Способ формирования объемного изображения

 

Изобретение относится к области телевидения и может быть использовано в системах объемного телевидения, а также в тренажерах и объемных телеиграх. Достигаемым техническим результатом предполагаемого изобретения является уменьшение времени формирования объемного изображения за счет исключения времени совмещения базового изображения и изображений ракурсов с линзовым растром. Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе формирования объемного изображения, включающем формирование базового изображения и изображений ракурсов, определение угловых координат зрачков телезрителей и формирование изображений ракурсов с помощью линзового растра в направлении зрачков телезрителей с числом формируемых ракурсов, равным числу зрачков телезрителей, до формирования базового изображения, в качестве которого используют белое поле, определяют положение базовой точки, фиксируют моменты прохождения световыми пучками минимального расстояния от базовой точки и значение этого расстояния, формируют сигналы поправок по азимутальной и угломестной координатам для каждой линзы линзового растра, а формирование изображений ракурсов осуществляют с учетом значений сигналов поправок, причем в качестве линзового растра используют линзовый растр с произвольным размещением линз. 7 ил.

Предполагаемое изобретение относится к области телевидения и может быть использовано в системах объемного телевидения (ОТВ), а также в тренажерах и объемных телеиграх.

Известен способ получения объемного изображения с помощью линзового растра. В этом способе производят формирование базового изображения, изображений ракурсов для ряда углов дискретизации, совмещение изображений ракурсов с линзовым растром с последующим формированием каждой линзой растра базового изображения под определенным ракурсом.

Недостатком способа является его сложность, обусловленная необходимостью последовательного формирования множества изображений под разными ракурсами. Недостатком способа является наличие в нем трудоемкой операции совмещения изображений ракурсов с линзовым растром, вследствие чего сам способ формирования объемного изображения трудоемок и требует длительного времени для осуществления.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение времени формирования объемного изображения за счет исключения времени совмещения базового изображения и изображений ракурсов с линзовым растром.

Для достижения этой цели в предлагаемом способе формирования объемного изображения взамен операции совмещения перед формированием базового изображения предлагается ввести операцию адаптации развертки кинескопа воспроизводящего блока к линзовому растру с произвольно расположенными на нем линзами. Причем на экране кинескопа формируют белое поле (т.е. исключают модуляцию луча), фиксируют моменты времени появления светового пучка, сформированного каждой линзой линзового растра, на минимальном расстоянии от базовой точки (в качестве этой точки может быть выбрана точка на расстоянии 1500 мм от центра экрана кинескопа на нормали к его центру), а также величину этого минимального отклонения светового пучка от базовой точки по вертикали; с учетом этих данных формируют сигналы индивидуальной поправки по азимутальной β и угломестной e координате для каждой линзы растра, с учетом сигналов индивидуальных поправок формируют изображения тех ракурсов, в которых находится глаз телезрителя.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется фиг. 1-7 чертежа, на которых представлены соответственно на фиг. 1 формирование положения яркостных точек на экране кинескопа воспроизводящего блока при наличии сигнала ошибки воспроизведения (а), а также при отсутствии сигнала ошибки (б), т.е. требуемое положение яркостной точки для реального линзового растра; на фиг. 2 функциональная схема устройства, реализующего заявляемый способ; на фиг. 3 блок-схема этого устройства для реализации операции адаптации в заявляемом способе; на фиг. 4 схема (а) и временная диаграмма сигналов (б) на входах элементов блока сигнала ошибки по азимуту (БСОА) при формировании сигналов индивидуальных поправок; на фиг. 5 блок-схема этого устройства при формировании базового изображения и изображений ракурсов; на фиг. 6 формат машинного слова (а) и циклограмма работы вычислителя (б); на фиг. 7 происхождение и величина смещения точки на экране кинескопа при смещении зрачка телезрителя: а при смещении вдоль по нормали к экрану, б при угловом смещении.

