СТЕРЕОСКОПИЧЕСКАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА, СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ПРИЕМНИК И ОЧКИ ДЛЯ ПРОСМОТРА СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H04N13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе стереоскопического телевидения для записи, воспроизведения и отображения стереоскопических изображений, снятых стереоскопической видеокамерой, стереоскопическому телевизионному приемнику и очкам для просмотра стереоскопического изображения, в частности, для осуществления стереоскопического телевизионного вещания.

Известный уровень техники

Давно известно обычное стереоскопическое фотоизображение, получаемое путем просмотра по отдельности правым и левым глазами двух фотоснимков, снятых с двух точек, разнесенных вправо и влево. За последнее время большое развитие получили технологии формирования и отображения электронного изображения, цифровой обработки сигналов и т.п., что облегчило съемку, запись, передачу и отображение электронных стереоскопических изображений и повысило вероятность внедрения стереоскопического телевизионного вещания.

Предлагались различные системы стереоскопического отображения на электронном дисплее, но наиболее реалистичное изображение обеспечивает предназначенная для двух глаз система стереоскопического просмотра (в которой парные правое и левое изображения отображаются методом наложения друг на друга (3D) за счет использования линейно-поляризованных световых лучей с взаимно ортогональными плоскостями поляризации относительно левой и правой сторон или световых лучей с круговой поляризацией, плоскости которой противолежат друг другу относительно направления вращения, при этом правое и левое изображения просматривают по отдельности с использованием линейно-поляризующих очков для линейно-поляризованных световых лучей с взаимно ортогональными плоскостями поляризации относительно левой и правой сторон или циркулярно-поляризующих очков для световых лучей с круговой поляризацией, плоскости которой противолежат друг другу относительно направления вращения).

Тем не менее, как указано в абзаце [0009] описанного далее патентного документа №1, в предназначенной для двух глаз системе стереоскопического просмотра сложно настроить состояние оптимального стереоскопического просмотра (состояние слияния правого и левого изображений). Кроме того, в абзацах [0067] и [0068] патентного документа №1 говорится следующее.

В абзаце [0067] указано, что "… изображение, просматриваемое на маленьком экране 15А, отличается с точки зрения степени проекции и степени глубины от того же изображения, просматриваемого на большом экране 15С …".

В абзаце [0068] указано, что "с учетом этих обстоятельств и при условии использования в конечном итоге дисплея со стереоскопическим изображением предусмотрен определенный коэффициент, чтобы задать на участке 9 дисплея такую степень проекции и степень глубины, которые не превышают предельную степень проекции и предельную степень глубины дисплея со стереоскопическим изображением. Коэффициент может быть создан с использованием реального тела или стереоскопического изображения. В предполагаемом дисплее со стереоскопическим изображением могут использоваться данные для типичного дисплея со стереоскопическим изображением, или данные может выбирать или задавать пользователь".

[Патентный документ №1] - публикация нерассмотренной патентной заявки Японии №2003-264851

Если для съемки воспроизводимого стереоскопического изображения используется стереоскопическая камера, описанная в патентном документе №1, должны быть заданы предельные точки корректировки изображений как дальнего плана, так и ближнего плана (смотри абзацы [0070]-[0072] патентного документа №1), но в патентном документе №1 не описан принцип установления предельных точек для изображения дальнего плана и ближнего плана и не приведены заданные значения для установки. Соответственно, поскольку соответствующая съемка должна зависеть от личной интуиции оператора, каждый оператор должен обладать высоким профессиональным уровнем. Судя то тому, что в патентном документе №1 говорится, что "… в предполагаемом дисплее со стереоскопическим изображением могут использоваться данные для типичного дисплея со стереоскопическим изображением …", данные стереоскопического изображения, полученные путем такой съемки, применимы для просмотра только на конкретном дисплее. Такая стереоскопическая камера не рассчитана на универсальное применение.

В большинстве "стереоскопических телевизионных приемников", реально используемых для демонстрации и т.п., изображение какого-либо бесконечно удаленного объекта, такого как гора вдали, часто выглядит так, будто оно расположено на расстоянии лишь одного метра вглубь от поверхности дисплея. Иными словами, на таком стереоскопическом телевизионном приемнике объект, который должен изначально выглядеть расположенным на бесконечном удалении, выглядит так, будто он находится на расстоянии примерно одного метра (в некоторых случаях нескольких десятков сантиметров) вглубь от экрана стереоскопического телевизионного приемника, а все остальные объекты оказываются перед ним. В результате у зрителя создается ощущение того, что он видит макет.

Как показано на фиг.8А, если принять расстояние между глазами человека (или межзрачковое расстояние) за Bs, и зритель просматривает стереоскопическое телевизионное изображение с расстояния в 2 метра от экрана стереоскопического телевизионного приемника, при этом расстояние между правым и левым изображениями бесконечно удаленного объекта отображается как проиллюстрированное расстояние bs=Bs/2, бесконечно удаленное стереоскопическое изображение при стереоскопическом просмотре выглядит находящимся на расстоянии 4 метров от зрителя, поскольку, если принять расстояние от зрителя до экрана за D_A, a ощущаемое расстояние в поле стереоскопического зрения за D_T, из зависимости D_T=D_A/(1-bs/Bs) получаем D_T=2000/(1-32,5/65)=4000 мм.

На фиг.8Б показано состояние, когда зритель просматривает изображение на экране стереоскопического телевизионного приемника, проиллюстрированного на фиг.8А, с расстояния в 1 метр от зрителя до экрана, при этом ощущаемое расстояние до бесконечно удаленного стереоскопического изображения на фиг.8Б выглядит как расстояние, равное DT=1000/(1-32,5/65)=2000 мм, то есть 2 метрам. Описанный выше феномен неизбежно имеет место при просмотре стереоскопического изображения, ширина которого меньше межзрачкового расстояния человека.

