Патент на изобретение №2202860

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО (ЕГО ВАРИАНТЫ) ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к стереоскопической видеотехнике и может быть использовано для получения объемного изображения от любого источника композитного или компонентного видеосигнала (видеомагнитофона, видеокамеры, видеодиска, видеоигры) при использовании стандартных видеодисплеев как телевизионного типа (любой системы: PAL, SECAM, NTSC), так и компьютерных мониторов (любого стандарта: VGA, SVGA, XGA и др.). Техническим результатом является повышение реалистичности наблюдаемого объемного квазистереоскопического изображения за счет реализации восприятия крупного и среднего планов как для динамических, так и для статических сцен, а также за счет реализации возможности выхода наблюдаемых объектов перед экраном. Технический результат достигается тем, что используют задержку синхроимпульсов видеосигнала как в четных, так и в нечетных полях для реализации искусственного параллакса, величина которого монотонно меняется вдоль направления кадровой развертки изображения. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области стереоскопической видеотехники и может быть использовано для получения объемного изображения от любого источника композитного или компонентного видеосигнала (видеомагнитофона, видеокамеры, видеодиска, видеоигры) при использовании стандартных видеодисплеев как телевизионного типа (любой системы – PAL, SECAM, NTSC), так и компьютерных мониторов (любого стандарта – VGA, SVGA, XGA и др.).

Известен способ синтеза объемного изображения [1], в котором четные поля (кадры) моноскопического изображения оставляют без изменения, а нечетные поля (кадры) подвергают обработке, описываемой геометрическими преобразованиями типа изменения масштаба, поворота, дисторсии и др., причем параметры указанных преобразований выбирают с учетом конкретного сюжета изображения, затем указанные поля или кадры развертывают на экране, и световой поток, образуемый при развертке одних (четных) полей или кадров изображения, направляют в один глаз наблюдателя, а световой поток, образуемый при сканировании других (нечетных) полей или кадров, – в другой глаз наблюдателя.

Данный способ в случае априорно известной информации о наблюдаемой сцене позволяет синтезировать объемные изображения из исходного моноскопического изображения путем компьютерных вычислений по алгоритмам, соответствующим указанным преобразованиям, либо последние могут быть выполнены с помощью соответствующих управляемых оптических элементов, расположенных на пути светового потока изображения. Однако путем компьютерных вычислений реализовать данный способ в реальном масштабе времени затруднительно, поскольку объем компьютерных вычислений в общем случае для произвольного сюжета огромен; пропускная способность существующих стандартных компьютеров недостаточна для решения таких задач в настоящее время и в ближайшей перспективе. Использование же оптических элементов для создания соответствующих геометрических преобразований не является достаточно гибким и точным. Поэтому невозможно использовать указанный известный способ для получения объемных изображений высокой верности с помощью стандартных телевизоров и компьютеров.

Известен способ получения объемных изображений [2], в котором вводят фиксированную временную задержку передних фронтов строчных синхроимпульсов только в четных полях изображения в видеосигнале, соответствующем исходному моноскопическому изображению, осуществляют растровую развертку полей изображения на экране, формируют первый и второй световые потоки соответственно для четных и нечетных полей изображения и направляют первый и второй световые потоки соответственно в левый и правый глаза наблюдателя.

Данный способ позволяет в реальном масштабе времени получить объемное (квазистереоскопическое) изображение, которое характеризуется наличием четко выраженного дальнего плана, возникающего вследствие реализации искусственного параллакса (горизонтального разноса) Р между четными и нечетными полями изображения, обусловленного задержкой Т строчных синхроимпульсов в одном из указанных полей (Р = VT, где V – скорость горизонтальной развертки полей изображения). Для постоянной величины Р₀ искусственного параллакса для всех строк растра наблюдаемое изображение в основном отодвинуто в пространство за экраном на некоторое расстояние, образуя дальний план. Реальная наблюдаемая трехмерная сцена размещается между указанным дальним планом и плоскостью экрана дисплея (телевизора, компьютерного монитора, проектора).