Как в заявляемом способе, так и в прототипе объемное изображение создается яркостными точками на экране кинескопа и световыми трубками, формируемыми линзами растра, причем, если число зрачков задано, например их три, то каждая линза формирует не более трех элементарных световых трубок; для зрачка N (см. фиг. 1а) линзой N 3 растра формируется изображение лишь какой-нибудь одной точки (например, точки А); для другого зрачка М изображение этой же точки А формируется другой линзой: N 2 на фиг. 1а. Таким образом каждая линза может формировать максимальное число точек, равное числу зрачков телезрителей. (На фиг. 1а число зрачков равно 3, т.к. один из двух телезрителей одноглазый).

В известном способе предполагаются идеальное согласование положений оптических центров линз в линзовом растре относительно экрана кинескопа, а развертка кинескопа идеально линейной. Реальное положение центров линз линзового растра может быть сдвинуто как по вертикали, так и по горизонтали случайным образом, а нелинейность и дисторсия развертки лишь усугубляют положение. Фиг. 1а поясняет сказанное, причем при равномерном расположении линий строчной развертки (направление строчной развертки перпендикулярно плоскости чертежа, а место прохождения строки в этом случае обозначено кружками) в окрестность точки A_o, где находится расчетное расположение базового изображения, попадает лишь луч от линзы N 2 (см. фиг. 1а, пунктирные линии), остальные лучи могут быть значительно отклонены и не будут участвовать в формировании базового изображения. Для того, чтобы все линзы участвовали в образовании базового изображения, яркостная точка, возбуждаемая на экране кинескопа, должна находиться на прямой, соединяющей базовую точку с оптическим центром соответствующей линзы (на фиг. 1а показаны сплошными линиями, а положения яркостных точек на экране кинескопа должны быть смещены на величину отрезков, выделенных на фиг. 1а жирными черточками). При этом для воспроизведения базового изображения луч кинескопа должен описывать некоторую сложную траекторию, показанную на фиг. 1б пунктиром (сплошной линией показана часть строчно-кадровой развертки кинескопа в способе-прототипе). На фиг. 1б также показаны ошибки положения луча при воспроизведении базового изображения в способе-прототипе.

Для того, чтобы устранить трудоемкую операцию совмещения каждой линзы с параметрами развертки, предлагается перед формированием базового изображения и изображений ракурсов провести операцию адаптации линзового растра с произвольным размещением линз с сигналами развертки кинескопа.

Заявляемый способ, реализуемый устройством (фиг. 2), предполагает проведение операции адаптации линзового растра с сигналами развертки кинескопа как при воспроизведении базового изображения, так при воспроизведении изображений ракурсов.

Устройство включает в себя воспроизводящий блок 1 (телевизор с кинескопом и линзовым растром 2), блок формирования координат (БФК) 3 телезрителя 4, линейку фотоприемников (ЛФП) 5, программируемый блок памяти (ПБП) 6, блок ввода-вывода (БВВ) 7, вычислитель 8, блок поправок (БП) 9 и блок памяти сигналов базового изображения (БПБИ) 10. БФК 3 может быть выполнен в виде оптического локатора. Телезритель 4 находится в произвольном месте перед экраном воспроизводящего блока 1, центр линейки фотоприемников 5 размещен в базовой точке A_o на нормали к центру экрана кинескопа воспроизводящего блока 1 на расстоянии 1500 мм от экрана кинескопа блока 1, а линейка 5 ориентирована вертикально. Блок 1 через линзовый растр 2 оптически связан с линейкой фотоприемников 5, зрачки телезрителя 4 также оптически связаны с блоком формирования координат 3. С вычислителем 8 связаны электрически воспроизводящий блок 1, блок формирования координат 3 и через блок ввода-вывода 7 ПБП 6. Линейка фотоприемников 5 связана электрически с блоком сигналов поправок 9, который, в свою очередь, через блок ввода-вывода 7 связан с ПБП 6. Вычислитель 8 связан электрически с БПБИ 10. В качестве БФК может быть использован, например, оптический локатор, а в качестве вычислителя - персональный компьютер IBM PC/AT 386/387.

