Стереодисплей и видеокамера для съёмки 3D-видеоизображений для этого стереодисплея Российский патент 2025 года по МПК H04N13/302 G02B27/42 

Область использования изобретения

Изобретение относится к области 3D-техники и 3D-технологий и предназначено для массового использования в областях: в кинематографе, телевидениии, в видеосвязи, в компьютерных технологиях и в 3D-играх, в системах навигации, автоматического и дистанционного управления наземного, водного и воздушного и космического транспорта, в системах слепого взлета и посадки авиатранспорта, в видеотренажерах и обучающих системах, в хирургии и микрохирургии, в телемедицине, в науке, и промышленности в системах видеонаблюдения и видеорекламе и в других областях. Преимущественно изобретение предназначено для промышленного массового изготовления полнокомфортных: 3D-дисплеев, 3D-телевизоров, 3D-видеокамер, 3D-мониторов компьютеров, 3D-ноутбуков, 3D-планшетов, 3D-смартфонов и других устройств формирования и отображения визуальной 3D-информации.

Уровень техники

Аналогом заявленного стереодисплея является стереодисплей, содержащий одноэкранный стереоэкран, выполненный из сферически, или эллипсоидно вогнутого зеркала, для формирования в этом зеркале экранного изображения левого и правого кадров горизонтальной стереопары наблюдаемых одноименными глазами пользователя. Стереодисплей содержит жидкокристаллическую просветную видеоматрицу с задней светодиодной подсветкой для формирования видеоизображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары. Лицевая сторона видеоматрицы расположена перед этим зеркалом на расстоянии четкого отражения полноэкранных изображений этих стереокадров с видеоматрицы для последующего отражения этим зеркалом световых лучей этого экранного изображения в расчетную площадь фокальной зоны прямого видения в зеркале этих левых и правых кадров одноименными глазами пользователя. В первом варианте задняя подсветка содержит один конденсор в виде положительной пластиковой линзы или линзы Френеля, покрывающие тыльную сторону площади всех светомодулирующих пикселей видеоматрицы, формирующих стереоизображение. С тыльной стороны любого конденсора на расчетном расстоянии установлен светодиодный матричный осветитель для направленной подсветки входного окна этого конденсора с контроллером для программного включения и выключения требуемых светодиодов.

В другом варианте задняя подсветка для уменьшения ее глубины содержит множество конденсоров, каждый из которых выполнен в виде положительной оптической линзы или линзы Френеля. Все выходные окна конденсоров закреплены на тыльной стороне видеоматрицы с полным покрытием всей ее площади для формирования видеоизображения. Любой осветитель расположен на расчетной дистанции от тыльной стороны видеоматрицы матрицы и на расчетном расстоянии от оптической оси этого конденсора с возможностью формирования светодиодами осветителя направленного на площадь выходного окна конденсора светового пучка подсветки всех пиксельных элементов под этим конденсором для светомодуляции этих лучей по цветности и яркости этими пиксельными элементами с последующей оптической фокусировкой этих лучей в расчетную площадь определенной фокальной зоны видения левых кадров-левым глазом и фокальной зоны видения правых кадров-правым глазом одного или нескольких пользователей. Между матрицей и конденсорами установлен сотовый светопоглотитель паразитных лучей, направленных светодиодами за пределы своего конденсора. Сотовый поглотитель выполнен в виде множества сотовых трубчатых ячеек с тонкими черными антибликовым стенками, формирующими каждую одну сотовую ячейку в виде телескопически раздвижной трубки прямоугольного или квадратного сечения. Каждая такая трубка одной стороной закрывает от паразитных лучей оптически плотно контур своего конденсора и другой стороной закрывает контуру расчетную площадь матрицы осветителя. Матрица подсветки содержит контролер для программного поочередного включения требуемых светодиодов осветителя управляющим сигналом и закреплена на электромеханических приводах для постоянного авторегулирования управляющим сигналом дистанции светодиодной матрицы от видеоматрицы. Стереодисплей содержит оптоэлектронную следящую систему, содержащую две видеокамеры для видеосъемки левых и правых глаз пользователей. К каждой видеокамере подключен видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных координатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно одноименных точечных фокальных зон стереовидения. К видеопроцессору подключен цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на контроллер и на электромеханический автопривод светодиодной матрицы осветителя задней подсветки, для авторегулировки концентрации световых лучей задней подсветки и световых пиксельных лучей видеоматрицы в указанных фокальных зонах стереовидения левых и правых стереокадров одноименными глазами каждого пользователя.

Положительным эффектом стереодисплея является постоянное автоматическое динамическое программное оптическое сопряжение фокальных зон с глазами одного или нескольких пользователей, обеспечивающее полнокомфортное индивидуальное или коллективное одновременное стереонаблюдение на разных дистанциях от общего стереоэкране с учетом различных стереобаз глаз этих пользователей и с учетом мгновенных индивидуальных углов конвергенции глаз каждого пользователя, автор и заявитель Арсенич Святослав Иванович).

Недостатком аналога является дискомфортное использование такого стереодисплея на коротких дистанции стереонаблюдения, без возможности формирования стереодисплеем точечных фокальных зон стереовидения одноракурсных двухракурсных и трехракурсных стереокадров, наблюдаемых одновременно левым и правым глазом каждого пользователя на разных дистанциях их глаз от стереоэкрана. Недостатки связаны с-использованием вогнутого зеркального стереоэкрана. (См. международную патентную заявку PCT/RU 2018/000030 поданную 25 января 2018 г, автор и заявитель Арсенич С.И.).

