Стереоскопическая телевизионная система Советский патент 1993 года по МПК H04N13/04 

состоит из широкоугольного 3 и узкоуголь- ного 4 оптико-телевизионного каналов, а также синхрогенератор 5 и формирователь 6 фазных напряжений, каждый канал содержит объектив 7 (2) с регулируемой диафрагмой 9 (10), фотоприемник 11 (12), видеоусилитель 13 (14), и привод 15 (16) автоматического регулирования диафрагмы. Телевизионный стереоскоп 2 состоит из широкоугольного 17 и узкоугольного 19 телеви- зионно-оптиче ских каналов, каждый канал содержит вид еопроемотр овое устройство (ВПУ) 9 (20) с экраном 21 (22), окуляр 23 (24), а в узкоугольном канале на экране ВПУ установлен светофильтр 25. Установка на экране ВПУ узкоугольного канала светофильтра, прозрачность которого в краевой части экрана изменяется по экспоненциальному закону от полного пропускания света до непрозрачного состояния, позволяет устранить видимую границу между центральной и периферийной частями наблюдаемого изображения. За счет введения электроприводов диафрагма объективов, входы которых отключены к выходу видеоусилителя узкоугольного канала, обеспечивается одинаковая яркость стереоскопической зоны телевизионного изображения обоих каналов и широкий световой диапазон стереоте- левизионной системы. 1 ил.

Изобретение относится к телевизионной технике, в частности к замкнутым теле- визионным системам, и может быть использовано в системах технического зрения для дистанционного управления механизмами. Цель изобретения - повышение качества изображения путем устранения эффекта рамки и расширения светового диапазона камеры. Стереоскопическая телевизионная система содержит телевизионную стереокамеру 1, телевизионный стереоскоп 2, телевизионная стереокамера

Изобретение относится к телевизионной технике, в частности к замкнутым телевизионным системам, и может быть использовано в системах технического зрения для дистанционного управления механизмами.

Известна стереоскопическая телеви зи- онная система, содержащая передающую стереотелееизионную камеру, располагаемую на дистанционно-управляемом поворотном устройстве, нашлемное стерео- воспроизводящее устройство и датчик направления, с помощью которого вырабатываются сигналы управления поворотным устройством. В стереоскопической камере использованы одна передающая трубка, один объектив.и зеркальное устройство, обеспечивающее формирование стереопары на левой и правой частях ТВ-растра. Система содержит нашлемное стереоуст- ройство, включающее кинескоп и зеркальное устройство проецирования изображения в правый и левый глаз оператора.

Известна также стереотелевизионнай система дистанционного управления многофункциональным армейским подвижным устройством на колесах приемника классического джипа. Оператор наблюдает за территорией, где перемещается устройство через вмонтированный в шлем стереоскопический индикатор, который получает сиг- налы от двух одинаковых телекамер (стереокамеры), расположенных на водительском месте на уровне головы. Недостатком приведенных систем является невозможность реализовать на базе существующей стандартной телевизионной аппаратуры одновременно широкий угол обзора (40-60°) необходимый для ориентирования в пространстве, и высокую угловую

разрешающую способность, сравнимую с разрешающей способностью глаза оператора (одна угловая минута),необходимую для быстрого принятия правильного решения

при дистанционном управлении объектом. При дистанционном управлении с помощью телевидения оператору кроме наблюдения непосредственно за процессом управления необходимо сохранять

ориентацию в окружающем пространстве и своевременно реагировать на нештатные ситуации, происходящие вблизи объекта управления. Такие функции можно реализовать с помощью ТВ-системы, при работе с

которой у оператора создается ощущение нахождения в передаваемом пространстве, В этом случае оттелевизионной системы требуется иметь одновременно широкое поле обзора и высокую угловую разрешающую способность, Это требование не реализуется приведенными выше стереоскопическими системами, что является существенным недостатком при использовании их для дистанционного управления механизмамй.