Частный вариант указанного известного способа [2] для случая композитного видеосигнала (содержащего смесь синхроимульсов с информационным сигналом) заключается в сдвиге передних фронтов строчных синхроимпульсов путем суммирования композитного видеосигнала с дополнительными импульсами, полярность которых противоположна полярности строчных синхроимпульсов в композитном видеосигнале, причем расположение передних фронтов дополнительных импульсов совпадает во времени с расположением исходных передних фронтов строчных синхроимпульсов четных полей изображения, а задние фронты дополнительных импульсов определяют результирующее положение передних фронтов строчных синхроимпульсов соответствующих полей в модифицированном видеосигнале. Данный частный вариант позволяет с высокой точностью осуществить требуемую модификацию синхроимпульсов видеосигнала без какого-либо нежелательного воздействия на информационную составляющую последнего. Это является важным положительным свойством способа, позволяющего с сохранением исходного качества изображения единобразно обрабатывать видеосигнал для всех существующих телевизионных систем PAL, SECAM, NTSC.

Соответствующее известное устройство [2] для реализации указанного известного способа содержит источник композитного видеосигнала, аналоговый сумматор, генератор импульсов сдвига, выполненный в виде последовательно соединенных генератора дополнительных импульсов и ключа, блок синхронизации и телевизионный дисплей, выход которого оптически связан со входом блока оптической сепарации изображений, первый и второй выходы которого оптически связаны соответственно с первым и вторым окнами наблюдения, при этом выход источника композитного видеосигнала подключен к входу блока синхронизации, входу генератора дополнительных импульсов и к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход аналогового сумматора соединен с видеовходом телевизионного дисплея.

Степень реалистичности трехмерной сцены при реализации указанного известного способа и при работе соответствующего известного устройства сильно зависит от содержания сюжета изображения. Наиболее впечатляет объемность динамических сцен с быстрым движением множества объектов вдоль экрана (по горизонтали), при таких условиях рассматриваемое квазистереоскопическое изображение по достоверности восприятия приближается к настоящему стереоскопическому изображению (получаемому с использованием стереоскопической видеокамеры).

При наблюдении быстродвижущихся объектов появляется средний план в наблюдаемой трехмерной сцене за счет кажущегося приближения указанных объектов к наблюдателю, причем кажущееся приближение конкретных объектов зависит как от скорости их движения, так и от размеров этих объектов. При этом существенный вклад в иллюзию объемности вносят динамические эффекты глубины (основным из которых является эффект Пульфриха (Pulfrich) [3]), усиливаемые здесь присутствием искусственного параллакса. Однако для случая статических (без подвижных объектов) сцен, а также для сцен без ярко выраженной исходной пространственной перспективы (в структуре исходного моноскопического изображения) почти полностью отсутствуют средний и крупный планы в наблюдаемом объемном изображении (дальний план присутствует всегда), поэтому при просмотре статических сцен возникает ощущение незаполненного пространства в непосредственной близости от экрана.

Другим недостатком известного способа (и соответствующего известного устройства) является практическая невозможность выхода формируемых с их помощью объектов или их частей в пространство между экраном и наблюдателем – трехмерная сцена всегда целиком располагается позади экрана (даже для самых быстродвижущихся объектов). Попытка осуществить реверс знака искуственного параллакса (например, за счет осуществления сдвига передних фронтов строчных синхроимпульсов в четных полях вместо нечетных при соблюдении прежнего порядка подачи двух соответствующих световых потоков в глаза наблюдателя) практически всегда ведет к потере прежней глубины объема сцены и возникновению неприятного напряжения глаз наблюдателя, хотя теоретически наблюдаемая сцена должна выйти вперед перед экраном. Однако опыт просмотра настоящих стереоскопических изображений свидетельствует о том, что выход наблюдаемых объектов перед экраном в принципе успешно воспринимается зрительной системой человека и усиливает зрелищность трехмерной сцены. Следовательно, при наблюдении квазистереоскопических изображений при помощи известного способа [2] не обеспечиваются достаточные условия для успешного восприятия зрительной системой наблюдателя сцен с максимальным ощущением объемности (в присутствии искусственного параллакса с величинами двух противоположных знаков).

Техническим результатом, достигаемым с помощью предлагаемого способа, является повышение реалистичности получаемого объемного изображения за счет реализации восприятия крупного и среднего планов как для динамических, так и для статических сцен, а также за счет реализации возможности выхода наблюдаемых объектов перед экраном.

