УСТРОЙСТВО СЪЕМКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ И СИСТЕМА ВИДЕОЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ВИДЕОДАННЫХ Российский патент 2012 года по МПК H04N5/225 H04N13/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству съемки изображения, системе видеозаписи и воспроизведения видеоданных и, в частности, к устройству считывания изображения, системе видеозаписи и воспроизведения видеоданных, которые захватывают изображение объекта в виде трехмерного изображения.

Уровень техники

Была разработана система, которая отображает трехмерное изображение с помощью захвата изображения одного объекта с использованием двух видеокамер, расположенных с левой и правой сторон, и одновременного вывода левого и правого изображений. Однако если используются такие две видеокамеры, то размер устройства, включающего в себя камеры, увеличивается, и по этой причине устройство является непрактичным. Кроме того база, проходящая между двумя камерами, т.е. расстояние между двумя видоискателями трехмерной камеры, устанавливается равным 65 мм, что соответствует расстоянию между глазами человека. В таком случае увеличивается параллакс, когда производится операция увеличения масштаба видеоизображения, и система человеческого глаза вынуждается производить обработку информации, что в обычных условиях не осуществляется. Соответственно в этом случае происходит утомляемость глаз. Кроме того, если непосредственно наложить правое и левое изображения и посмотреть на изображение, то оно выглядит раздвоенно-размытым, и, следовательно, формируется неестественное видеоизображение. Следует заметить, что буквы L и R представляют положения двух глаз, а буквы А и В представляют точки на объекте. Углы LAR и LBR определяются как абсолютные параллаксы, а разность (угол LAR - угол LBR) определяется как относительный параллакс точки А к точке В. В дальнейшем «относительный параллакс» называется просто «параллаксом».

Поэтому была разработана призматическая трехмерная камера, которая разделяет пучок света, исходящий от объекта и захватываемый единственной видеокамерой, на левый и правый пучки при помощи призмы (см., например. Патентный документ 1).

Ссылки на известный уровень техники

Патентный Документ.

Патентный Документ 1: Нерассмотренная заявка на патент Японии. Публикация №5-7374 (фиг.1).

Раскрытие изобретения

Проблемы, которые должны быть решены с помощью изобретения

В вышеописанной существующей технологии призма располагается перед линзой единственной видеокамеры, и пучок света разделяется на два пучка света, имеющие параллакс в лево-правом направлении относительно оптической оси. Однако в таких призматических трехмерных камерах на призме необходимо сформировать свето-экранирующую маску, с тем чтобы удалить перекрывающийся участок левого и правого изображений. Соответственно управление, осуществляемое при захвате изображения, является сложным. Кроме того, призма использует преломление оптической оси, и показатель преломления изменяется в соответствии с длиной волны светового пучка. Соответственно происходит хроматическая аберрация, которая является проблемой. Кроме того, в вышеописанной существующей технологии оптическая траектория преломляется в зоне, отличающейся от зоны, в которой световой пучок преобразуется в параллельный световой пучок на пути от оптической системы к формирователю сигналов изображения. Соответственно когда объективом захвата изображения осуществляется операция увеличения масштаба изображения, оптическая ось изменяется в соответствии с кратностью масштабирования. В результате каждое из положений изображений, формируемых на двух формирователях сигналов изображения, смещается, что представляет проблему.

Соответственно задачей настоящего изобретения является захват высококачественного трехмерного изображения, имеющего подходящий уровень параллакса и небольшую хроматическую аберрацию.

Средства для решения проблем

Для решения вышеупомянутых проблем в первом объекте настоящего изобретения устройство съемки изображения включает в себя объектив захвата изображения, выполненный с возможностью сбора светового пучка, исходящего от объекта; объектив переноса, выполненный с возможностью передачи собранного светового пучка; апертурную диафрагму, выполненную с возможностью регулирования количества передаваемого света в зоне, где расходящийся световой пучок, выходящий из точки на объекте, преобразуется в параллельный световой пучок; зеркало, выполненное с возможностью разделения пучка на левый и правый пучки; причем световой пучок содержит количество света, отрегулированное в зоне, где расходящийся световой пучок, выходящий из точки на объекте, преобразуется в параллельный световой пучок; две формирующие изображение линзы, выполненные с возможностью формирования изображений из раздельных световых пучков; и два формирователя сигналов изображения, выполненные с возможностью преобразования световых пучков, формирующих изображения, в изображения в виде электронных сигналов. Таким образом, пучок света, собранный единственным объективом захвата изображения, разделяется зеркалом, при этом обеспечивается преимущество, заключающееся в том, что захватывается высококачественное трехмерное изображение, имеющее подходящий уровень параллакса и небольшую хроматическую аберрацию. Кроме того, оптическая ось практически не изменяется при изменении кратности изменения фокусного расстояния объектива захвата изображения. Соответственно не требуется обработка изображения, такая как перемещение положения изображения в соответствии с кратностью масштабирования, и поэтому можно легко получить высокоточный эффект масштабирования.