Прототипом заявленного стереодисплея является стереодисплей, содержащий двухэкранный стереоэкран, сформированный из экрана левого кадра и экрана правого кадра. Экран левого кадра содержит видеоматричную систему для формирования экранного изображения одноракурсного или двухракурсного или трехракурсного левого кадра горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемого левым глазом пользователя Экран левого и экран правого кадра содержат видеоматричную систему для формирования экранного изображения соответственно одноракурсного или двухракурсного или трехракурсного левого и правого кадра стереопары, прямо и одновременно наблюдаемые одноименными глазами пользователя. Для этого на лицевой стороне видеоматрицы экрана левого кадра установлен оптический растр для коллимирования пучков света пиксельных элементов экранных изображений разноракурсных левых кадров, сфокусированных в площадь зрачка левого глаза в соответствующие точечные фокальные зоны видения этим глазом одноракурсного, или двухракурсных, или трехракурсных левых кадров, а на лицевой стороне видеоматрицы экрана правого кадра установлен оптический растр для коллимирования пучков света пиксельных элементов экранных видеоизображений, разноракурсных правых кадров, сфокусированных в площадь зрачка правого глаза в соответствующие точечные фокальные зоны видения этим глазом одноракурсного, или двухракурсных, или трехракурсных правых кадров. Каждый такой растр выполнен из одного слоя плосковыпуклых эллипсоидных положительных микролинз. Выходной зрачок каждой одной такой микролинзы покрывает с тыльной стороны один или несколько светомодулирующих элементов соответствующей матрицы, расположенных в расчетных точках относительно оптической оси этой микролинзы для захвата, коллимирования этой линзой пучка света каждого светомодулирующего элемента с последующим селективным направление пучка света каждого определенного светомодулирующего элемента в точечную фокальную зону видения соответствующего кадра этой стереопары, в стереодиспле установлен автопривод, на котором закреплены оба экрана. В стереодисплее установлена следящая система В стереодисплее установлена оптоэлектронная следящая система, содержащая две видеокамеры для видеосъемки левых и правых глаз пользователей. К каждой видеокамере подключен видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных координатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно одноименных точечных фокальных зон стереовидения. К видеопроцессору подключен цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на этот автопривод для автоматической ориентации главной оптической оси экрана левого кадра в центр зрачка левого глаза, а главной оптической оси экрана правого кадра в центр зрачка правого кадра.

Положительным эффектом налога является обеспечение безочкового индивидуального полнокомфортного длительного стереонаблюдения без утомления глаз и мозга с восприятием реальной глубины стереоэффекта, обеспечиваемой прямым стереонаблюдением экранных стереоизображений, формируемого из коллимированных лучей, автоматически фокусируемых в зрачки глаз пользователя при смещении его головы и зрачков глаз.

Недостатком аналога является возможность использование такого стереодисплея только в качестве головного стереодисплея. Это связано с конструктивно нерегулируемой автоматически дистанцией фокусировки от экранов до зрачков глаз пользователя. (См. международную патентную заявку PCT/RU 2018/000030, от 25 января 2018 г, автор и заявитель Арсенич С.И.).

Аналогом цифровой 3D-видеокамеры является цифровая видеокамера для видеосъемки объектов и регистрации изображения на систему матриц светочувствительных элементов для преобразования аналоговых сигналов фотоданных с матриц в цифровые видеосигналы, передаваемые на внешние устройства, или в сеть или на цифровой носитель. Видеокамера содержит съемочную камеру со светонепроницаемым корпусом, в котором установлены указанные объектив и система матриц. Система матриц содержит электронный затвор и считывающее устройство для последовательного считывания аналоговых сигналов с видеоматриц и аналогово-цифровой преобразователь для преобразования этих сигналов в цифровую форму. Видеокамера содержит кодек для сжатия этих цифровых видеосигналов и аудиосигналов, цифровой программный процессор для формирования файлов видеосигналов моноцветных кадров и файлов аудиосигналов, для формирования синхросигналов, записываемых в начале и конце этих файлов и последующего формирования непрерывной записи полного видеокадра из последовательности этих файлов. Дополнительно видеокамера содержит видоискатель с видеомонитором для визуального контроля пи управления процессами видеосъемки и видеозаписи, микрофон для формирования аудиосигналов, и карту памяти с цифровым носителем видеозаписи. Полный видеосигнал подается этим видеопроцессором на этот видоискатель, на видеозаписи на карты памяти для видеозаписи на цифровой носитель, и/или в сеть видеосвязи и/или на компьютер для видеомонтажа, или на передатчик этого видеосигнала или на другие внешние устройства. Для видеосъемки трехмерных объектов 3D-видеокамера содержит две конструктивно объединенные аналогичные видеокамеры с синхронизацией видеосъемки левых и правых кадров горизонтальной стереопары изображения и формирования аналоговых электрических сигналов фотоданных этого изображения.

В трехкадровой видеокамере используется одна светочувствительная матрица. Для регистрации изображения цветного кадра выполняются три экспозиции, регистрируя каждый раз изображение через отдельный светофильтр (красный, синий, зеленый).

Недостатком камеры является низкое разрешение.

В однокадровой видеокамере с одной матрицей регистрация информации о цвете производится через нанесенный на поверхность матрицы мозаичный светофильтр, состоящий из RGB-элементов. Для регистрации изображения цветного кадра производится всего одна экспозиция.

