Видеопроекционный аппарат и способ воспроизведения видеоизображения, состоящего из точек определенного размера

 

Oписан видеопроекционный аппарат для воспроизведения на экране 7 видеоизображения, состоящего из точек определенного размера, по меньшей мере с одним источником 1 света для посылки пучка 2 света с заданным профилем для освещения каждой точки изображения на экране в течение заданного интервала времени. В видеопроекционном аппарате предусмотрено, что профиль пучка 2 света растянут шире по сравнению с определенным paзмepoм соответствующей освещаемой точки изображения, а длительность интервала времени является настолько короткой, что размер точки изображения, фиксируемой глазом наблюдателя, рассматривающего видеоизображение, может восприниматься как тождественный определенному размеру точки изображения. Описан также способ, в котором на экране 7 создают видеоизображение из точек путем направления на экран 7 пучка 2 света с заданным профилем для соответствующего освещения точки изображения определенного размера в течение заданного интервала времени, при этом применяют пучок 2 света с профилем, растянутым шире по сравнению с определенным размером соответствующей освещаемой точки изображения, а каждая точка изображения освещается в течение короткого интервала времени. Техническим результатом изобретения является то, что размер точки изображения, фиксируемой глазом наблюдателя, рассматривающего видеоизображение, воспринимается как тождественный определенному размеру этой точки изображения. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к видеопроекционному аппарату для воспроизведения на экране состоящего из точек определенного размера видеоизображения по меньшей мере с одним источником света для посылки пучка света с заданным профилем для освещения каждой точки изображения на экране в течение заданного интервала времени. Изобретение также относится к способу создания на экране видеоизображения из точек путем посылки на экран пучка света с заданным профилем для освещения на экране соответствующей точки изображения определенного размера в течение заданного интервала времени.

Видео-, соответственно телевизионная техника с момента ее изобретения стремительно завоевала значительный сектор рынка. Ежегодно во всем мире выпускается около 60 млн. телевизионных приемников.

В новых разработках существенно улучшено качество изображения. Это касается как четкости, так и контрастности изображения, а также яркости цвета.

Для четкости изображения решающее значение в первую очередь имеет воспроизводящий изображение элемент. В телевизионном кинескопе для резкого разграничения отдельных пикселей изображения используют так называемые щелевые или теневые маски. Назначение этих масок состоит, во-первых, в разделении при цветовоспроизведении доступных для трех применяемых электронных лучей участков для фосфоров на экране с целью создания красного, зеленого и синего света. Во-вторых, щелевые маски позволяют получить четкое разграничение точек изображения при формировании видеоизображения. Рассматривая кинескоп с кратчайшего расстояния, человеческий глаз может различить пиксельную структуру, возникающую благодаря локализации точек изображения (пикселей).

Наряду с ТВ кинескопом существуют другие способы воспроизведения видеоизображения. Некоторые из этих способов используют проекцию внутриаппаратного первичного изображения. При этом с помощью проекционного объектива происходит увеличение первичного изображения на экране.

Наиболее распространенным устройством такого типа, по-видимому, является ЖК-проектор. Проецируемое первичное изображение формируется с помощью жидкокристаллической матрицы (ЖК-матрица). Эта матрица задает постоянное число точек изображения, причем для каждой точки предусмотрен один ЖК-элемент. Разделение ЖК-матрицы на отдельные ЖК-элементы отчетливо можно наблюдать на проекционном экране, в частности благодаря наружному контуру отдельных ЖК-элементов.

Пиксельная структура у видеопроекционного аппарата хорошо распознается также и в устройстве согласно решению, предложенному фирмой "Texas Instruments", с качающимися зеркалами для освещения точек изображения ребрами отдельных зеркал.

При проецировании изображения с помощью так называемых "лучеобразователей" (beamer) фронтальная поверхность телевизионного кинескопа проецируется на экран. В этом случае отдельные точки изображения также ограничены благодаря отображению масочной структуры отдельных кинескопов.