Устройство для реализации заявляемого способа работает следующим образом. В режиме адаптации воспроизводящий блок 1 формирует стандартную развертку луча без модуляции, поле текущих адресов для ПБП 6, тактовые импульсы для блока сигналов поправок 9.

В поле адресов ПБП 6 фиксируются текущие координаты воспроизводимых точек, а в поле данных ПБП фиксируются адреса с поправками, вырабатываемые с помощью блока сигналов поправок 9 и линейки фотоприемников 5. В этом режиме блок формирования координат 3, вычислитель 8 и БПБИ 10 отключены. По окончании операции адаптации в поле данных ПБП 6 фиксируются координаты всех точек базового изображения белого поля, т.е. если после адаптации зрачок телезрителя 4 будет находиться в точке A_o, он увидит равномерный белый фон.

Воспроизводящий блок 1 включает в себя кинескоп 11 с экраном и линзовым растром 2, строчную и кадровую магнитные отклоняющие системы 12 и 13, электростатическую систему вертикального отклонения 14 и модулятор 15 для управления яркостью и цветностью луча.

Количество фотоприемников N_ф в ЛФП 5 выбирается достаточно большим (N_ф>D_л/d, где d диаметр светящегося пятна на экране кинескопа, а D_л диаметр линзы ЛР 2) для того, чтобы перекрыть зону возможных положений светового пятна от яркостной точки кинескопа 11, а расстояние между элементами ЛФП 5 равно или меньше диаметра светового пятна.

Работу устройства в режиме "адаптация" поясняет блок-схема фиг. 3. Кинескоп 11 воспроизводит немодулированный телевизионный растр, при этом генераторы строчной 12 и кадровой 13 развертки работают в стационарном режиме, а модулятор 15 и блок отклонения по вертикали 14 отключены. Бегущий телевизионный немодулированный луч обегает последовательно все зоны экрана кинескопа 11, формируя в пространстве между кинескопом 11 и окрестностью базовой точки A_o бегущие световые трубки. Поскольку размер пятна луча кинескопа значительно (в 5-10 раз) меньше диаметра линзы и существенно меньше шага строки (шаг строки здесь расстояние между центрами двух соседних строк), то положение линии, которую описывает центр световой трубки, может иметь сдвиг по вертикали относительно базовой точки A_o. Линейка фотоприемников 5 расположена таким образом, чтобы перекрыть зону неопределенности в вертикальном положении световых трубок. Таким образом, независимо от первоначальной ошибки в положении луча кинескопа 11 и центра любой линзы линзового растра 2 эта линза обязательно, хотя бы однажды за кадр, сформирует такую бегущую световую трубку, которая пересечет один из фотоприемников линейки 5. Номер фотоприемника линейки 5, зарегистрировавшего факт попадания на него светового потока от линзы растра, определяет величину вертикального смещения луча кинескопа 11 относительно центра этой линзы, а несовпадение момента попадания этого светового потока на одну из линз линейки 5 с расчетным моментом времени определяет величину горизонтального смещения в положении оптического центра этой линзы. Импульсы начала строки (ИНС) и начала кадра (ИНК) синхронизируют работу двух счетчиков (16, 17), работающих от тактового генератора (18); счетчики обеспечивают адресацию записываемых сигналов с выхода БП 9 в ПБП 6. Тактовый генератор 18 имеет устройство подстройки частоты, позволяющее одному из счетчиков (счетчику младших разрядов 17) переполняться в момент прихода ИНС. Счетчик старших разрядов 16 фиксирует номер строк развертки кинескопа. Счетчик 17 сбрасывается в O по R-входу импульсами ИНС, а счетчик 17 импульсами ИНК генератора 13. Счетчики 16 и 17 образуют поле адресов БП 9. Кроме того, в поле адресов, например, в старший разряд записывается служебный импульс блока угломестных поправок (БУП) 19, обозначающий факт наличия сигнала по этому адресу от одного из фотоприемников линейки 5. Блок угломестных поправок 19 преобразует номер фотоприемника линейки 5 в двоичный код, который записывается в соответствующих разрядах регистра 7 и ПБП 6. В адресные разряды регистра 7 и ПБП 6 записываются данные о текущем положении луча кинескопа 11. Блок азимутальных поправок (БАП) 20 определяет сигнал ошибки по азимуту по отклонению момента пересечения световой трубкой одного из фотоприемников линейки 5 от ожидаемого момента времени.