Наиболее близким решением к изобретению является разномасштабная стереоте- левизионная система, которая содержит телевизионную камеру, включающую широкоугол ный и узкоугольный оптические каналы, в каждый из которых входят оптические связанные объектив с регулируемой диафрагмой и фотоприемник, электронный блок, состоящий из синхрогенератора,

формирователей средних напряжений фотоприемника и видеоусилителей, обеспечивающий работу фотоприемников и формирование видеосигналов, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника узкоугольного канала, телевизионного

стереоскопа, широкоугольный и узкоугольный оптические каналы которого включают окуляр и видеопросмотровое устройство (ВПУ), причем вход ВПУ широкоугольного канала подключен к первому выходу электронного блока, а вход ВПУ узкоугольного канала подключен ко второму выходу электронного блока.

Недостатком данной системы является невысокое качество наблюдаемого изображения, Одной из причин невысокого качества является наличие в синтезируемом зрительной системой образе видимой границы (рамки) между центральной и периферийной частями изображения, обусловленной краями прямоугольного растра на экране видеопросмотрового устройства узкоугольного канала. Зрительный анализатор, обладая свойством подчеркивания границ перепадов яркости, усиливает зидность рамки. Видимый контур рамки на синтезируемом изображении нарушает важный психофизиологический принцип - целостность (связность) воспроизводимых изображений. Необходимость обеспечения целостности вытекает из свойства непрерывности реального пространства. Любое нарушение целостности противоречит привычным воспринимаемым образам и легко .обнаруживается наблюдателем и может разрушить возникший у него пространственный образ. Контур рамки разделяет пространственный образ на две зоны (центральную и периферийную), что препятствует возникновению у оператора эффекта присутствия в наблюдаемом пространстве.

Второй причиной невысокого качества изображения является узкий световой диапазон стереокамеры, приводящий к частичному или полному разрушению телевизионного изображения при превышении освещенности на обьекте максимально допустимой величины, или к допустимому сниженикУ яркости и контрастности изображения при недостаточной освещенности. Использование традиционных средств расширения светового диапазона, таких как автоматическая регулировка усиления видеосигнала или автоматическая регулировка диафрагмы объекта приводит к тому, что при попадании в краевую часть поля зрения широкоугольного канала ярких естественных или искусственных источников света яркость и контрастность изображения центральной зоны широкоугольного канала резко снижается по сравнению с яркостью и контрастностью изображения узкоугольного канала, что в свою очередь, приводит к ухудшению или исчезновению

стереоэффекта. Целью изобретения является улучшение качества наблюдения изображения путем устранения эффекта рамки и расширения светового диапазона стереока- 5 меры при выполнении условия обеспечения одинаковой яркости телевизионного изображения в зоне стереоэффекта.

Указанная цель достигается тем, что в стереоскопическую телевизионную систе10 му, содержащую телевизионную стереока- меру, состоящую из широкоугольного и узкоугольного оптико-телевизионных каналов, в каждый из которых входят оптически связанные объектив и регулируемая диаф5 рагма, фотоприемник, а, также, видеоусилитель, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника, а управляющие входы подключены к первым выходам синхрогенератора, вторые входы которо0 го соединены через формирователь фазных напряжений с входами фотоприемника, телевизионный стереоскоп, состоящий из широкоугольного и узкоугольного телевизи- онно-оптических каналов, в каждый из кото5 рых входят окуляр и ВПУ, причем окуляр и экран ВПУ оптически связаны, вход ВПУ широкоугольного канала стереоскопа подключен к выходу видеоусилителя широкоугольного канала стереокамеры, а вход ВПУ

0 узкоугольного канала стереоскопа подключен к выходу видеоусилителя узкоугольного канала стереокамеры, введены светофильтр, который установлен на экран ВПУ узкоугольного канала и в каждый канал сте5 реокамеры введены электроприводы диафрагмы объективов, входы которых подключены к выходу видеоусилителя узкоугольного канала стереокамеры.

