Способ получения и воспроизведения объемного изображения и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к телевизионной технике, а именно к цветным стереотелевизионным системам, предназначенным для телевизионного вещания и для использования в промышленных целях. Сущность изобретения заключается в том, что при реализации способа формирования и воспроизведения объемного изображения осуществляют: покадровое формирование электрических сигналов изображения пространства предметов с включением в них сигналов строчно-кадровой развертки, а также для каждого элемента разложения кадра электрических сигналов яркости, цветности; определение дальности участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения кадра; формирование электрических сигналов базового изображения кадра путем включения в электрический сигнал каждого из элементов разложения кадра сигнала дальности; передачу электрического сигнала базового изображения кадра на воспроизведение; преобразование при воспроизведении объемного изображения электрических сигналов базового изображения кадра в оптическое изображение ракурсов. В отличие от известного технического решения изображаемое пространство предметов по дальности разделяют на n-планов; дальность участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения базового изображения определяют равной дальности одного из планов; перед преобразованием электрических сигналов базового изображения в оптическое изображение ракурсов определяют координаты глаз наблюдателей и по определенным координатам в направлении глаз наблюдателей формируют оптическое изображение ракурсов; оптическое изображение ракурсов формируют по электрическим сигналам базового изображения путем поочередного воспроизведения за время кадра на информационной панели с регулируемой светопроводимостью информационных картин изображений ракурсов; каждая из информационных картин изображений ракурсов формируется для одного из глаз наблюдателей в соответствии с его координатами и с воспроизведением элементов разложения в порядке убывания величин дальности отображаемых ими участков изображаемого пространства предметов с общим для всех информационных картин количеством элементов разложения и общими для элементов разложения отображающих один и тот же участок пространства предметов характеристиками яркости и цветности; синхронно с воспроизведением информационных картин изображений ракурсов, формируют световые пучки, проходящие через информационную панель, охватывая всю площадь ее рабочей зоны, и направленные в тот глаз наблюдателя, для которого сформирована данная информационная картина; число воспроизводимых информационных картин изображений ракурсов за время кадра равно числу глаз наблюдателей. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к телевизионной технике, а именно к цветных стереотелевизионным системам, предназначенным для телевизионного вещания и для использования в промышленных целях.

Известен способ получения и воспроизведения объемного изображения, при котором формируют стереопару объемного изображения, определяют азимутальную координату и дальность глаз одного наблюдателя вне зависимости от процесса проецирования изображения стереопары, по полученным пространственным координатам в направлении глаз наблюдателя направляют ранее полученное (синтезированное на ЭВМ) изображение стереопары.

Устройство для реализации вышеописанного способа содержит генератор синтезированных изображений, стереоскопический дисплей с лентикулярным экраном, определитель координат наблюдателя, содержащий две работающие в инфракрасном диапазоне видеокамеры и установленный на подбородке зрителя отражатель инфракрасных лучей [1] Недостатком известного технического решения является ограниченность его применения только для формирования и воспроизведения сформированной стереопары объемного изображения, невозможность воспроизведения изображения для различных ракурсов.

Известен способ формирования и воспроизведения объемного изображения, в котором предлагается формировать и передавать на воспроизведение базовое изображение, включающее плоское изображение одного ракурса и соответствующие величины параллакса для всех элементов разложения данного изображения, а при воспроизведении из сигнала базового изображения формировать сигналы изображений любых ракурсов [2] Недостатком известного способа является сложность в его реализации, заключающаяся в необходимости одновременного формирования множества изображений ракурсов для всех возможных положений наблюдателя, вытекающие из этого условия высокие требования к ширине полосы пропускания информационного канала, а также к производительности вычислителя при реализации объемного изображения синтезированного ЭВМ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования и воспроизведения объемного изображения, включающий покадровое формирование электрических сигналов изображения пространства предметов с включением в них для каждого элемента разложения кадра электрических сигналов яркости, цветности, включение сигналов строчно-кадровой развертки, определение дальности каждого элемента разложения кадра, формирование электрических сигналов базового изображения кадра путем включения в электрический сигнал каждого из элементов разложения кадра сигнала дальности, передачу электрического сигнала базового изображения кадра на воспроизведение и преобразование при воспроизведении объемного изображения электрических сигналов базового изображения кадра в оптическое изображение ракурсов.

Устройство для реализации этого способа содержит не менее двух передающих камер, генератор тактовых импульсов, формирователь базового изображения, включающий фильтры высокой частоты и аналого-цифровой преобразователь, подключенный своим входом к выходу одной из передающих камер, а выходом к соответствующим входам выходного устройства формирователя машинных слов, выход которого через канал связи подключен к входу устройства воспроизведения изображения. Указанное устройство обеспечивает преобразование оптических сигналов в электрические, фильтрацию от помех, формирование базового изображения с сигналами параллакса в цифровом коде путем задержки сигнала с каждой передающей камеры, их сравнивание и нахождение элементов разложения от разных передающих камер, отображающих один и тот же участок пространства предметов, с одновременным определением цветности и яркости элемента разложения по информации одной из передающих камер и последующим формированием машинных слов в последовательном коде с передачей его на воспроизводящее устройство, где из поступившей информации выделяются сигналы строчно-кадровой развертки, цветности, яркости и дальности каждого элемента разложения кадра [3] Недостатками прототипа являются высокие требования к ширине полосы пропускания информационного канала, а также к производительности вычислителя при реализации многоракурсного объемного изображения как синтезированного на ЭВМ, так и объемного изображения реальных предметов вследствие необходимости одновременного формирования множества изображений ракурсов для всех возможных положений наблюдателя и формирования и воспроизведения с индивидуальными значениями дальности каждого из элементов разложения кадра.

Целью изобретения является снижение требований к ширине полосы пропускания информационного канала, а также к производительности вычислителя при формировании объемного изображения и при его многоракурсном воспроизведении для индивидуальных ракурсов в зависимости от положения одного или нескольких наблюдателей в пространстве.

Целью изобретения является также снижение требований к ширине полосы пропускания информационного канала и к производительности вычислителя при формировании объемного изображения и воспроизведении реальных предметов в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является также сохранение пропорций предметов при формировании и воспроизведении объемного изображения реальных предметов.

Кроме того, целью изобретения является определение дальности участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения кадра при формировании сигнала объемного изображения реальных предметов в реальном масштабе времени.

Одной из целей изобретения является осуществление возможности смещения поля зрения передающих камер без изменения положения строительных осей их оптических систем.

Сущность изобретения заключается в том, что при реализации способа формирования и воспроизведения объемного изображения осуществляют покадровое формирование электрических сигналов изображения пространства предметов с включением в них сигналов строчно-кадровой развертки, а также с включением в них для каждого элемента разложения кадра электрических сигналов яркости, цветности, определение дальности участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения кадра, формирование электрических сигналов базового изображения кадра путем включения в электрический сигнал каждого из элементов разложения кадра сигнала дальности, передачу электрического сигнала базового изображения кадра на воспроизведение, преобразование при воспроизведении объемного изображения электрических сигналов базового изображения кадра в оптическое изображение ракурсов.

В отличие от известного технического решения изображаемое пространство предметов по дальности разделяют на n-планов, дальность участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения базового изображения определяют равной дальности одного из планов,
перед преобразованием электрических сигналов базового изображения в оптическое изображение ракурсов определяют координаты глаз наблюдателей и по определенным координатам в направлении глаз наблюдателей формируют оптическое изображение ракурсов,
оптическое изображение ракурсов формируют по электрическим сигналам базового изображения путем поочередного воспроизведения за время кадра на информационной панели с регулируемой светопроводимостью информационных картин изображений ракурсов,
каждая из информационных картин изображений ракурсов формируется для одного из глаз наблюдателей в соответствии с его координатами и с воспроизведением элементов разложения в порядке убывания величин дальности отображаемых ими участков изображаемого пространства предметов с общим для всех информационных картин количеством элементов разложения и общими для элементов разложения отображающих один и тот же участок пространства предметов характеристиками яркости и цветности,
синхронно с воспроизведением информационных картин изображений ракурсов формируют световые пучки, проходящие через информационную панель, охватывая всю площадь ее рабочей зоны, и направленные в тот глаз наблюдателя, для которого сформирована данная информационная картина,
число воспроизводимых информационных картин изображений ракурсов за время кадра равно числу глаз наблюдателей.