Преимущество видеокамеры заключается в возможности видеосъемки движущихся объектов.

Недостатком является более низкое качество чем у трехкадровых видеокамер.

Однокамерная видеокамера с тремя матрицами содержит оптические призмы с дихроичными зеркалами для оптического расщепления цветного изображения на красную, синюю и зеленую составляющие. Поступающий в видеокамеру свет попадая на пару дихроичных систем делится на три основных цвета: красный, зеленый и синий. Каждая монохромная составляющая изображения регистрируется своей матрицей.

Преимуществом трехматричных видеокамер является более лучшая передача цветовых переходов, более высокое разрешение и светочувствительность и более низкий уровень шумов. Поэтому такие видеокамеры являются видеокамерами среднего и высокого класса. (См. книгу «Технические средства информатизации» стр. 227-237, авторы: Е.И Гребенюк, Н.А Гребенюк, Москва, издательский центр «Академия» 2016 г.).

Прототипом заявленной стереоскопической видеокамеры, наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является стереоскопическая трехкадровая видеокамера для видеосъемки трехмерных изображений и записи видеосигналов этих изображений для последующего стереонаблюдения этих изображений на известных и заявленных стереодисплеях, совместимых технически и программно с этой видеокамерой. Видеокамера содержит оптоэлектронную систему с двумя фоточувствительными матрицами: одна из которых предназначена для видеосъемки левого кадра горизонтальной стереопары, а другая - для видеосъемки правого кадра этой стереопары. Каждая матрица покрыта мозаичным светофильтром с красными, зелеными и синими элементами для однокадровой съемки моноцветных кадров. К любой такой видеоматрице подключен видеопроцессор для обработки видеоданных с этой фотоматрицы и формирования сигналов видеоданных снятых изображений для формирования видеосигналов для видеозаписи стереокадров на цифровом носителе, подключенном к этому видеопроцессору. Каждый оптический блок левого кадра и оптический блок правого кадра оптической видеосъемочной системы выполнен с одним или двумя или тремя микролинзовыми объективами, или с одним или двумя или тремя дырочными входными отверстиями, аналогичными диафрагменным отверстиям в съемочных микрообъективах или диафрагменным отверстиям для формирования дырочной камеры типа камеры обскуры. В этой оптической системе установлен электронный автоматический фотозатвор для покадровой видеосъемки на общую фотоматрицу левого или правого кадра с помощью синхронного диафрагмирования в обоих блоках этих микрообъективов или выходных отверстий для поочередного одновременного покадрового открытия одного микрообъектива или одного отверстия в каждом блоке при закрытых соответственно других микрообъективах или отверстиях в этих блоках для поочередной видеосъемки двух или трех разноракурсных одноименных кадров на эту общую фотоматрицу или на эти две фоточувствительные матрицы. Этим обеспечивается одновременная видеозапись сигналов одноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары или соответственно разноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары с поочередной видеозаписью этих двух или трех разноракурсных одноименных кадров. Для этого эти микролинзовые объективы или входные отверстия расположены в площади левого и правого входного зрачка видеосъемочной оптической системы в зонах вершин равностороннего треугольника, расположенного в площади соответствующего входного зрачка. Указанное расположение микролинз или входных отверстий объективов выполнено с учетом возможности формирования заявленными стереодисплеями аналогичных одноракурсных левых и правых кадров, формируемых и наблюдаемых в соответствующих точечных фокальных зонах видения одноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары или видения аналогичных разноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары в соответствующих точечных фокальных зонах одновременного видения двухракурсных или трехракурсных одноименных левых и правых кадров совмещаемых автоматически с расчетными точками в площади зрачков одноименных глаз пользователя (См. международную патентную заявку PCT/RU 2018/000030, от 25 января 2018 г., автор и заявитель Арсенич С.И.).

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание арсенала 3D-дисплеев для стереонаблюдения на дистанциях, обеспечивающих более комфортное стереонаблюдение одноракурсных или разноракурсных стереокадров из точечных фокальных зон при изменении дистанций от глаз пользователя до стереоэкрана, и профессиональных 3D-видеокамер и видеокамер высокого класса для съемки 3D-видеоизображений, с возможностью стереонаблюдения этих видеоизображений в этих стереодисплеях и других совместимых с этой видеокамерой для массового и широкого использования этих стереодисплеев и видеокамер в кинематографе, телевидении, в компьютерных технологиях в видеосвязи, в видеорекламе, для видеообучения, в медицине ив производстве и во многих других областях.

Целью и единым техническим результатом изобретения является существенное расширение арсенала технически и программно совместимых заявленных 3D-дисплея и 3D-видеокамеры и известных 3D-дисплеев, 3D-видеокамер и компьютерных способов 3D-графики для формирования и стереонаблюдения в формате двухракурсных и трехракурсных левых и правых кадров стереопары, с учетом возможности их совместимости и использования с вариантами стереодисплеев, 3D-видеокамер описанных в указанной международной патентной заявке PCT/RU 2018/000030. с возможностью эффективного бытового и профессионального использования в различных областях науки, техники, производства или трехракурсных стереокадров с использованием известных цифровых системных и программ средств обработки, сжатия, кодирования и декодирования видеосигналов в известных и в предлагаемых цифровых форматах для наблюдения двухракурсных или трехракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары; с использование проводной и беспроводной передачи и приема этих видеосигналов, для отображения и стереонаблюдения этой 3D-видеоинформации не только в заявленном стереодисплее, но и стереодисплеях, описанных в указанной международной патентной заявке PCT/RU 2018/000030.

