УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H04N13/00 H04N13/04 

Изобретение относится к области телевидения и может быть использовано в системах объемного телевидения, а также в компьютерных играх и в тренажерах.

Известно устройство для получения объемного изображения с помощью кинескопа, линзы и плоской отображающей матричной панели на основе жидких кристаллов [1]
Недостатком этого устройства является ограниченность зоны возможных положений наблюдателя, в которых он наблюдает объемное изображение, а также ограниченные функциональные возможности, связанные с малым размером площади экрана жидкокристаллической матрицы, принципиально присущим известному устройству, которое не превышает базового расстояния между глазами наблюдателя.

Известно также, взятое за прототип, устройство получения объемного изображения с помощью безочковой системы объемного телевидения [2] Это устройство с использованием телевизора и линзового растра позволяет осуществить одновременное формирование изображений ракурсов для всех возможных положений наблюдателя. Все вместе линзы растра позволяют получить объемное изображение любой точки наблюдаемого объекта с возможностью его оглядывания наблюдателем. Изображение формируется безотносительно к положению наблюдателя и к их количеству.

Недостатком такого устройства является его сложность, заключающаяся в необходимости использовать более сложный линзовый растр, а также блок широкополосного воспроизведения множества изображений ракурсов для всех возможных положений наблюдателя.

Технической задачей, решаемой изобретением, является упрощение устройства получения объемного изображения и расширение его функциональных возможностей путем обеспечения возможности оглядывания объемного изображения при произвольном положении наблюдателей.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для получения объемного изображения, содержит кинескоп с отклоняющей системой и системой модуляции, блоком строчной и кадровой разверток, блоком яркости и цветности, а также оптически соединенный с кинескопом и глазами наблюдателей оптический формирователь.

В отличие от прототипа в устройство введены оптический локатор, оптически связанные с оптическим входом оптического локатора и размещенные у глаз наблюдателей контррефлекторы, интерфейс, преобразователь адресов видеосигнала, первый вход которого через интерфейс электрически соединен с выходом оптического локатора, внешний запоминающий блок, выход которого электрически соединен со входом оптического формирователя.

Оптический формирователь выполнен в виде жидкокристаллической обтюрационной матрицы, а отклоняющая система кинескопа имеет вспомогательную обмотку.

Устройство дополнительно содержит блок вспомогательной развертки, вход и выход которого электрически соединены соответственно с выходом и входом вспомогательной обмотки, а также последовательно электрически соединенные компаратор, блок элементов ИЛИ, блок ключевых элементов. Вход компаратора электрически соединен с выходом вспомогательной обмотки, выходы блока ключевых элементов со входами системы модуляции, первый, второй и третий выходы преобразователя адресов видеосигнала электрически соединены, соответственно, со входом блока сдвиговых регистров, входом блока строчной и кадровой разверток и входом блока яркости и цветности, а выход блока яркости и цветности электрически соединен со вторым входом блока ключевых элементов.

Блок вспомогательной развертки включает последовательно электрически соединенные между собой элемент обратной связи, усилитель и автоматический регулятор амплитуды сигнала, причем вход элемента обратной связи и выход автоматического регулятора амплитуды сигнала электрически соединены соответственно с выходом и входом вспомогательной обмотки.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для получения объемного изображения; на фиг. 2а ход строчной, кадровой и вспомогательной разверток на экране кинескопа; на фиг. 2b временная диаграмма кадровой развертки на экране кинескопа; на фиг. 2c временная диаграмма строчной, развертки на экране кинескопа; на фиг. 2d временная диаграмма вспомогательной развертки на экране кинескопа; на фиг. 3 блок-схема компаратора, служащего для выработки момента появления сигналов яркости и цветности в каждом из светоинформационных наблюдателей. на фиг. 4 показан ход лучей, поясняющий использование устройства для двух наблюдателей; на фиг. 5 временная диаграмма, поясняющая положение сигналов яркости и цветности для каждого из четырех светоинформационных столбцов.