Указанный технический результат в способе получения объемных изображений, в котором вводят временную задержку фронтов строчных синхроимпульсов видеосигнала, соответствующего исходному моноскопическому изображению, осуществляют растровую развертку полей изображения на экране, формируют первый и второй световой потоки соответственно для нечетных и четных полей (кадров) изображения, содержащего N строк, и направляют первый и второй световые потоки соответственно в левый и правый глаза наблюдателя, достигается тем, что временную задержку вводят в течение времени развертки как четных, так и нечетных полей (кадров) и изменяют величину временной задержки в соответствии с монотонной функцией от номера n строки изображения (n = 1,2,…, N), при этом величина временной задержки для каждой строки может меняться со сменой полей (кадров).

Наличие монотонного изменения величины временной задержки передних фронтов строчных синхроимпульсов в пределах времени развертки поля приводит к появлению монотонно изменяющегося искуственного параллакса вдоль направления кадровой развертки изображения (вдоль вертикали).

Важным частным вариантом способа является изменение величины временной задержки в соответствии с линейной функцией, при этом в одних (нечетных) полях линейная функция имеет максимальное значение на первой строке и нулевое значение на строке N₀ изображения, а в других (четных) полях – линейная функция имеет нулевое значение на строке N₀ и максимальное значение – на последней строке N изображения.

В этом случае для наблюдаемого изображения реализуется линейно-меняющаяся величина искусственного параллакса, которая имеет максимальное значение в начале развертки растра (вверху экрана), переходит к нулевому значению на некоторой строке изображения и далее опять возрастает по абсолютной величине, но имеет иной знак.

В результате качественно улучшается восприятие объемности в наблюдаемых сценах. Характерным является реализация непрерывного спектра планов в наблюдаемой трехмерной сцене (от дальнего до крупного) даже для полностью статической сцены. Явно восстанавливается пространственная перспектива при наблюдении практически всех видов моноскопического изображения. Это связано с тем, что практически для всех реальных (имеющих естественное происхождение) изображений (пейзажей, интерьеров, портретов) исходная удаленность его объектов, находящихся в верхней части экрана, практически всегда больше, чем исходная удаленность объектов, соответствующих средней части экрана, а удаленность объектов, находящихся в нижней части экрана, является минимальной.

Указанный технический результат в первом варианте устройства, содержащем источник композитного видеосигнала, аналоговый сумматор, генератор импульсов сдвига, блок синхронизации и телевизионный дисплей, выход которого оптически связан со входом блока оптической сепарации изображений, первый и второй выходы которого оптически связаны соответственно с первым и вторым окнами наблюдения, при этом выход источника композитного видеосигнала подключен к входу блока синхронизации, входу генератора импульсов сдвига и к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов сдвига, выход аналогового сумматора соединен с видеовходом телевизионного дисплея, достигается тем, что генератор импульсов сдвига выполнен в виде компаратора, генератора кадрового функционального сигнала и генератора строчного функционального сигнала, при этом выход компаратора является выходом генератора импульсов сдвига, инвертирующий вход компаратора подключен к выходу генератора строчного функционального сигнала, неинвертирующий вход компаратора подключен к выходу генератора кадрового функционального сигнала, а выход блока синхронизации подключен к входу запуска генератора строчного функционального сигнала и к входу запуска генератора кадрового функционального сигнала.

Формирование монотонно меняющегося по вертикали искусственного параллакса обеспечивается возможностью генерации импульсов сдвига передних фронтов строчных синхроимпульсов с длительностью, меняемой в соответствии с выбранным функциональным законом (задаваемым выполнением генераторов кадрового и строчного функциональных сигналов).

Рассмотренные способ и устройство предназначены для работы только с композитным видеосигналом.

Известно устройство [4] для получения объемного изображения, содержащее источник компонентного видеосигнала (системный блок компьютера), блок модификации синхросигнала, выполненный в виде удвоителя частоты следования кадровых синхроимпульсов, дисплей с растровой разверткой (компьютерный монитор), выход которого оптически связан со входом блока оптической сепарации изображений, первый и второй выходы последнего оптически связаны соответственно с первым и вторым окнами наблюдения, при этом R, G, В входы дисплея соединены с соответствующим входами источника компонентного видеосигнала, выходы кадровой и строчной синхронизации последнего соединены с соответствующими входами удвоителя частоты следования кадровых синхроимпульсов, а выход кадровой синхронизации и выход строчной синхронизации последнего соединены соответственно с входом кадровой и входом строчной синхронизации дисплея.