Кроме того, в первом объекте изобретения апертурная диафрагма может регулировать количество передаваемого света, с тем чтобы изменять расстояние между оптическими осями двух раздельных световых пучков. То есть путем регулирования количества света при помощи диафрагмы можно изменять расстояние между оптическими осями двух раздельных световых пучков.

Кроме того, в первом объекте изобретения апертурная диафрагма может регулировать количество передаваемого света так, чтобы расстояние между оптическими осями двух раздельных световых пучков находилось в диапазоне от около 7 миллиметров до около 65 миллиметров. То есть с помощью регулирования количества света посредством диафрагмы расстояние между оптическими осями раздельных световых пучков можно изменять так, чтобы находиться в диапазоне от около 7 до около 65 миллиметров.

Кроме того, в первом объекте изобретения объектив захвата изображения содержит объектив с переменным фокусным расстоянием, который увеличивает светоотдачу от объекта, и относительный параллакс между двумя изображениями, преобразуемыми формирователями сигналов изображения, может регулироваться объективом с переменным фокусным расстоянием. Таким образом относительный параллакс между изображениями может регулироваться объективом с переменным фокусным расстоянием.

Кроме того, в первом объекте изобретения каждый из множества формирователей сигналов изображения может генерировать захваченные изображения из электронных сигналов с частотой 60 кадров в секунду или выше. Желательно, чтобы каждый из формирователей сигналов изображения генерировал захваченные изображения из электронных сигналов с частотой, находящихся в диапазоне от 230 до 250 кадров в секунду. Таким образом можно не допустить случаи размытости или подергивания изображения, вызванные перемещением. Кроме того, для движущегося объекта можно обеспечить достаточное временное разрешение, и правильная контурная информация может быть захвачена.

Кроме того, во втором объекте настоящего изобретения обеспечивается система видеозаписи и воспроизведения видеоданных. Система видеозаписи и воспроизведения видеоданных включает в себя объектив для захвата изображения, выполненный с возможностью сбора светового пучка, исходящего от объекта; объектив переноса, выполненный с возможностью передачи собранного светового пучка; апертурную диафрагму, выполненную с возможностью регулирования количества передаваемого света в зоне, где расходящийся световой пучок, выходящий из точки на объекте, преобразуется в параллельный световой пучок; зеркало, выполненное с возможностью разделения пучка на левый и правый пучки; при этом световой пучок содержит количество света, отрегулированное в зоне, где расходящийся световой пучок, выходящий из точки на объекте, преобразуется в параллельный световой пучок; две формирующие изображение линзы, выполненные с возможностью формирования изображений из раздельных световых пучков; два формирователя сигналов изображения, выполненные с возможностью преобразования световых пучков, формирующих изображения, в изображения в виде электронных сигналов; модуль видеозаписи, выполненный с возможностью записи изображений, преобразованных двумя формирователями сигналов изображения, в запоминающее устройство в виде левого и правого кадра видеоданных; и модуль воспроизведения видеоданных, выполненный с возможностью воспроизведения и отображения левых и правых видеоданных, одновременно записанных в запоминающее устройство. Таким образом, световой пучок, собранный единственным объективом захвата изображения, может быть разделен зеркалом на раздельные световые пучки, и может записываться и воспроизводиться высококачественное трехмерное изображение, имеющее подходящий уровень параллакса и небольшую хроматическую аберрацию.

Технический результат

Согласно настоящему изобретению, можно осуществить захват трехмерного изображения, имеющего подходящий уровень параллакса и небольшую хроматическую аберрацию.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид сверху в разрезе типичного устройства съемки изображения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - основной участок типичного устройства считывания изображения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - изображение входного зрачка 115 устройства считывания изображения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - соотношение между центроидным расстоянием и базовой линией.