Устройство для получения объемного изображения содержит (фиг. 1) кинескоп (К) 1 с отклоняющей системой (ОС) 2, имеющей вспомогательную обмотку (ВО), блок строчной и кадровой разверток (БР) 3, блок яркости и цветности (БЯЦ) 4, преобразователь адресов видеосигнала (П) 5, внешний запоминающий блок (ВЗБ) (6) оптический локатор (ОЛ) 7, оптический формирователь, выполненный в виде обтюрационной матрицы (ОМ) 8, блок сдвиговых регистров (БСР) 9, компаратор (КОМ) 10, блок элементов ИЛИ (ИЛИ) 11, блок ключевых элементов (КЛ) 12, интерфейс (И) 13, отражатели, например контррефлекторы (КР) 14, размещенные у глаз наблюдателя, а также блок вспомогательной развертки (БВР) 15, содержащий элемент обратной связи (ЭОС) 16, усилитель (У) 17 и автоматический регулятор амплитуды сигнала (АРА) 18. Компаратор 10 (фиг. 3) содержит, в свою очередь, фазовращатели (ФВ) 19, 24, 27, схемы сравнения (СС) 20, 21, 25, 28, формирователи (Ф) 22, 23, 26, 29.

Кинескоп 1, отклоняющая система 2, оптический локатор 7 и жидкокристаллическая обтюрационная матрица 8 взаимно механически закреплены. Кинескоп 1 электрически соединен с блоком яркости и цветности 4, отклоняющая система 2 электрически соединена с блоком строчной и кадровой разверток 3, с компаратором 10 и с блоком вспомогательной развертки 15; преобразователь адресов видеосигнала 5 электрически соединен с внешним запоминающим блоком 6, блоком строчной и кадровой разверток 3, блоком яркости и цветности 4, блоком сдвиговых регистров 9 и через интерфейс 13 с оптическим локатором 7.

Компаратор 10 связан электрически с блоком вспомогательной развертки 15 и через блок элементов ИЛИ 11 с управляющим входом блока ключевых элементов 12. Блок ключевых элементов 12 соединен электрически с блоком яркости и цветности 4 и системой модуляции М. Кинескоп 1, оптический локатор 7, жидкокристаллическая обтюрационная матрица 8 и контррефлекторы 14 связаны между собой оптически. Контррефлекторы 14 крепят либо к бровям наблюдателей, либо к оправам очков на одной вертикали с его зрачками. В качестве оптического локатора 7 может быть использован ИК-локатор. В качестве преобразователя адресов видеосигнала 5 может быть использован, например, персональный компьютер типа IBM PC/AT 386/387 или иной с достаточно высоким быстродействием.

Устройство работает следующим образом. Первоначально, в отсутствие наблюдателей, кинескоп 1 совместно с обтюрационной матрицей 8 воспроизводит плоское изображение для одного стандартного положения (базовая точка 0 на фиг. 1 и 4). При этом на выходе оптического локатора 7 нет сигналов от контррефлекторов 14 и отсутствуют, соответственно, сигналы на выходе интерфейса 13 и на соответствующих входах преобразователя адресов видеосигнала 5.

Информация, записанная во внешнем запоминающем блоке 6, передается преобразователем адресов видеосигнала 5 на блок яркости и цветности 4 без изменений, блок вспомогательной развертки 15 отключен, а блок строчной и кадровой разверток 3 с кинескопом 1 и жидкокристаллическая обтюрационная матрица 8 с блоком сдвиговых регистров 9 обеспечивают строчную вертикальную (вдоль оси Y на фиг. 2а) и кадровую горизонтальную (вдоль оси Х на фиг. 2а) развертки. На жидкокристаллической обтюрационной матрице 8 с помощью блока сдвиговых регистров 9 вырабатывают бегущую вертикальную щель 30, прозрачную для излучения кинескопа 1 на непрозрачном, в целом, поле. Бегущая вертикальная щель 30 перемещается синхронно с кадровой разверткой блока строчной и кадровой разверток 3.

При наличии наблюдателей появляются сигналы на выходе оптического локатора 7 о количестве и положении глаз (Gn1,Gm1,Gn2,Gm2) наблюдателей, преобразователь адресов видеосигнала 5 рассчитывают для каждого глаза наблюдателя, текущее положение бегущей вертикальной щели 30 на жидкокристаллической обтюрационной матрице 8 и определяет число и текущее положение каждого светоинформационного столбца 31 на кинескопе 1.

