Стереоскопическая телевизионная система

 

Изобретение относится к телевизионной технике, в частности к замкнутым телевизионным 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 Н 04 N 13/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4880664/09 (22) 05.11.90 (46) 07.01,93. Бюл, М 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения (72) О.И,Лупанав, А.Н.Ратников и Г,А.Сущев (73) Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения (56) Техника средств связи. Серия: Техника телевидения, 1989, вып, 4, с, 38-41. (54) СТЕРЕОСКОПИЧЕСКАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА

„„ЯХ„„1787315 АЗ (57) Изобретение относится к телевизионной технике, в частности к замкнутым телевизионным 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

17S7315 состоит из широкоугольного 3 и узкоугольного 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 (1б) автоматического регулирования диафрагмы..

Телевизионйый стереоскоп 2 состоит из широкоугольного 17 и узкоугольного 19 телевизионно-оптических каналов, каждый канал содержит видеопроомотровое устройство (В ПУ) 9 (20) с экраном 21 (22), окуляр 23 (24), а в узкоугольном канале на экране ВПУ установлен светофильтр 25. Установка на экИзобретение относится к телевизионной технике, в частности к замкнутым телевизионным системам, и может быть использовано в системах технического зрения для дистанционного управления меха- 5 н измами.

Известна стереоскопическая телевизионная система, содержащая передающую стереотелевизионную камеру, располагаемую на дистанционно-управляемом пово- 10 ротном устройстве, нашлемное стереовоспроизводящее устройство и датчик направления, с помощью которого вырабатываются сигналы управления поворотным устройством. В стереоскопической камере 15 использованы одна передающая трубка, один обьектив. и зеркальное устройство, обеспечивающее формирование стереопары на левой и правой частях ТВ-растра.

Система содержит нашлемное стереоуст- 20 ройство, включающее кинескоп и зеркальноеустройство проецирования изображения в . правый и левый глаз оператора.

Известна также стереотелевизионная система дистанционного управления мно- 25 гофункциональным армейским подвижным устройством на колесах приемника классического джипа, Оператор наблюдает за территорией, где перемещается устройство через вмонтированный в шлем стереоско- 30 пический индикатор, который получает сигналы от двух одинаковых телекамер (стереокамеры), расположенных на водительском месте на уровне головы. Недостатком приведенных систем является 35 невозможность реализовать на базе существующей стандартной телевизионной аппаратуры одновременно широкий угол обзора (40-60 ) необходимый для ориентирования в пространстве, и высокую угловую 40 ране 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, 3а счет введения электроприводов диафрагма объективов, входы которых отключены к выходу видеоусилителя узкоугольного канала, обеспечивается одинаковая яркость стереоскопической эоны телевизионного изображения обоих каналов и широкий световой диапазон стереотелевизионной системы, 1 ил. 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 уп.равления. Такие функции можно реализовать с помощью ТВ-системы, при работе с которой у оператора создается ощущение нахождения в передаваемом пространстве, В этом случае от телевизионной 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 механизмами.

Наиболее близким решением к изобретению является разномасштабная стереотелевизионная система, которая содержит телевизионную камеру, включающую широкоугольный и узкоугольный оптические каналы, в каждый из которых входят оптические связанные объектив с регулируемой диафрагмой и фотоприемник, электронный блок, состоящий иэ синхрогенератора, формирователей средних напряжений фотоприемника и видеоусилителей, обеспечивающий работу фотоприемников и формирование видеосигналов, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника узкоугольного канала, телевизионного

1787315

25

35

50 стереоскопа, широкоугольный и узкоугольный оптические каналы которого включают окуляр и видеопросмотровое устройство (ВПУ), причем вход ВПУ широкоугольíого 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 централbHoé и периферийной частями изображения, обусловленной краями прямоугольного растра на экране видеопросмотрового устройства узкоугольного канала, Зрительный анализатор, обладая свойством подчеркивания границ перепадов яркости, усиливает видность рамки. Видимый контур рамки на синтезируемом иэображении 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 пол ному разрушению телевизионного иэображения при превышении освещенности на обьекте максимально допустимой величины, или к допустимому снижению "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 стереокамеры при выполнении условия обеспечения одинаковой яркости телевизионного изображения в зоне стереоэффекта.