Фиг.5 - соотношение между увеличением с помощью масштабирования и параллаксом.

Фиг.6 - пример конфигурации системы видеозаписи и воспроизведения видеоданных согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Наилучший способ осуществления изобретения

Ниже описываются варианты осуществления настоящего изобретения (именуемые в дальнейшем как «варианты осуществления изобретения»). Описания будут приведены в следующем порядке:

1. Первый вариант осуществления изобретения (пример устройства съемки изображения);

2. Второй вариант осуществления изобретения (пример устройства для видеозаписи и воспроизведения видеоданных).

Первый вариант осуществления изобретения

Пример конфигурации устройства съемки изображения

Фиг.1 - это вид сверху в разрезе типичного устройства съемки изображения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство съемки изображения принимает падающий световой пучок 101 и формирует изображение на каждом из двух устройств: на левом формирователе 171 сигналов изображения и правом формирователе 172 сигналов изображения. Таким образом, устройство съемки изображения генерирует левые видеоданные и правые видеоданные. Когда устройство съемки изображения обращено к объекту, верхняя часть чертежа расположена на стороне правого направления (R), тогда как нижняя часть располагается на стороне левого направления (L).

Сменный объектив 110 может быть установлен на корпусе устройства съемки изображения при помощи держателя 120 объектива. Сменный объектив 110 представляет собой модуль объектива, который собирает падающий световой пучок 101, исходящий от объекта. Сменный объектив 110 включает в себя модуль объектива, включающий в себя фокусную линзу для захвата изображения в фокусе и объектив с переменным фокусным расстоянием для увеличения изображения объекта. Сменный объектив 110 дополнительно содержит апертурную диафрагму 113 для сменного объектива 110. Заметим, что сменный объектив 110 является примером объектива захвата изображения, указанного в формуле изобретения.

Держатель 120 объектива используется для установки сменного объектива 110 на корпусе устройства съемки изображения. Собранный световой пучок временно формирует изображение внутри держателя 120 объектива. Сформированное изображение является инвертированным изображением и зеркально-перевернутым изображением.

Модуль 130 объектива переноса располагается за держателем 120 объектива. Модуль 130 объектива переноса включает в себя объектив переноса, который передает световой пучок, собранный в держателе 120 объектива, к месту положения апертурной диафрагмы 149. Через объектив переноса расходящийся световой пучок, выходящий из точечного источника света, расположенного в фокальной точке объектива, преобразуется в параллельные световые пучки в месте положения апертурной диафрагмы 149. Следует заметить, что модуль 130 объектива переноса является примером объектива переноса, указанного в формуле изобретения.

Зеркала 141-144 располагаются за модулем 130 объектива переноса. Зеркала 141-144 располагаются в месте положения апертурной диафрагмы 149. Зеркала 141-144 служат в качестве расщепителя пучка, который разделяет собранный световой пучок на левый и правый световые пучки. А именно когда на объект смотрят с левой стороны, световой пучок является зеркально-перевернутым и отраженным зеркалами 141 и 142. Когда на объект смотрят с правой стороны, световой пучок является зеркально-перевернутым и отраженным зеркалами 143 и 144. Таким образом, собранный световой пучок разделяется на левый и правый световые пучки. Зеркала 141-144 расположены в области, где расходящийся световой пучок, выходящий из точечного источника света, расположенного в фокальной точке объектива (положение объекта), преобразуется в параллельный световой пучок в держателе 120 объектива. Таким образом, световой пучок надлежащим образом разделен. Следует заметить, что апертурная диафрагма 149 является примером апертурной диафрагмы, указанной в формуле изобретения.

Световые пучки, разделенные зеркалами 141-144, вводятся в объективы 151 и 152, формирующие изображение. То есть когда на объект смотрят с левой стороны, световой пучок, разделенный зеркалами 141 и 142, вводится в объектив 151, формирующий изображение. Когда на объект смотрят с правой стороны, световой пучок, разделенный зеркалами 143 и 144, вводится в объектив 152, формирующий изображение. Формирующие изображение объективы 151 и 152 формируют изображения из входных световых пучков на световоспринимающих поверхностях соответственно формирователей 171 и 172 сигналов изображения. Световые пучки, входящие в формирователи 171 и 172 сигналов изображения, формируют прямые, т.е. неперевернутые изображения.

