СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H04N13/00 

Изобретение относится к оптоэлектронике и предназначено для получения трехмерной информации от реальных сцен, передачи ее и дальнейшего построения для наблюдателя объемного изображения.

Известен способ передачи и воспроизведения объемных изображений, заключающийся в регистрации, передаче и восстановлении ряда ракурсов объекта, каждый из которых видим из своей точки наблюдения (см. "Зарубежная радиоэлектроника", 1985, 1, с. 4-20). Недостатком этого способа является информационная избыточность передаваемой информации, обусловленная дублированием содержания ракурсов, что приводит к большим затратам времени на передачу объемного изображения.

В качестве прототипа выбран известный способ передачи и воспроизведения объемных изображений, заключающийся в том, что при передаче через первую оптическую систему с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием на фотоматрицу проецируют сечения объемного изображения объекта, считывают с фотоматрицы электрические сигналы на соответствующие элементы светоизлучающей матрицы, а при приеме воспроизводимые на светоизлучающей матрице сечения объекта проецируют через вторую оптическую систему с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием [1]
Этот способ имеет недостаток в большом времени передачи объемного изображения, вызванный тем, что считывают и передают все элементы разрешения каждого сечения.

Целью изобретения является уменьшение времени передачи объемного изображения.

Указанная цель достигается тем, что фотоматрицу и светоизлучающую матрицу ориентируют так, что их столбцы направлены вдоль оптических осей соответственно первой и второй оптических систем, осуществляют сканирование объекта освещающим лучом, проецируют на фотоматрицу подсвечиваемое сечением объекта, считывают с фотоматрицы электрические сигналы поочередно по столбцам, определяют номер строки элемента с максимальной величиной сигнала и передают одновременно с величиной этого сигнала номер строки этого элемента, а при приеме по переданному сигналу номера строки воспроизводят на соответствующем столбце светоизлучающей матрицы единственный элемент с той же самой величиной сигнала.

Наиболее близким к заявляемому по технической сути и достигаемому эффекту является устройство для передачи объемных изображений, содержащее на передающей стороне оптически связанные первую оптическую систему с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием и фотоматрицу, а на приемной стороне оптически связанные вторую оптическую систему с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием и светоизлучающую матрицу, сигнальный вход которой подключен к сигнальному выходу фотоматрицы, а также синхрогенератор, выход которого подключен к управляющим входам фотоматрицы, светоизлучающей матрицы и первой и второй оптических систем. [1]
Устройство работает следующим образом.

Первая оптическая система с малой глубиной фокусировки проецирует на приемную поверхность фотоматрицы изображение некоторого сечения объекта. Это сечение считывается фотоматрицей, передается по каналу связи и воспроизводится на светоизлучающей матрице. Вторая оптическая система создает на некотором расстоянии от наблюдателя мнимое изображение этого сечения. Далее производится синхронное изменение фокусного расстояния первой и второй оптических систем и на фотоматрицу проецируется изображение другого сечения, которое также передается на светоизлучающую матрицу и воспроизводится уже на другом расстоянии от наблюдателя. Таким образом синхронно изменяя фокусное расстояние первой и второй оптических систем, производят сканирование, передачу и построение объемного изображения по его сечениям.

Недостатком описанного устройства является большое время передачи объемного изображения и его мерцание, т.к. при большом числе сечений частота регенерации изображения уменьшается в число раз, равное числу сечений.

Целью изобретения является уменьшение времени передачи изображения и устранение его мерцаний.

Это достигается тем, что на передающей стороне устройства введены первый однокоординатный дефлектор света, оптически связанный с первой оптической системой с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием, последовательно расположенные и оптически связанные источник излучения, цилиндрический объектив и зеркало, оптически связанное с первым однокоординатным дефлектором света, и шифратор, а на приемной стороне введен второй однокоординатный дефлектор света, оптически связанный с второй оптической системой с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием, при этом выход синхрогенератора подключен к управляющим входам первого и второго однокоординатных дефлекторов света, а сигнальный выход фотоматрицы подключен к входу шифратора, выход которого подключен к сигнальному входу светоизлучающей матрицы, к управляющему входу которой подключен управляющий выход фотоматрицы.