Количество отдельных элементов изображения, имеющихся в распоряжении для воспроизведения точек с целью создания из них видеоизображения, определяется во всех вышеназванных способах структурой соответствующих систем воспроизведения изображения. Поэтому указанные системы в принципе пригодны только для одного единственного ТВ-стандарта. Так, например, кинескоп системы ПАЛ имеет разрешение 625x830 элементов изображения, которые используются для воспроизведения точек изображения видеосистемы.

При воспроизведении в стандарте ПАЛ с помощью жидкокристаллических матриц требуется одинаковое количество ЖК-элементов, аналогично тому, как и вышеназванная зеркальная система должна иметь одинаковое количество зеркал.

Поэтому всем этим системам присущ один недостаток. При отказе одного единственного элемента изображения качество изображения заметно снижается. Из-за названного большого количества элементов изображения для воспроизведения точек изображения вероятность отказа одного единственного элемента следует считать очень высокой.

Эта проблема становится еще актуальнее, в частности при стремлении улучшить качество изображения путем увеличения количества точек изображения, как это имеет место, например, в стандарте ТВЧ, для которого по крайней мере необходимы приблизительно 3 млн. элементов изображения. Прежде всего недостатком вышеупомянутой матрицы с качающимися зеркалами фирмы "Texas Instruments" является ее высокая вероятность отказа. Опытно-конструкторская разработка до сих пор еще не привела к созданию коммерчески приемлемого видеоустройства, поскольку процент брака является слишком высоким для коммерческих применений.

Еще один недостаток указанных методов состоит в том, что видеоизображения могут быть воспроизведены лишь в одном единственном телевизионном стандарте. Изменения воспроизводимого формата изображения невозможны, т.к. установленный стандарт определяет также и отношение сторон кадра.

Размер элемента изображения может быть весьма просто определен из формата изображения и соответствующего числа элементов изображения. Эти размеры различны для разных стандартов. Тем самым исключается универсальное применение различных стандартов и систем.

Эти недостатки устранены в различных решениях, известных из уровня техники. Такого типа системы известны, например, из DE 4306797 C1. Как следует из этой публикации, на экран производят полевую развертку пучка света, причем интенсивность света, соответственно цвет отклоненного пучка, аналогично тому, как это имеет место при отклонении электронного пучка в приемной телевизионной трубке, модулируют для управления точкой изображения.

Благодаря растрированию каждая точка изображения освещается пучком света лишь в течение короткого интервала времени, измеряемого долями микросекунды. Картина принципиально возникает лишь в глазу наблюдателя, который в результате инерции зрительного восприятия передает воспринятую световую информацию в течение периода времени, превышающего 1/100 с.

В этих системах не существует никакого внутриаппаратного изображения, создаваемого внутри проектора. При этом элементы изображения, отграниченные с помощью физических обтюраторов, принципиально не требуются.

Размер точки изображения определяется в основном диаметром светового пучка для освещения отдельных точек изображения. Поэтому для такого типа видеопроекционных аппаратов, как правило, применяются лазеры из-за высокой параллельности лучей света. Однако в принципе можно было бы применять и светоизлучающие диоды (СИД), которые существенно дешевле лазеров, но в этом случае следует учитывать затраты на оптику для параллелизации и повышенную мощность для компенсации потерь световой энергии на обтюраторах и коллиматорах.

Для определения освещенного лазером пятна существуют точно установленные величины. Поскольку профиль интенсивности лазерного луча в общем случае может быть аппроксимирован с помощью гауссовой функции, т.е. не имеет резкого ограничения, диаметр в общем случае определяется падением интенсивности до 1/е² в пересчете на максимум интенсивности.

Для достижения необходимого разрешения, требуемого размером точек изображения соответствующего стандарта, должно сохраняться высокое качество условий распространения лазерного луча. Качество может быть улучшено за счет применения оптических систем для фокусировки пучка. При этом затраты на оптические средства для достижения требуемого фокуса лазера возрастают непропорционально высоко с повышением требований к разрешению.

Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача создать видеопроекционную аппаратуру и способ, позволяющие снизить затраты на воспроизведение видеоизображения касательно определенного размера точек изображения для создающих световой пучок источников света или касательно оптических систем.

Эта задача решается исходя из соответствующего уровня техники благодаря тому, что профиль пучка света растянут шире по сравнению с определенным размером соответствующей освещаемой точки изображения, а длительность интервала времени является настолько короткой, что размер точки изображения, фиксируемой глазом наблюдателя, рассматривающего видеоизображение, может восприниматься как тождественный определенному размеру точки изображения.

Как уже указывалось выше, можно было бы предположить, что пучок света должен иметь тот же размер на экране, что и размер освещаемой точки изображения. Однако неожиданно было обнаружено, что в результате временного освещения зрительных клеток в глазу наблюдателя кратковременно созданное на экране световое пятно воспринимается как световая точка с существенно меньшим диаметром.

Причина такого результата является неясной, однако с учетом того факта, что на основании изложенного принципа для освещения отдельной точки изображения при миллионе точек изображения на кадр интенсивность света в глазу приблизительно в миллион раз больше, чем если бы каждая зрительная клетка освещалась статически, становится понятным, что зрительные клетки в глазу наблюдателя при таком характере фиксации изображения в сравнении со статическим зрением работают в дезадаптированном диапазоне.

Однако это не объясняет того факта, что диаметр светового пучка кажется меньше, чем в действительности. Напротив, проведя электротехническую аналогию с реакцией обычных усилителей, следовало бы ожидать, что зрительные клетки в глазу наблюдателя были бы в основном перемодулированы, вследствие чего фиксированный глазом диаметр был бы значительно больше, чем он должен был бы получиться в результате падения интенсивности света до значения 1/е² от максимального. Но такой вывод, как было установлено экспериментально, неверен. Возможно, это объясняется тем, что зрительные клетки в состоянии без труда адаптироваться к различиям в интенсивности порядка 10⁴, поэтому никакой перемодуляции, аналогичной электронным светочувствительным элементам, физиологически ожидать не приходится.

Однако наблюдаемый феномен также не поддается простому объяснению исходя из достижимой у зрительных клеток динамики. Тем не менее в приведенных ниже примерах осуществления изобретения предлагаются два модельных подхода, которые объясняют меньший визуально воспринимаемый диаметр светового пятна.

Независимо от объяснения указанного феномена, это тем не менее не позволяет уменьшить затраты на видеопроекционные аппараты-прототипы для решения лежащей в основе изобретения проблемы. Опыты, проведенные с лазерной проекционной системой, показали, что при обычных скоростях растрирования в соответствии со стандартом ПАЛ при определяемом этим стандартом размере точки изображения и при определенном заданном интервале времени на освещение каждой точки изображения можно применять профили пучка, диаметр которых, определяемый падением интенсивности пучка лазерного света до значения 1/е² от максимума, может даже в четыре раза превышать ожидаемый для соблюдения стандарта и статически фиксируемый диаметр пучка. Из сказанного выше очевидно, что тем самым затраты на оптику или затраты, необходимые на источники света, существенно ниже, чем если бы применялся фокус, который точно соответствует размеру точки изображения.

Отмеченный феномен может быть использован также в векторной графике. Однако этот эффект предпочтительно использовать при возможно более одинаковых интервалах времени на создание точки изображения. С этой целью в одном из предпочтительных вариантов изобретения предусмотрено растровое устройство для строчного и кадрового растрирования, с помощью которого при растрировании соблюдается определенный межстрочный интервал.