В данном известном устройстве использование удвоителя частоты ведет к тому, что компьютерный монитор работает на удвоенной частоте кадровой развертки (при сохранении прежней частоты строчной развертки), при этом результирующее изображение состоит из наложенных друг на друга верхней и нижней частей исходного изображения (идущего от системного блока компьютера). Если программно разместить в верхней части исходного изображения левый ракурс трехмерной сцены, а в нижней части – правый ракурс, то наблюдатель будет воспринимать искомую трехмерную сцену.

Недостатком данного известного устройства является невозможность преобразования исходных моноскопических изображений в объемные (квазистереоскопические).

Техническим результатом, достигаемым во втором варианте изобретения, является расширение функциональных возможностей за счет реализации преобразования моноскопических изображений в объемные (квазистереоскопические).

Указанный технический результат в устройстве для получения объемного изображения, содержащем источник компонентного видеосигнала, блок модификации синхросигнала, дисплей с растровой разверткой, выход которого оптически связан со входом блока оптической сепарации изображений, первый и второй выходы последнего оптически связаны соответственно с первым и вторым окнами наблюдения, при этом R, G, В входы дисплея соединены с соответствующим входами источника компонентного видеосигнала, выходы кадровой и строчной синхронизации последнего соединены с соответствующими входами блока модификации синхросигнала, выход кадровой синхронизации и выход строчной синхронизации последнего соединены соответственно с входом кадровой и входом строчной синхронизации дисплея, достигается тем, что блок модификации синхросигнала выполнен в виде генератора функционального сигнала и линии задержки, при этом вход и выход линии задержки являются соответственно входом и выходом строчной синхронизации блока модификации синхросигнала, выход генератора функционального сигнала соединен с входом управления линии задержки, первый и второй входы запуска генератора функционального сигнала соединены соответственно с выходом кадровой синхронизации и выходом строчной синхронизации источника компонентного видеосигнала, а вход и выход кадровой синхронизации блока модификации синхросигнала соединены между собой.

Второй вариант устройства обеспечивает формирование квазистереоскопического изображения с монотонно меняющимся искусственным параллаксом при работе с любым компьютерным монитором. Произвольный монитор может иметь систему синхронизации как от переднего, так и заднего фронта строчного синхроимпульса положительной или отрицательной полярности (в отличие от телевизионных дисплеев, которые всегда синхронизируются передними фронтами импульсов отрицательной полярности). Также компьютерные изображения характеризуются разнообразием графических мод (режимов), имеющих различные частоты кадровой и строчной развертки. Использование управляемой электронной линии задержки строчных синхросигналов позволяет работать для всех графических мод (VGA, XGA и т.д.) без какой-либо настройки блока модификации синхроимпульсов, поскольку линия задержки одинаковым образом сдвигает оба фронта синхроимпульсов независимо от полярности или частоты следования последних.

Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором представлены:
фиг.1 – вид растра изображения на экране в присутствии искуственного параллакса с линейной пространственной вариацией величины, характеризующейся как отрицательным Р^–, так и положительным Р⁺ значениями с переходом через нулевое значение Р=0;
фиг. 2 – принцип получения объемного изображения элемента изображения (пиксела) с его выходом позади или перед экраном с помощью искусственного параллакса со значениями соответственно отрицательного Р^– или положительного Р⁺ знака;
фиг.3 – формирование стереоскопической перспективы изображения с помощью искусственного параллакса, характеризующегося линейной пространственной вариацией величины;
фиг. 4 – структурная схема первого варианта устройства (случай композитного видеосигнала);
фиг.5 – форма сигналов при работе первого варианта устройства;
фиг. 6 – структурная схема второго варианта устройства (случай компонентного видеосигнала).