Формирователи 171 и 172 сигналов изображения являются фотоэлектрическими преобразователями, которые преобразуют световые пучки, поступающие соответственно от формирующих изображение объективов 151 и 152, в электронные сигналы. Например, формирователи 171 и 172 сигналов изображения реализованы с помощью таких датчиков изображения, как CCD (Charge Coupled Devices - прибор с зарядовой связью) или CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor - КМОП, комплементарный металлооксидный полупроводник).

Таким образом, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, устройство съемки изображения принимает падающий световой пучок 101, исходящий от объекта, и разделяет падающий световой пучок 101 на левый и правый световые пучки при помощи зеркал 141-144. Таким образом, устройство считывания изображения формирует изображения левых и правых видеоданных на левом и правом формирователях 171 и 172 сигналов изображения.

На фиг.2 показан основной участок типичного устройства съемки изображения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Световой пучок, передаваемый модулем 130 объектива переноса, разделяется на левый и правый световые пучки зеркалами 141 и 143. Когда на объект смотрят с левой стороны, световой пучок отражается зеркалом 141, а затем он отражается зеркалом 142. Когда на объект смотрят с правой стороны, световой пучок отражается зеркалом 143, а затем он отражается зеркалом 144. Эти зеркала 141-144 располагаются в месте положения апертурной диафрагмы 149. Падающий световой пучок преобразуется в параллельный световой пучок.

Левый световой пучок, отраженный зеркалом 142, направляется на формирующую изображение линзу 151. Световой пучок, падающий на формирующую изображение линзу 151, формирует изображение на воспринимающей свет поверхности формирователя 171 сигналов изображения. Правый световой пучок, отраженный зеркалом 144, направляется на формирующую изображение линзу 152. Световой пучок, падающий на формирующую изображение линзу 152, формирует изображение на световоспринимающей поверхности формирователя 172 сигналов изображения.

Разделение входного зрачка

На фиг.3 приведено изображение входного зрачка 115 устройства съемки изображения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Термин «входной зрачок» означает изображение апертурной диафрагмы, когда на объектив смотрят со стороны объекта. В устройстве съемки изображения согласно варианту осуществления настоящего изобретения изображение апертурной диафрагмы 113 находится в положении внутри сменного объектива 110, чтобы служить в качестве входного зрачка 115. Здесь буква r обозначает радиус окружности, соответствующий входному зрачку 115. В этом случае имеет место следующая формула:

,

где f - фокусное расстояние, а F - число F. Отсюда следует, что если фокусное расстояние является постоянным, то диаметр 2r входного зрачка 115 обратно пропорционален числу F.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения собранный световой пучок разделяется на левый и правый пучки в месте положения апертурной диафрагмы 149. Поэтому ниже рассматриваются левая полуокружность и правая полуокружность, образуемые с помощью разделения окружности входного зрачка 115 на левую и правую части. Как описано выше, трехмерный эффект может быть получен с помощью параллакса (относительного параллакса) двух глаз. В данном случае оптическая ось, которая определяет параллакс, проходит через центроиды левой и правой полуокружностей. Центроид полуокружности, имеющей радиус r, может быть получен геометрически, при этом центроид располагается на расстоянии 4r/3π от центра окружности. Соответственно расстояние между центроидом 501 левой полуокружности и центроидом 502 правой полуокружности (внутрицентроидное расстояние D) может быть выражено следующим образом:

То есть может быть найдено, что когда апертурная диафрагма 149 уменьшается, межцентроидное расстояние D уменьшается пропорционально величине диафрагмы 149. Другими словами, путем изменения диаметра диафрагмы 149 можно регулировать трехмерный эффект. Результат проведенного эксперимента для подтверждения такой гипотезы приводится ниже.

Соотношение между межцентроидным расстоянием и базовой линией

На фиг.4 приведено соотношение между межцентроидным расстоянием и базовой линией. В этом описании теоретические значения межцентроидных расстояний и экспериментальные значения базовых линий приведены для двух типов #А и #В сменного объектива 110.