Вышеназванное число четыре было получено при определенной конструкции видеоустройства. Как поясняется более подробно ниже на физиологических модельных расчетах, наблюдаемый эффект может быть использован даже с применением существенно больших диаметров пучка, поскольку при этом становится очевидным, что можно было бы ожидать, что превышение диаметром пучка заданного размера точки изображения может составлять до десятикратного значения. В соответствии с этим в одном из предпочтительных вариантов изобретения профилю пучка ставится в соответствие определенная в вертикальном направлении к строчному растрированию через падение интенсивности до значения 1/е² от максимума ширина, составляющая от одно- до десятикратной величины определенного межстрочного интервала.

В этом варианте учитывается строчное растрирование, а диаметр пучка соотнесен с межстрочным интервалом. Межстрочный интервал определяется соответствующим применяемым стандартом существенно лучше по сравнению с размером точек изображения. Поэтому указание межстрочного интервала также пригодно для определения диаметра пучка. Однако в этом варианте оптимально учитывается то обстоятельство, что диаметр пучка может превышать межстрочный интервал до десятикратной величины.

Однако и в этом случае необходимо, чтобы фокус лазера для высококачественного разрешения был бы максимально малым. Поэтому согласно предпочтительным вариантам изобретения ширина профиля пучка составляет от одно- до пятикратной величины межстрочного интервала, в частности отношение ширины профиля пучка к межстрочному интервалу равно 4±1.

Как очевидно из приведенного выше описания, лежащий в основе настоящего изобретения эффект трудно понять. По-видимому, этот эффект обусловлен тем, что каждая точка изображения и, следовательно, косвенно каждая зрительная клетка, которая регистрирует видеоизображение, освещается лишь в течение очень короткого интервала времени. С целью увеличить эффект согласно одному из предпочтительных вариантов изобретения предлагается применять импульсный источник света, в частности импульсный лазер.

Ниже поясняется, что указанный эффект наиболее ярко проявляется в том случае, когда длительность импульса составляет менее 1 мкс, в частности менее 10 пс. Еще лучшее использование этого эффекта достигается в том случае, когда согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения каждая точка изображения освещается импульсом длительностью менее 1 пс.

Предлагаемый согласно изобретению способ, исходя из известного уровня техники, отличается тем, что применяют пучок света с профилем, более широко растянутым по сравнению с определенным размером соответствующей освещаемой точки изображения, а каждая точка изображения освещается в течение столь короткого интервала времени, что размер точки изображения, фиксируемой глазом наблюдателя, рассматривающего видеоизображение, воспринимается как тождественный определенному размеру этой точки изображения.

В предлагаемом способе также использована рассмотренная при описании устройства реакция глаза наблюдателя. Отображенная пучком света точка изображения, таким образом, существенно больше определяемой соответствующим стандартом отображаемой точки изображения. Из-за физиологических свойств глаза большее световое пятно воспринимается с диаметром, который соответствует требуемому размеру точки изображения.

Предлагаемые способ и устройство могут применяться не только для воспроизведения растрированных видеоизображений. Например, известно также применение во время различных шоу разверток для показа векторных графиков. При этом пучок света для каждого кадра перемещается вдоль воспроизводимой кривой.

Для способа согласно изобретению, как уже отмечалось выше, важное значение имеет временная характеристика. Поэтому при работе с векторной графикой необходимо следить за тем, чтобы каждый плоскостной элемент освещался в основном в течение одинаковых временных интервалов. Как известно из применений векторной графики в различных шоу, освещение в угловых точках может быть более продолжительным на каждый отрезок пути. Это может создавать особую привлекательность для воспроизведения изображений при применении в различного рода шоу. При необходимости для устранения этого можно с помощью соответствующей электроники обеспечить соблюдение коротких временных интервалов для освещения также в угловых точках векторной графики.

Менее сложным является, однако, воспроизведение изображения, при котором принципиально все точки изображения освещаются равномерно. В соответствии с этим согласно еще одному предпочтительному варианту пучок света растрируют для воспроизведения видеоизображения.