Таким образом, необходимо, чтобы зритель имел возможность ощущать естественную глубину, приближенную к реальности, а бесконечное ощущаемое расстояние или наибольшее ощущаемое расстояние на экране дисплея выглядело естественным даже при изменении расстояния от зрителя до экрана. Необходимо устранить у зрителя ощущение того, что он видит макет. Настоящее изобретение создано с целью решения этих задач и реализации стереоскопического телевизионного вещания.

Раскрытие изобретения

Упомянутая выше задача положена в основу настоящего изобретения, в котором предложена система передачи стереоскопического телевизионного изображения в форме стереоскопического телевизионного вещания, рассчитанного на предназначенную для двух глаз систему стереоскопического просмотра, в которой правое и левое изображения, снятые с двух разнесенных вправо и влево точек раздельно просматривают, соответственно, правым и левым глазами таким образом, что ширина изображения на дисплее приемника устанавливается в качестве постоянного эталонного размера, центры поперечных осей экранов соответственно для правого и левого глаз отображаются в одном и том же или одном положении по горизонтали на одном дисплее методом наложения друг на друга, а расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

Согласно этой конфигурации для осуществления стереоскопического телевизионного вещания необходимо, чтобы приемник достоверно воспроизводил переданный сигнал, при этом особо важными вопросами стереоскопического телевизионного вещания являются размеры правого и левого экранов и расстояние между правым и левым экранами. Решение упомянутой выше задачи предложено в изобретении по п.1, в котором определяют эталонный размер дисплея приемника и методом наложения отображают правое и левое изображения в одном и том же или одном положении на дисплее приемника, после чего выбирают систему передачи и приема таким образом, что расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

В изобретении по п.2 предложен стереоскопический телевизионный приемник предназначенной для двух глаз системы стереоскопического просмотра, на котором просматривают правое и левое изображения по отдельности соответственно правым и левым глазами, при этом правое и левое изображения методом наложения отображаются эталонного размера в одном и том же или одном положении на дисплее, а расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

Согласно этой конфигурации состояние оптимального стереоскопического эффекта может быть воспроизведено путем отображения правого и левого изображений методом наложения таким образом, что центры изображений совпадают друг с другом, и путем отображения расстояния между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений объекта, расположенного на бесконечно удаленном расстоянии, как расстояния, равного межзрачковому расстоянию человека.

В изобретении по п.3 предложен стереоскопический телевизионный приемник, в котором используется дисплей меньшей ширины, чем у дисплея эталонного размера, в правой оконечной части экрана дисплея для левого изображения и в левой оконечной части экрана дисплея для правого изображения расположены соответствующие черные участки без изображения, при этом отображение осуществляют таким образом, что центры поперечных осей экранов дисплея для правого и левого изображений смещаются на дисплее в противоположных друг другу направлениях, правое поле зрения и левое поле зрения совпадают друг с другом в положении на удалении от поверхности дисплея, а расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

Согласно этой конфигурации изобретение по п.3 применяют в стереоскопическом телевизионном приемнике с дисплеем меньшей ширины, чем у дисплея эталонного размера, при этом одни части (оконечные части) соответствующих экранов дисплея для правого и левого изображений замаскированы (отображаются в черном цвете), отображение осуществляется таким образом, что центры экранов дисплея для правого и левого изображений разнесены друг от друга, правое и левое поля зрения совпадают друг с другом позади дисплея, и одновременно отображение осуществляется таким образом, что расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта равно межзрачковому расстоянию человека, чтобы зритель, который просматривает изображение даже на экране небольшого размера, мог наблюдать такой же эффект, как в случае стереоскопического телевизионного приемника с дисплеем эталонного размера при нахождении на рекомендуемом расстоянии до экрана.

В изобретении по п.4 предложен стереоскопический телевизионный приемник, в котором используется дисплей большей ширины, чем у дисплея эталонного размера, в левой оконечной части экрана дисплея для правого изображения и в правой оконечной части экрана дисплея для левого изображения расположены соответствующие черные участки без изображения, при этом отображение осуществляют таким образом, что центры поперечных осей экранов дисплея для правого и левого изображения смещены на дисплее в направлениях, в которых центры приближаются друг к другу, и далее в направлениях, в которых центры меняются положениями друг с другом таким образом, что правое поле зрения и левое поле зрения совпадают друг с другом в положении впереди дисплея, а расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

Согласно этой конфигурации изобретение по п.4 применяют в стереоскопическом телевизионном приемнике с дисплеем большей ширины, чем у дисплея эталонного размера, при этом части (оконечные части) соответствующих экранов дисплея для правого и левого изображений симметрично замаскированы (отображаются в черном цвете), а отображение осуществляется таким образом, что центры поперечных осей соответствующих экранов дисплея для правого и левого изображений перемещаются в направлениях, в которых они приближаются друг к другу, пока они не поменяются положениями друг с другом (центр экрана для левого изображения перемещается вправо, а центр экрана для правого изображения перемещается влево), в результате чего правое и левое поля зрения совпадают друг с другом впереди дисплея, а расстояние между соответствующими правой и левой точками изображения бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека, чтобы зритель мог наблюдать такой же эффект, как в случае стереоскопического телевизионного приемника с дисплеем эталонного размера при нахождении на рекомендуемом расстоянии до экрана. В данной конфигурации предусмотрено, что зритель находится на большем расстоянии до экрана стереоскопического телевизионного приемника, чем рекомендуемое расстояние от зрителя до экрана стереоскопического телевизионного приемника эталонного размера, а одной из особенностей является возможность широкого выбора расстояния между приемником и зрителем. Соответственно, изобретение по п.4 применимо, когда телевизор одновременно смотрят несколько человек.