Это позволит снизить требования в ширине полосы пропускания информационного канала, а также к производительности вычислителя при формировании объемного изображения и его воспроизведении для индивидуальных ракурсов в зависимости от положения одного или нескольких наблюдателей в пространстве.

Способ формирования и воспроизведения объемного изображения может быть реализован таким образом, что покадровое формирование электрических сигналов изображения пространства предметов осуществляют с помощью двух и более передающих камер.

В этом случае передающие камеры располагают таким образом, что
а) строительные оси их оптических систем параллельны друг другу, а передающие камеры расположены эквидистантно относительно изображаемого пространства предметов,
б) строительные оси их оптических систем пересекаются в одной точке, а передающие камеры расположены эквидистантно (на одном расстоянии) относительно точки пересечения строительных осей их оптических систем.

Как в случае параллельных, так и пересекающихся строительных осей передающих камер разделение изображаемого пространство предметов по дальности на n планов, осуществляют по плоскостям, проходящим через точки пересечения тактовых (мгновенных, временных) положений оптических осей в момент приема передающей камерой видеоинформации, соединяющих центры элементов разложения на экранах передающих камер с центрами отображаемых этими элементами участков изображаемого пространства предметов.

Способ формирования и воспроизведения объемного изображения может быть реализован таким образом, что
расстояние между центрами объективов соседних передающих камер определяется соотношением
S s·L/l,
где S расстояние между центрами объективов соседних передающих камер; s расстояние между центрами глаз наблюдателей, L расстояние от передающих камер до точки пересечения строительных осей их оптических систем; l - расстояние от базовой точки 0 до экрана воспроизводящего устройства.

Это необходимо для сохранения пропорциональности размеров воспроизводимых предметов.

Способ формирования и воспроизведения объемного изображения может быть реализован таким образом, что определение дальности участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения кадра, осуществляют путем
выделения из электрических сигналов элементов разложения кадра, поступающих с каждой из передающих камер сигналов цветности по R, G и В цветам отдельно,
потактового сравнивания по амплитуде по R, G и В цветам отдельно n раз дублированного выделенного сигнала одного цвета одной передающей камеры с n следующими друг за другом выделенными сигналами того же цвета соседней передающей камеры,
задержки полученных от передающей камеры n следующих друг за другом сигналов на время Т1, определяемое из соотношения
Т1 t_e·n,
где t_e время просмотра одного элементов разложения,
n количество следующих друг за другом планов, выбранное для формирования и воспроизведения объемного изображения пространства предметов,
фиксации номера такта в момент совпадения сигналов цветности по амплитуде,
формирования сигнала дальности по номеру такта в момент совпадения сигналов цветности по амплитуде, причем для формирования сигнала базового изображения дублируют электрические сигналы элементов изображения с одной из передающих камер с выделенными сигналами цветности по R, G и В цветам отдельно и присоединяют к ним полученные синхронные им сигналы дальности.

Это необходимо для формирования и воспроизведения объемного изображения реальных предметов в масштабе реального времени.

Способ формирования и воспроизведения объемного изображения может быть реализован таким образом, что
n раз дублированные сигналы задерживают на время Т2, определяемое из соотношения
0 <T2 ≅ T1.

Это необходимо для смещения поля зрения передающих камер без изменения положения строительных осей их оптических систем.

Устройство для формирования и воспроизведения объемного изображения содержит последовательно соединенные между собой блок формирования сигнала объемного изображения, канал связи и блок воспроизведения объемного изображения.

Блок формирования сигнала объемного изображения содержит не менее двух передающих камер, генератор тактовых импульсов и аналого-цифровой преобразователь, а также подключенный своими входами к выходам передающих камер и включающий фильтры высокой частоты формирователь сигнала дальности.

В отличие от известного технического решения в предлагаемом изобретении формирователь сигнала дальности содержит по одному подключенному к каждой из передающих камер дешифратору, входы которых являются входами формирователя сигнала дальности.

Формирователь сигнала дальности содержит по три для R, G и B цветов подключенных к каждому из дешифраторов параллельно друг другу фильтра высокой частоты, линии задержки, подключенные к каждому из фильтров высокой частоты по одной для R, G и B цветов для цепей крайних передающих камер и по две для R, G и B цветов параллельно друг другу для цепей промежуточных передающих камер.

Кроме того, формирователь сигнала дальности содержит
по одному из n элементов сравнения дифференциальному компаратору для двух линий задержки одного цвета из цепей соседних передающих камер, подключенных своими входами к выходам этих линий задержки,
по одному с n элементами сравнения блоку мажоритарной логики для трех дифференциальных компараторов в цепях двух соседних передающих камер, соединенных своими входами с выходами этих дифференциальных компараторов,
соединенную своими входами с выходами блоков мажоритарной логики схему ИЛИ с n элементами сравнения и с количеством входов каждого элемента сравнения, равным количеству блоков мажоритарной логики.

Число отводов для линий задержки в цепях одной из крайних передающих камер равно одному, в цепях другой крайней передающей камеры равно n (принятому числу планов изображаемого пространства предметов), а в цепях промежуточных передающих камер с двумя линиями задержки для одного цвета одна из линий задержки имеет один отвод, а другая, параллельно ей включенная для того же цвета, имеет число отводов, равное n (принятому числу планов изображаемого пространства предметов).

Аналого-цифровой преобразователь своим входом подключен к выходу одного из дешифраторов.

Блок формирования сигнала объемного изображения содержит формирователь сигнала базового изображения, включающий аналого-цифровой преобразователь, регистр ввода, регистры цвета для R, G и В цветов отдельно, каждый из которых выполнен из восьми линеек по n ячеек цвета, формирователь машинного слова и регистр дальности, состоящий из F линеек по n ячеек дальности в каждой, где F определяется из выражения
n 2^P
где n выбранное число следующих друг за другом планов для формирования объемного изображения пространства предметов.

Аналого-цифровой преобразователь своими выходами подключен к входам регистра ввода. Выходы регистра ввода подключены к входам регистров цвета. Выходы схемы ИЛИ подключены к входам регистра дальности. Выходы регистров цвета и регистра дальности подключены к входам формирователя машинного слова.

Блок воспроизведения объемного изображения содержит оптический формирователь, матричный источник света, информационную панель с регулируемой светопроводимостью и блок управления матричным источником света и информационной панелью.

Оптический формирователь, матричный источник света и информационная панель с регулируемой светопроводимостью зафиксированы в пространстве относительно друг друга, оптически связаны между собой и с глазами наблюдателей и расположены в плоскостях, параллельных друг другу и перпендикулярных оси, проходящей через их центры симметрии. Первый и второй выходы блока управления электрически подключены соответственно к входам матричного источника света и информационной панели.

Блок воспроизведения объемного изображения также содержит входное устройство, вычислитель и блок определения координат глаз наблюдателя. Выход блока определения координат глаз наблюдателя, подключен к первому входу вычислителя. Первый и второй выходы вычислителя электрически подключены соответственно к первому и второму входам блока управления матричным источником света и информационной панелью, а первый и второй выходы входного устройства электрически соединены соответственно с третьим входом блока управления и вторым входом вычислителя.