Согласно п. 1 формулы стереодисплей, содержит стереоэкран для формирования экранных изображений левых и правых кадров горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемых на этом стереоэкране одноименными глазами пользователя; содержит видеоматричную электронно-оптическую систему для формирования изображения одноракурсного, или двухракурсного, или трехракурсного левого кадра с коллимированными световыми лучами пиксельных элементов горизонтальной стереопары и фокусировки этих лучей соответственно в точечную фокальную зону, или две точечные фокальные зоны, или в три точечные фокальные зоны стереовидения в площади зрачка левого глаза пользователя, а также для формирования изображения одноракурсного, или двухракурсного, или трехракурсного правого кадра этой стереопары с коллимированными световыми лучами пиксельных элементов правого кадров, фокусировки этих лучей соответственно в одну точечную фокальную зону, или две точечные фокальные зоны, или в три точечные фокальные зоны стереовидения в площади зрачка правого глаза этого пользователя, видеоматрица сформирована из совмещенных в общей площади автономных видеоматриц со своим контроллером для приема соответствующих видеосигналов для матричной развертки на этой своей видеоматрице изображения моноцветного кадра соответствующего ракурса стереовидения, в стереодисплее установлено приемник полного видеосигнала с декодером и буферами памяти для декодирования этого видеосигнала и формирования и временного хранения в соответствующем буфере памяти видеосигналов для воспроизведения моноцветных кадров, каждый определенный буфер памяти подключен к указанному контроллеру соответствующей видеоматрицы для формирования моноцветного кадра; или стереодисплей содержит видеовходы для многоканального приема по каждому каналу декодированных видеосигналов для формирования моноцветных кадров, для прямой подачи видеосигнала определенного моноцветного кадра на контроллеры соответствующей видеоматрицы для формирования изображения этого моноцветного кадра, и приема аудиосигналов для звукового сопровождения, для чего стереодисплей дополнительно содержит встроенную систему звукового сопровождения и аудиовходы для прямого приема аудиосигналов или аудиовыходы для передачи аудиосигнала на внешние акустические системы звукового сопровождения.

Стереодисплей отличается от прототипа тем, что стереоэкран выполнен в виде общего видеоматричного экрана для формирования полноэкранного стереоизображения в виде левого и правого кадров горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемого одним или несколькими пользователями без вспомогательных стереоочков. Видеоматрица выполнена из цветной ЖК-видеоматрицы с задней матричной светодиодной подсветкой для формирования на общей площади этой видеоматрицы экранного изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары. В первом варианте указанная задняя подсветка выполнена с оптическим конденсором в виде выпуклой линзы или линзы Френеля, оптически плотно наложенным на всю площадь видеоматрицы. С тыльной стороны этого конденсора установлен матричный светодиодный осветитель для формирования направленной задней подсветки пиксельных элементов видеоматрицы коллимированными лучами. В другом варианте задняя подсветка выполнена в виде сотовой конструкции из светоизолированных ячеек для раздельной подсветки каждой определенной части площади видеоматрицы соответствующим матричным светодиодным осветителем. Каждая ячейка подсветки выполнена из антибликовых черных боковых телескопически раздвижных трубчатых стенок или из эластичных боковых антибликовых черных стенок, закрепленных с одной стороны тыльной стороне освещаемой этим осветителем площади видеоматрицы, а с другой стороны на светодиодной матрице задней подсветки. В освещаемой сотовым осветителем сотовой ячейки площади тыльной стороны видеоматрицы оптически плотно наложен оптический конденсор в плоско выпуклые линзы Френеля для формирования коллимированных лучей пиксельными элементами экранного изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары. В обоих вариантах задняя подсветка формирует коллимированные лучи, просвечивающие через освещаемые ими конденсор, просветные пиксельные элементы под конденсором, и фокусирует эти лучи прошедшие сквозь эти элементы, в соответствующие точечные фокальные зоны в площади зрачков соответствующих глаз пользователя для стереонаблюдения одноракурсных, или двухракурсных, или трехракурсных соответствующего кадра стереопары. Для возможности динамического авторегулирования фокусировки световых лучей на разных дистанциях расположения стереоэкрана до глаз пользователя все светодиодные осветители подвижно закреплены на автоприводах для автоматического смещения светодиодных матриц на соответствующие расстояния от осветителей до видеоматрицы, а при необходимости и для смещения этих осветителей параллельно этой видеоматрице. Для этого в стереодисплее установлена следящая электронно-оптическая система с одной 3D-видеокамерой или с двумя видеокамерами для видеоконтроля постоянного видеоконтроля глаз каждого пользователя. К каждой видеокамере подключен видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных координатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно формируемых стереодисплеем точечных фокальных зон стереовидения. К каждому видеопроцессору подключен цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на указанный механический автопривод для постоянного автоматического совмещения всех точечных фокальных зон видения левых кадров и правых кадров с расчетными точками в площади зрачков одноименных глаз пользователей с учетом стереобазы глаз, наклона и пространственного расположения головы каждого пользователя относительно стереоэкрана стереодисплея.