В изобретении по п.5 предложены очки для просмотра по отдельности правого и левого изображений системы стереоскопического телевидения, которые методом временного разделения отображается на дисплее стереоскопического телевизионного ЖК-приемника по одному из п.п.2, 3 и 4, к которым справа и слева прикреплены поляризующие пластины, впереди которых расположены соответствующие жидкокристаллические пластины, за счет чего обеспечивается разделение правого и левого полей зрения и стереоскопический просмотр путем поочередного приведения в действие соответствующих правой и левой жидкокристаллических пластин синхронно с сигналами инфракрасного излучения, испускаемого приемником, при этом очки дополнительно имеют датчик угла наклона для осуществления корректировки с тем, чтобы экранирующее состояние в момент сближения полей всегда становилось максимальным в результате обнаружения угла наклона по горизонтали во время просмотра с целью регулирования приложенного к жидкому кристаллу напряжения в момент сближения полей в соответствии с наклоном очков.

Согласно этой конфигурации, в особенности, что касается очков с разделением полей для разделения правого и левого изображений стереоскопической системы с отображением на ЖК-панели методом временного разделения, световым лучам, проходящим через правую и левую жидкокристаллические пластины очков, придают взаимно ортогональные направления поляризации во временной последовательности путем поочередного приложения напряжения к правой и левой жидкокристаллическим пластинам, расположенным на передней поверхности очков, а поляризующие пластины, расположенные позади жидкокристаллических пластин очков, обнаруживают ортогонально поляризованные световые лучи с тем, чтобы, даже если зритель наклонит очки (голову), датчик угла наклона, которым снабжены очки, обнаружит угол наклона, и напряжение, приложенное к жидкокристаллическим пластинам, будет скорректировано во избежание перекрестных помех.

За счет того, что расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается в стереоскопическом телевизионном приемнике как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека, бесконечно удаленное изображение не выглядит расположенным на близком расстоянии, а ощущаемое расстояние до бесконечно удаленного изображения не сжимается даже при изменении расстояния от зрителя до экрана.

Когда определен эталонный размер дисплея для стереоскопического телевизионного вещания, и передача осуществляется таким образом, что положения отображения правого и левого экранов на дисплее эталонного размера совпадают друг с другом, можно легко отображать расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека (осуществлять эталонное отображение бесконечно удаленной точки) независимо от размера отображения со стороны приема, и даже при смешанном использовании в качестве отображающих элементов стереоскопических телевизионных приемников дисплеев различных размеров от дисплеев большого размера до дисплеев малого размера не происходит смешение. Существует оптимальное расстояние от зрителя до экрана (рекомендуемое расстояние от зрителя до экрана) для просмотра стереоскопического изображения, на котором расстояние между правым и левым изображениями бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека, но в действительности зритель не ощущает каких-либо неудобств даже при изменении расстояния до экрана.

В последнее время в поляризующих очках, предназначенных для двух глаз систем стереоскопического просмотра, часто применяют фильтр с круговой поляризацией для разделения правого и левого полей зрения во избежание перекрестных помех. Недостатком пластин с круговой поляризацией является их высокая цена. Кроме того, поскольку используется четвертьволновая пластина, происходит смещение длины волны света, проходящего через пластину. Недавно увеличились размеры ЖК-экранов телевизионных приемников, и был внедрен стандарт высокой четкости. Поскольку световой луч, испускаемый ЖК-панелью, представляет собой поляризованный световой луч (линейно-поляризованный световой луч), можно относительно легко осуществить разделение правого и левого полей зрения с использованием поляризованного светового луча. Тем не менее, когда очки наклонены относительно дисплея, в линейно-поляризованном световом луче могут возникать перекрестные помехи. Этот недостаток можно легко устранить, если снабдить очки датчиком угла наклона и регулировать напряжение, прилагаемое к жидкокристаллическим пластинам, установленным на передней поверхности поляризующих очков.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана пояснительная диаграмма состояний при наблюдении человеком реально происходящего события и чего-либо подобного;

на фиг.2 - пояснительная схема стереоскопического телевизионного приемника, на дисплее которого методом наложения в одном и том же или одном положении отображаются правое и левое изображения,

на фиг.3 - диаграмма состояний при определении человеком размера объекта,

на фиг.4 - пояснительная схема стереоскопического телевизионного приемника, в котором используется дисплей меньшего размера, чем эталонный размер, но который выглядит как экран эталонного размера,

на фиг.5 - диаграмма состояний корректировки экрана при использовании дисплея меньшего размера, чем эталонный размер,

на фиг.6 - пояснительная схема стереоскопического телевизионного приемника, в котором используется дисплей большего размера, чем эталонный размер;

на фиг.7 - пояснительная схема стереоскопической камеры для съемки стереоскопического изображения и

на фиг.8А и 8Б - пояснительные диаграммы состояний стереоскопических изображений обычного стереоскопического телевизионного приемника.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

Настоящее изобретение реализовано посредством системы передачи стереоскопического телевизионного изображения в форме стереоскопического телевизионного вещания, рассчитанного на предназначенную для двух глаз систему стереоскопического просмотра, в которой правое и левое изображения, снятые с двух разнесенных вправо и влево точек, раздельно просматривают, соответственно, правым и левым глазами таким образом, что ширина изображения на дисплее приемника устанавливается в качестве постоянного эталонного размера, центры поперечных осей экранов соответственно вправо и влево отображаются в одном и том же или одном положении по горизонтали на одном дисплее методом наложения друг на друга, а расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека с тем, чтобы можно было добиться близкого к реальному ощущения естественной глубины объекта, а бесконечное ощущаемое расстояние или самое дальнее ощущаемое расстояние выглядело на экране дисплея естественным даже при изменении расстояния от зрителя до экрана.