Объектив #А является объективом с переменным фокусным расстоянием, имеющим значение F полной диафрагмы, равное 1,8, и фокусное расстояние от 10 до 100 мм. Кратность изменения фокусного расстояния объектива #А составляет 10. Фокусное расстояние на широкоугольном конце составляет 10 мм. Объектив #В является объективом с переменным фокусным расстоянием, имеющим значение F полной диафрагмы, равное 2,8, и фокусное расстояние от 13,5 до 570 мм. Кратность изменения фокусного расстояния объектива #В составляет 42. Фокусное расстояние на широкоугольном конце составляет 13,5 мм. Расстояние от камеры до объекта для двух объективов установлено 6,5 м.

Используя вышеописанные формулу (1) и формулу (2), можно определить межцентроидные расстояния D для объективов #А и #В, которые составляют соответственно 23,6 мм и 15,2 мм. С другой стороны, базовые линии объективов #А и #В, полученные экспериментально с использованием реального устройства, составили соответственно 20,0 мм и 12,0 мм. Как можно видеть из результатов эксперимента, межцентроидное расстояние D для полуокружностей входного зрачка, который является изображением апертурной диафрагмы 113, по существу совпадает с базовой линией, хотя это значение меньше теоретического значения благодаря предположительно эффекту дифракции. Кроме того, формула (2) показывает, что межцентроидное расстояние D можно изменять путем изменения диаметра апертурной диафрагмы 149, и поэтому базовую линию можно регулировать путем изменения диаметра апертурной диафрагмы 149.

Согласно этой конфигурации варианта осуществления настоящего изобретения, минимальное значение межцентроидного расстояния D может составлять около 7 мм. Если базовая линия имеет практически такое же значение, то может быть обеспечен трехмерный эффект. В частности, когда расстояние от камеры до объекта велико, то трехмерный эффект нельзя обеспечить до тех пор, пока длина базовой линии не превысит определенный уровень. По мере увеличения базовой линии трехмерный эффект становится более четким, когда базовая линия достигает значения около 32 мм. При этом фон становится более размытым. Если базовая линия превышает 65 мм, получается эффект «театра марионеток», и поэтому генерируется неестественное изображение. Соответственно диапазон базовой линии, в котором трехмерное изображение можно видеть как естественное изображение, находится в диапазоне от около 7 до около 65 мм.

Соотношение между увеличением с помощью изменения масштаба изображения и параллаксом

На фиг.5 приведено соотношение между увеличением с помощью масштабирования и параллаксом. На фиг.5(а) буква L представляет положение левого глаза, буква R представляет положение правого глаза, а буквы А и В представляют точки на объекте. Когда угол вергенции θ_А точки А определяется углом LAR, образованным при обзоре из точки А, а угол вергенции θ_В точки В определяется углом LBR, образованным при обзоре из точки В, то параллакс (относительный параллакс) d между точками А и В определяется следующей формулой:

d=Ө_B-Ө_A

Пусть h обозначает угол ALB, a g обозначает угол ARB. Тогда угол вергенции Ө_A практически равен углу h, а угол вергенции Ө_B практически равен углу g. Поэтому может быть получена следующая формула:

d=g-h

Кроме того, пусть D обозначает расстояние между двумя глазами, пусть D_A обозначает расстояние между точкой А и двумя глазами, пусть D_В обозначает расстояние между точкой В и двумя глазами, и пусть δ обозначает расстояние между точками А и В, когда на них смотрят двумя глазами. Тогда может быть получена следующая формула:

Поскольку D_A, D_B>>D, то может быть получена следующая формула:

Фиг.5(b) показывает позиционное соотношение, когда соотношение, показанное на фиг.5(а), увеличено в n раз. На фиг.5(b) штрих прибавлен к символам, если углы, положения и расстояния изменились после изменения масштаба изображения. Поскольку изображение увеличено в n раз, получаются следующие уравнения:

g'=ng, и

h'=nh.

Тогда параллакс d' выражается следующим образом:

=g'-h'

=n(g-h)

=nd

То есть при увеличении изображения в n раз имеет место параллакс, равный первоначальному параллаксу, умноженному на n. Это означает, что когда операция изменения масштаба осуществляется по направлению к концу телеобъектива, трехмерный эффект усиливается. Другими словами, при захвате увеличивающегося изображения надлежащий параллакс можно получить даже в случае короткой базовой линии.