Указанная цель достигается тем, что в стереоскопическую телевизионную систему, содержащую телевизионную стереокамеру, состоящую из широкоугольного и узкоугольного оптико-телевизионных каналов, в каждый из которых входят оптически связанные обьектив и регулируемая диафрагма, фотоприемник, а, также, видеоусилитель, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника, а управляющие входы подключены к первым выходам синхрогенератора, вторые входы которого соединены через формирователь фазных напряжений с входами фотоприемника, телевизионный стереоскоп, состоящий из широкоугольного и узкоугольного телевизионно-оптических каналов, в.каждый из кото" 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 узкоугольного канала стереоскопа подключен к выходу видеоусилителя узкоугольного канала стереокамеры, введены светофильтр, который установлен на экран ВПУ узкоугольного канала и в каждый канал стереокамеры введены электроприводы диафрагмы объективов, входы которых подключены к выходу видеоусилителя узкоугольного канала стереокамеры

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемая стереоскопическая телевизионная система отличается от известной тем, что для устранения эффекта рамки на экран кинескопа ВПУ узкоугольного канала устанавливается светофильтр, прозрачность которого в краевой "îíå экрана изменяется по экспоненциальному закону от полного пропускания света до непрозрачного состояния, благодаря чему устраняется резкая граница в перепаде яркости на краю растра, Кроме того, в каждый канал стереокамеры введены электроприводы диафрагмы обьективов, входы которых подключены к выходу видеоусилителя узкоугольного канала стереокамеры, благодаря чему не только расширяется световой диапазон стереокамеры, но и обеспечивается одинаковая яркость стереоскопической зоны телевизионного изображения обоих каналов, так как управление диафрагмами обьективов осу1787315 ществляется 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 TB-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 — светофильтр установлен; яркое световое пятно в периферийной зоне широкоугольного канала, электропривод 15 подключен к выходу видеоусилителя 14.

Стереоскопическая телевизионная система (фиг. 1) содержит телевизионную сте- реокамеру 1 и телевизионный стереоскоп 2, Телевизионная стереокамера 1 состоит из широкоугольного 3 и узкоугольного 4-оптико-телевизионных каналов, синхрогенератора 5 и формирователя 6 фазных напряжений.

Каждый канал содержит объектив 7 (8) 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 18 телевизионно-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 йспользуются, например, матричные приборы с зарядовой связью типа

Ф ПЗС4М.:

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

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

20

35

40 Объектив 7 широкоугольного канала 3 стереокамеры 1 проецирует на фоточувст45

50 фазы секции накопления. Во время импуль55 са гашения полей осуществляется парал5

10 которых подключены к первому выходу синхрогенератора 5, Выход видеоусилителя 14 узкоугольного канала 4 камеры 1 подключены к входам электроприводов 15 и 16 диафрагм объекти- . вов широкоугольного 3 и узкоугольного 4 каналов стереокамеры 1. Электропривод 15 широкоугольного канала камеры механически связан с диафрагмой 9 объектива 7, а электропривод 16 узкоугольного канала — с диафрагмой 10 объектива 8.

Выходы видеоусилителей 13, 14 широкоугольного 3 и узкоугольного 4 каналов стереокамеры 1 подключены к соответствующим 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 размеров изображения на экранах ВПУ известны.

На экране 22 видеопросмотрового устройства 20узкоугольного канала 18 устанавливается светофильтр 25, коэффициент пропускания которого в краевой зоне телевизионного изображения изменяется по экспоненциальному закону от полного пропускания света до непрозрачного состояния. Размеры и конфигурация светофильтра должны соответствовать экрану ВПУ. Конфигурация светофильтра и распределение коэффициента пропускания по площади светофильтра приведены на фиг. 2, Светофильтр может быть изготовлен, например. путем нанесения цветопоглощающего материала на плоскопараллельную стеклянную пластину, Стереоскопическая телевизионная система работает следующим образом вительную поверхность фотоприемника 11 изображение передаваемого сюжета. Объектив 8 узкоугольного канала 4 проецирует на фоточувствительную поверхность фотоприемника 12 изображение центральной части передаваемого сюжета. В фотоприемниках 11 и 12 накопление полезной информации в виде зарядовых пакетов, величина которых пропорциональна освещенности элементов фотоприемника, производится в нечетных полях под электродами одной фазы, а в четных полях под электродами другой лельный сдвиг накопленных зарядовых пакетов, соответствующих одному из полей кадра, в защищенные от света секции накопления фотоприемников. В течение следующего поля с освободившихся от зарядов