Сопоставительный анализ заявляемого

0 решения с прототипом показывает, что заявляемая стереоскопическая телевизионная система отличается от известной тем, что для устранения эффекта рамки на экран кинескопа ВПУ узкоугольного канала уста5 навливается светофильтр, прозрачность которого в краевой зоне экрана изменяется по экспоненциальному закону от полного пропускания света до непрозрачного состояния, благодаря чему устраняется резкая

0 граница в перепаде яркости на краю растра. Кроме того, в каждый канал стереокамеры введены электроприводы диафрагмы объективов, входы которых подключены к выходу видеоусилителя узкоугольного канала сте5 реокамеры, благодаря чему не только расширяется световой диапазон стереокамеры, но и обеспечивается одинаковая яркость стереоскопической зоны телевизионного изображения обоих каналов, так как управление диафрагмами объективов осуществляется по сигналу узкоугольного канала. . .

На фиг. 1 приведена структурная схема стереоскопической телевизионной системы; на фиг. 2 - конфигурация светофильтра; на фиг, 3-6; а) телевизионное изображение, наблюдаемое оператором только левым глазом (широкоугольный канал); б) телевизионное изображение, наблюдаемое оператором только правым глазом (узкоугольный канал); в) зрительное ощущение, возникающее у оператора, при наблюдении ТВ-изображений обоими глазами, но на фиг. 3 - светофильтр снят, на фиг. 4 - светофильтр установлен, на фиг. 5 - светофильтр установлен, яркое световое пятно в периферий-, ной зоне широкоугольного канала; электропривод 15 подключен и выходу видеоусилителя 13, на фиг. 6-светофильтрустановлен; яркое световое пятно в периферийной зоне широкоугольного канала, электропривод 15 подключен к выходу видеоусилителя 1.4.

Стереоскопическая телевизионная система (фиг. 1) содержит телевизионную сте- реокамеру 1 и телевизионный стереоскоп 2, Тефэвизионная стереокамера 1 состоит из широкоугольного 3 и узкоугольного 4л)П- тико-телевизионных каналов, синхроге- нератора 5 и формирователя 6 фазных напряжений.

Каждый канал содержит объектив 7 (8) с регулируемой диафрагмой 9 (10),фотоприем- ник 11 (12), видеоусилитель 13 (14) и привод 15 (16) автоматического регулирования диафрагмы..

Телевизионный стереоскоп 2 состоит из широкоугольного 17 и узкоугольного 18 те- левизионно-оптических каналов, Каждый канал содержит ВПУ 19 (20) с экраном 21 (22), окуляр 23 (24). В узкоугольном канале на экране ВПУ установлен светофильтр 25.

В широкоугольном канале 3 установлен короткофокусный объектив 7, например ОКС-1-10 с фокусным расстоянием 10 мм. В узкоугольном канале 4 установлен длиннофокусный объектив 8, например, ОКС-1-50 с фокусным расстоянием 50 мм, В фокальной плоскости объективов 7 и 8 расположены светочувствительные поверхности фотоприемников 11 и 12, в качестве которых используются, например, матричные приборы с зарядовой связью типа ФПЗС4М.

Входы-фотоприемников 11 и 12 соединены с выходом формирователя 6 фазных напряжений, вход .которого подключен ко второму выходу сйнхро- генератора 5.

Сигнальные входы фотоприемников 11 и 12 подключены к сигнальным входам видеоусилителей 13 и 14, управляющие входы

которых подключены к первому выходу син- хрогенератора 5.

Выход видеоусилителя 14 узкоугольного канала 4 камеры 1 подключены к входам

электроприводов 15 и 16 диафрагм объективов широкоугольного 3 и узкоугольного 4 каналов стереокзмеры 1. Электропривод 15 широкоугольного канала камеры механически связан с диафрагмой 9 объектива 7, а

0 электропривод 16 узкоугольного канала - с диафрагмой 10 объектива 8.