Как описано выше, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения путем разделения светового пучка, собранного единственным сменным объективом 110, на левый и правый пучки при помощи зеркал 141-144, параллакс изображения, представленного для двух глаз, может быть надлежащим образом уменьшен. Параллакс, получаемый в варианте осуществления настоящего изобретения, можно регулировать путем регулирования диаметра апертурной диафрагмы 149 и кратности масштабирования (кратности увеличения), используемого во время операции захвата масштабируемого изображения. Обычно чувствительность глаз к параллаксу является значительной. Нормальная визуальная острота зрения составляет величину порядка минуты, тогда как параллактическая острота зрения выше нормальной визуальной остроты зрения на один порядок (Howard I.Р., Rogers В.J.: Stereo Acuity (Chap.5), Binocular Vision and Stereopsis, p.162, Oxford University Press, Oxford (1995).).

Соответственно, чтобы естественно ощутить трехмерный эффект и уменьшить утомляемость глаз, важно надлежащим образом уменьшить параллакс, даже в тех условиях, когда параллакс меньше, чем в вышеописанном примере.

Второй вариант осуществления изобретения

Типовая конфигурация системы видеозаписи и воспроизведения

На фиг.6 показан пример конфигурации системы видеозаписи и воспроизведения видеоданных, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Система видеозаписи и воспроизведения видеоданных включает в себя устройство 100 съемки изображения, устройство 200 видеозаписи, запоминающее устройство 300 для видеоданных, устройство 400 для воспроизведения видеоданных и устройство 500 отображения.

Устройство 100 съемки изображения соответствует вышеописанному устройству съемки изображения. Устройство 100 съемки изображения принимает падающий световой пучок, исходящий от объекта, и генерирует левые и правые видеоданные при помощи левого формирователя 171 сигналов изображения и правого формирователя 172 сигналов изображения.

Устройство 200 видеозаписи записывает левые и правые видеоданные, выводимые из устройства 100 считывания изображения, в запоминающее устройство 300 для видеоданных. Устройство 200 видеозаписи включает в себя устройства 211 и 212 обработки сигнала, память 221 и 222 изображения и кодирующие устройства 231 и 232, которые соответствуют соответственно левым и правым видеоданным. Устройства 211 и 212 обработки сигнала принимают соответственно левые и правые видеоданные, выводимые из устройства 100 считывания изображения, и выполняют заданную обработку сигнала видеоданных. Устройства 211 и 212 обработки сигнала выполняют аналого-цифровое преобразование видеоданных и корректируют баланс белого. Память 221 и 222 изображения является памятью, которая временно сохраняет видеоданные, обработанные соответственно устройствами 211 и 212 обработки сигнала. Кодирующие устройства 231 и 232 кодируют видеоданные, хранящиеся соответственно в памяти 221 и 222 изображения, и выводят кодированные видеоданные в запоминающее устройство 300 для видеоданных.

Запоминающее устройство 300 для видеоданных сохраняет левые и правые видеоданные, выводимые из устройства 200 видеозаписи. Видеоданные, сохраняемые в запоминающем устройстве 300 для видеоданных, считываются устройством 400 воспроизведения видеоданных.

Устройство 400 воспроизведения видеоданных считывает видеоданные, хранящиеся в запоминающем устройстве 300 для видеоданных, и воспроизводит видеоданные. Устройство 400 воспроизведения видеоданных включает в себя декодирующие устройства 411 и 412, а также устройства 421 и 422 управления отображением, соответствующие левым и правым видеоданным. Декодирующие устройства 411 и 412 декодируют соответственно левые и правые видеоданные, считанные из запоминающего устройства 300 для видеоданных. Устройства 421 и 422 управления отображением осуществляют управление таким образом, чтобы левые и правые видеоданные, декодируемые соответственно декодирующими устройствами 411 и 412, отображались на устройстве 500 отображения.

Устройство 500 отображения отображает левые и правые видеоданные, выводимые из устройства 400 воспроизведения видеоданных. Например, устройство 500 отображения имеет конфигурацию, в которой два проектора, имеющие прикрепленные к ним циркулярно или линейно-поляризованные фильтры, показывают два изображения для левого и правого глаз, а пользователь смотрит на изображения через циркулярно или линейно-поляризованные очки. Альтернативно, дисплей с плоской панелью и с фильтром может подобным образом отображать два изображения для левого и правого глаз одновременно, и пользователь может смотреть изображения, используя трехмерное устройство отображения по способу ступенчатой линзы или способу барьера для параллакса, без использования очков. Таким образом, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, с помощью одновременного отображения левого и правого изображений вместо поочередного отображения левого и правого изображения можно снизить утомляемость глаз.