i7873i5 светочувствительных секциях происходит процесс накопления, а из секций памяти зарядовых пакеты построчно переводятся в выходные регистры фотоприемников.

В течение прямого хода строчной развертки зарядовые пакеты последовательно выводятся из регистров фотоприемников 11 и 12 через выходные устройства на видеоусилители 13 и 14, в которых производится усиление и обработка сигналов, формирование йолных телевизионных сигналов с помощью синхроимпульсов, поступающих от синхрогенератора 5.

Управление работой фотоприемников

11 и 12 осуществляется с помощью формирователя 6 фазных напряжений, формирователь

6 фазных напряжений из двухуровневых последовательностей импульсов, вырабатываемых. синхрогенератором 5, формирует трехфазные многоуровневые импульсные последовательности для управления секциями накопления и памяти, а также выходных регистров приборов с зарядовой связью. Видеоусилители 13 и 14 усиливают выходной сигнал фотоприемников 11 и 12, и формируют на выходах каналов 3 и 4 камеры

1 стандартные телевизионные сигйалы.

Телевизионные сигналы с выходов стереокамеры 1 поступают на соответствующие входы ВПУ 19 и 20 широкоугольного 17 и узкоугольного 18 каналов телевизионного стереоскопа 2. Оператор наблюдаеттелевизионное 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 21 и 22 ВПУ 19 и 20, а также возникающего у оператора зрительного восприятия приведены на фиг.

3,4и5и6.

Ка 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

20

30

35 введения электроприводов диафрагм объективов, входы которых подключены к выхообеспечивается одинаковая яркость стерео- скопической зоны телевизионного изобра4о.жения обоих каналов и широкий диапазон

10

55 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-иэображение 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 коT0poIo 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 ду видеоусилителя узкоугольного канала, стереотелевизионной системы.

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

Формула изобретения

Стереоскопическая телевизионная система, содержащая телевизионную стереокамеру, состоящую из широкоугольного и узкоугол ь ного опти ко-теле в изио н н ых каналов, в каждый из которых входят оптически связанные объектив и регулируемая диафрагма, фотоприемник, видеоусилитель, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника, а у-,р;.;;ля,ощие входы — к первым выходам синкпог нера12

1787315

Фиг. 2 ". тора, вторые выходы которых соединены через формирователь фазных напряжений с входами фотоприемника, и телевизионный стереоскоп, состоящий йз широкоугольного и узкоугольного телевизионно-оптических каналов, в каждый из которых входят окуляр и видеопросмотровое устройство, причем экран видеопросмотрового устрой ства и окуляр оптически связаны, вход видеопросмотрового устройства широкоугольного канала стереоскопа подключен к выходу видеоусилителя широкоугрльного канала стереокамеры, а вход видеопросмотрового устройства узкоугольного канала стереоскопа подключен к выходу видеоусилителя узкоугольного канала стереокамеры, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества изображения путем устранения эффекта рамки и расши5 рения светового диапазона камеры, в каждый канал стереокамеры введены электроприводы диафрагмы объектива, входы которых подключены к выходу видеоусилителя. узкоугольного канала камеры, а на

10 экран видеопросмотрового канала стереоскопа установлен светофильтр, прозрачность которого в краевой зоне экрана изменяется по экспоненциальному закону от полного пропускания света до непрозрач15 ного состояния, 1787315

1787315

1787315 а) в) 1787315

Составитель Г. Сущев

Техред М,Моргентал Корректор Н, Гунько

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 275 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5