Выходы видеоусилителей 13, 14 широкоугольного 3 и узкоугольного 4 каналов стереокамеры 1 подключены к соответству5 ющим входам ВПУ 19, 20 широкоугольного 17 и узкоугольного 18 оптико-телевизионного каналов стереоскопа 2. Экраны 21 и 22, ВПУ 19 и 20, а также окуляры 23 и 24 оптически связаны. Условия для выбора

0 размеров изображения на экранах ВПУ известны..

На экране 22 видеопросмотрового устройства 20узкоугольного канала 18 устанавливается светофильтр 25, коэффициент

5 пропускания которого в краевой зоне телевизионного изображения изменяется по экспоненциальному закону от полного пропускания света до непрозрачного состояния. Размеры и конфигурация светофильтра

0 должны соответствовать экрану ВПУ. Конфигурация светофильтра и распределение коэффициента пропускания по площади светофильтра приведены на фиг. 2, Светофильтр может быть изготовлен, например,

5 путем нанесения цветопоглощающего материала на плоскопараллельную стеклянную пластину,

Стереоскопическая телевизионная система работает следующим образом.

0 Объектив 7 широкоугольного канала 3 стереокамеры 1 проецирует на фоточувствительную поверхность фотоприемника 11 изображение передаваемого сюжета. Объектив 8 узкоугольного канала 4 проецирует

5 на фоточувствительную поверхность фотоприемника 12 изображение центральной части передаваемого сюжета. В фотоприемниках 11 и 12 накопление полезной информации в виде зарядовых пакетов, величина

0 которых пропорциональна освещенности элементов фотоприемника, производится в нечетных полях под электродами одной фазы, а вчетных полях под электродами другой фазы секции накопления. Во время импуль5 са гашения полей осуществляется параллельный сдвиг накопленных зарядовых пакетов, соответствующих одному из полей кадра, в защищенные от света секции накопления фотоприемников. В течение следующего поля с освободившихся от зарядов

светочувствительных секциях происходит процесс накопления, а из секций памяти зарядовых пакеты построчно переводятся в выходные регистры фотоприемников.

В течение прямого хода строчной раз- вертки зарядовые пакеты последовательно выводятся из регистров фотоприемников 11 и 12 через выходные устройства на видеоу силители 13 и 14, в которых производится усиление и обработка сигналов, формирова- ние полных телевизионных сигналов с помощью синхроимпульсов, поступающих от синхрогенератора 5.

Управление работой фотоприемников 11 и 12 осуществляется с помощью формиро- вателя 6 фазных напряжений, формирователь б фазных напряжений из двухуровневых последовательностей импульсов, вырабатываемых синхрогенератором 5, формиру- еттрехфазные многоуровневые импульсные последовательности для управления секциями накопления и памяти, а также вы- ходных регистров приборов с зарядовой связью.

Видеоусилители 13 и 14 усиливают вы- ходной сигнал фотоприемников 11 и 12. и формируют на выходах каналов 3 и 4 камеры 1 стандартные телевизионные сигналы.

Телевизионные сигналы с выходов сте- реокамеры 1 поступают на соответствую- щие входы ВПУ 19 и 20 широкоугольного 17 и узкоугольного 18 каналов телевизионного стереоскопа 2. Оператор наблюдает телевизионное изображение на экране 21 ВПУ 19 левым глазом, а изображение на экране 22 ВПУ 20 - правым глазом, Примеры телевизионного изображения сюжета, наблюдаемого оператором на экранах 2Т и 22 ВПУ 19 и 20, а также возникающего у оператора зрительного восприятия приведены на фиг. 3,4 ибиб.

На фиг. 3 показаны изображения при снятом светофильтре 25 (буквы предаваемого сюжета выполнены штриховкой). В центральной части (фиг. 3 в) оператор ощущает стереоэффект и наблюдает изображение с более высокой разрешающей способностью, чем в периферийной зоне. Однако на границе периферийной и центральной зон оператор видит рамку, которая мешает цельности восприятия сюжета.

