СИСТЕМА ОБЪЕМНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H04N13/00 G02B27/30 

Изобретение относится к телевидению и может использоваться для передачи и приема в вещательных телевизионных системах объемных изображений при сохранении традиционного телевидения.

Известен головной дисплей [Игорь Кондрашин. Технология - виртуальная, результат - реальный. COMPUTERWORD, 23 сентября 1997. N 35 (100), стр. 40], имеющий два миниатюрных экрана и оптическую систему, формирующую перед глазами пользователя стереоизображение. Специальное устройство непрерывно отслеживает ориентацию головы человека, тем самым позволяя программно-аппаратному комплексу, генерирующему изображение, согласовывать ее положение с видимым изображением.

Предполагается также работа с перечисленными устройствами специального комплекса формирования изображения отдельно для левого глаза и отдельно для правого глаза (это может быть программно-аппаратный комплекс на базе ЭВМ [Йардена Арар, PC World Online. Siggraph 97 - начало нового дня для VRML. COMPUTERWORD, 23 сентября 1997. N35 (100), стр. 41] или специальной телевизионной камеры [патент SU 1787315 A3, H 04 N 13/04]) и каналов передачи стереоизображений.

Наблюдатель надевает шлем, фиксирует перед каждым глазом свою оптическую систему, связанную со своим экраном, включает установку и за счет просмотра каждым глазом только ему предназначенного изображения у него возникает иллюзия появления впереди объемного пространства. Эффект наблюдения модели объемного пространства с расположенными в нем трехмерными объектами принято называть "виртуальной реальностью" [Игорь Кондрашин. Технология - виртуальная, результат - реальный. COMPUTERWORD, 23 сентября 1997. N 35 (100), стр. 40].

Недостатком такой системы является необходимость формировать, передавать и воспроизводить два изображения (отдельно для левого глаза и отдельно для правого глаза), что создает сложность при использовании этой системы в быту. Необходимо не только использовать специальные телекамеры, снимающие отдельно для левого глаза и отдельно для правого глаза, но и решать вопросы передачи стереоизображений, их последующего приема и разделения. Использовать такой подход для вещательного телевидения затруднительно как из-за стоимости телекамер и телевизионных приемников, так и из-за необходимости использовать специальный шлем или специальные очки.

Известна система "3D Volumeric Display Technology Background" [Стереовидение. Компьютер пресс. Май 1997. Стр. 69-71], позволяющая с помощью вращающейся спирали генерировать изображение, которое можно рассматривать в трех измерениях. Эту форму можно описать как закручивающуюся по спирали поверхность, расположенную между двумя кривыми диаметрально противоположных витков геликоида. Эту поверхность можно представить себе как движущийся экран, который при каждом обороте дважды сканирует весь объем изображения. Получаемая геликоидальная поверхность сканирует полностью весь столб, и по завершении полного оборота ни одна точка внутреннего пространства не остается необновленной. Поверхность геликоида на самом деле является экраном. Для сканирования на нем изображений используется специальный сканер. При быстром вращении спирали, так что она сливается в сплошное пятно, в условиях затемнения создается изображение, которое выглядит как подвешенное в воздухе.

Недостаток данной системы - ограниченный объемом виртуального пространства, создаваемый вращающейся спиралью, внутри которого можно создавать объемное изображение, а также проблема получения и передачи трехмерных графических координат проектору, которые должны соответствовать перемещению спирали.

Известно оптико-коллимационное устройство, используемое в авиационном тренажеростроении для формирования перед обучаемым объемного пространства [Jane's military training and simulation systems. ISBN 0 7106 1138 2. Jane's Information Group Limited, Sentinel House, 163 Brighton Road, Coulsdon, Surrey CR5 2NH, UK; Jane's Information Group Inc, 1340 Braddock Place, Suite 300, Alexandria, VA 22314-1651, USA. - P. 383-384]. Данное устройство позволяет преобразовывать оптическим путем двухмерную проекцию трехмерной сцены визуализации в трехмерное виртуальное пространство.

Недостаток данного устройства в том, что оно было ориентировано на использование в тренажерных комплексах, где наблюдатель подвижен, и не рассматривался вариант его использования в вещательном телевидении, где возможен вариант неподвижного наблюдателя, а подвижными могут быть другие видимые объекты.

Известно устройство для телевизионной передачи и приема стереоскопического изображения [патент RU 2010453 C1, H 04 N 15/00], предназначенное для использования в телевидении в качестве устройства телевизионной передачи и приема стереоскопического изображения. Устройство содержит на передающей стороне формирователь сигнала меток, формирователь стереоскопического видеосигнала, блок введения сигнала меток, канал связи; на приемной стороне - телевизионный приемник, электронные очки, формирователь управляющего сигнала, передатчик управляющих импульсов, приемник управляющих импульсов. Данное устройство позволяет на приемной стороне получать вместе с сигналами, несущими информацию об изображениях для левого и правого глаза, специальные метки, которые управляют специальными очками, осуществляющими пропускание светового потока для левого и для правого глаза.

Недостаток данного устройства в необходимости смотреть на экран сквозь специальные очки, а также в сложности формирования и передачи изображений для левого и правого глаза вместе с "привязанными" к ним метками.

Известна система стереотелевидения [авторское свидетельство SU 1631753 A1, H 04 N 13/00], наиболее близкая к предлагаемому изобретению (прототип). Изобретение относится к технике телевидения и может использоваться для передачи стереоизображений в прикладном и вещательном телевидении.