Конкретный пример реализации способа рассматривается для случая изменения величины задержки фронтов строчных синхросигналов по линейному закону в зависимости от номера n строки (фиг.1). В таком случае наиболее достоверно воспроизводится исходная пространственная перспектива наблюдаемой трехмерной сцены. Рассматривается композитный видеосигнал телевизионного типа – полный кадр изображения, содержащий N строк, состоит из суммы четного и нечетного полей. В видеосигнал, соответствующий исходному моноскопическому изображению, вводят временную задержку передних фронтов строчных синхроимпульсов как в четных, так и в нечетных полях, осуществляют растровую развертку полей изображения на экране 1, формируют первый 2 и второй 3 световой потоки соответственно для нечетных и четных полей и направляют первый 1 и второй 2 световые потоки соответственно в левый 4 и правый 5 глаза наблюдателя. При этом в течение времени развертки каждого четного поля (строки которого показаны пунктирными линиями на фиг.3) изменяют величину временной задержки от строки к строке в соответствии с линейной функцией от максимального значения (соответствующего максимальной величине Р^– _max, искусственного параллакса) на первой строке до нулевого значения временной задержки на строке n=N₀ кадра изображения (что соответствует нулевому значению параллакса Р=0), а в течение времени развертки каждого нечетного поля (строки которого показаны сплошными линиями) изменяют величину временной задержки в соответствии с линейной функцией от нулевого значения на строке N₀ кадра до некоторого значения Р⁺ на последней строке N кадра.

Формирование объемного изображения рассматривается сначала на примере формирования изображения одной точки, наблюдаемой за экраном (фиг.2, слева). На элементарном участке 1₁ экрана 1 сформированы отдельные элементарные световые потоки 2₁ и 3₁ (соответственно для правого 4₁ и для левого 5₁ глаз наблюдателя), идущие соответственно от левой 6₁ и правой 7₁ исходных точек. Зрительная система наблюдателя всегда формирует единый образ от двух изображений, поэтому наблюдателем будет восприниматься кажущееся изображение некоторой точки 8_l, находящейся за экраном (на пересечении продолжений оптических осей элементарных оптических потоков 3_l и 4_l). Для определенности будем считать, что рассматриваемой геометрии оптических путей соответствует параллакс (пространственный разнос между точками) отрицательного знака Р^–. Для случая параллакса Р⁺ положительного знака (фиг.2, справа), наоборот, правый глаз наблюдателя видит левую точку 6₂, а левый глаз – правую точку 7₂, поэтому. кажущееся изображение точки 8₂ будет находиться перед экраном. При этом в обоих случаях, чем больше абсолютная величина параллакса, тем дальше от экрана расположено кажущееся изображение точки (или любого объекта, представленного точками – элементами изображения). Также, чем дальше наблюдатель находится от экрана, тем больше расстояние от кажущейся точки (объекта) до экрана. Если точка 6₁ соответствует некоторому элементу (пикселу) исходного моноскопического изображения, находящегося в некоторой строке в нечетном поле, а точка 7₁ соответствует этому же элементу исходного моноскопического изображения на соответствующей строке четного поля, то при одновременном просмотре всех точек растра в присутствии линейно-меняющейся величины параллакса между изображениями в четных и нечетных полях (фиг.1) наблюдатель увидит стереоскопический образ (фиг.3) объектов 9, 10, 11, расположенных вдоль воображаемой линии 12 стереоскопической перспективы. При этом пространственная ориентация объектов наблюдаемого изображения реального мира (например, снятого моноскопической видеокамерой) существенно зависит от психофизиологических особенностей зрительной системы, а не только от геометрического расположения каждой соответствующей пары на соответствующих строках растра.

При линейном законе изменения величины искусственного параллакса (и его максимальной величине вверху экрана) кажущееся расстояние до пространственных объектов, как правило, пропорционально реальному удалению объектов-прототипов от моноскопической видеокамеры, осуществлявшей их съемку (поскольку в реальном мире объекты, находящиеся наверху наблюдаемой сцены, как правило, более удалены, чем объекты, находящиеся внизу).

Существенно, что в рассматриваемом способе отсутствуют искусственные перспективные искажения самих объектов, поэтому наблюдатель на практике воспринимает не наклонные, а вертикально ориентированные объекты, расположенные на разном расстоянии от наблюдателя. Даже при наблюдении плоских титров фильма буквы практически не наклоняются, а остаются вертикальными при их постепенном удалении от наблюдателя при рассмотрении их движения от области экрана с малым параллаксом к большому (отрицательной величины). Только самые крупные плоские объекты, занимающие существенную площадь экрана, могут приобрести малозаметный искусственный наклон. Естественные перспективные искажения (изначально присутствующие в исходном изображении) помогают зрительной системе наблюдателя в дополнении к искусственной стереоскопической перспективе воспринять близкую к реальности пространственную перспективу в наблюдаемом объемном изображении.