Блок управления матричным источником света и информационной панелью может содержать координатно-яркостный и информационный блоки, выходы которых электрически соединены соответственно с входом матричного источника света и с входом информационной панели. Первый и второй входы координатно-яркостного блока электрически соединены соответственно с первым выходом вычислителя и первым выходом входного устройства. Вход информационного блока электрически соединен с вторым выходом вычислителя.

В качестве передающих камер могут быть использованы телекамеры типа WV - CP410, 412, 414 фирмы PANASONIC, одной из отличительных особенностей которых является наличие синхроввода для внешних синхроимпульсов, что необходимо в данной системе.

В качестве оптического формирователя могут быть использованы, например, линза, линзовый растр или обтюрационная матрица на жидких кристаллах.

Вычислитель может быть реализован, например, на микропроцессоре типа DSP 56002RC40 фирмы MOTOROLA.

Для определения координат глаз наблюдателей могут быть использованы
электромагнитные фазовые детекторы положения наблюдателя,
механические или электромеханические детекторы положения,
оптические локаторы с линейкой фотоприемников с одномерным сканированием и точечными отражателями,
оптические локаторы с матрицей фотоприемников и точечными отражателями.

В качестве точечных отражателей могут быть использованы контррефлекторы в виде триппель-призмы или катафоты.

В качестве матричного источника света могут быть использованы
цветной или черно-белый кинескоп,
люминесцентная матрица,
светодиодная матрица,
оптико-механический блок развертки луча,
ультразвуковой блок развертки луча.

В качестве информационной панели могут быть использованы
черно-белые или цветные матрицы на жидких кристаллах,
фазовращающие матрицы на основе электрооптического эффекта.

В качестве внешнего запоминающего устройства могут быть использованы
дискеты 5,25'' или 3,5'';
постоянные запоминающие устройства с интерфейсом для выдачи информации в компьютер.

Сформированный в реальном масштабе времени блоком формирования сигнала объемного изображения сигнал базового изображения может быть записан на видеомагнитофон, а затем воспроизведен в виде изображений ракурсов блоком воспроизведения.

Пример конкретного выполнения основан на формировании электрического сигнала базового изображения с помощью телекамер и использовании для определения координат глаз наблюдателей метода оптической локации.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для формирования и воспроизведения объемного изображения; на фиг. 2 схема сканирования передающими камерами изображаемого пространства предметов; на фиг. 3 - временная диаграмма сигналов при определении дальности элементов изображения; на фиг. 4 блок-схема формирователя сигнала дальности базового изображения; на фиг. 5 блок-схема блока формирования сигналов базового изображения; на фиг. 6 структура информационной части машинного слова; на фиг. 7 схема воспроизведения объемного изображения.

Пример осуществления изобретения
Устройство для формирования и воспроизведения объемного изображения содержит (фиг. 1) последовательно соединенные между собой блок формирования сигнала объемного изображения 1, канал связи 2 и блок воспроизведения объемного изображения 3.

Блок формирования сигнала объемного изображения 1 содержит три передающих камеры 4 (4-1, 4-2, 4-3), строительные оси Hb1, Hb2 и Hb3 которых пересекаются в точке F, осуществляющие съемку изображаемого пространства предметов 5, разделенного по дальности на планы 6 (a, b, c, d, e, f, g, h на фиг. 2) по плоскостям, проходящим через точки пересечения мгновенных (моментальных, временных) положений оптической оси H, т.е. положений оптической оси H в момент приема передающей камерой видеоинформации о конкретном участке изображаемого пространства предметов 5 H¹₁, H¹₂, H¹₃ и т.д. мгновенные положения оптической оси для передающей камеры 4-1, H²₁, H²₂, H²₃ и т.д. мгновенные положения оптической оси для телекамеры 4-2), связывающих центры элементов разложения на экранах передающих камер 4 с центрами отображаемых этими элементами в данный момент участков изображаемого пространства предметов. Количество передающих камер 4 должно быть не менее двух. Большее количество передающих камер 4 позволит получить более качественное изображение.

Устройство содержит также подключенный своими входами к выходам передающих камер 4, в качестве которых могут быть использованы телекамеры, формирователь сигнала дальности 7, генератор тактовых импульсов 8 и формирователь сигнала базового изображения 9.

Первый и второй выходы формирователя сигнала дальности 7 подключены соответственно к первому и второму входам формирователя сигнала базового изображения 9, который своим выходом соединен с входом канала связи 2. Выход генератора тактовых импульсов 8 электрически соединен с синхровводами телекамер 4, а также с четвертым входом формирователя сигнала дальности 7 и с третьим входом формирователя сигнала базового изображения 9.

Блок воспроизведения объемного изображения 3 содержит входное устройство 10, информационную панель 11 с регулируемой светопровдимостью, матричный источник света 12, оптический формирователь 13, блок управления 14 информационной панелью 11 и матричным источником света 12 и блок определения координат глаз наблюдателей 17, включающий оптический локатор 15 и контррефлекторы 16, выполненные с возможностью крепления на теле (например у глаз) наблюдателя 17, и вычислитель 18. К третьему входу вычислителя 18 электрически подключено своим выходом внешнее запоминающее устройство 19.

Входное устройство 10 предназначено для приема сигнала базового изображения, поступающего по каналу связи 2 при прямой передаче с передающих камер 4 или в виде записи с видеомагнитофона, и может быть выполнено по схеме обычного интерфейса, используемого при приеме цветного телевизионного изображения.

Информационная панель 11, матричный источник света 12 и оптический формирователь 13 зафиксированы в пространстве относительно друг друга, оптически связаны между собой и с глазами наблюдателей 17 и расположены в плоскостях, параллельных друг другу и перпендикулярных оси, проходящей через их центры симметрии.

Первый и второй выходы блока управления 14 электрически подключены соответственно к входам матричного источника света 12 и информационной панели 11. Выход оптического локатора 15 подключен к первому входу вычислителя 18, первый и второй выходы которого электрически подключены соответственно к первому и второму входам блока управления 14. Первый и второй выходы входного устройства 10 электрически соединены соответственно с третьим входом блока управления 14 и вторым входом вычислителя 18.

Телекамеры 4 расположены таким образом, что расстояние между центрами объективов соседних телекамер 4 определяется соотношением
S s·L/l,
где S расстояние между центрами объективов соседних телекамер;
s расстояние между центрами глаз наблюдателей,
L расстояние от телекамер до точки пересечения строительных осей Hb их оптических систем,
l расстояние от базовой точки 0 до экрана воспроизводящего устройства.

Формирователь сигнала дальности 7 (фиг. 4) содержит три дешифратора 20 (20-1, 20-2, 20-3), входы которых являются входами формирователя сигнала дальности 7, подключенные к трем телекамерам 4 (соответственно к 4-1, 4-2, 4-3), девять фильтров высокой частоты 21 (21-1R, 21-1G, 21-1B, 21-2R, 21-2G, 21-2B, 21-3R, 21-3G, 21-3B), подключенных по три для R, G и В цветов к каждому из дешифраторов 20 (20-1, 20-2, 20-3) параллельно друг другу.

Формирователь сигнала дальности 7 содержит также двенадцать линий задержки 22 (22-1R, 22-1G, 22-1B, 22-2Ra, 22-2Ga, 22-2Ba, 22-2Rc, 22-2Gc, 22-2Bc, 22-3R, 22-3G, 22-3B), подключенные к каждому из фильтров высокой частоты 21 по одной для R, G и В цветов для цепей крайних телекамер 4-1 и 4-3 и по две для R, G и В цветов, параллельно друг другу для цепи промежуточной телекамеры 4-2.