На фиг, 4 показаны изображения при установленном светофильтре 25. Эффект рамки в этом случае отсутствует.

На фиг. 5 приведены телевизионные изображения и наблюдаемое ощущение при наличии в периферийной части широкоугольного оптико-телевизионного канала 3 яркого светового источника при подключении входа электропривода 15 диафрагмы 9

обьектива 7 широкоугольного канала 3 к выходу видеоусилителя 13 (своего) широкоугольного канала.. Электропривод 15 закрывает диафрагму 9 объектива 7 в соответствии с яркостью светового источника, поэтому ТВ-изображение остальной части сюжета широкоугольного канала практически исчезает. Стереоэффект отсутствует. Целостность изображения нарушается.

На фиг. 6 приведены телевизионные изображения и наблюдаемое ощущение также при наличии в периферийной части широкоугольного оптико-телевизионного канала 3 яркого светового источника, но при подключении входа электропривода 15 широкоугольного канала 3 к выходу видеоусилителя 14 (чужого) узкоугольного канала 4. В этом случае зрачки объективов регулируются в обоих каналах одинаково и яркости изображений центральной зоны широкоугольного канала и узкоугольного канала практически равны. В этом случае присутствует стереоэффект и сохраняется цельность восприятия сюжета. Предложенная телевизионная система по сравнению с прототипом позволяет за счет установки на экране видеопросмотрового устройства узкоугольного канала светофильтра, прозрачность которого в краевой части экрана изменяется по экспоненциальному закону от полного пропускания света до непрозрачного состояния, устранить видимую границу (рамку) между центральной и периферийной частями наблюдаемого изображения; за счет введения электроприводов диафрагм объективов, входы которых подключены к выходу видеоусилителя узкоугольного канала, обеспечивается одинаковая яркость стереоскопической зоны телевизионного изображения обоих каналов и широкий диапазон стереотелевизионной системы.

Перечисленные достоинства предлагаемой стереотелевизионной системы позволяют улучшить качество наблюдаемого изображения, уменьшить утомляемость оператора и снизить вероятность принятия ошибочных решений оператором при дистанционном управлении механизмами.

Формула изобретения Стереоскопическая телевизионная система, содержащая телевизионную стерео- камеру, состоящую из широкоугольного и узкоугольного оптико-телевизионных каналов, в каждый из которых входят оптически связанные объектив и регулируемая диафрагма, фотоприемник, видеоусилитель, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника, а управляющие входы - к первым выходам синхрогонератора, вторые выходы которых соединены через формирователь фазных напряжений с входами фотоприемника, и Телевизионный стереоскоп, состоящий из широкоугольного и узкоугольного телевизионно-оптиче- ских каналов, в каждый из которых входят окуляр и видеопросмотровое устройство, причем экран видеопросмотрового устройства и окуляр оптически связаны, вход видеопросмотрового устройства широкоугольного канала стереоскопа подключен к выходу видеоусилителя широкоугольного канала стереокамёры, а вход видеопрос- мотрбвого устройства узкоугольного канала стереоскопа подключен к выходу

Фиг. 2

0

5

видеоусилителя узкоугольного канала стереокамёры, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества изображения путем устранения эффекта рамки и расширения светового диапазона камеры, в каждый канал стереокамёры введены электроприводы диафрагмы объектива, входы которых подключены к выходу видеоусилителя, узкоугольного канала камеры, а на экран видеопросмотрового канала стерео- с.копа установлен светофильтр, прозрачность которого в краевой зоне экрана изменяется по экспоненциальному закону от полного пропускания света до непрозрачного состояния,

. в)

Фиг Л

у Tqt v:.-. y ; r Tv/f ;.- r

CB

.

r

.ryi

v./- J

л .)-.2

SIC18/.1

Фиг. 6