На фиг. 4 приведена блок-схема блока азимутальной поправки (БАП). Схема работает следующим образом. В исходном состоянии на n-разрядном D-входе реверсивного счетчика (PC) 21 записан лишь старший разряд. После последовательного прихода импульса сброса по R-входу и импульса записи к этому разряду добавляются или вычитаются импульсы, сосчитанные по цепи: генератор тактовых импульсов 18, схема совпадений 24, счетный вход реверсивного счетчика PC 21. Вариант алгебраического суммирования устанавливается цепью: вспомогательный счетчик (BcC) 23, имеющий разрядность n-1. Этот счетчик обнуляется и T-триггер (22) меняет свое состояние в середине между сигналами N ожидаемого прохода импульсов (см. временную диаграмму фиг. 4δ для сигналов А и Б). Интервал времени между приходом N и n импульсов с выхода линейки фотоприемников формируется элементами ИЛИ (26). Этот интервал, измеренный количеством тактовых импульсов, по сути дела и определяет азимутальную поправку b_п для ПБП 6. В течение этого интервала опрокидывается Т-триггер (25) и разрешает осуществить алгебраическое суммирование с помощью элемента совпадений (24) определенное число, равное числу пропущенных тактовых импульсов от ГТИ 18.

Режим "воспроизведение" иллюстрируется фиг. 5. В этом режиме базовое изображение воспроизводится яркостными точками, вводимыми из БПБИ 10 через блок ввода-вывода в ОЗУ 31 вычислителя 8. Общее число точек в кадре всегда меньше числа линз в линзовом растре, так как часть линз не участвует в создании изображения в данном кадре.

Формат 32-разрядного слова, отображающего положение точки в плоскости какого-либо плана, N плана, отражающего его глубину, а также яркость и цвет точки, приведен на фиг. 6. Один из разрядов используется как служебный, позволяющий определять наличие воспроизводимой точки. Если в этом разряде записан "0", то никакие вычисления с данными по этому адресу не производятся, из всего слова используется лишь бит звукового сопровождения и система переходит к работе с другой точкой, 5 старших разрядов слова определяют сцены, т. е. ее глубину относительно базовой точки 5 разрядов позволяют определить положение 32 плоских планов, из которых в дальнейшем и будет синтезировано объемное изображение; 32 плоских плана позволяют получить вполне качественное воспроизведение объемного изображения. 19 разрядов слова отводятся на определение положения точки в данном плоском плане: из них 10 разрядов на азимутальное, а 9 разрядов на угломестное положение точки. Из оставшихся 7 разрядов 3 отводятся на определение яркости, 3 цвет точки, а один разряд на звуковое сопровождение.

При операции "воспроизведение" базового изображения с помощью ПБП 6 производят поправку адресов точек базового изображения под индивидуальную систему кинескоп линзовый растр. Величина и знак поправки для каждой точки как по азимуту, так и по углу места определялись ранее при операции "адаптация" и содержатся в ПБП 6.

Блок-схема системы ОТВ в режиме "воспроизведение", приведенная на фиг. 5, общая как при воспроизведении базового изображения, так и изображений ракурсов. В этом режиме генераторы строчной 12 и кадровой 13 развертки, генератор тактовым импульсов 18, а также счетчики 16 и 17 работают в рассмотренном ранее режиме, однако их выходы соединены с входами А цифрового компаратора (ЦК) 30, образуя текущий адрес воспроизводимой точки. На входы Б этого же компаратора приходит адресная часть слова из ОЗУ 31 вычислителя, включающего в себя также процессор сигналов (ПС) 27, блок ввода-вывода 7 и дешифратор 29. При совпадении чисел по входам А и Б ЦК 30 на его выходе появляется текущий адрес точки, которую нужно воспроизвести, этот адрес появляется на входе ПБП 6, кроме того, ЦК 30 вырабатывает в этот момент управляющий импульс для считывания числа из ПБП 6 по данному адресу. Число на выходе ПБП 6, определяющее истинное положение точки, с поправками для конкретной системы кинескоп линзовый растр поступает на D-входы БВВ 7, выполненного в виде регистра, на управляющий вход которого поступает признак точки. При этом на 0-выходах БВВ 7 появятся истинные координаты воспроизводимой точки базового изображения. 0-выходы БВВ 7 соединены с входным портом ПС 27; информационная часть слова (ИЧС), определяющего параметры воспроизводимой точки (яркость и цвет), направляется без переработки в дешифратор 29, где преобразуется в аналоговую форму, и поступает в модулятор 15 ВУ 1.