Число отводов для линий задержки 22-3R, 22-3G, 22-3B в цепи крайней телекамеры 4-3 равно одному. Эти линии задержки задерживает видеосигнал на время Т2. Так как время задержки Т2 может меняться, то линии задержки 22-3R, 22-3G, 22-3B выполнены с возможностью изменения времени задержки сигнала с шагом t_з.

Число отводов для линий задержки 22-1R, 22-1G, 22-1B в цепи другой крайней телекамеры 4-1 равно принятому числу планов изображаемого пространства предметов, а именно четырем. Сигнал с каждого из отводов сдвинут во времени относительно сигнала с предыдущего отвода на один такт, продолжительностью te (te время просмотра одного элемента изображения).

В цепях промежуточной телекамеры 4-2 с двумя линиями задержки 22 для одного цвета, одни линии задержки 22-2Ra, 22-2Ga, 22-2Ba имеют один отвод и выполнены с возможностью изменения времени задержки с шагом t_з, а другие, параллельно им включенные 22-2Rc, 22-2Gc, 22-2Bc, имеют число отводов, равное принятому числу планов изображаемого пространства предметов, а именно четырем.

Формирователь сигнала дальности 7 содержит шесть дифференциальных компараторов 23 (23R"1-2", 23G"1-2", 23B"1-2", 23R"2-3", 23G"2-3", 23B"2-3"), по одному для двух линий задержки 22 одного цвета из цепей соседних телекамер 4, подключенных своими входами к выходам этих линий задержки 22.

Каждый из шести дифференциальных компараторов 23 состоит из n элементов сравнения по числу принятых планов (в нашем случае n 4), в которых происходит сравнение сигналов одного цвета с каждого отвода одной из линий задержки 22 цепи одной телекамеры 4 с текущим задержанным сигналом с выхода соответствующей линии задержки 22 цепи другой телекамеры 4, причем сравниваются сигналы смежных по расположению телекамер 4, а именно сигналы телекамеры 4-1 сравниваются с сигналами телекамеры 4-2 и, соответственно, сигналы телекамеры 4-2 с сигналами с телекамеры 4-3.

Формирователь сигнала дальности 7 содержит также два блока мажоритарной логики 24 (24"1-2" и 24"2-3"), по одному блоку мажоритарной логики 24 для трех дифференциальных компараторов 23 в цепях двух соседних телекамер 4 и схему ИЛИ 25.

Каждый из блоков мажоритарной логики 24 состоит из n элементов мажоритарной логики "два из трех" для каждого из планов (в нашем случае 4). Сигнал на выходе каждого из элементов блока мажоритарной логики появляется при подаче сигнала на два входа из трех.

Выходы дифференциальных компараторов 23, обрабатывающих сигналы двух соседних телекамер 4, соединены с входами одного из блоков мажоритарной логики 24.

Схема ИЛИ 25, с n (четыре) элементами сравнения и с количеством входов каждого элемента сравнения, равным количеству блоков мажоритарной логики 24, своими входами соединена с выходами блоков мажоритарной логики 24.

Формирователь сигнала базового изображения 9 (фиг. 5) содержит аналого-цифровой преобразователь 26, своим входом подключенный к выходу дешифратора 20-2, а выходами к регистру ввода 27.

Формирователь сигнала базового изображения 9 содержит также регистры цвета 28 (28R, 28G, 28B) для R, G и B цветов, каждый из которых выполнен из восьми линеек по четыре ячейки цвета 29, формирователь машинного слова 30 и регистр дальности 31, состоящий из двух линеек по четыре (по числу планов) ячейки дальности 32 в каждой. Количество P линеек регистра дальности 31 определяется из выражения
n 2^P,
где n число планов изображаемого пространства предметов.

В нашем случае, при n 4 значение P 2. Основание степени "2" соответствует двоичной системе исчисления дальности.

Выходы линеек регистров цвета 28 и регистра дальности 31 подключены к соответствующим входам формирователя машинного слова 30.

Информационная часть машинного слова имеет вид, приведенный на фиг. 6, и включает информацию о цветности, яркости и дальности (номер плана каждого элемента разложения). Кроме того, машинное слово включает в себя обычную для телевизионной информации служебную информацию: адрес, синхроимпульсы и др.

Формирователь сигнала дальности 7, формирователь сигнала базового изображения 9, генератор тактовых импульсов 8 могут быть выполнены, например, на микросхемах 155 серии, в частности на микросхемах 155ТМ2, 155ИР13, 155ИР22. В качестве аналого-цифрового преобразователя 26 могут быть использованы традиционные схемы, применяемые в цветном телевидении, например SDA 9087.

Блок управления 14 содержит координатно-яркостный блок 33 и информационный блок 34, выходы которых электрически соединены соответственно с входом матричного источника света 12 и с входом информационной панели 11. Первый и второй входы координатно-яркостного блока 33 электрически соединены соответственно с первым выходом вычислителя 18 и первым выходом входного устройства 10. Вход информационного блока 34 электрически соединен с вторым выходом вычислителя 18.

Информационный блок 34 совместно с информационной панелью 11 обеспечивают формирование информационных картин изображений ракурсов. В качестве их могут быть использованы, например, проекционная панель с блоком управления Ovation 822 фирмы Proxima или Panel Book 450 фирмы InFocus.

В качестве координатно-яркостного блока могут быть использованы блоки, аналогичные блокам яркости телевизионных приемников или мониторов.

Способ формирования объемного изображения и работа устройства для его реализации осуществляются следующим образом.

При реализации способа тремя телекамерами 4 (4-1, 4-2 и 4-3) осуществляют покадровое формирование электрических сигналов изображения пространства предметов 5 с включением в них для каждого элемента разложения кадра электрических сигналов строчно-кадровой развертки, яркости, цветности. Телекамеры 4 расположены таким образом, что строительные оси Hb их оптических систем параллельны друг другу с эквидистантным расположением относительно изображаемого пространства предметов или пересекаются в одной точке F, при этом телекамеры 4 расположены эквидистантно (на одном расстоянии) относительно точки F.

Вариант, когда строительные оси Hb оптических систем параллельны друг другу, эквивалентен случаю, изображенному на фиг. 1, если точку пересечения строительных осей F перенести в бесконечность. Вследствие этого в дальнейшем в примере рассматривается более общий случай использования изобретения с пересечением строительных осей Hb всех телекамер 4 в одной точке.

Расстояние между центрами объективов соседних телекамер 4 (4-1, 4-2 и 4-2, 4-3) определяется соотношением
S s·L/l,
где S расстояние между центрами объективов соседних передающих камер, s расстояние между центрами глаз наблюдателей, L расстояние от передающих камер до точки пересечения строительных осей их оптических систем, l - расстояние от базовой точки 0 до экрана воспроизводящего устройства.

Каждый элемент разложения на экране любой из телекамер 4 отображает определенный участок изображаемого пространства предметов 5. Если для каждой из телекамер 4 центр каждого элемента разложения соединить прямой линией с центром отображаемого им участка пространства предметов 5, то в результате мы получим схему пересечения мгновенных положений (развертку) оптических осей H телекамер 4 (фиг. 2). В данном случае под оптической осью понимается направление обзора, по которому в данный момент телекамера 4 воспринимает изображаемое пространство предметов. Оптическая ось телекамеры 4-1 последовательно во времени с каждым тактом занимает положения H¹₁, H¹₂, H¹₃ и т.д. Оптическая ось телекамеры 4-2 последовательно во времени с каждым тактом занимает положения H²₁, H²₂, H²₃ и т.д. Каждый из участков α, β, γ, ω изображаемого пространства предметов 5, расположенный в плоскости, проходящей через точки пересечения мгновенных положений оптических осей H телекамер 4, будет отображен элементами разложения всех телекамер 4, в поле зрения которых он попадает. Однако вследствие параллакса элемент разложения с телекамеры 4-1, относительно элемента разложения, полученного от телекамеры 4-2 и отражающего тот же участок, будет сдвинут во времени, определяемом дальностью плана 6 (а, b, c, d, e, f, g или h), на котором расположен отображаемый ими участок изображаемого пространства предметов 5. Таким образом, одному и тому же объемному участку a, β, γ, ω изображаемого пространства предметов 5 будет соответствовать i-й элемент разложения на экране телекамеры 4-1 и j-й элемент разложения на экране телекамеры 4-2.