Дополнительно стереодисплей установлен на устройстве для его автоматического расположения и угловой ориентации этого стереодисплея относительно глаз пользователя или пользователей, в первом варианте этой устройство выполнено в виде внешней и внутренней рамки, каждая из которых выполнены в виде четырех полосок скрепленных в углах этих рамок, внешняя рамка предназначена для ее удержания руками пользователя, другая рамка установлена внутри первой рамки поворотно на центральных горизонтальных боковых осях, закрепленных поворотно по средине боковых полосок первой рамки, на второй рамке по центру верхней и нижней полоски закреплены поворотно вертикальные оси с фиксаторами для закрепления стереодисплея; в другом варианте указанное устройство для автоматического расположения стереодисплея выполнено в виде настольной опоры или настенной или потолочной подвески или прищепки к плоским предметам или напольной опоры, на любом таком устройстве закреплено указанное рамочное устройство в котором закреплен стереодисплей; в любом рамочном устройстве установлен автопривод, подключенный к указанной следящей систем для получения управляющих сигналов подаваемых на эти автоприводы для постоянной или программной автокоррекции оптимального и быстрого постоянного расположения главной оптической оси и центра стереоэкрана стереодисплея относительно глаз одного или нескольких пользователей.

Положительным технически эффектом стереодисплея постоянное автоматическое обеспечение полнокомфортного стереонаблюдения экранных изображений на стереодисплее на переменных и постоянных дистанциях экрана от глаз пользователя с возможностью смещения и наклона головы пользователя относительно горизонтальной линии экранного стереоизображения, с учетом мгновенной стереобазы глаз пользователя при конвергенции зрительных осей его глаз.

Согласно п. 2 формулы стереоскопическая видеокамера для видеосъемки трехмерных объектов и видеозаписи этих видеоизображений содержит съемочную камеру со светонепроницаемым корпусом, в котором установлены объектив для съемки левого кадра, объектив для съемки правого кадра и система светочувствительных матриц для формирования видеосигналов горизонтальной стереопары. Каждый объектив выполнен в виде одного или двух или трех микролинзовых объектива, или одного, или двух или трех дырочных входных отверстий, аналогичных диафрагменным отверстиям в съемочных микрообъективах или дырочным объективам камеры-обскуры. Система матриц содержит электронные затворы и считывающие устройства для последовательного считывания аналоговых сигналов с видеоматриц. К этим считывающим устройствам подключены аналогово-цифровые преобразователи для преобразования этих сигналов в цифровую форму. При необходимости видеокамера содержит микрофон с подключенным к нему аудиокодеком для формирования аудиосигналов. К аналогово-цифровым преобразователям и к аудиокодеку подключены один или несколько программных цифровых видеопроцессоров с кодеками для сжатия видеосигналов и формирования файлов моноцветных кадров с синхросигналами для формирования этим процессором полного видеосигнала. К этим видеопроцессорам подключен электронно-оптический видоискатель для видеоконтроля видеосъемки и управления режимами работы видеокамеры и карту памяти с цифровым носителем для видеозаписи этих видеосигналов на цифровой носитель. Процессор имеет видеовыходы для передачи видеосигналов на совместимые программно и технически с видеокамерой компьютер для видеомонтажа этих видеозаписей и стереодисплей воспроизведения и стереонаблюдения этих видеозаписей или для передачи этих видеосигналов на другие внешние устройства. Две микролинзы или два входных отверстия каждого объектива в видеокамере для видеосъемки двухракурсных стереокадров взаимно расположены в площади левого и правого входного зрачка своего объектива на одинаковом расчетном расстоянии от центра своего объектива через которые условно проходит линия съемочной стереобазы и симметрично линии проходящей по центру и перпендикулярно линии этой стереобазы, с наклонной диагональных линий под углом предпочтительно 90 градусов. В видеокамере для съемки трехракурсных стереокадров, три микролинзы или три входных отверстия в каждом объективе взаимно расположены на расчетном расстоянии в площади левого и правого входного зрачка своего объектива предпочтительно расположены в вершина равностороннего треугольника, с симметричным расположением этих треугольников относительно линии проходящей по центру и перпендикулярной линии съемочной стереобазы,. Все микролинзы или входные отверстия расположены ближе к контуру площади каждого объектива равной площади зрачка глаза пользователя. Указанное расположение микролинз или входных отверстий объективов выполнено с учетом возможности формирования заявленными стереодисплеями аналогичных одноракурсных левых и правых кадров, формируемых и наблюдаемых в соответствующих точечных фокальных зонах видения одноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары или видения аналогичных разноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары в соответствующих точечных фокальных зонах одновременного видения двухракурсных или трехракурсных одноименных левых и правых кадров совмещаемых автоматически с расчетными точками в площади зрачков одноименных глаз пользователя.

Видеокамера отличается тем, что для однокадровой съемки моноцветных кадров левого стереокадра и однокадровой съемки моноцветных кадров правого стереокадра, из любого одного ракурса съемки одноракурсных или двухракурсных или трехракурсных стереокадров в каждой указанной съемочной камере установлены перед каждой микролинзой или перед каждым входным отверстием по одной системе из трех светочувствительных матриц со светорасщепительной призмой. В любой указанной видеокамере первая трехматричная система расположена напротив микролинзы или входного объектива, перед каждой другой микролинзой или входным отверстием установлено наклонное под углом 45 градусов микрозеркало. Перед этим зеркалом установлена другая трехматричная система для автономной однокадровой съемки из ракурса съемки через эту линзу или входное отверстие.Взаимное расположение всех матричных систем в пространстве, выполнен с учетом свободного прохождения всех проекций света для съемки разноракурсных кадров и с учетом обеспечения поочередной видеосъемки всеми матричными системами для возможности поочередного отображения разноракурсных стереокадров общей цветной видеоматрицей в заявленном стереодисплее.