Монотонный характер пространственной вариации величины параллакса обеспечивает возможность дополнить ощущение объемности за счет присутствия линейно-меняющегося положительного параллакса для некоторой области изображения внизу экрана (верхней границей этой области является строка с нулевым значением параллакса). Только монотонное нарастание величины параллакса с положительной величиной от минимального (нулевого) значения позволяет зрительной системе наблюдателя адаптироваться к восприятию выдвижения части наблюдаемой сцены вперед перед плоскостью экрана по направлению к наблюдателю. Хотя действие рамки экрана препятствует ярко выраженному выдвижению вперед соответствующих объектов сцены у самого края изображения в нижней части кадра, все же достигается искомое дополнительное усиление объемности сцены в целом, особенно для стохастических объектов (например, для волнующейся водной поверхности).

В случае нелинейного изменения величины параллакса реализуются различные специальные зрительные иллюзии в наблюдаемом объемном изображении. Если дополнительно при этом величина временной задержки для каждой строки изображения изменяется во времени (со сменой кадров изображения), то реализуется динамический пространственно-временной искусственный параллакс, который позволяет перестраивать в реальном масштабе параметры наблюдаемой объемной сцены для оптимизации адаптации к любому текущему изображению.

По первому варианту устройство для получения объемного изображения (фиг. 4) содержит источник 13 композитного видеосигнала, аналоговый сумматор (операционный усилитель) 14, телевизионный дисплей 15 (выход которого оптически связан со входом блока 16 оптической сепарации изображений, первый и второй выходы которого оптически связаны соответственно с первым 17 и вторым 18 окнами наблюдения), блок синхронизации 19 и генератор 20 импульсов сдвига, который включает в себя генератор 20₁ строчного функционального сигнала, генератор 20₂ кадрового функционального сигнала и компаратор 20₃, при этом выход источника 13 композитного видеосигнала подключен к неинвертирующему входу аналогового сумматора 14 и к входу блока синхронизации 19, выход которого подключен к входу запуска генератора 20₁ строчного функционального сигнала и к входу запуска генератора 20₂ кадрового функционального сигнала, выходы последних подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам компаратора 20₃, выход которого подключен к инвертирующему входу аналогового сумматора 14, а выход последнего соединен с видеовходом телевизионного дисплея 15.

По первому варианту устройство работает следующим образом.

Композитный видеосигнал, несущий исходное моноскопическое изображение, поступает от источника 13 на неинвертирующий вход аналогового сумматора 14. На инвертирующий вход аналогового сумматора 14 в то же время поступают импульсы сдвига, вырабатываемые в генераторе 20 импульсов сдвига, при этом передний фронт импульсов сдвига всегда совпадает с передним фронтом строчных синхросигналов (изменяется только длительность импульсов сдвига). Вычитание импульсов сдвига из исходных строчных синхроимпульсов с помощью аналогового сумматора 14 позволяет изменить положение передних фронтов результирующих строчных синхроимпульсов на выходе аналогового сумматора 14.

Рассмотрим реализацию линейно-меняющегося параллакса с нулевым значением на центральной строке кадра (состоящего из четного и нечетного полей), выше которой параллакс имеет отрицательное значение, а ниже – положительное. С этой целью генератор 20₁ строчного функционального сигнала и генератора 20₂ кадрового функционального сигнала выполнены в виде генераторов треугольных импульсов (фиг. 5). Слева показан сигнал 21, вырабатываемый генератором 20₁ строчного функционального сигнала в начале развертки каждой строки как четного, так и нечетного поля. Справа показан сигнал 22 на выходе генератора 20₂ кадрового функционального сигнала; длительность этого сигнала соответствует суммарной длительности четного и нечетного полей. Последний сигнал является опорным для компаратора 20₃. Для некоторой строки в начале развертки четного поля величина сигнала 22 мала, что означает малое значение опорного напряжения на неинвертируюшем входе компаратора 20₃, поэтому реализуется широкий импульс 23 сдвига (на выходе компаратора 20₃), который, поступая на инвертирующий вход аналового сумматора 14, приведет к большому сдвигу переднего фронта строчных синхроимпульсов композитного видеосигнала (поступающего на неинвертирующий вход аналового сумматора 14) и соответственно к большой величине параллакса Р^– отрицательного знака для рассматриваемой строки четного поля. Менее широкий импульс сдвига 24 (меньшее значение параллакса) соответствует некоторой строке четного поля, расположенной ближе к его середине, поскольку для этой строки величина сигнала 22 больше. Наконец, на средней строке n=N/2 кадра импульс сдвига не образуется, и величина параллакса равна нулю (Р=0). При развертке нечетного поля импульс сдвига образуется только для строки кадра с номером n=N/2+1, при этом реализуется параллакс противоположного (положительного) знака, и его величина достигает максимального значения P⁺ _max на последней строке нечетного поля. В итоге развертки четного и нечетного полей формируется полный кадр изображения из N строк, на первой строке (вверху) которого реализован отрицательный параллакс максимальной величины, который линейно снижается до нуля на средней строке кадра, а затем меняет знак и линейно нарастает до максимального значения на последней строке (внизу) кадра.