На фиг. 3 приведена потактовая временная диаграмма работы телекамер 4-1 и 4-2, сигналы с которых сравниваются. Временные положения оптической оси каждой из телекамер 4-1 и 4-2 пронумерованы в соответствии с номером такта, на котором оптическая ось занимает это положение. Оптическая ось телекамеры 4-1 на 1-м, 2-м и 3-м тактах последовательно занимает положения H¹₁, H¹₂, H¹₃ Оптическая ось телекамеры 4-2 на 1-м, 2-м и 3-м тактах последовательно занимает положения H²₁, H²₂, H²₃.

На фиг. 3а приведена потактовая временная диаграмма работы цепи телекамеры 4-1 на первом (1-й такт), втором (2-й такт), третьем (3-й такт) и четвертом (4-й такт) отводах линий задержки 22-1.

На фиг. 3b приведена потактовая временная диаграмма работы цепи телекамеры 4-2.

На фиг. 3с приведена потактовая выработка сигнала дальности при совпадении сигналов, поступающих с телекамер 4-1 и 4-2, в линиях задержки 22-1 и 22-2а (независимо от цвета сигнала).

Сигналы с телекамеры 4-1 в данном примере использования задерживаются на время Т1, равное четырем тактам. Сигналы с телекамеры 4-2 в данном примере задерживаются на время Т2 Т1/2, на два такта.

Потактовое сравнивание сигналов обеих телекамер 4-1 и 4-2 показывает, что сигналы элементов разложения, отображающих участок γ, совпадут на первом такте и ему присваивается дальность плана d, первого по дальности плана относительно точки F.

Сигналы элементов разложения, отображающих участок w, дают совпадение сигналов на третьем такте и им присваивается дальность плана f, третьего по дальности относительно точки F.

Сигналы элементов разложения, отображающих участки b и α, дают совпадение сигналов на четвертом такте и им присваивается дальность плана g, четвертого по дальности относительно точки F.

Таким образом, изображаемое пространство предметов 5 по дальности разделяют на планы 6 по плоскостям, проходящим через точки пересечения мгновенных положений оптических осей, связывающих центры элементов разложения на экранах телекамер 4 с центрами отображаемых этими элементами участков изображаемого пространства предметов 5, при этом дальность участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения базового изображения определяют равной дальности одного из планов 6.

Обычно, при съемках в театре, цирке, на спортивной арене изображаемое пространство предметов по глубине (разность дальностей наиболее близких и наиболее удаленных точек) занимает определенное количество следующих друг за другом планов 6. Из этого следует, что при конструировании устройства для реализации предложенного способа с целью упрощения устройства можно принять некоторое ограниченное число планов 6, например четыре, которое и будет передавать разницу в дальности участков изображаемого пространства предметов 5.

Изменяя время задержки 12 с шагом, равным t_з, можно изменять состав n следующих друг за другом планов 6, т.е. сдвигать на одну и ту же величину номер присваиваемых планов для всех участков изображаемого пространства предметов 5 одновременно, причем время задержки Т2 определяется из соотношения
0 <T2 ≅ T1.

В дальнейшем при воспроизведении объемного изображения это обстоятельство приведет к эффекту видимого приближения или удаления изображаемого пространства предметов 5. Этот зрительный эффект можно использовать для изменения поля видения телекамер 4 без механической перестройки положения их строительных осей.

Таким образом, для получения хорошего по качеству объемного изображения пространства предметов 5 достаточно воспроизвести участки, расположенные в плоскостях, проходящих через точки пересечения мгновенных положений оптических осей H телекамер 4, предварительно определив их дальность.

Определение дальности участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения кадра осуществляют путем выделения из электрических сигналов элементов разложения кадра, поступающих с каждой из передающих камер сигналов цветности по R, G и В цветам отдельно, потактового сравнивания по амплитуде по R, G и В цветам отдельно n раз дублированного выделенного сигнала одного цвета одной передающей камеры 4 с n следующими друг за другом сигналами того же цвета соседней передающей камеры 4 путем задержки полученных от передающей камеры 4 n следующих друг за другом сигналов на время Т1, определяемое из соотношения
T1 t_e·n,
где t_e время просмотра одного элемента разложения,
n количество следующих друг за другом планов, выбранное для формирования и воспроизведения объемного изображения пространства предметов,
и задержки n раз дублированных сигналов на время Т2, определяемое из соотношения
0 <T2 ≅ T1.

Затем фиксируют номер такта в момент совпадения сигналов цветности по амплитуде и формируют сигнал дальности по номеру такта в момент совпадения сигналов цветности по амплитуде.

Устройство для формирования объемного изображения работает следующим образом.

Видеосигналы о изображаемом пространстве предметов 5, кадр за кадром, с телекамер 4-1, 4-2 и 4-3 в виде последовательно выдаваемых электрических сигналов элементов разложения кадра с включением в них для каждого элемента разложения электрических сигналов яркости и цветности, а также с включением в них сигналов строчно-кадровой развертки подаются на дешифраторы 20 (20-1, 20-2, 20-3).

В дешифраторах 20 из полного сигнала каждого из элементов разложения выделяются сигналы цветности, причем сигналы R пурпурный, G зеленый и В - голубой выделяются отдельно друг от друга.

Затем сигналы фильтруются от помех в фильтрах высокой частоты 21 (21-1R, 21-1G, 21-1B, 21-2R, 21-2G, 21-2B, 21-3R, 21-3G, 21-3B) и задерживаются в линиях задержки 22 (22-1R, 22-1G, 22-1B, 22-2Ra, 22-2Ga, 22-2Ba, 22-2Rc, 22-2Gc, 22-2Bc, 22-3R, 22-3G, 22-3B), причем каждый сигнал цветности (R, G, B) фильтруется и задерживается своей цепочкой.

Каждая посылка с линий задержки 22-1R, 22-1G и 22-1B относительно предшествующей выдается с задержкой полученных от телекамеры 4-1 следующих друг за другом сигналов на время Т1, определяемое из соотношения
T1 t_e·n,
где t_e время просмотра одного элементов разложения, t_e 670 нс, а n равно четырем и поступает соответственно в компараторы 23R"1-2", 23G"1-2" и 23B"1-2".

Каждая посылка с линий задержки 22-3R, 22-3G и 22-3B относительно предшествующей выдается с постоянной задержкой, например, равной Т2 Т1/2, т.е. равной двум тактам, и поступает соответственно в компараторы 23R"2-3", 23G"2-3" и 23B"2-3".

Каждая посылка с линий задержки 22-2Rс, 22-2Gc и 22-2Вс относительно предшествующей выдается в режиме, подобном режиму выдачи сигналов с линий задержки 22-1R, 22-1G и 22-1В и поступает соответственно в компараторы 23R"2-3", 23G"2-3" и 23В"2-3".

Каждая посылка с линий задержки 22-2Ra, 22-2Ga и 22-2Ва относительно предшествующей выдается в режиме, подобном режиму выдачи сигналов с линий задержки 22-3R, 22-3G и 22-3В, 22-2Ra, 22-2Ga, 22-2Ba и поступает соответственно в компараторы 23R"1-2", 23G"1-2" и 23В"1-2".