Главным положительным техническим эффектом предлагаемой видеокамеры является возможность однокадровой видеосъемки двухракурсных или трехракурсных стереокадров кадров стереопары с максимальным качеством цветопередачи с минимальным шумом и максимальным разрешением соответствующим профессиональным видеокамерам и видеокамерам среднего и высокого класса, для стереонаблюдения видеозаписи с этой видеокамеры в стереодисплеях, совместимых с этой видеокамерой технически и программно.

Варианты осуществления изобретения

Варианты заявленных стереодисплеев предназначены для прямого безочкового стереонаблюдения 3D-видеоизображений на стереоэкране, идентичны конструкции, описанной в п. 1 формулы изобретения и отличаются размерами стереоэкрана для создания 3D-визуальных устройств типа: 3D-смартфонов, 3D-планшетов, 3D-экранов ноутбуков, 3D-дисплеев и 3D-телевизоров носимых, настольных, кресельных, настенных, подвесных, закрепленных на напольной опоре или на потолочной подвеске и для 3D-индикаторов. Заявленный стереодисплей любого типа содержит: стереоэкран с цветной просветной ЖК-видеоматрицей для формирования экранных 3D-изображений, в виде левого и правого кадров, частично совмещенных в общей площади экрана в виде горизонтальной стереопары. На тыльной стороне видеоматрицы наложены один или множество оптических конденсоров в виде линз или линз Френеля. Стереодисплей содержит матрицу светодиодов с контроллером матричной развертки включения требуемых светодиодов. Матрица светодиодов установлена на автоприводе для авторегулирования расстояния между этой светодиодной матрицей и ЖК-видеоматрицей. Стереодисплей содержит электронно оптическую следящую систему с видеокамерой, расположенной на верхнем крае экрана стереодисплея. Стереодисплей содержит одноканальный видеовход для приема полного видеосигнала только одноракурсного левого и одноракурсного правого кадров стереопары или содержит многоканальный видеовход для раздельного синхронного приема по каждому видеовходу полного видеосигнала левого и правого кадров стереопары отдельно, снятых одновременно (в одноракурсном режиме съемки) из соответствующего ракурса соответствующим входным отверстием или микролинзой соответствующего объектива и трехматричным видеосъемочным блоком видеокамеры. Стереодисплей закреплен поворотно в двух взаимно поворотных по центральным осям рамках для ручного удержания стереодисплея в руках за внешнюю рамку. В другом варианте стереодисплей закреплен в таких рамках, которые закреплены подвижно на внешней опоре. В рамках и на внешней опоре встроены автоприводы для автоматической ориентации главной оптической оси стереодисплея. по центру линии стереобазы глаз пользования с помощью управляющего сигнала, подаваемого на эти автоприводы с указанной следящей системы стереодисплея.

Стереодисплей работает следующим образом.

После декодирования этого полного видеосигнала в каждом канальном приемном устройстве стереодисплея формируются отдельные видеосигналы моноцветных кадров красного, синего и зеленого цвета, записываемые в отдельные сектора буферной кадровой видеопамяти. Из этих определенных секторов буферной памяти с помощью синхросигнала одновременно считывания видеосигналы моноцветных кадров RGB цветов, например левого кадра определенного ракурса съемки для одновременной подачи каждого такого видеосигнала по отдельному каналу на соответствующий контроллер видеоматрицы, формирующей изображение моноцветного кадра соответствующего цвета для одновременного воспроизведения всех трех моноцветных кадров левого кадра соответствующего ракурса видеосъемки. Затем аналогично декодируются и воспроизводятся моноцветные кадры правого кадра соответствующего ракурса видеосъемки. И затем также поочередно воспроизводятся левые и правые кадры других ракурсов видеосъемки этой же видеоматрицей в соответствие с очередностью их видеосъемки видеокамерой. Этим обеспечивается четкая видимость на стереодисплее быстро сменяющихся разноракурсных стереокадров. С помощью управляющего сигнала, подаваемого следящей системой стереодисплея на автоприводы рамок и опоры стереодисплей автоматически и программно ориентируется перед глазами пользователя с учетом постоянного динамического совмещения его оптической оси с центром линии стереобазы глаз пользования или с программным центром пространства между глазами двух или нескольких пользователей. Цифровым программным процессором постоянно формируется управляющие сигналы, подаваемые на контроллеры и привод светодиодной матрицы задней подсветки для автоматического формирования этими светодиодами и конденсорами коллимированных пиксельных элементов экранного изображения, автоматически динамически фокусируемых в определенные точечные фокальные зоны стереовидения одноименными глазами пользователя одноракурсных, или двухракурсных, или трехракурсных левых и правых кадров стереопары.

Дополнительным техническим результатом заявленных стереодисплеев является возможность создание на базе этих стереодисплеев компактных и удобных мобильных смартфонов, планшетов, и ноутбуков, а также компактных настольных, напольных настенных и носимых стереодисплеев и 3D-телевизоров за для прямого полнокомфортного длительного стереонаблюдения 3D-изображений на стереоэкране.

3D-видсокамера может быть выполнена в различных вариантах:

- Видеокамера для видеосъемки одноракурсных левых и правых кадров стереопары.

- Универсальная видеокамера для видеосъемки как одноракурсных и/или двухракурсных левых и правых кадров стереопары.

- Универсальная видеокамера для видеосъемки одноракурсных, и/или двухракурсных, и/или трехракурсных левых и правых кадров стереопары.