Для реализации нелинейно-меняющегося параллакса отрицательного знака с максимальным значением в начале кадра и нулевым значением в конце кадра генератор 20₂ кадрового функционального сигнала выполнен в виде генератора сигнала соответствующей формы, которая описывается выбранной нелинейной монотонной функцией (пунктирная кривая 25 на фиг.5).

Конкретным примером выполнения блока 16 оптической сепарации изображений являются коммутационные жидкокристаллические стереоочки с блоком управления, которые открывают только правое окно 17 наблюдения на время развертки четных полей и только левое окно 18 наблюдения – на время развертки нечетных полей.

По второму варианту устройство содержит источник 26 компонентного R, G, В видеосигнала (системный блок компьютера), блок задержки 27 (содержащий блок управления 27₁, управляемую линию 27₂ задержки и генератор 27₃ функционального сигнала), компьютерный дисплей 28 и блок 29 оптической сепарации изображений, вход которого оптически связан с выходом компьютерного дисплея 26, а первый и второй выходы – соответственно с первым 30 и вторым 31 окнами наблюдения, при этом R, G, В выходы источника 26 компонентного видеосигнала соединены с соответствующими входами компьютерного дисплея 28, выход кадровой синхронизации источника 26 компонентного видеосигнала соединен с соответствующими входами компьютерного дисплея 27 и блока управления 27₁, выход которого соединен с входом генератора 27₂ функционального сигнала, выход последнего соединен с входом управления управляемой линии 27₃ задержки, информационные вход и выход которой соединены соответственно с выходом строчной синхронизации источника 26 компонентного видеосигнала и входом строчной синхронизации компьютерного дисплея 28.

Работа устройства по второму варианту основана на задержке строчных синхросигналов целиком без какого-либо изменения их формы, длительности или полярности, что реализуется пропусканием синхросигналов через управляемую линию 27₃ задержки, при этом текущая величина сигнала на входе управления последней определяет текущую величину задержки синхроимпульсов. Сигнал управления заданной формы обеспечивается соответствующим выполнением генератора 27₃ функционального сигнала.

Конкретный пример выполнения линии задержки 27₃ в виде цепочки последовательно соединенных логических элементов структуры КМОП.

При этом входом управления линии задержки являются соединенные параллельно между собой порты питания логических элементов. При работе в области минимально допустимых величин напряжения питания (около 3В для микросхем серии 561) достигаются величины задержки строчных синхроимпульсов порядка микросекунды, что является достаточным для реализации требуемых величин параллакса.

В рассмотренных вариантах устройства можно использовать как дисплеи прямого наблюдения, так и проекторы. В первом случае используются дисплеи с малым временем послесвечения _D люминофора (по сравнению с временем Т_F кадровой развертки), что позволяет осуществить временную оптическую сепарацию четных полей от нечетных.

Сепарация изображений по различию в состоянии поляризации световых потоков может использоваться при любом соотношении между временами Т_D и Т_F. Для этого дисплей выполняют в виде первого и второго проекторов (например, жидкокристаллических), выходы которых объединены на общем экране, при этом один из проекторов воспроизводит только четные поля, а второй – нечетные.

ЛИТЕРАТУРА
1. Патент США 6108005, МКИ G 06 T 15/10, НКИ 345/419, опублик. 22.08.00.