В случае применения большего количества передающих камер, размещенных между крайними (в нашем случае между телекамерами 4-1 и 4-3), сигнал с линий задержек, установленных в их цепях, должен выдаваться в режиме задержек, аналогичном режиму линий задержек 22-2Ra, 22-2Ga, 22-2Ba и 22-2Rc, 22-2Gc, 22-2Bc.

Поступившие с линий задержки 22 в компараторы 23 сигналы цветности сравниваются в дифференциальных компараторах 23 по амплитуде сигнала, причем сравнивание производят по каждому цвету (R, G, B) отдельно. При совпадении амплитуд сравниваемых сигналов компараторы 23 вырабатывают сигналы, поступающие на блоки мажоритарной логики 24. Блок мажоритарной логики 24 состоит из n элементов мажоритарной логики "два из трех" для каждого из планов (в нашем случае 4). Сигнал на выходе каждого из элементов блока мажоритарной логики 24 появляется при подаче сигнала, как минимум, на два входа из трех. Совпадение на некотором такте амплитуды сигналов из цепей телекамер 4-1 и 4-2 (или 4-2 и 4-3) всех трех цветов или хотя бы двух из них указывает на то, что сравниваются сигналы цветности элементов разложения одного и того же участка изображаемого пространства предметов. При одновременном появлении на входе блока мажоритарной логики 24, как минимум, двух сигналов от дифференциальных компараторов 23 на одном из выходов блока мажоритарной логики 24 появляется сигнал, передаваемый в схему ИЛИ 25, а затем в регистр дальности 31. Номер выхода блока мажоритарной логики 24, на котором появился сигнал, однозначно связан с номером такта момента появления сигнала, следовательно, и с дальностью плана (d, e, f, g), которую необходимо присвоить сигналу обрабатываемого элемента разложения.

Для формирования сигнала базового изображения дублируют электрические сигналы элементов изображения с телекамеры 4-2 с выделенными сигналами цветности по R, G и B цветам отдельно и присоединяют к ним полученные синхронные им сигналы дальности.

С выхода схемы ИЛИ 25 сигналы о дальности (номере плана) элемента разложения (d, e, f, g) поступают в формирователь сигнала базового изображения 9, куда одновременно на аналого-цифровой преобразователь 26 поступают сигналы цветности этого элемента разложения.

В регистре ввода 27 сигналы цветности приобретают цифровую форму, а затем передаются в регистры цвета 28 (28R, 28G, 28B), каждый из которых выполнен из восьми линеек по n ячеек цвета 29 (n определяется числом планов, в нашем случае n 4).

В регистрах цвета 28 одновременно вошедшие в первые ячейки цвета 29 сигналы цветности элемента разложения с каждым тактом переходят из одной ячейки цвета 29 в другую в направлении к выходу. Во время этого движения сигнала на одном из тактов в регистре дальности 31, состоящем из двух линеек по четыре (по числу планов) ячейки дальности 32 в каждой, в одной из пар ячеек дальности 31 появляется сигнал дальности. Сигналы дальности в ячейках дальности 31 также с каждым тактом перемещаются в направлении к выходу для входа в формирователь машинного слова 30 и при входе в формирователь машинного слова 30 образуют с одновременно с ним вошедшими сигналами цветности сигнал элемента разложения базового изображения.

В том случае, когда за четыре такта, то есть за время прохождения сигналом цветности элемента разложения от входа до выхода регистра цвета 28, в регистре дальности 31 не появится сигнал дальности, вследствие того что при сравнении сигналов в формирователе сигнала дальности 7 от цепочек двух пар соседних телекамер 4 по амплитуде не было совпадения их величин ни в одной из пар, этому элементу разложения присваивается дальность одного из планов 6.

Информационная часть машинного слова имеет вид, приведенный на фиг. 6, и включает информацию о цветности, яркости и дальности (номер плана каждого элемента разложения). Кроме того, машинное слово включает в себя обычную для телевизионной информации служебную информацию: адрес, синхроимпульсы и др.

После образования сигнала элемента разложения базового изображения он в виде машинного слова в последовательном коде по каналу связи 2 передается для воспроизведения. Функционирование формирователя сигнала дальности 7 и формирователя сигнала базового изображения 9 синхронизируется импульсами, поступающими с генератора тактовых импульсов 8.

Способ воспроизведения объемного изображения и работа устройства для его реализации осуществляются следующим образом.

Оптическая система блока воспроизведения объемного изображения включает информационную панель 11, оптический формирователь, выполненный, например, в виде линзы 13, и матричный источник света 12.

В оптической системе в данном случае принята система прямоугольных координат (X, Y, Z) (фиг. 7). За начало отсчета принят центр U симметрии матричного источника света 12, при этом W оптический центр линзы 13 с координатами Xw, Yw, Zw lo, где lo расстояние между матричным источником света 12 и линзой 13, а D яркостные точки, воспроизводимые матричным источником света 12. На фиг. 7 показана оптическая схема восприятия изображения из базовой точки O (Xo, Yo, Zo) и произвольной точки наблюдения V (Xv, Yv, Zv) некоторой точки изображения A (Xa, Ya, Za).

Первоначально, в отсутствии наблюдателей 17, блок воспроизведения объемного изображения 3 воспроизводит плоское изображение для одного, принятого за базовое, положения глаза наблюдателя 17 (базовая точки O (Xo, Yo, Zo). В этом случае на входе оптического локатора 15 нет сигналов от контррефлекторов 16 и отсутствуют, соответственно, сигналы на первом входе вычислителя 12. Информация, поступающая с внешнего запоминающего устройства 19 на третий вход вычислителя 18 или с входного устройства 10 на его второй вход, передается вычислителем 18 на воспроизведение без изменения.

При появлении наблюдателей 17 и при условии, что они могут менять свое расположение перед информационной панелью 11, за время кадра на информационной панели 11 необходимо из плоского изображения для базовой точки О сформировать 2М плоских изображений ракурсов, по одному для каждого глаза М наблюдателей 17, и поочередно подать их с помощью синхронно формируемых на матричном источнике света 12 световых пучков в глаза наблюдателей 17, для чего необходимо определить пространственные координаты глаз наблюдателей 17.

При работе оптического локатора 15 сформированный в нем инфракрасный луч поочередно, элемент за элементом, освещает часть пространства перед собой (эту часть пространства назовем углом сектора обзора), последовательно попадая на контррефлекторы 16, расположенные, например, на лбу у глаз наблюдателя 17. Вследствие большой отражательной способности контррефлекторов 16 (на 3-4 порядка превышающей отражательную способность обычных предметов в комнате) оптический локатор 15 зафиксирует мощные сигналы в моменты попадания луча на них. Так как на теле каждого из наблюдателей 17 закреплены два контррефлектора 16 и они расположены на известном расстоянии друг от друга, то оптический локатор 15 зафиксирует для каждого наблюдателя 17 последовательно два разнесенных во времени сигнала примерно одинаковой интенсивности. Информация о текущих угловых координатах зондирующего луча в моменты фиксации сигналов от контррефлекторов 16 подается в вычислитель 18, который по ним определяет пространственные координаты глаз наблюдателей 17.

По полученным координатам синхронно
на информационной панели 11 с регулируемой светопроводимостью за время кадра по электрическим сигналам базового изображения поочередно воспроизводят 2М информационных картин изображений ракурсов, каждая из которых сформирована для одного из глаз наблюдателей 17 в соответствии с его координатами;
на матричном источнике света 12 за время кадра последовательно по одной для каждого глаза формируется 2М светящихся яркостных точек D, свет от которых линзой 13 формируется в световой пучок, проходящий через всю рабочую зону информационной панели 11 и направленный в тот глаз наблюдателя 17, по пространственным координатам которого определено место расположения формируемой яркостной точки D на плоскости матричного источника света 12. Если оптический формирователь 12 будет выполнен в виде линзового растра, то световой пучок, направленный в тот глаз наблюдателя 17, для которого на информационной панели 11 воспроизведена информационная картина, должен быть сформирован с помощью множества яркостных точек D на экране матричного источника света 12, по одной для каждой линзы растра. Если оптический формирователь 13 будет выполнен в виде щелевой жидкокристаллической матрицы, то световой пучок, направляемый в глаз наблюдателя 17, будет формироваться с помощью светового столбца на экране матричного источника света 12.