На фиг.1 проиллюстрирован основной принцип настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, световые лучи, испускаемые из одной и той же или одной точки объекта О_∞, расположенного в бесконечности, которые воспринимаются левым глазом E_L и правым глазом E_R человека, становятся параллельными друг другу. Световые лучи, испускаемые объектом, расположенным на близком расстоянии, воспринимаются правым и левым глазами по отдельности (объект на близком расстоянии и световые лучи, испускаемые объектом, не показаны на фиг.1). Как показано на фиг.1, если принять межзрачковое расстояние человека за Bs=65 мм, а расстояние до бесконечно удаленного объекта за 1000 метров (это расстояние в действительности является конечным расстоянием, но при съемке расстояние в несколько десятков метров также отображается как бесконечность), при восприятии правым и левым глазами световых лучей, испускаемых из одной и той же или одной точки объекта, они разнесены друг от друга на 65 мм. Световые лучи, разнесенные на расстояние Bs=65 мм в точке обзора, разнесены на расстояние 65×(1000-10)/1000=64,35 мм между ними, например, даже в положении, в котором точка обзора приблизилась к объекту на 10 метров и, следовательно, расстояние не очень отличается от межзрачкового расстояния человека. Иными словами, глаза человека всегда воспринимают расположенный в бесконечности объект параллельно. Следовательно, отображаемое расстояние между правым и левым изображениями бесконечно удаленного объекта даже в стереоскопическом телевидении должно отображаться как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

Считается, что стандартное межзрачковое расстояние человека составляет 63,5 мм. Тем не менее, поскольку это расстояние получено путем перевода расстояния в 2,5 дюйма в метрическую систему (2,5×25,4=63,5 мм), стандартное расстояние находится в пределах 65-66 мм, т.е. стандартное расстояние устанавливают в пределах 65±65×0,1≈(58-72)58-72, поскольку считается, что существуют индивидуальные различия в пределах ±10%. На практике корректировку межзрачкового расстояния у имеющихся на рынке очков задают в пределах от 60 до 70 мм.

На фиг.2 показано состояние просмотра стереоскопического изображения. На фиг.2 правый и левый экраны для стереоскопического изображения отображаются таким образом, что их центры совпадают друг с другом на дисплее D₀. Отображение в этом состоянии осуществляется таким образом, что правое и левое изображения C_L и C_R расположенного на ближайшем расстоянии объекта накладываются в одном и том же или одном положении (смотри публикацию нерассмотренной патентной заявки Японии №2006-303832 и публикацию нерассмотренной патентной заявки Японии №2006-254074). В то же время, если расстояние между правым и левым изображениями I_L и I_R бесконечно удаленного объекта отображаются как расстояние, равное межзрачковому расстоянию Bs человека, с учетом диапазона, в котором зритель способен одновременно видеть сочетание объекта, расположенного на далеком расстоянии, и объекта, расположенного на близком расстоянии, когда человек воспринимает реальный объект стереоскопически, это считается приемлемым по данным исследования приемлемого расстояния от зрителя до экрана, согласно которым близким расстоянием является расстояние, в 30-50 раз превышающее межзрачковое расстояние, а далеким расстоянием является расстояние до бесконечно удаленной точки.

Если принять межзрачковое расстояние за Bs=65 мм, Bs×30=65×30=1950 мм, то есть при умножении на 30 получаем расстояние около 2 метров, а Bs×50=65×50=3250 мм, то есть при умножении на 50 получаем расстояние около 3,5 мм.

При просмотре стереоскопического изображения расстояние в 3,5 метра от зрителя до экрана является расстоянием, на котором можно достаточно легко обеспечить слияние правого и левого полей зрения, а расстояние в 2 метра является приблизительным предельным расстоянием. Таким образом, если расстояние между правым и левым бесконечно удаленными изображениями отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию Bs, расстоянием до объекта малой дальности для отображения (чтобы правое и левое поля зрения совпадали друг с другом) в одном и том же или одном положении (по горизонтали) на дисплее, а именно, рекомендуемым расстоянием от зрителя до экрана (обозначенным как D_R) для просмотра изображения является расстояние, на котором виртуальное окно, в котором экраны дисплея для правого и левого изображений совпадают друг с другом, выглядит как одно окно, а именно, как "стереоокно".

Упомянутое выше расстояние D_R может быть установлено в интервале от 2 до 3,5 метров, но, если установлено небольшое рекомендуемое расстояние D_R от зрителя до экрана, возникает не только напряжение при просмотре стереоскопического изображения, но и сам дисплей выглядит небольшим (хотя маскирование не осуществляется). Если установлено большое рекомендуемое расстояние D_R от зрителя до экрана, повышается вероятность того, что на передний план выйдет объект(-ы), расположенный в более близком интервале расстояний, чем рекомендуемое расстояние D_R от зрителя до экрана (может появиться дополнительный объект(-ы), съемка которого не предполагалась). Иными словами, в момент просмотра в поле зрения оказывается объект(-ы), расположенный в более близком интервале расстояний, чем рекомендуемое расстояние D_R от зрителя до экрана. В таком случае экраны для правого и левого глаз (кадры изображения) часто выглядят сдвоенными вследствие отклонения (на отклонение необходимо обращать внимание, в особенности, поскольку не только сам дисплей выглядит отклоненным от нормального положения на телевизионном приемнике, но также потому, что под влиянием отклонения порождается состояние в зоне, окружающей телевизионный приемник). С учетом этих обстоятельств считается, что рекомендуемое расстояние D_R от зрителя до экрана составляет около 2,5 метров, но рекомендуемое расстояние D_R от зрителя до экрана следует определять с учетом размера помещения, в котором находится телевизионный приемник, и т.п.

Если расстояние между правым и левым изображениями бесконечно удаленного объекта установлено равным межзрачковому расстоянию Bs, размер дисплея (ширина экрана) не ограничена конкретной величиной, но желательно, чтобы размер дисплея по меньшей мере в 20 раз превышал межзрачковое расстояние Bs.

Если принять ширину экрана за W, поскольку Bs=65, W=65×20=1300 мм, то есть ширина экрана W составляет около 1300 мм.

С другой стороны, если принять горизонтальный угол обзора (угол между отрезками прямой, соединяющими оба конца дисплей и зрачок) за β, угол β≈40° является идеальным для того, чтобы зритель воспринимал экран как мощный большой экран.

Если принять горизонтальный угол обзора за β, рекомендуемое расстояние от зрителя до экрана за D_R, а эталонную ширину экрана (эталонный размер) за W₀, получаем W₀=2D_R · тангенс(β/2).