Существенным отличием предлагаемого технического решения является ориентация сечений вдоль оптической оси передающей и приемной частей системы, т. е. параллельно лучу зрения наблюдателя, или близко к этому направлению. При этом ввиду непрозрачности реальных объектов вдоль каждого столбца фотоматрицы будет засвечен только один ее элемент разрешения. При считывании такого горизонтального сечения вдоль столбцов, параллельных оптической оси системы, во-первых, упрощается считывание, т.к. вдоль каждого столбца засвечена только одна точка объекта, и, во-вторых, при передаче только этих точек существенно снижается время передачи сечений.

Таким образом, в предлагаемом способе существенно по-новому ориентированы регистрируемые сечения и реализуется новый алгоритм их считывания и передачи. Предлагаемый способ соответствует критерию "существенные отличия", а цель изобретения достигается совокупностью отличительных признаков изобретения.

На фиг. 1 представлено устройств для передачи и воспроизведения объемных изображений; на фиг. 2 оптическая схема подсистемы освещающего луча.

На фигурах и далее в тексте обозначены: 1 фотоматрица, 2 объектив и 3 дефлектор первой оптической системы, 4- шифратор, 5 синхрогенератор, 6- дефлектор и 7 объектив второй оптической системы, 8 светоизлучающая матрица, 9 источник излучения, 10 цилиндрический объектив, 11 зеркало оптической подсистемы освещающего луча. О₁ объекты реальной сцены, О₂ действительные изображения объектов, создаваемые первой оптической системой, O₃ мнимые изображения объектов, создаваемые второй оптической системой, H наблюдатель.

Способ включает регистрацию фотоматрицей ориентированных параллельно лучу зрения наблюдателя ряда сечений сцены, считывание сечений вдоль столбцов фотоматрицы, также ориентированных вдоль луча зрения, при этом определяют координаты и яркость единственной засвеченной точки объекта вдоль каждого столбца фотоматрицы, передачу полученной информации к светоизлучающей матрице, воспроизведение последовательности переданных сечений на светоизлучающей матрице и создание объемного изображения в виде ряда горизонтальных сечений.

Устройство работает следующим образом. Объектив 2 создает действительное изображение O₂ реальных объектов O₁, расположенное вблизи поверхности фотоматрицы 1. Плоскость фотоматрицы ориентирована параллельно оптической оси объектива, так что на ней фокусируется некоторое горизонтальное сечение объектов. Фотоматрица выполнена так, что осуществляется считывание всех строк выбранного столбца изображения. По сигналам синхрогенератора производится последовательное считывание всех столбцов фотоматрицы. Общий выход всех строк фотоматрицы (объединенный, например, через схему "ИЛИ") дает сигнал о яркости и цветовых характеристиках J(t) единственного засвеченного элемента в считанном столбце. Выходные сигналы всех строк фотоматрицы также параллельно поступают в блок шифратора 4, который определяет номер строки засвеченного элемента и формирует сигнал R(t, который также поступает к светоизлучающей матрице.

Воспроизведение объемного изображения осуществляется следующим образом. Сигнал синхронизации S₁, поступающий на управляющий вход светоизлучающей матрицы, осуществляет выбор ее столбца, соответствующего считываемому столбцу фотоматрицы. Сигналы яркости J(t) и дальности R(t) поступают на сигнальный вход светоизлучающей матрицы и осуществляют выбор строки и яркость единственного высвечиваемого в данном столбце элемента, соответствующего элементу, считанному с фотоматрицы. Таким образом при последовательном считывании всех столбцов фотоматрицы на светоизлучающей матрице высвечивается тождественное изображение сечения. Отображающая оптическая система создает мнимое изображение воспроизведенного сечения O₃, которое рассматривает наблюдатель. Затем по сигналу S₂ синхрогенератора дефлектор 3 отклоняет входной световой поток по вертикали и на фотоматрицу фокусируется следующее горизонтальное сечение объектов, аналогично производится считывание, передача и воспроизведение этого сечения и так далее. Сигнал S₂, поступает также на дефлектор 6, отклоняющий по вертикали световой поток от светоизлучающей матрицы, и наблюдатель видит объемное изображение в виде ряда горизонтальных сечений объектов.

Оптическая подсистема освещающего луча (фиг. 2) повышает отношение сигнал/шум, снижающийся вследствие того, что элементы изображения, которые не сфокусированы на поверхности фотоматрицы, создают рассеянный шумовой фон. Подсистема работает следующим образом. Источник излучения 9 создает узкий световой луч, который расширяется цилиндрическим объективом 10 по горизонтали и поступает далее на зеркало 11, направляющее этот луч на дефлектор 3 приемной оптической системы. Дефлектор 3 посылает этот луч в пространство объектов таким образом, что освещенными оказываются небольшое число горизонтальных сечений объектов, которые фокусируются при данном положении дефлектора на фотоматрице. При работе дефлектора происходит сканирование объектов освещающим лучом, причем на фотоматрице сфокусированными будут только освещенные сечения. Оптическая подсистема освещающего луча повышает отношение сигнал/шум при считывании информации с фотоматрицы в число раз, равное отношению площади поперечного (вертикального) сечения пространства объектов к площади поперечного сечения освещающего луча.