Система проецирует изображение с помощью двух объективов, снимающих отдельно для левого и отдельно для правого глаза, которые потом с помощью призмы направляются на одну светочувствительную пластину и преобразуются в электрические сигналы. Преобразование выполняется матричным прибором с зарядовой связью (ПЗС). За счет пространственного совмещения строк матричного ПЗС с полосами на гранях призмы в чередующемся порядке формируемый видеосигнал в одном поле несет информацию о правом изображении стереопары, а в другом - о левом изображении. После передачи по каналу связи в приемнике восстанавливаются сигналы для левой и для правой части стереоскопического изображения. В дальнейшем каждое изображение воспроизводится на своем экране.

Недостаток данного устройства в необходимости снимать два изображения, которые потом необходимо смешать для передачи по одному каналу связи, а в приемнике восстановить и воспроизводить оба изображения для получения эффекта объема. Эффект объема может быть получен наблюдателем при использовании специальных очков, что также является недостатком.

Задача изобретения - упрощение известных систем передачи объемного изображения, ориентированных на передачу и построение изображений отдельно для левого и для правого глаза, путем подготовки и передачи только одного изображения, а формирование эффекта наблюдения объемного пространства осуществляется за счет просмотра получаемых двухмерных проекций трехмерного пространства через оптико-коллимационное устройство, что позволяет использовать систему объемного вещательного телевидения как в обычных телевизионных системах, так и системах, воспроизводящих объемные изображения.

Это достигается тем, что дополнительно вводится оптико-коллимационное устройство, вход которого соединен с выходом телевизионного приемника.

Введение оптико-коллимационного устройства обеспечивает получение объемного изображения и его увеличение по отношению к используемому телевизионному экрану при рассмотрении сцены, в которой есть подвижные объекты или если сцена снимается подвижной телекамерой. При появлении в рассматриваемой сцене через оптико-коллимационное устройство абсолютно неподвижной картины возможны два варианта. В первом, если до этого были видны подвижные объекты, а потом они остановились, некоторое время сохраняется эффект объемного пространства. Во втором случае, если сразу появилась сцена только с неподвижными объектами, получаем только эффект увеличения изображения, видимого на используемом телевизионном экране (при использовании телевизионного приемника с размером экрана по диагонали 36 см наблюдается эффект увеличения, как если бы мы смотрели телевизионный приемник с размером экрана по диагонали 150 см). Если угол обзора объектива телекамеры не совпадает с угловыми характеристиками оптико-коллимационного устройства, то объекты в наблюдаемой сцене видим с увеличением или с уменьшением (как если бы смотрели в бинокль), эффект наблюдения объемного пространства все равно остается. Эффект увеличения или уменьшения незначителен, так как вещательные телевизионные камеры снимают изображение в углах, близких к используемым в оптико-коллимационных устройствах (40^o по горизонтали и 30^o по вертикали).

На чертеже представлена структурная схема предлагаемой системы.

Система объемного вещательного телевидения содержит:
1 - телекамеру,
2 - канал связи,
3 - телевизионный приемник,
4 - оптико-коллимационное устройство.

Выход блока 1 соединен с входом блока 2. Выход блока 2 соединен с входом блока 3. Выход блока 3 соединен с входом блока 4.

Система объемного вещательного телевидения работает следующим образом.

Телекамера 1 формирует через объектив телевизионные сигналы о видимой через объектив части окружающего пространства. Полученные телесигналы через канал связи 2 подаются на вход телевизионного приемника 3. Полученное на экране телевизионного приемника 3 двухмерное изображение, являющееся трехмерной проекцией видимой через объектив части окружающего пространства, подается на вход оптико-коллимационного устройства 4, которое, увеличивая картину, уносит ее в бесконечность, настраивая таким образом глаз на "взор в бесконечность" (эффект аккомодации). Поскольку передаваемые телевизионные изображения, как правило, являются последовательностью кадров, сформированных подвижной камерой, или на них отслеживается какой-нибудь подвижный объект, при сканировании изображения глазом человека начинает работать глазная мышца (эффект конвергенции). В результате конвергенции в сочетании с аккомодацией мозг человека воспринимает получаемое изображение как объемное, наблюдаемое через пирамиду видимости.

Считалось, что при использовании оптико-коллимационного устройства объемное пространство наблюдатель видит только в случае, если он подвижен и перемещается в наблюдаемой сцене. Опыты показывают, что эффект объема получается и в случае, если в сцене хотя бы один подвижный предмет. Причем мозг успевает привыкнуть к наблюдению объемного пространства и, даже если подвижный предмет на время останавливается, все равно продолжает сохраняться эффект объемного пространства.

Использование: в прикладном и вещательном телевидении. Цель: упрощение известных систем объемного телевидения. Сущность изобретения: состоит из передающей камеры 1, канала связи 2, телевизионного приемника 3, оптико-коллимационного устройства 4. Техническим результатом изобретения является формирование эффекта наблюдения объемного пространства за счет просмотра двухмерных изображений через оптико-коллимационное устройство. 1 ил.

Система объемного вещательного телевидения, содержащая подвижную телекамеру либо неподвижную телекамеру, снимающую подвижный объект, канал связи, телевизионный приемник, выход телекамеры соединен со входом канала связи, выход канала связи соединен со входом телевизионного приемника, отличающаяся тем, что введено оптико-коллимационное устройство, вход которого соединен с выходом телевизионного приемника.