Если рекомендуемое расстояние D_R от зрителя до экрана равно 2500, получаем W₀=2×2500×тангенс (40/2). Поскольку тангенс 20°=0,363970232, получаем W₀=2×2500×0,36397≈1800 мм. Таким образом, необходим дисплей шириной 1800 мм. К тому же, если дисплей имеет соотношение сторон 3:4, относительная длина косой линии (диагонали) составляет 5, и с учетом фактической длины по диагонали размер должен составлять 1800×5/4=2250 мм или 2250/25,4=88,58 дюйма, т.е. около 90 дюймов.

Из вышесказанного следует, что при реализации стереоскопического телевизионного вещания передача должна осуществляться таким образом, чтобы правое и левое изображения бесконечно удаленного объекта были равны межзрачковому расстоянию человека, а правое и левое изображения ближайшего объекта находились в одном и том же или одном положении, налагаясь друг на друга. Даже в случае приема одного и того же или одного сигнала телевизионного вещания, приемниками, размеры экранов которых отличаются от эталонного размера, отдельные приемники должны быть настроены таким образом, чтобы отображаемое расстояние до правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображалось как расстояние, равное межзрачковому расстоянию Bs человека.

На фиг.3 показана диаграмма состояний при определении человеком размера объекта, согласно которой, если проиллюстрированные углы θ обзора равны друг другу, видимые размеры объектов выглядят одинаковыми. Что касается объектов, имеющих одинаковый размер, объект, расположенный ближе к зрителю, выглядит крупнее. Таким образом, показанный на фиг.4 дисплей D₀ стандартного размера и дисплей D₁ шириной в ½ ширины дисплея D₀, который находится на расстоянии в ½ расстояния до дисплея D₀, выглядят как дисплеи одинакового размера. Иными словами, дисплей шириной W₀=1800 мм, наблюдаемый с расстояния в 2,5 метра, и дисплей шириной W₁=900 мм, наблюдаемый с расстояния 1,25 метра, выглядят как дисплеи одинакового размера. Если заменить дисплей D₀ дисплеем D₁, размер отображаемого изображения пропорционально уменьшится, но видимые размеры изображений на дисплеях становятся одинаковыми, поскольку кратность уменьшения и соотношение расстояний от зрителя до экрана равны друг другу. За счет этого даже на экране стереоскопического телевизионного приемника с дисплеем относительно малой ширины зритель может наблюдать стереоскопическое изображение, размер которого равен размеру изображения стереоскопического телевизионного приемника с дисплеем большой ширины. Даже в этом случае, когда расстояние между правым и левым изображениями бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека, соответствующие правое и левое изображения бесконечно удаленного объекта воспринимаются параллельно правым и левым глазами зрителя.

В проиллюстрированном на фиг.4 примере, в котором используется дисплей D₁ ширина которого составляет ½ ширины дисплея D₀ эталонного размера в 1800 мм, изображение, отображаемое на дисплее D₁, также пропорционально уменьшено таким образом, что расстояние между правым и левым изображениями бесконечно удаленного объекта, равное межзрачковому расстоянию Bs на дисплее D₀, изначально пропорционально уменьшается на ½ и отображается как проиллюстрированная величина Bs/2=bs. Если соответствующие правое и левое изображения целиком перемещаются, чтобы расстояние между правым и левым изображениями бесконечно удаленного объекта отображалось на дисплее малой ширины как размер Bs, равный межзрачковому расстоянию, как это проиллюстрировано, центры экранов для правого и левого глаз будут разнесены друг от друга на величину Bs/2=b. Соответственно, правое и левое изображения (C_L и C_R на фиг.2), расположенного на ближайшем расстоянии объекта, которые методом наложения должны отображаться в одном и том же или одном положении на дисплее D₀ эталонного размера, отображаются на дисплее D₀ в соответствующих проиллюстрированных на фиг.4 положениях изображений C₁ и С_r, разнесенных на расстояние b. Как показано на фиг.4, изображения I₁ и I_r бесконечно удаленного объекта отображаются на дисплее D₁ разнесенными на расстояние, равное межзрачковому расстоянию Bs, а правое и левое изображения C₁ и С_r, которые методом наложения должны отображаться в одном и том же или одном положении на дисплее D₀, отображаются разнесенными на расстояние bs таким образом, что изображения C₁ и С_r, просматриваемые с расстояния в 1,25 м выглядят так же, как и в случае, когда дисплей D₀ находится на расстоянии в 2,5 метра.

Тем не менее, уменьшение размера дисплея создает сложности. На фиг.5 показана диаграмма состояний при просмотре стереоскопического изображения, в которой, когда передаваемые сигналы, скорректированные таким образом, чтобы левое изображение оказалось между точками А и С на дисплее D₀ эталонного размера, а правое изображение оказалось между точками В и D, отображаются на проиллюстрированном дисплее D₁, требуется осуществить настройку, чтобы левое изображение P₁ оказалось между точками "а" и "с", а правое изображение Р_r оказалось между точками "b" и "d". Таким образом, левое изображение должно отображаться в черном цвете (без отображения) между проиллюстрированными точками "с" и "d", а правое изображение отображаться в черном цвете между проиллюстрированными точками "а" и "b". Показанные на фиг.5 линии (штрихпунктирные линии), соединяющие оба конца дисплея D₀ эталонного размера и центр О точки обзора, проходят через промежуточную точку, расположенную между точками "а" и "b", и через промежуточную точку, расположенную между точками "с" и "d", на дисплее D₁, который находится на расстоянии, составляющем ½ рекомендуемого расстояния D_R от зрителя до экрана, при этом длина дисплея D₁, ограниченная штрихпунктирными линиями справа и слева, составляет ½ длины дисплея D₀ и проиллюстрирована как W₁, но длина реального дисплея, проиллюстрированная как W₁', должна быть продлена до точки "а" и точки "d". Показано, что увеличенная длина вправо и влево достигает в сумме Bs/2. Размер маскирования (черного дисплея) в интервале от точки "с" до точки "d" левого экрана и от точки "а" до точки "b" правого экрана становится равным Bs/2.