3D-видеокамера содержит: объектив левого кадра и объектив правого кадра. Каждый объектив содержит одно, или два или три входных отверстия или микролинзы и соответствующее число съемочных блоков. Перед определенным одним входным отверстием или микролинзой расположен один видеосъемочный блок для однокадровой съемки моноцветных левых или правых кадров красного, синего и зеленого цветов, содержащий три светочувствительных матрицы, установленных на светорасщепительной призме с дихроичными зеркалами для проекции на эти матрицы этим входным отверстием или этой линзой светового пучка из одного соответствующего ракурса съемки. К матрицам подключены электронные затворы и считывающие устройства, а также последовательно подключены: аналогово-цифровые преобразователи, цифровые программные процессоры с кодерами и карты памяти с цифровыми носителями для видеозаписи цифровых полных видеосигналов. К видеопроцессорам подключены указанные затворы и считывающие устройства и видеомонитор для визуального контроля видеосъемки и управления режимами видеокамерой и режимами съемки. Универсальная видеокамере может быть выполнена многоканальной. В каждом канале установлены трехматричная система с оптической светорасщепительной призмой для однокадровой видеосъемки моноцветных кадров RGB цветов с последовательно подключенными к этим матрицам, считывающим устройством, аналого-цифровым преобразователем сигналов, видеопроцессором с кодером и картой видеопамяти с выходами от видеопроцессора, для подачи управляющих сигналов на электронный затвор видеоматриц на считывающее устройство и подачи полного видеосигнала на карту памяти, на видеомонитор, на стереодисплей, на компьютер для видеомонтажа видеозаписи и другие внешние устройства или в сеть видеосвязи.

Универсальная видеокамера работает следующим образом.

Пользователем в видеокамере устанавливается режим одноракурсной, или двухракурсной или трехракурсной или 3D-видеосъемки, а также частота кадров видеосъемки. В каждом канале автономно и синхронно каждая видеоматрица регистрирует сигналы пиксельных элементов соответствующего моноцветного кадра, которые с помощью считывающего устройства записываются в виде файла аналогового видеосигнала этого моноцветного кадра, затем аналогово-цифровым устройством аналоговый сигналы этого видеофайла преобразуются в файл цифровых видеосигналов этого кадра. Затем кодером этот видеосигнал сжимается в требуемом формате сжатия. Затем в цифровом программном процессоре в каждом канале автономно все три сжатых файла моноцветных кадров красного, синего и зеленого цветов составляющих цветной кадр, составляющие цветной кадр, снятый из одного ракурса видеосъемки, записываются последовательно видеопроцессором с синхросигналами начала и конца каждого такого файла в формате полного цифрового видеосигнала. В определенном канале в полный видеосигнал записываются видеопроцессором и аудиофайлы с синхросигналами для звукового сопровождения видеосъемки. Полный видеосигнал с видеовыходов соотвествующего канала подается на входы карты видеопамяти или на компьютер для цифровой видеозаписи, на электронный затвор видеоматриц на считывающее устройство и подачи полного видеосигнала на карту памяти, на видеомонитор, на видеоконтрольный или внешний стереодисплей или на передатчик проводной или беспроводной видеосвязи или на внешнее воспроизводящее устройство, на компьютер для видеомонтажа, или на другие внешние устройства. Аналогично работают и другие каналы видеокамеры для видеосъемки для однокадровой или поочередной 3D-видеосъемки кадров из разных ракурсов с учетом последующего воспроизведения этих стереокадров из разных ракурсов в формате одновременного или поочередного синхронного воспроизведения.

Дополнительным техническим результатом является создание универсальных 3D-видеокамер профессиональных и высокого класса, совместимых программно и технически с заявленными стереодисплеями, с смартфонами, планшетами, ноутбуками, 3D-телевизорами и индикаторами выполненными на базе этих стереодисплеев и стереодисплеев, описанных в патентной заявке PCT/RU 2018/000030.

Изобретение относится к 3D-дисплеям для прямого безочкового стереонаблюдения 3D-видеоизображения на стереоэкране этого стереодисплея. Стереодисплей содержит: стереоэкран с цветной просветной ЖК-видеоматрицей для формирования экранных изображений левого и правого кадров горизонтальной стереопары; матрицу светодиодов с контроллером программной матричной развертки включаемых светодиодов для задней подсветки этой видеоматрицы, установленную на автоприводе для авторегулирования расстояния между этой светодиодной матрицей и видеоматрицей; электронно-оптическую следящую систему для видеоконтроля центров зрачков глаз пользователя и формирования управляющих сигналов, подаваемых на этот контроллер и на автопривод для автоматического формирования светодиодами и конденсорами коллимированных пиксельных элементов экранного изображения, автоматически динамически фокусируемых в определенные точечные фокальные зоны стереовидения одноименными глазами пользователя одноракурсных, или двухракурсных, или трехракурсных левых и правых кадров стереопары. Технический результат - создание арсенала тонких стереодисплеев для смартфонов, планшетов, ноутбуков, настольных, напольных, настенных и носимых стереодисплеев и 3D-телевизоров для полнокомфортного длительного стереонаблюдения.