Основное преимущество предложенного способа передачи и воспроизведения объемных изображений перед известными состоит в том, что он обеспечивает минимальное время передачи для всех сечений и позволяет в реальном масштабе времени осуществлять передачу и воспроизведение динамических объемных изображений. Преимущество предложенного устройства перед известными состоит в отсутствие мерцаний изображения, т.к. частота его регенерации равна частоте кадров 25 Гц, и в полной совместимости с обычным телевидением, т.к. один из передаваемых сигналов является стандартным видеосигналом.

Благодаря названным преимуществам предложенные способ и устройство могут найти применение для создания систем коммерческого объемного телевидения, систем технического зрения роботов, а также для отображения трехмерной информации от ЭВМ.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для создания системы объемного телевидения. Целью изобретения является уменьшение времени передачи объемного изображения и обеспечение совместимости с системами обычного телевидения. Цель изобретения достигается тем, что регистрируют ряд ориентированных вдоль луча зрения наблюдателя изображений сечений объемной сцены, считывают сечения вдоль линий, параллельных лучу зрения наблюдателя, а передают только координаты и спектральные характеристики контуров сечений объектов. Устройство содержит выполненные в виде последовательно расположенных объектива и одномерного дефлектора приемную и отображающую оптические системы, связанные оптически соответственно с ТВ-камерой, выполненной с возможностью параллельного считывания всех строк, и ТВ-монитором, выполненным с возможностью внешней кадровой развертки, причем ТВ-монитор через блок шифратора и блок синхронизации электрически связан с ТВ-камерой. Изобретение может быть использовано для создания систем технического объемного зрения роботов и для отображения трехмерной информации от ЭВМ. 2 с. и ф-лы, 2 ил.

1. Способ передачи и воспроизведения объемного изображения объекта, заключающийся в том, что при передаче через первую оптическую систему с малой глубиной фокусировки переменным фокусным расстоянием на фотоматрицу проецируют сечения объемного изображения объекта, считывают с фотоматрицы электрические сигналы на соответствующие элементы светоизлучающей матрицы, а при приеме воспроизводимые на светоизлучающей матрице сечения объекта проецируют через вторую оптическую систему с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием, отличающийся тем, что фотоматрицу и светоизлучающую матрицу ориентируют так, что их столбцы направлены вдоль оптических осей соответственно первой и второй оптических систем, осуществляют сканирование объекта освещающим лучом, проектируют на фотоматрицу подсвечиваемое сечение объекта, считывают с фотоматрицы электрические сигналы поочередно по столбцам, определяют номер строки элемента с максимальной величиной сигнала и передают одновременно с величиной этого сигнала номер строки этого элемента, а при приеме по переданному сигналу номера строки воспроизводят на соответствующем столбце светоизлучающей матрицы единственный элемент с той же самой величиной сигнала. 2. Устройство для передачи и воспроизведения объемного изображения объекта, содержащее на передающей стороне оптически связанные первую оптическую систему с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием и фотоматрицу, а на приемной стороне оптически связанные вторую оптическую систему с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием и светоизлучающую матрицу, а также синхрогенератор, выход которого подключен к управляющим входам фотоматрицы и светоизлучающей матрицы, отличающееся тем, что на передающей стороне устройства введены первый однокоординатный дефлектор света, оптически связанный с первой оптической системой с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием, последовательно расположенные и оптически связанные источник излучения, цилиндрический объектив и зеркало, оптически связанное с первым однокоординатным дефлектором света, и шифратор, а на приемной стороне введен второй однокоординатный дефлектор света, оптически связанный с второй оптической системой с малой глубиной фокусировки и переменным фокусным расстоянием, при этом выход синхрогенератора подключен к управляющим входам первого и второго однокоординатных дефлекторов света, а сигнальный выход фотоматрицы подключен к входу шифратора, выход которого подключен к сигнальному входу светоизлучающей матрицы, к управляющему входу которой подключен управляющий выход фотоматрицы.