В отличие от этого, например, как показано на фиг.6, ширину правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта следует установить на уровне величины Bs, равной межзрачковому расстояния человека даже в случае, когда стереоскопическое изображение, рассчитанное на ширину W₀ эталонного дисплея D₀ в 1800 мм и рекомендуемое расстояние D_R от зрителя до экрана в 2,5 метра, просматривается на дисплее удвоенной ширины W₂ в 3600 мм с расстояния в 5 метров, вдвое превышающего расстояние D_R от зрителя до экрана. Даже в этом случае изображение пропорционально увеличивается в соответствии с размером экрана, но также пропорционально увеличивается расстояние от зрителя до экрана, в результате чего изображение выглядит как в случае, когда зритель смотрит на дисплей W₀ эталонного размера с рекомендуемого расстояния D_R от зрителя до экрана в 2,5 метра. Тем не менее, должна быть осуществлена настройка, чтобы левое изображение PL, проиллюстрированное на фиг.6, оказалось в интервале от точки В' до точки D', а правое изображение PR, проиллюстрированное на фиг.6, оказалось в интервале от точки А' до точки С'. Таким образом, интервал от точки А' до точки В' на левом экране и интервал от точки С' до точки D' на правом экране должны быть замаскированы (отображаться черным цветом). Как показано на фиг.6, при использовании дисплея, размер которого превышает эталонный размер, например, дисплей удвоенной ширины, необходим более широкий дисплей W₂', размер которого определяют путем сложения межзрачкового расстояния Bs и умноженной на два ширины W₂ дисплея D₂ эталонного размера.

Показанные на фиг.6 изображения C_L и C_R объекта, находящегося на минимальном съемочном расстоянии, которые методом наложения должны отображаться на дисплее D₀ эталонного размера в одном и том же или одном положении на правом и левом экранах, оказываются соответственно в положениях CL и CR на дисплее D₂ увеличенного размера, при этом правое и левое изображения меняются положениями друг с другом, но при стереоскопическом просмотре правое и левое изображения ближнего плана пересекаются в фактическом положении дисплея D₀ эталонного размера и выглядят естественными, как если бы зритель смотрел на дисплей D₀ эталонного размера с рекомендуемого расстояния D_R от зрителя до экрана.

После того, как определен эталонный размер дисплея, телевизионный приемник для приема стереоскопической передачи должен маскировать (отображать в черном цвете) часть экрана даже в том случае, если ширина фактически используемого дисплея больше или меньше эталонного размера. Таким образом, чтобы определить числовые величины эталонного размера W₀ и рекомендуемого расстояния D_R от зрителя до экрана, необходимо изучение большего числа факторов. Это объясняется тем, что важными факторами для определения размера дисплея или рекомендуемого расстояния от зрителя до экрана в обычных семьях являются среднее число смотрящих телевизор, размер помещения, в котором установлен телевизор, и т.п.

На фиг.7 показан один из вариантов осуществления телевизионной камеры, применяемой при реализации стереоскопического телевизионного вещания, в которой, поскольку световые лучи, поступающие в правый и левый съемочные объективы от бесконечно удаленного объекта, параллельны друг другу, расстояние между бесконечно удаленным изображениями, проецируемыми на правом и левом устройствах формирования изображения, становится равным расстоянию между правым и левым съемочными объективами. Если принять расстояние между правым и левым объективами (расстояние между объективами) за D_L, расстояние между правым и левым съемочными элементами (расстояние между датчиками изображения) D_s определяют следующим образом.

При расстоянии D_C, на котором правое и левое поля зрения совпадают друг с другом в съемочных элементах, отношение проекции к расстоянию в проиллюстрированном примере равно r=f/D_C, а расстояние D_S между датчиками изображения становится равным D_s=D_L+D_L·r.

В состоянии, заданном указанным математическим выражением, изображения, которые проецируются на соответствующих правом и левом съемочных элементах, могут быть переданы для отображения на соответствующих правом и левом экранах приемника.

Когда в камере, показанной на фиг.7, объект расположен на большем расстоянии, чем проиллюстрированное расстояние D_C, взаимное расположение съемочных объективов и съемочных элементов может являться постоянной проиллюстрированной величиной (фокусные точки объективов должны быть скорректированы, однако пояснение корректировки опущено), но, когда в поле зрения входит съемочный объект, расположенный не меньшем расстоянии, чем расстояние D_C, изображение объекта выглядит выступающим с экрана, правый и левый кадры изображения, выглядящие как один кадр при стереоскопическом просмотре, кажутся удвоенными, в результате чего зритель ощущает напряжение. В связи с этим обычно не допускается появление в съемочном поле зрения объекта(-ов), расположенного на меньшем расстоянии, чем рекомендуемое расстояние от зрителя до экрана (что соответствует просмотру при нахождении вблизи приемника).

К тому же, большинство телевизионных камер оснащено объективами с переменным фокусным расстоянием. В процессе изменения масштаба изображения соблюдается зависимость D_s=D_L+D_L·r, расстояние между датчиками изображения и расстояние между объективами являются постоянными, поэтому проиллюстрированное расстояние D_C определяют в зависимости от коэффициента r проекции. Коэффициент r проекции должен быть постоянным, чтобы обеспечить постоянное расстояние между объективами и расстояние между датчиками изображения при изменении масштаба изображения. Поскольку коэффициент проекции определяется зависимостью r=f/D_C, проиллюстрированное расстояние D_C меняется в зависимости от изменения масштаба изображения.

Иными словами, для "стереоокна" устанавливают ближнее положение в режиме общего плана Wide (W), в котором фокусное расстояние является небольшим, и дальнее положение в телевизионном режиме Tele (Т), в котором фокусное расстояние является большим.