Индивидуальный светоинформационный столбец 31 для каждого глаза (Gn1, Gm1, Gn2,Gm2) наблюдателя на экране кинескопа 1 получается посредством блока вспомогательной развертки 15 в цепи возбуждения отклоняющей системы 2, а также компаратора 10, блока элементов ИЛИ 11, блока ключевых элементов 12 и блока яркости и цветности 4 в цепи системы модуляции кинескопа 1. Форма развертки при работе заявляемого устройства в случае, например, двух наблюдателей (всего 4 зрачка) приведена на фиг. 2. При этом используется вертикальная строчная и горизонтальная кадровая развертка, причем вспомогательная развертка обеспечивает небольшое (около 5 мм) быстрое (с частотой 4-5 МГц) отклонение луча кинескопа 1 в горизонтальном направлении. Закон отклонения вспомогательной развертки синусоидальный и показан на фиг. 2 и в верхней части фиг. 5.

Компаратор 10 обеспечивает выработку четырех последовательностей импульсов в моменты времени, когда азимутальное положение луча кинескопа 1, определяемое блоком вспомогательной развертки 15, имеет заданное значение. Так, например, для того, чтобы высвечивались точки вдоль по линии а-а (фиг. 2 и 5) необходимо включать компаратор 10 в моменты времени t_ai, когда ток во вспомогательной обмотке ВО будет близок величине I_a. Для высвечивания точек вдоль по линии б-б необходимо включать компаратор 10 в моменты времени t_ai, когда ток в этой обмотке будет близок к величине 1б, и т. д. При соблюдении этих условий на экране кинескопа 1, даже в однолучевом его варианте, будут сформированы такие последовательности точек, которые будут эквивалентны многолучевому варианту кинескопа 1. Взаимное расположение каждого светоинформационного столбца 31 неизменно в пределах всего кадра и не меняется при перемещении луча кинескопа 1 по строке и по кадру, а также при перемещении наблюдателей.

В жидкокристаллической обтюрационной матрице 8 возбуждается несколько вертикально бегущих щелей 30, число которых N равно числу глаз наблюдателей; их азимутальное расположение меняется синхронно с ходом кадровой развертки, а исходное положение рассчитывается преобразователем адресов видеосигнала 5 с учетом координат глаз наблюдателей. Координаты глаз (Gn1,Gm1,Gm1,Gm2) наблюдателей определяются оптическим локатором 7. Расчет положения каждой из бегущих вертикальных щелей 30 жидкокристаллической обтюрационной матрицы 8 ведется таким образом, чтобы она находилась в плоскости, проходящей через какой-либо глаз наблюдателя и соответствующий ему светоинформационный столбец 31 на экране кинескопа 1. Этим обеспечивается разделение световых лучей и та индивидуальность информации для каждого из глаз, которая и определяет объемный эффект при восприятии наблюдателями изображения в целом.

Расчет положения бегущих вертикальных щелей 30 (Х_щ) на жидкокристаллической обтюрационной матрице 8 для образования изображения адресов видеосигнала 5 по формуле:
Х_щ=(Х_т•Z-X•Z_т)/(Z-z_т), (1)
где X,Z азимутальная координата и дальность наблюдателя, соответственно;
z_т глубина сцены изображаемой точки.

Расчет положения индивидуальных яркостных точек (у_к) по вертикальной координате на экране кинескопа 1 ведется по формуле:
Y_к=(Y_т(Z+l₀)-Y(l₀+z_т))/(Z-z_т), (2)
где Y, Z угломестная координата и дальность наблюдателя;
l₀ расстояние от обтюрационной матрицы 8 до экрана кинескопа 1,
z_т глубина сцены изображаемой точки.

Отметим, что объемную информацию о некоторой точке Т наблюдатель получает в результате суммирования плоской информации, полученной им от каждого из глаз в разные моменты времени, а именно в моменты, когда вертикально бегущие щели 30 на обтюрационной матрице 8 занимают соответствующие положения.

