade vid olika intervall för att återskapa ett antaget djup för varje mönster. En autostereogram kan innehålla ett 50-tal tigrar av varierande storlek, upprepade vid olika intervall mot en komplex, upprepad bakgrund. Trots den uppenbara kaotiska arrangemanget av mönster, kan hjärnan placera dem alla till rätt djup på basis av dess storlek och upprepningsfrekvens.
Djup miniatyr|De olika radernas motiv, framstår att ha olika höjd. miniatyr|De svarta, grå och vita färgerna visar skillnader i höjdupplevelse längs den vågräta axeln. miniatyr|vänster|100px|Mönsterbild.
Autostereogram där mönster i en särskild rad upprepas horisontellt med samma avstånd kan avläsas antingen med en parallell eller skelande skelögd metod. I sådana autostereogram kommer båda typerna av betraktning skapa en liknande 3D-tolkning, med undantag för att en skelande betraktning inverterar djupet (bilder som annars framträder, fördjupas istället).
Motiven i en rad behöver inte vara placerade på samma avstånd. Ett autostereogram med varierande mellanrum mellan samma typ av motiv, kommer att återge dessa på olika djupplan. Djupet för varje symbol kalkyleras beroende på avståndet mellan denna och den föregående till vänster. Dessa typer av autostereograms är utformade för att läsas på ett enda sätt, antingen parallellt eller skelande. Alla autostereograms i denna artikel är kodade för parallell visning, om inte annat särskilt angivet. Autostereogram som är konstruerade för parallell betraktning kommer att producera osammanhängande 3D-mönster när de tolkas skelande. De flesta Magic Eye-bilderna är avsedda för parallell betraktning.
Autosterogrammet till höger visar 3 plan längs x-axeln. Bakgrundens plan är på den vänstra sidan av bilden, det högsta planet ligger till höger och mellan dem finns ett smalt mittre plan i centrum av x-axeln. Med en början till vänster där ikonerna har ett avstånd på 140 pixlar, kan en specifik ikon "höjas" genom att flytta det ett visst antal pixel till vänster. Till exempel är mittplanet skapat genom att en ikon flyttats 10 pixlar åt vänster, som på sätt har skapat ett mellanrum på 130 pixlar. Hjärnan är inte beroende av begripliga motiv som representerar objekt eller begrepp. I detta autostereogram, mönster blir mindre och mindre ned på y-axeln, tills de ser ut som slumpmässiga punkter. Hjärnan kan dock fortfarande tolka det slumpmässiga punktmönstret.
Sambandet mellan avståndet mellan motiven och det upplevda djupet kan också beskrivas som i nästa bild. Det är en gråskala som representerar avståndet i pixlar till dess vänstra motsvarighet med ett gråskalevärde mellan svart och vitt. Ju närmare avståndet är, desto ljusare blir färgen.
Med hjälp av denna konvention kan en djupmappning skapas för ovanstående autostereogram där svart, grått och vitt representerar förändringar av 0, 10 och 20 pixlar. En djupmappning är även nyckeln till skapandet av random dot autostereograms.
Random-dot miniatyr|200px|Djupmappning. Ett datorprogram kan ta en djupmappning och en medföljande mönsterbild för att producera en autostereogram. Programmet bygger mönstret horisontellt för att täcka ett område vars storlek är identiskt med djupmappningen. Vid varje pixel i den producerade bilden bestämmer programmet ett gråskalevärde för motsvarande pixel i djupmappningen och använder detta värde för att beräkna den nödvändiga horisontella pixelförskjutningen.
Ett sätt att åstadkomma detta är att låta programmet skanna av varje rad i bilden pixel för pixel, från vänster till höger. Det sätter den första serien av pixlar i en rad från mönsterbilden. Sedan används djupmappningen för att hämta lämpliga skiftvärden för efterföljande pixlar. För varje pixel, subtraheras övergången från bredden hos mönsterbilden för att komma fram till ett repetitionsintervall. Intervallet används sedan för att bestämma färgen på motsvarande pixel till vänster och sedan används dess färg till den nya pixeln. miniatyr|Tre upphöjda rektanglar uppträder på olika djupplan i detta autostereogram. miniatyr|Varje pixels läge i ett autostereogram bestäms av djupmappningens intervall.
Till skillnad från de enklare djupplan som kan skapas i en tapet kan mindre förändringar i intervall, som anges av djupmappningen, skapa en illusion med mjuka övergångar i fjärran. Detta är möjligt eftersom djupmappningens gråskala tillåter att enskilda pixlar placeras på ett av 2n djupplan, där n är antalet bitar som används av varje pixel i djupmappningen. I praktiken bestäms det totala antalet plan av antalet pixlar som används för bredden av mönsterbilden. Varje gråskalevärde måste översättas till pixelintervall för att kunna förskjuta pixlarna i det slutliga autostereogramet. Därför måste också antalet ingående plan vara mindre än mönsterbredden. miniatyr|400px|Detta random dot autostereogram har en upphöjd haj på en flat bakgrund.