Кроме того, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, применение высокой частоты кадров с того момента, когда видеоданные генерируются с помощью устройства 100 считывания изображения, и до момента, когда видеоданные отображаются на устройстве 500 отображения, предотвращает размытость изображения и подергивания, вызванные перемещением. Размытость изображения движущегося объекта часто вызвана снижением в MTF (Modulation Transfer Function - функция передачи модуляции) и, в частности, с положением видеоизображения по сетчатке, происходящим в том случае, когда ведется наблюдение за движущимся объектом на устройстве, выполняющем отображение с удерживанием (т.е. визуальный трекинг). Как здесь использовано, термин "отображение с удерживанием" относится к состоянию дисплея, в котором видео постоянно отображается с использованием пленочного или жидкокристаллического проектора на протяжении кадра. Кроме того, термин «подергивание» относится к потере плавности во время перемещения на видеоизображении и присутствии на видеоизображении резких толчков при перемещения движущихся объектов. Подергивание часто происходит в том случае, когда видео, захваченное с использованием высокой скорости действия затвора, просматривается с фиксированной линии обзора (т.е. фиксированного поля зрения). Такое ухудшение качества движущегося изображения связано с частотой кадров при захвате изображения при отображении изображения светосилой (выдержка/длительность кадра) камеры, когда изображение захвачено, и визуальным характеристикам.

В целом частота кадров составляет 24 кадра в секунду (24 Гц) для кинофильмов и 60 полей в секунду (60 Гц) для телевизионных программ. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения для уменьшения размытости изображения и подергивания, вызванных движением, захваченное изображение генерируется из электронного сигнала с частотой 60 кадров в секунду (60 Гц) или выше, и, более предпочтительно, 230-250 кадров в секунду (240 Гц ± 10 Гц). Таким образом решается проблема недостаточного разрешения во временном направлении.

Как описано выше, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, с помощью установки до надлежащего уровня параллакса изображений, представленных двум глазам, и использования высокой частоты кадров, можно осуществить захват высококачественного трехмерного изображения, которое можно легко просматривать, как если бы пользователь смотрел на естественный окружающий мир, и которое имеет низкую аберрацию. Кроме того, оптическая ось практически не меняется при изменении кратности масштабирования, и поэтому обработка изображения, такая как перемещение положения изображения в соответствии с изменением масштаба изображения, не требуется. Таким образом, эффект изменения масштабирования может быть легко получен с высокой точностью.

Следует заметить, что варианты осуществления настоящего изобретения являются только примерами для иллюстрации настоящего изобретения. Как описано в вариантах осуществления настоящего изобретения, существует соответствие между элементом вариантов осуществления настоящего изобретения и элементом изобретения, определенным в формуле изобретения. Аналогично, существует соответствие между элементом изобретения, определенным в формуле изобретения, и элементом вариантов осуществления настоящего изобретения, имеющим то же самое наименование. Однако должно быть понятно, что изобретение не ограничивается раскрытыми типичными вариантами осуществления изобретения. Настоящее изобретение может быть использовано с различными модификациями в рамках сущности и объема изобретения.

Объяснения цифровых ссылок:

100 - устройство съемки изображения, 101 - падающий световой пучок, 110 - сменный объектив, 120 - держатель объектива, 130 - модуль объектива переноса, 141-144 - зеркала, 151 и 152 - линзы, формирующие изображение, 171 и 172 - формирователи сигналов изображения, 200 - устройство видеозаписи, 211 и 212 - устройства обработки сигнала, 221 и 222 - память изображения, 231 и 232 - кодирующие устройства, 300 - запоминающее устройство для видеоданных, 400 - устройство воспроизведения видеоданных, 411 и 412 - декодирующие устройства, 421 и 422 - устройства управления отображением, 500 - устройство отображения.