Частота вспомогательной развертки выбирается из условия:
f_вр>N_c•f_ср/2 (3)
где N_c требуемое количество различимых элементов изображения в светоинформационном столбце 31;
f_ср частота строчной развертки.

Например, при требуемом количестве различимых элементов в светоинформационном столбце 31 N_c=500 частота f_ср=4 МГц.

Размах колебаний в блоке вспомогательной развертки 15 определяется как максимальным количеством наблюдателей, так и необходимостью четкого разделения лучей для каждого из глаз наблюдателей. Последнее условие требует, в частности, чтобы светоинформационные столбцы 31 были разделены темными промежутками по размеру равными, по крайней мере, несколькими (3-5) пикселям. Для двух наблюдателей (фиг. 4) (4 зрачка) требуемых размах колебаний составит: 3•4•0,5 мм=6 мм.

Следует иметь ввиду, что форма выполнения изобретения, описанная выше и показанная на чертежах, представляет собой только возможный предпочтительный вариант его осуществления. Могут быть использованы различные вариации выполнения изобретения в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, отдельные элементы могут быть заменены эквивалентными.

Изобретение относится к области телевидения и может быть использовано в системе объемного телевидения, а также в компьютерных играх и в тренажерах. Изобретение решает задачу упрощения устройства получения объемного изображения и расширение его функциональных возможностей путем обеспечения возможности оглядывания объемного изображения при произвольном положении наблюдателей. Устройство для получения объемного изображения, содержит кинескоп с отклоняющей системой и системой модуляции, блоком строчной и кадровой разверток, блоком яркости и цветности, а также оптически соединенный с кинескопом и глазами наблюдателей оптический формирователь. В отличие от прототипа в устройство введены оптический локатор, оптически связанные с оптическим входом оптического локатора и размещенные у глаз наблюдателей контррефлекторы, интерфейс, преобразователь адресов видеосигнала, первый вход которого через интерфейс электрически соединен с выходом оптического локатора, внешний запоминающий блок, выход которого электрически соединен со входом оптического формирователя. Оптический формирователь выполнен в виде жидкокристаллической обтюрационной матрицы, а отклоняющая система кинескопа имеет вспомогательную обмотку. Устройство дополнительно содержит блок вспомогательной развертки, а также последовательно электрически соединенные компаратор, блок элементов ИЛИ, блок ключевых элементов. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для получения объемного изображения, содержащее кинескоп с отклоняющей системой и системой модуляции, блоком строчной и кадровой разверток, блоком яркости и цветности, а также оптически соединенный с кинескопом и глазами наблюдателей оптический формирователь, отличающееся тем, что в него введены оптический локатор, оптически связанные с оптическим входом оптического локатора и размещенные у глаз наблюдателей контррефлекторы, интерфейс, преобразователь адресов видеосигнала, первый вход которого через интерфейс электрически соединен с выходом оптического локатора, внешний запоминающий блок, выход которого электрически соединен с вторым входом преобразователя адресов видеосигнала, блок сдвиговых регистров, выход которого электрически соединен с входом оптического формирователя, при этом оптический формирователь выполнен в виде жидкокристаллической обтюрационной матрицы, а отклоняющая система имеет вспомогательную обмотку, кроме того, устройство дополнительно содержит блок вспомогательной развертки, вход и выход которого электрически соединены соответственно с выходом и входом вспомогательной обмотки, а также последовательно электрически соединенные компаратор, блок элементов ИЛИ, блок ключевых элементов, при этом вход компаратора электрически соединен с выходом вспомогательной обмотки, выходы блока ключевых элементов - с входами системы модуляции, первый, второй и третий выходы преобразователя адресов видеосигнала электрически соединены соответственно с входом блока сдвиговых регистров, входом блока строчной и кадровой разверток и входом блока яркости и цветности, а выход блока яркости и цветности электрически соединен с вторыми входом блока ключевых элементов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок вспомогательной развертки включает последовательно электрически соединенные между собой элемент обратной связи, усилитель и автоматический регулятор амплитуды сигнала, причем вход элемента обратной связи и выход автоматического регулятора амплитуды сигнала электрически соединены соответственно с выходом и входом вспомогательной обмотки.