因應3D（Three-dimensional）資訊時代的來臨，立體影像和顯示設備要同步發展，現市面上無有效的2D轉3D技術；另一方面，顯示技術不一，相容的3D影片分歧多變，提供3D影片給任一顯示器來播放為目前熱門的研究主題。本論文研究一新穎設計—方筒鏡（Square-Tube-Mirror, STM）是以其擷取二維影像，利用電腦計算重建3D模型，能還原深度資訊（Depth map），更能直接提供立體影像（Stereoscopic image），是極具潛力的3D內容產生器。
方筒鏡擁有簡單的外表和參數，需視應用考量挑選適合的尺寸。許多外在變因例如：加工誤差、初始量測誤差等等，使得影像不盡理想，吾人便陸續設計了一系列方筒鏡，以精進像質、提升性能。本論文是敘述此一設計流程。
單一方筒鏡的性能畢竟有其極限，吾人探討它的優劣良弊，於文末提出兩項改進裝置：方筒鏡鏡組（STM-lens）和方筒鏡相機（STM-camera），設計流程與考量也列於其中，供本團隊後續研發之用。

To greet the 3D (three dimensional) era, the technologies of 3D content generation and 3D display should be available. However, there are not many powerful technologies to convert 2D films to 3D now. Moreover, different kinds of displays have their own formats to present 3D films. It's a challenge to create universal 3D contents for all display platforms. We study a Square-Tube-Mirror (STM) device to capture multiple 2D images simultaneously. 3D contents can then be generated by building the depth map thought a reconstruction process. Stereoscopic image is also obtained during the process.
To design a STM, the following difficulties such as measurement error and manufacturing error are encountered at the evaluation stage. The objective of this thesis is to provide a design flow and demonstrate a few models, “STM-lens” and “STM-camera”. The advantages and disadvantages of the models are discussed at the end, Future research and development are undergoing.

第一章 序論
1-1研究背景
1-2研究動機
1-3論文架構

第二章 3D顯示與攝影
2-1 3D顯示技術
為什麼要先瞭解3D顯示技術
3D與立體視覺
快門眼鏡
Pulfrich眼鏡
頭盔顯示器
紅綠眼鏡
偏振眼鏡
波長多工眼鏡
裸眼-全像術
裸眼-容積式顯示器
裸眼-空間多工顯示器
裸眼-時間多工顯示器
裸眼-觀察者追蹤技術
3D/立體顯示器總結
2-2 3D擷取技術

第三章 方筒鏡原理與設計
3-1 方筒鏡原理
3-2 設計與實作
第一代方筒鏡
第二代方筒鏡
第三、第四代方筒鏡
第五代方筒鏡
3-3 方筒鏡設計總結

第四章 評價及改善
4-1 效能評估
邊界
像素犧牲
外觀
三疊像區尺寸
4-2 改善方案
發散型三疊像區
方筒鏡鏡組
方筒鏡相機

第五章 方筒鏡相機專論
確立規格
搜尋專利、簡單優化、判斷擺設空間
分析前後群性能與等效模型
設計方筒鏡
方筒鏡相機設計總結

第六章 檢討與結論

參考文獻

附錄一：設計5G STM
附錄二：利用物距尋找d值
附錄三：方筒鏡鏡組尺寸、效能估算
附錄四：STM-Camera設計

[1]關於本論文中的技術參見United States provisional patent application number: 61/178,776
[2]關於立體視覺資訊參見http://www.stereo3d.com/3dhome.htm
[3]關於Pulfrich單擺參見Answers.com: Pulfrich's pendulum
[4]關於Intion頭盔顯示器參見http://www.inition.co.uk/inition/product.php
[5]關於紅綠眼鏡影片/圖片參見http://www.youtube.com/watch?v=-RKI0mtedZw
[6]偏振眼鏡介紹圖參見http://info.audio.hc360.com/2009/06/22163477019.shtml
[7]Acer 5738GD產品手冊
[8]關於全像術參見http://en.wikipedia.org/wiki/Holography
[9]P. Soltan, S. Diego, J. A. Trias, L. Mesa, W. J. Dahlke, R. V. Belfatto, M. Beach, F. Sanzone and S. Beach, “Laser based 3D volumetric display system” , United States Patent #5854613, Dec/1998
[10]C. Berkel, “Image Preparation for 3D LCD”, SPIE Proceeding, 3639, p.84 (1999)
[11]I. Sexton, “Parallax Barrier 3-D TV”, SPIE Proceeding, 1083, p. 84 (1989)
[12]K. W. Chien and H. P. D. Shieh, “Time-multiplexed three-dimensional displays based on directional backlights with fast-witching liquid-crystal displays”, Applied Optics, 45, No. 13, 3106(2006).
[13]Y. Uranishi, “使用圓筒鏡之三度空間量測系統”, 日本奈良科技大學資訊科學研究院信息處理係碩士論文, 2005
[14]S. Kuthirummal and S. K. Nayar, “Multiview Radial Catadioptric Imaging for Scene Capture”, SIGGRAPH 2006, 916-923.
此論文已獲美國專利United States patent #7420750 ,Sep/2008
[15]關於相機校正程式參見http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc/
[16]T. Kasahara, “Image pickup lens, and image pickup system using the same” , United States Patent #6775074, Aug/2004
[17]N. Adachi, “Imaging lens”, United States Patent #7068447, Jun/2006
[18]A. Nakamura and S. Kikuchi, “Compact image pickup lens system for a video camera”, United States Patent #6104432, Aug/2000
[19]K. Kojima, “Taking lens apparatus”, United States Patent #7508595, Mar/2009
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[21]南台科技大學學報30期, 頁93-100, 2005