Изображение воспроизводимой точки с учетом ракурсов зрачков телезрителей (изображение ракурсов) пересчитывается процессором сигналов 27. Для этого в дополнительные порты ввода вычислителя 8 вводится слово, содержащее координаты зрачков телезрителей, из блока формирования координат (БФК 3) зрачков телезрителей. Сразу отметим, что информационная часть слова какой-либо точки базового изображения присваивается всем воспроизводимым ракурсам этой точки без изменения, а последовательность воспроизведения звукового сопровождения всегда неизменна.

Каждая воспроизводимая точка ракурса получается из базового изображения посредством смещения на N_л целое число линз по горизонтали и вертикали; посредством изменения положения на dX и dY светящейся точки под данной линзой.

На фиг. 7а показаны происхождение и величина смещения точки на экране кинескопа при правильном воспроизведении ракурса при смещении зрачка телезрителя от точки базового изображения вдоль по нормали к центру экрана кинескопа 11, при этом расчет ведется по формулам а на фиг. 7б при угловом смещении зрачка. Расчет смещения при этом ведется по формулам N_л количество целых линз растра, на которые должно сместиться положение светящихся точек; d диаметр линз линзового растра; f фокусное расстояние линз.

Значение остальных параметров видно из рисунка.

Напомним, что по формулам 1-4 из базового изображения одной светящейся точки ПС 27 определяет положения n точек, где n число зрачков телезрителей.

Вычисление n точек изображений ракурсов для каждой из точек базового изображения происходит последовательно для каждой точки телевизионной строки, для последовательности каждой из строк данного плана и затем для каждого плана до заполнения всего кадра. При этом номер плана используется в расчетах как параметр для данного плана и расчет начинается для планов с малым номером (т.е. с плана, наиболее приближенного к телезрителю). Если при расчете ракурса более удаленного от телезрителя 4 плана получаются те же координаты точки, что и для более близкого плана, то они игнорируются, так как такой результат указывает на экранировку более близкой точкой точки, более далекой от телезрителя 4. Отметим, что общее количество точек n для каждого зрачка не может превышать N число линз в линзовом растре и обычно значительно меньше N.

Результаты вычислений заносятся в адресную часть ОЗУ вычислителя 8 на ту страницу, которая готовится для воспроизведения в последующем кадре. На шину данных заносятся параметры точки: яркость и цвет, звуковое сопровождение всегда повторяет записанное на БПБИ 10.

Формула изобретения

Способ формирования объемного изображения, при котором формируют базовое изображение, определяют угловые координаты глаз телезрителей и формируют в их направлении изображения ракурсов с помощью линзового растра с числом формируемых ракурсов, равным числу глаз телезрителей, отличающийся тем, что до формирования базового изображения задают положение базовой точки, формируют изображение белого поля, фиксируют моменты времени прохождения немодулированного светового пучка от каждой из линз на минимальном расстоянии от базовой точки и значение этого расстояния и по величине минимального расстояния и разнице моментов времени прохождения этого расстояния для идеального и действительного положения линз в линзовом растре формируют сигналы поправок по азимутальной и угломестной координатам для каждой линзы, а формирование изображений ракурсов осуществляют с учетом значений сигналов поправок, причем в качестве линзового растра при осуществлении способа используют линзовый растр с произвольным размещением линз.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7