Информационные картины изображений ракурсов формируются с воспроизведением элементов разложения в порядке убывания величин дальности отображаемых ими участков изображаемого пространства предметов с общим для всех информационных картин изображений ракурсов количеством элементов разложения и общими для идентичных для одного кадра элементов разложения характеристиками яркости и цветности. Это необходимо для того, чтобы при воспроизведении оптических изображений ракурсов элементы разложения, отображающие более далекие участки изображаемого пространства предметов, были заменены элементами разложения, отображающими более близкие участки, которые в пространстве для этого ракурса закрывают вышеуказанные более далекие участки.

При формировании информационных картин изображений ракурсов
адресная часть машинного слова выделяется,
адресная часть машинного слова пересчитывается столько раз, сколько глаз наблюдателей 17 выявлено оптическим локатором 15,
информационная часть машинного слова, соответствующая данному элементу разложения, сохраняется для всех видеостраниц,
каждый элемент разложения базового изображения пересчитывается в 2М элементов разложения изображений ракурсов, после чего всем им присваивается яркость и цветность соответствующего элемента разложения базового изображения,
вычислитель 18 формирует по одной видеостранице на каждый ракурс и поочередно передает содержание каждой видеостраницы для воспроизведения, а также формирует сигналы, управляющие пространственным разделением воспринимаемой видеоинформации.

Импульсы, поступающие с генератора тактовых импульсов 8, синхронизируют работу всего устройства для формирования и воспроизведения объемного изображения.

Для произвольной точки наблюдения V (Xv, Yv, Zv) пересчет координат некоторой точки изображения A(Xa, Ya, Za) может быть осуществлен следующим образом.

Координаты проекции Io точки А из базовой точки О на плоскость информационной панели 11 составляют Xio, Yio, Zio li, где li расстояние между плоскостями матричного источника света 12 и информационной панели 11. Координаты проекции lv той же точки А для ракурса из точки V на информационной панели 11 составят Xiv, Yiv, Ziv li. Координаты яркостной точки Dv на матричном источнике света 12, воспринимаемой из точки V, составят Xdv, Ydv, Zdv 0.

Уравнения для пересчета координат элементов разложения базового изображения на плоскости информационной панели 11 и яркостных точек на плоскости матричного источника света 12 в случае нахожденя глаза наблюдателя 17 в произвольной точке V будут иметь вид
а) для пересчета координат элементов разложения базового изображения в случае передачи и приема базового изображения реальных объектов, когда имеется информация о положении элемента разложения базового изображения на плоскости информационной панели 11 и номер плана (координата Za) воспроизводимой точки А объемного изображения
Xiv Xio·Zv·(Zo-Za)/(Zo·(Zv-Za))-Xv·Za/(Zv-Za), (1)
Yiv Yio·Zv·(Zo-Za)/(Zo·(Zv-Za))-Yv·Za/(Zv-Za), (2)
б) для пересчета координат элементов разложения базового изображения в случае передачи и приема базового изображения, синтезированного на ЭВМ, когда оно с координатами каждого элемента изображения А(Xa, Ya, Za) уже содержится в памяти вычислителя, производящего пересчет положения элементов изображения
Xiv Xa·(Za-li)/(Zv-Za)-Xv·(Za-li)/(Zv-Za), (3)
Yiv Ya·(Za-li)/(Zv-Za)-Yv·(Za-li)/(Zv-Za), (4)
в) для пересчета координат яркостных точек, на матричном источнике света 12, обеспечивающих восприятие видеоизображения из точки V
Xdv (Zv·Xo-Xv·lo)/(Zv-lo), (5)
Ydv (Zv·Yo-Yv·lo)/(Zv-lo), (6)
г) для пересчета координат яркостных точек на матричном источнике света 12, обеспечивающих восприятие видеоизображения из точки V при условии использования координат только одной расчетной точки на лице наблюдателя 17, например на его переносице, и условии использования фиксированного расстояния между глаз наблюдателя 17, например, равного 64 мм, уравнение 7 примет вид
Xdv1 (Zv·Xo-(Xv-32)·lo)/(Zv-lo), (5а)
Xdv2 (Zv·Xo-(Xv-32)·lo)/(Zv-lo), (6б)
здесь координата Xv координата переносицы наблюдателя.

Формирование видеостраниц изображений ракурсов, последовательная коммутация страниц в порядке их нумерации и поэлементная выдача видеоинформации на воспроизводящее устройство осуществляется программными средствами. Например, если пересчет координат производится с помощью языка высокого уровня, например СИ, то такую организацию видеостраниц можно вызвать процедурой putpixel (X, Y, Color), или на Ассемблере командой mov [X, Y] Color.

Полное объемное изображение каждый наблюдатель 17 получит по сумме двух индивидуальных изображений ракурсов, соответствующих индивидуальным координатам его глаз. При этом допустимое время включения элементов информационной панели 11 может быть порядка 2 мс.

Предлагаемые способ формирования и воспроизведения объемного изображения и устройство для его реализации обеспечивают многоракурсное видеоизображение для нескольких наблюдателей, причем ракурс стереоизображения определяется месторасположением наблюдателя относительно общего для них экрана без каких-либо дополнительных оптических устройств, включая специальные очки.

Следует иметь в виду, что форма выполнения изобретения, описанная выше и показанная на чертежах, представляет собой только возможный предпочтительный вариант его осуществления. Могут быть использованы различные вариации выполнения изобретения в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, отдельные элементы могут быть заменены эквивалентными.

Источники информации
1. Omura K. Tetsutani N. Kushino F. (ATR Comm.Sys.Res.Lab, Kyoto,Japan) Лентикулярный стереоскопический дисплей со слежением за положением глаза, не требующий дополнительных приспособлений (на зрителе), 94 0097, 1994, р. 187-190.

2. Шрап Ю.М. и др. Формирование сигнала вещательной системы объемного телевидения. Техника кино и телевидения, N 12, 1988, с. 34-36.

3. Патент РФ N 1688459, кл. H 04 N 13/00, пуб. 30.10.91.