2. Патент РФ 2113771, МКИ H 04 N 15/00, заявл. 11.10.96, опублик. 20.06.98.

3. Brauner J. D., Lit A. The Pulfrich effect, simple reaction time and intensity discrimination. – American Journal of Psychology, 1976, v.89, 1, pp.105-114.

4. Sawdai D. , Hamlin G., Swift D. Software issues for PC-based stereoscopic displays: how to make PC users see stereo. – Proceedings Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1998, v.3295, pp.23-34.

Формула изобретения

1. Способ получения объемных изображений, в котором вводят временную задержку фронтов строчных синхроимпульсов видеосигнала, соответствующего исходному моноскопическому изображению, осуществляют на экране растровую развертку полей (кадров) изображения, содержащего N строк, формируют первый и второй световые потоки соответственно для нечетных и четных полей (кадров) изображения и направляют первый и второй световые потоки соответственно в левый и правый глаза наблюдателя, отличающийся тем, что временную задержку вводят в процессе развертки как четных, так и нечетных полей (кадров) и изменяют величину временной задержки в соответствии с монотонной функцией от номера n строки изображения (n= 1,2,…, N), при этом величина временной задержки для каждой строки может меняться со сменой полей (кадров) изображения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величина временной задержки в нечетных полях (кадрах) описывается линейной функцией с максимальным значением на первой строке изображения и с нулевым значением на строке N₀ изображения, а в четных полях (кадрах) – линейной функцией с нулевым значением на строке N₀ и с максимальным значением на последней строке N изображения.

3. Устройство для получения объемного изображения, содержащее источник композитного видеосигнала, аналоговый сумматор, генератор импульсов сдвига, блок синхронизации и телевизионный дисплей, выход которого оптически связан со входом блока оптической сепарации изображений, первый и второй выходы которого оптически связаны соответственно с первым и вторым окнами наблюдения, при этом выход источника композитного видеосигнала подключен к входу блока синхронизации, входу генератора импульсов сдвига и неинвертирующему входу аналогового сумматора, инвертирующий вход которого соединен с выходом генератора импульсов сдвига, выход аналогового сумматора соединен с видеовходом телевизионного дисплея, отличающееся тем, что генератор импульсов сдвига выполнен в виде компаратора, генератора кадрового функционального сигнала и генератора строчного функционального сигнала, при этом выход компаратора является выходом генератора импульсов сдвига, инвертирующий вход компаратора подключен к выходу генератора строчного функционального сигнала, неинвертирующий вход компаратора подключен к выходу генератора кадрового функционального сигнала, а выход блока синхронизации подключен к входу запуска генератора строчного функционального сигнала и входу запуска генератора кадрового функционального сигнала.

4. Устройство для получения объемного изображения, содержащее источник компонентного видеосигнала, блок модификации синхросигнала, дисплей с растровой разверткой, выход которого оптически связан со входом блока оптической сепарации изображений, первый и второй выходы последнего оптически связаны соответственно с первым и вторым окнами наблюдения, при этом R, G, В входы дисплея соединены с соответствующим входами источника компонентного видеосигнала, выходы кадровой и строчной синхронизации которого соединены с соответствующими входами блока модификации синхросигнала, выход кадровой синхронизации и выход строчной синхронизации последнего соединены соответственно с входом кадровой и входом строчной синхронизации дисплея, отличающийся тем, что блок модификации синхросигнала выполнен в виде генератора функционального сигнала, управляемой линии задержки и блока управления, при этом информационные вход и выход управляемой линии задержки являются соответственно входом строчного синхросигнала и выходом строчного синхросигнала блока модификации синхросигнала, выход генератора функционального сигнала соединен с входом управления управляемой линии задержки, а вход генератора функционального сигнала соединен с выходом блока управления, первый и второй входы которого являются соответственно входом кадровой синхронизации и входом строчной синхронизации блока модификации синхросигнала, при этом вход и выход кадровой синхронизации блока модификации синхросигнала соединены между собой.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что линия задержки выполнена в виде цепочки последовательно соединенных между собой логических элементов структуры КМОП, при этом входом управления линии задержки являются соединенные параллельно между собой порты питания логических элементов.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 09.06.2003

Извещение опубликовано: 20.11.2004 БИ: 32/2004