Стереодисплей, содержащий стереоэкран для формирования экранных изображений левых и правых кадров горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемых на этом стереоэкране одноименными глазами пользователя; видеоматричную электронно-оптическую систему для формирования изображения одноракурсного, или двухракурсного, или трехракурсного левого и правого кадров с коллимированными световыми лучами пиксельных элементов горизонтальной стереопары и фокусировки этих лучей, соответственно, в точечную фокальную зону, или две точечные фокальные зоны, или в три точечные фокальные зоны стереовидения в площади зрачков левого и правого глаз пользователя, при этом видеоматрица выполнена со своим контроллером для приема соответствующих видеосигналов для матричной развертки на этой своей видеоматрице изображения моноцветного кадра соответствующего ракурса стереовидения, также стереодисплей содержит приемник полного видеосигнала с декодером и буферами памяти для декодирования этого видеосигнала и формирования и временного хранения в соответствующем буфере памяти видеосигналов для воспроизведения моноцветных кадров, каждый определенный буфер памяти подключен к указанному соответствующему контроллеру видеоматрицы для формирования моноцветного кадра; или стереодисплей содержит видеовходы для многоканального приема по каждому каналу декодированных видеосигналов для формирования моноцветных кадров, для прямой подачи видеосигнала определенного моноцветного кадра на соответствующий контроллер видеоматрицы для формирования изображения этого моноцветного кадра и приема аудиосигналов для звукового сопровождения, для чего стереодисплей дополнительно содержит встроенную систему звукового сопровождения и аудиовходы для прямого приема аудиосигналов или аудиовыходы для передачи аудиосигнала на внешние акустические системы звукового сопровождения, отличающийся тем, что стереоэкран выполнен в виде общего видеоматричного экрана для формирования полноэкранного стереоизображения в виде левого и правого кадров горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемого одним или несколькими пользователями без вспомогательных стереоочков, видеоматрица выполнена из цветной ЖК-видеоматрицы с задней матричной светодиодной подсветкой для формирования на общей площади этой видеоматрицы экранного изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары, в первом варианте указанная задняя подсветка выполнена с оптическим конденсором в виде выпуклой линзы или линзы Френеля, оптически плотно наложенным на всю площадь видеоматрицы, с тыльной стороны этого конденсора установлен матричный светодиодный осветитель для формирования направленной задней подсветки пиксельных элементов видеоматрицы коллимированными лучами, в другом варианте задняя подсветка выполнена в виде сотовой конструкции из светоизолированных ячеек для раздельной подсветки каждой определенной части площади видеоматрицы соответствующим матричным светодиодным осветителем, каждая ячейка подсветки выполнена из антибликовых черных боковых телескопически раздвижных трубчатых стенок или из эластичных боковых антибликовых черных стенок, закрепленных с одной стороны на тыльной стороне освещаемой этим осветителем площади видеоматрицы, а с другой стороны на светодиодной матрице задней подсветки, в освещаемой сотовым осветителем сотовой ячейки площади тыльной стороны видеоматрицы оптически плотно наложен оптический конденсор в виде плосковыпуклой линзы Френеля для формирования коллимированных лучей пиксельными элементами экранного изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары, в обоих вариантах задняя подсветка формирует коллимированные лучи, просвечивающие через освещаемый ими конденсор и просветные пиксельные элементы под конденсором, и фокусирует эти лучи, прошедшие сквозь эти элементы, в соответствующие точечные фокальные зоны в площади зрачков соответствующих глаз пользователя для стереонаблюдения одноракурсных, или двухракурсных, или трехракурсных соответствующих кадров стереопары; для возможности динамического авторегулирования фокусировки световых лучей на расчетных дистанциях расположения стереоэкрана до глаз пользователя все светодиодные осветители подвижно закреплены на автоприводах для автоматического смещения светодиодных матриц на соответствующие расстояния от осветителей до видеоматрицы; в стереодисплее установлена следящая электронно-оптическая система с одной видеокамерой или с двумя видеокамерами для постоянного видеоконтроля глаз каждого пользователя, к каждой видеокамере подключен видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных координатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно формируемых стереодисплеем точечных фокальных зон стереовидения, к каждому видеопроцессору подключен цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на указанный автопривод для постоянного автоматического совмещения всех точечных фокальных зон видения левых кадров и правых кадров с расчетными точками в площади зрачков одноименных глаз пользователей с учетом стереобазы глаз, наклона и пространственного расположения головы каждого пользователя относительно стереоэкрана стереодисплея; дополнительно стереодисплей установлен на устройстве для его автоматического расположения и угловой ориентации стереодисплея относительно глаз пользователя или пользователей, в первом варианте это устройство выполнено в виде внешней и внутренней рамки, каждая из которых выполнена в виде четырех полосок, скрепленных в углах этих рамок, внешняя рамка предназначена для ее удержания руками пользователя, другая рамка установлена внутри первой рамки поворотно на центральных горизонтальных боковых осях, закрепленных поворотно посередине боковых полосок первой рамки, на второй рамке по центру верхней и нижней полоски закреплены поворотно вертикальные оси с фиксаторами для закрепления стереодисплея; в другом варианте указанное устройство для автоматического расположения стереодисплея выполнено в виде настольной опоры, или настенной или потолочной подвески, или прищепки к плоским предметам, или напольной опоры, на любом таком устройстве закреплено указанное рамочное устройство, в котором закреплен стереодисплей; в любом рамочном устройстве установлен автопривод, подключенный к указанной следящей системе для получения управляющих сигналов, подаваемых на эти автоприводы для постоянной или программной автокоррекции оптимального и быстрого постоянного расположения главной оптической оси и центра стереоэкрана стереодисплея относительно глаз одного или нескольких пользователей.