Формула изобретения

1. Способ формирования и воспроизведения объемного изображения, в котором осуществляют покадровое формирование электрических сигналов изображения пространства предметов с включением в них электрических сигналов строчно-кадровой развертки, а также с включением в них для каждого элемента разложения кадра электрических сигналов яркости и цветности, определяют дальность участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения кадра, формируют электрические сигналы базового изображения кадра путем включения в электрический сигнал каждого из элементов разложения кадра сигнала дальности, передают электрический сигнал базового изображения кадра на воспроизведение объемного изображения, преобразуют при воспроизведении объемного изображения электрических сигналов базового изображения кадра в оптическое изображение ракурсов, отличающийся тем, что изображаемое пространство предметов по дальности разделяют на n планов, дальность участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения базового изображения определяют равной дальности одного из планов, перед преобразованием электрических сигналов базового изображения в оптическое изображение ракурсов определяют координаты глаз наблюдателей и по определенным координатам в направлении глаз наблюдателей формируют оптическое изображение ракурсов, при котором поочередно воспроизводят за время кадра на информационной панели с регулируемой светопроводностью по электрическим сигналам базового изображения информационные картины изображений ракурсов, каждая из которых сформирована для одного из глаз наблюдателей в соответствии с его координатами, при этом элементы разложения воспроизводят в порядке убывания величин дальности отображаемых ими участков изображаемого пространства предметов с общим для всех информационных картин изображений ракурсов количеством элементов разложения и общими для идентичных для одного кадра элементов разложения характеристиками яркости и цветности, а также синхронно с воспроизведением информационных картин изображений ракурсов, формируют световые пучки, проходящие через всю рабочую зону информационной панели и направленные в тот глаз наблюдателя, для которого сформирована данная информационная картина, при этом число воспроизводимых информационных картин изображений ракурсов за время кадра равно числу глаз наблюдателей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что покадровое формирование электрических сигналов изображения пространства предметов осуществляют с помощью двух и более передающих камер, которые располагают таким образом, что строительные оси их оптических систем параллельны друг другу, при этом передающие камеры располагают эквидистантно относительно изображаемого пространства предметов, а разделение изображаемого пространства предметов по дальности на n планов осуществляют по плоскостям, проходящим через точки пересечения прямых, связывающих центры объектов передающих камер с центрами участков изображаемого пространства предметов, отображаемых элементами разложения на экранах этих передающих камер.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что покадровое формирование электрических сигналов изображения пространства предметов осуществляют с помощью двух и более передающих камер, которые располагают таким образом, что строительные оси их оптических систем пересекаются в одной точке, при этом передающие камеры располагают эквидистантно относительно точки пересечения строительных осей их оптических систем, а разделение изображаемого пространства предметов по дальности на n планов осуществляют по плоскостям, проходящим через точки пересечения прямых, связывающих центры объективов передающих камер с центрами участков изображаемого пространства предметов, отображаемых элементами разложения на экранах этих передающих камер.

4. Способ по пп.2 и 3, отличающийся тем, что расстояние между центрами объектов соседних передающих камер определяют, исходя из соотношения
S s · L/l,
где S расстояние между центрами объективов соседних передающих камер;
s расстояние между центрами глаз наблюдателей;
L расстояние от передающих камер до точки пересечения строительных осей их оптических систем;
l расстояние от базовой точки 0 до экрана воспроизводящего устройства.

5. Способ по пп. 2 4, отличающийся тем, что при определении дальности участков изображаемого пространства предметов для каждого элемента разложения кадра выделяют из электрических сигналов элементов разложения кадра, поступающих с каждой из передающих камер, сигналы цветности по R, G и B цветам отдельно, потактово сравнивают по амплитуде по R, G и B цветам отдельно n раз дублированный выделенный сигнал одного цвета одной передающей камеры, с следующими друг за другом сигналами того же цвета соседней передащей камеры, для чего задерживают полученные от передающей камеры следующие друг за другом сигналы на время Т1, фиксируют номера такта в момент совпадения сигналов цветности по амплитуде и формируют сигнал дальности по номеру такта в момент совпадания сигналов цветности по амплитуде, а для формирования сигнала базового изображения дублируют электрические сигналы элементов изображения с одной из передающих камер с выделенными сигналами цветности по R, G и B цветам отдельно и присоединяют к ним полученные синхронные им сигналы дальности, при этом время задержки Т1 определяют из соотношения
T1 t_e · n,
где t_e время просмотра одного элемента разложения,
n количество следующих друг за другом планов, выбранное для формирования воспроизведения объемного изображения пространства предметов.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что изменения состава n следующих друг за другом планов задерживают n раз дублированные сигналы на время Т2, определяемое, исходя из соотношения
0 < Т2 < Т1.

7. Устройство для формирования и воспроизведения объемного изображения, содержащее последовательно соединенные между собой блок формирования сигнала объемного изображения, канал связи и блок воспроизведения объемного изображения, при этом блок формирования сигнала объемного изображения содержит не менее двух передающих камер, формирователь сигнала дальности, подключенный своими входами к выходам передающих камер и включающий фильтры верхних частот, а также генератор тактовых импульсов и аналого-цифровой преобразователь, отличающееся тем, что формирователь сигнала дальности содержит по одному, подключенному к каждой из передающих камер, дешифратору, входы которых являются входами формирователя сигнала дальности, по три подключенных к каждому из дешифраторов параллельно друг другу фильтра верхних частот, каждый для одной из R, G и B цветовых компонент видеосигнала, линии задержки, подключенные к каждому из фильтров верхних частот по одной для R, G и B цветовых компонент видеосигнала для цепей крайних передающих камер и по две для R, G и B цветовых компонент видеосигнала, параллельно друг другу для цепей промежуточных передающих камер, по одному дифференциальному компаратору для двух линий задержки одной цветовой компоненты видеосигнала из цепей соседних передающих камер, подключенных своими входами к выходам этих линий задержки и имеющих n (n 4) элементов сравнения каждый, по одному блоку мажоритарной логики для трех дифференциальных компараторов в цепях двух соседних передающих камер, соединенному своими входами с выходами этих дифференциальных компараторов и имеющему n (n 4) элементов сравнения, а также соединенный своими входами с выходами блоков мажоритарной логики блок элементов ИЛИ с n (n 4) элементами сравнения и с количеством входов каждого элемента сравнения, равным количеству блоков мажоритарной логики, при этом число отводов у линий задержки в цепях одной из крайних передающих камер равно 1, в цепях другой крайней передающей камеры равно n, а в цепях промежуточных передающих камер с двумя линиями задержки для каждой цветовой компоненты видеосигнала одна из линий задержки имеет один отвод, а другая, параллельно ей включенная, имеет число отводов, равное n (n 4), аналого-цифровой преобразователь своим входом подключен к выходу одного из дешифраторов, блок формирования сигнала объемного изображения содержит формирователь сигнала базового изображения, включающий аналого-цифровой преобразователь, регистр ввода, регистры цвета для R, G и B цветов отдельно, каждый из которых выполнен из восьми линеек по n ячеек цвета, формирователь машинного слова и регистр дальности, состоящий из Р линеек по n ячеек дальности в каждой, где Р определяется из выражения
n 2P,
где n выбранное для устройства число следующих друг за другом планов для формирования объемного изображения пространства предметов, при этом аналого-цифровой преобразователь своими выходами подключен к входам регистра ввода, выходы регистра ввода подключены к входам регистров сдвига сигнала цветности, выходы блока элементов ИЛИ подключены к входам сдвигового регистра сигнала дальности, выходы регистра сдвига сигналов цветности и сдвигового регистра сигнала дальности подключены к входам формирователя машинного слова, а блок воспроизведения объемного изображения содержит зафиксированные в пространстве друг относительно друга, оптически связанные между собой и с глазами наблюдателей и расположенные в плоскостях, параллельных друг другу и перпендикулярных оси, проходящей через их центры симметрии, оптический формирователь световых пучков, матричный источник света и информационную панель с регулируемой светопроводимостью, а также блок управления матричным источником света и информационной панелью, первый и второй выходы которого электрически подключены соответственно к входам матричного источника света и информационной панели, а также содержит приемное устройство, вычислитель и блок определения координат глаз наблюдателя, при этом электрический выход блока определения координат глаз наблюдателя подключен к первому входу вычислителя, первый и второй выходы которого электрически подключены соответственно к первому и второму входу блока управления матричным источником света и информационной панелью, а первый и второй выходы приемного устройства электрически соединены соответственно с третьим входом блока управления и вторым входом вычислителя.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что блок управления матричным источником света и информационной панелью содержит координатно-яркостный блок и блок формирования сигналов информационных картин, выходы которых электрически соединены соответственно с входом матричного источника света и входом информационной панели, при этом первый и второй входы координатно-яркостного блока электрически соединены соответственно с первым выходом вычислителя и первым выходом приемного устройства, а вход блока формирования сигналов информационных картин электрически соединен с вторым выходом вычислителя.

РИСУНКИ

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