Вышесказанное будет пояснено более конкретно. В качестве примера, когда ширина съемочного элемента камеры, снимающей стереоскопическое изображение для стереоскопического телевизионного приемника с дисплеем D₀ эталонного размера шириной W₀=1800 мм и рекомендуемым расстоянием D_R от зрителя до экрана = 2500 мм, составляет 18 мм, а фокусное расстояние съемочного объектива составляет 25 мм, ширина съемочного элемента становится равной 1/100 ширины дисплея. Напротив, если допустить, что телевизионное изображение является реально происходящим событием и существует окно шириной 1800 мм, может быть достигнуто состояние, аналогичное состоянию съемки окна с расстояния 2500 мм. В случае объектива с фокусным расстоянием в 25 мм его съемочный коэффициент при съемочном расстоянии в 2500 мм становится равным 1/100. Разность между расстоянием между бесконечно удаленными изображениями на дисплее шириной 1800 мм и расстоянием между изображениями ближнего плана (правое и левое изображения ближнего плана наложены в одном и том же или одном положении на эталонном дисплее D₀) становится разностью в 65/100 мм, поскольку съемочный коэффициент съемочного элемента шириной 18 мм составляет 1/100. Соответственно, если расстояние D_L между объективами составляет 65 мм, расстояние D_S между датчиками изображения будет равно

D_S=D_L+D_L·r=65+65/100=65,65 мм.

Если камера имеет объектив с переменным фокусным расстоянием и установлено фокусное расстояние в 100 мм, проиллюстрированное расстояние D_C, на котором съемочный коэффициент составляет 1/100, становится равным 100/0,01=10000=10 метрам. Иными словами, стереоокно установлено в положение 10 метров. Тем не менее, в действительности стереоокно не выглядит на дисплее находящимся в положении 10 метров, а объект в положении 10 метров увеличивается и выглядит находящимся в положении 2,5 метра. Аналогичным образом, если установлено меньшее фокусное расстояние съемочного объектива, например, 10 метров, проиллюстрированное расстояние D_C, на котором съемочный коэффициент r будет составлять 1/100, становится равным 10/0,01=1000=1 метру. Объект в положении 1 метра выглядит находящимся в положении 2,5 метра. Следовательно, оператор может приблизиться к объекту на расстояние до 1 метра, даже находясь в месте, стесненном в переднезаднем направлении.

Как описано выше, установленное расстояние "стереоокна" автоматически меняется в зависимости от изменения масштаба изображения в момент съемки, но следует позаботиться о том, чтобы объект, распложенный ближе, чем стереоокно, не попадал в поле зрения во время съемки. Тем не менее, поскольку оператор не имеет возможность визуально проверять установленное расстояние стереоокна в обычной стереоскопической камере, установленное расстояние должно зависеть от интуиции оператора или монтажера. Однако, поскольку в камерах, описанных в публикации нерассмотренной патентной заявки Японии №2006-303832 и публикации нерассмотренной патентной заявки Японии №2006-254074, которые уже были предложены заявителем настоящей заявки, оператор может визуально проверять установленное расстояние стереоокна в соответствии со схемой коллимации видоискателя, можно всегда поддерживать оптимальный режим съемки, даже если используется объектив с переменным фокусным расстоянием, или осуществляется произвольная замена объектива.

Среди стереоскопических камер существует гиперстереоскопическая камера, в которой значительно увеличено расстояние между оптическими осями правого и левого объективов по сравнению со стандартным расстоянием, и микростереоскопическая камера, в которой расстояние уменьшено по сравнению со стандартным расстоянием. Поскольку световые лучи, испускаемые с бесконечно большого расстояния и поступающие в правый и левый съемочные объективы, параллельны друг другу даже в гиперстереоскопической камере, расстояние между точками изображения в центрах соответствующего правого и левого объективов может отображаться как расстояние, равное межзрачковому расстоянию между правым и левым глазами человека во время просмотра.

Иногда с помощью стандартной стереоскопической камеры снимают только объект, находящийся на относительно близком расстоянии. В таком случае увеличивается расстояние между центрами целых изображений, проецируемых на съемочные элементы, в результате чего не полностью сливаются правое и левое поля зрения. Заявителем настоящей заявки уже был предложен способ устранения этого недостатка. Способ заключается в том, что всегда считываются и используются чуть меньшие по ширине интервалы, чем полная ширина съемочных элементов, а в случае небольшого съемочного расстояния осуществляется корректировка прокрутки, чтобы интервалы считывания правого и левого съемочных элементов находились в пределах видимости друг друга. Корректировку визуально проверяет оператор посредством монитора камеры (смотри публикацию нерассмотренной патентной заявки Японии №2006-303832 и публикацию нерассмотренной патентной заявки Японии №2006-254074). К тому же, если в макросъемке и т.п. снимается только объект на близком расстоянии, самая дальняя точка в поле зрения должна считаться бесконечно удаленной точкой.

В варианте осуществления по п.5 световой луч, испускаемый ЖК-панелью, представляет собой поляризованный световой луч с постоянной направленностью амплитуды. Когда на правом и левом окулярах очков установлены поляризующие пластины, ортогональные по направлению поляризующей пластине на поверхности ЖК-панели и зритель смотрит на ЖК-панель через очки, поля зрения правого и левого окуляров очков становятся замкнутыми. Когда на передних поверхностях левого и правого окуляров очков установлены жидкокристаллические пластины, повернутые под углом 90° или 270°, поляризованный световой луч, испускаемый ЖК-панелью, ориентирован под углом 90° или 270°, в результате чего правое и левое поля зрения становятся открытыми и приходят в состояние перекрестных помех (как в случае, когда очки не используются). В случае подачи напряжения на жидкокристаллические пластины, установленные на очках, жидкий кристалл подвергается напряжению и переходит из скрученного состояния в линейное состояние, и очки приходят в состояние, когда жидкокристаллические пластины удалены, в результате чего правое и левое поля зрения становятся замкнутыми. Таким образом, если правое и левое изображения поочередно отображаются на ЖК-панели методом временного разделения, одновременно испускаются синхронные сигналы инфракрасного излучения, а правое и левое поля зрения поочередно замыкаются и открываются при условии, что напряжение, подаваемое на жидкокристаллические пластины очков, синхронизировано с инфракрасным излучением, правое и левое поля зрения могут быть разделены.