Изобретение относится к системам захвата трехмерного изображения. Техническим результатом является уменьшение хроматической аберрации и возможность регулировки уровня параллакса. Результат достигается тем, что световой пучок, исходящий от объекта, разделяется на левый и правый световые пучки зеркалами 141 и 143 в зоне, где расходящийся пучок света, выходящий из точки на объекте, преобразуется в параллельный пучок света. Когда на объект смотрят с правой стороны, световой пучок отражается зеркалом 141 и затем отражается зеркалом 142. Когда на объект смотрят с левой стороны, световой пучок отражается зеркалом 143 и затем отражается зеркалом 144. Правый световой пучок, отраженный зеркалом 142, падает на линзу 151, формирующую изображение. Световой пучок, падающий на линзу 151, формирующую изображение, формирует изображение на световоспринимающей поверхности формирователя 171 сигналов изображения. Левый световой пучок, отраженный зеркалом 144, падает на линзу 152, формирующую изображение. Световой пучок, падающий на линзу 152, формирующую изображение, формирует изображение на световоспринимающей поверхности формирователя 172 сигналов изображения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство съемки изображения, содержащее:
объектив захвата изображения, выполненный с возможностью сбора светового пучка, исходящего от объекта;
объектив переноса, выполненный с возможностью передачи собранного светового пучка;
апертурная диафрагма, выполненная с возможностью регулировать количество передаваемого света в зоне, где расходящийся световой пучок, выходящий из точки на объекте, преобразуется в параллельный световой пучок;
зеркало, выполненное с возможностью разделения на левый и правый пучки светового пучка, содержащего количество света, отрегулированное в зоне, где расходящийся световой пучок, выходящий из точки на объекте, преобразуется в параллельный световой пучок;
две формирующие изображение линзы, выполненные с возможностью формирования изображения из раздельных световых пучков;
два формирователя сигналов изображения, выполненные с возможностью преобразования световых пучков, формирующих изображения, в изображения в виде электронных сигналов.

2. Устройство съемки изображения по п.1, в котором апертурная диафрагма выполнена с возможностью регулировать количество передаваемого света, с тем чтобы изменять расстояние между оптическими осями двух раздельных световых пучков.

3. Устройство съемки изображения по п.1, в котором апертурная диафрагма выполнена с возможностью регулировать количество передаваемого света, так чтобы расстояние между оптическими осями двух раздельных световых пучков находилось в диапазоне от около 7 до около 65 мм.

4. Устройство съемки изображения по п.1, в котором объектив захвата изображения содержит объектив с переменным фокусным расстоянием, который выполнен с возможностью увеличивать световой пучок, исходящий от объекта, и в котором относительный параллакс между двумя изображениями, преобразуемыми формирователями сигналов изображения, регулируется объективом с переменным фокусным расстоянием.

5. Устройство съемки изображения по п.1, в котором каждый из множества формирователей сигналов изображения выполнен с возможностью генерировать захваченные изображения из электронных сигналов с частотой 60 кадров в секунду или выше.

6. Устройство съемки изображения по п.5, в котором каждый из множества формирователей сигналов изображения выполнен с возможностью генерировать фиксированные изображения из электронных сигналов с частотой от 230 кадров в секунду до 250 кадров в секунду.

7. Система видеозаписи и воспроизведения видеоданных, содержащая:
объектив захвата изображения, выполненный с возможностью сбора светового пучка, исходящего от объекта;
объектив переноса, выполненный с возможностью передачи собранного светового пучка;
апертурная диафрагма, выполненная с возможностью регулировать количество передаваемого света в зоне, где расходящийся световой пучок, выходящий из точки на объекте, преобразуется в параллельный световой пучок;
зеркало, выполненное с возможностью разделения на левый и правый пучки светового пучка, содержащего количество света, отрегулированное в зоне, где расходящийся световой пучок, выходящий из точки на объекте, преобразуется в параллельный световой пучок;
две формирующие изображение линзы, выполненные с возможностью формирования изображения из раздельных световых пучков;
два формирователя сигналов изображения, выполненные с возможностью преобразования световых пучков, формирующих изображения, в изображения в виде электронных сигналов;
модуль видеозаписи, выполненный с возможностью записи изображений, преобразованных двумя формирователями сигналов изображения, в запоминающее устройство в виде левого и правого кадра видеоданных, и модуль воспроизведения видеоданных, выполненный с возможностью воспроизведения и отображения левых и правых видеоданных, записанных одновременно в запоминающее устройство.