Хотя в основу описанного выше способа положен тот же принцип, что и в основу способа, уже реализованного применительно к ЭЛТ или плазменным индикаторным панелям (ПИК или PDP, от английского - Plasma Display Panel), поскольку испускаемый ЭЛТ, ПИК и т.п. световой луч не является поляризованным световым лучом, на передней поверхности очков необходимо использовать другую поляризующую пластину. Если очки наклонены относительно дисплея, при линейной поляризации происходит рассеяние светового потока в правом и левом полях зрения, что приводит к перекрестным помехам. Недавно для предотвращения перекрестных помех стали использовать фильтр с круговой поляризацией, но в фильтре с круговой поляризацией используется фильтр λ/4, и его недостатком является высокая цена (поскольку фильтр) λ/4 недавно стали изготавливать из полимерной пленки, предполагается, что он необязательно является дорогим) и смещение длин волн пропускаемого света.

Если с целью преодоления различных упомянутых недостатков установить на поляризующих очках датчик угла наклона с тем, чтобы регулировать напряжение, приложенное к жидкокристаллическим пластинам очков, в зависимости от угла наклона очков, состояние поле зрения, когда оно замкнуто, полностью переходит в замаскированное состояние, даже когда очки наклонены таким образом, что можно предотвратить возникновение перекрестных помех.

Промышленная применимость

Как описано выше, стереоскопическая телевизионная система, стереоскопический телевизионный приемник и очки для просмотра стереоскопического изображения согласно настоящему изобретению применимы для записи, воспроизведения и отображения стереоскопического изображения, снятого стереовидеокамерой, и для стереоскопического телевизионного вещания.

Изобретение относится к системе стереоскопического телевидения для записи, воспроизведения и отображения стереоскопических изображений, снятых стереоскопической видеокамерой, стереоскопическому телевизионному приемнику и очкам для просмотра стереоскопического изображения, в частности, для осуществления стереоскопического телевизионного вещания. Техническим результатом является то, что бесконечно удаленное изображение не выглядит расположенным на близком расстоянии, а ощущаемое расстояние до бесконечно удаленного изображения не сжимается даже при изменении расстояния от зрителя до экрана. Результат достигается тем, что определяется эталонный размер дисплея приемника в режиме стереоскопического телевизионного вещания, правое и левое изображения методом наложения отображаются на дисплее эталонного размера и осуществляется передача таким образом, что расстояние между одними и теми же соответствующими точками изображения бесконечно удаленного объекта воспроизводится и отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека. 5 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система передачи стереоскопического телевизионного изображения в форме стереоскопического телевизионного вещания, рассчитанного на предназначенную для двух глаз систему стереоскопического просмотра, в которой правое и левое изображения, снятые с двух разнесенных вправо и влево точек, раздельно просматривают, соответственно, правым и левым глазами, при этом ширина изображения на дисплее приемника устанавливается в качестве постоянного эталонного размера, центры поперечных осей экранов соответственно для правого и левого глаз отображаются в одном и том же или одном положении по горизонтали на одном дисплее методом наложения друг на друга, а расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

2. Стереоскопический телевизионный приемник предназначенной для двух глаз системы стереоскопического просмотра, в которой правое и левое изображения просматривают по отдельности соответственно правым и левым глазами, при этом правое и левое изображения методом наложения отображаются в одном и том же или одном положении на дисплее эталонного размера, а расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

3. Стереоскопический телевизионный приемник, в котором используется дисплей меньшей ширины, чем у дисплея эталонного размера, в правой оконечной части экрана дисплея для левого изображения и в левой оконечной части экрана дисплея для правого изображения расположены соответствующие черные участки без изображения, при этом отображение осуществляют таким образом, что центры поперечных осей экранов дисплея для правого и левого изображений смещаются на дисплее в противоположных друг другу направлениях таким образом, что правое поле зрения и левое поле зрения совпадают друг с другом в положении на удалении от поверхности дисплея, а расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

4. Стереоскопический телевизионный приемник, в котором используется дисплей большей ширины, чем у дисплея эталонного размера, в левой оконечной части экрана дисплея для правого изображения и в правой оконечной части экрана дисплея для левого изображения расположены соответствующие черные участки без изображения, при этом отображение осуществляют таким образом, что центры поперечных осей экранов дисплея для правого и левого изображения смещены на дисплее в направлениях, в которых центры приближаются друг к другу, и далее в направлениях, в которых центры меняются положениями друг с другом таким образом, что правое поле зрения и левое поле зрения совпадают друг с другом в положении впереди дисплея, а расстояние между одними и теми же соответствующими точками правого и левого изображений бесконечно удаленного объекта отображается как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

5. Очки для просмотра по отдельности правого и левого изображений системы стереоскопического телевидения, которые методом временного разделения отображаются на дисплее стереоскопического телевизионного ЖК-приемника по одному из пп.2, 3 и 4, к которым справа и слева прикреплены поляризующие пластины, впереди которых расположены соответствующие жидкокристаллические пластины, за счет чего обеспечивается разделение правого и левого полей зрения и стереоскопический просмотр путем поочередного приведения в действие соответствующих правой и левой жидкокристаллических пластин синхронно с сигналами инфракрасного излучения, испускаемого приемником, при этом очки дополнительно имеют датчик угла наклона для осуществления корректировки с тем, чтобы экранирующее состояние в момент сближения полей всегда становилось максимальным в результате обнаружения угла наклона по горизонтали во время просмотра с целью регулирования приложенного к жидкому кристаллу напряжения в момент сближения полей в соответствии с наклоном очков.