Как уже было описано выше, играющий основную роль физиологический эффект можно повысить путем уменьшения временных интервалов для воспроизведения точек изображения. Согласно одному из предпочтительных вариантов это достигается благодаря тому, что освещение каждой точки изображения производят импульсным пучком света.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи и с помощью модельного расчета. На чертежах, в частности, показано: на фиг. 1 - схематичное изображение примера выполнения, на фиг. 2 - профиль интенсивности пучка света на рассеивающем просвечивающем экране, на фиг. 3 - схематичное изображение воспринимаемого диаметра пучка света при повышенном пороге и на фиг. 4 - модельное представление физиологии глаза на основе полученных с помощью фиг. 2 и фиг. 3 данных.

На фиг. 1 показано видеоустройство известного из уровня техники типа, но которое выполнено в соответствии с настоящим изобретением.

Для модуляции яркости предусмотрен модулированный источник 1 света, из которого выходит модулированный по интенсивности пучок 2 света. Этот пучок света падает на зеркальный барабан 3 и качающееся зеркало 4.

Зеркальный барабан 3 и качающееся зеркало 4 вместе образуют растровое устройство, равномерно растрирующее пучок света в соответствии с видеостандартом относительно кадровой и строчной частоты. В сравнении с известной трубкой Брауна в телевизионной технике световой пучок 2 соответствует электронному лучу, а зеркальный барабан 3 и качающееся зеркало 4 соответствуют катушкам электромагнита для развертки электронного луча. Модуляция пучка 2 света, развертка, а также синхронизация происходят аналогично таковым в телевизионной технике с кинескопами, поэтому их более подробное описание не требуется.

После растрирующей развертки с помощью зеркального барабана 3 и качающегося зеркала 4 пучок 2 света проходит через оптическую систему 5. Эта оптическая система 5 служит для увеличения достижимого размера кадра. Кроме того, она уменьшает фокус пучка 2 света. В примере выполнения применена оптическая система 5, известная, например, из DE 4324849 C2. Эта система представляет собой по существу афокальную линзовую систему, которая, как известно, при увеличении угла одновременно приводит к уменьшению фокуса.

Затем пучок 2 света падает на линзу 6 Френеля, которая параллелизует пучок света и обеспечивает положение пучка 2 света, независимо от места соответствующей воспроизведенной точки изображения, под одинаковым углом по отношению к последующему экрану 7. Благодаря линзе 6 Френеля обеспечивается равномерная плотность освещения по всему растрированному экрану 7.

Экран 7 выполнен в виде рассеивающего просвечивающего экрана. С помощью такого экрана свет рассеивается в определяемых характеристикой этого экрана пределах телесного угла, чтобы создаваемое этим устройством видеоизображение могло восприниматься наблюдателем независимо от угла, занимаемого им по отношению к экрану.

В этом примере выполнения растрирование производилось согласно стандарту ПАЛ, поэтому каждая точка изображения освещается только в течение интервала времени, составляющего менее 1 мкс. При этом неожиданно было обнаружено, что исходящий от экрана 7 пучок света можно растянуть существенно шире, чем это требуется для определенного видеостандартом размера точки изображения. Если принять для пучка 2 света гауссов профиль и определить ширину пучка боковыми сторонами падения интенсивности до значения 1/е² от максимума, то окажется, что эта ширина может быть даже в четыре раза больше диаметра изображения без ухудшения четкости изображения. Это свойство является особенно ценным, поскольку оптическая система 5 или источник 1 света благодаря этому могут быть выполнены с существенно меньшими затратами, причем несмотря на это достигается требуемый размер точки изображения. Если же использовать растровое устройство для отображения статической световой точки на экране 7, то наблюдается увеличенный размер точки изображения, как это и ожидается статически на основе расчета оптической системы 5 и источника 1 света.

Наблюдаемый существенно меньший диаметр пучка можно объяснить физиологией глаза. Этому способствует кратковременное освещение отдельных зрительных клеток вместо равномерного освещения, создающего зрительное возбуждение при обычном рассматривании изображения, поэтому размер точки изображения кажется существенно меньшим по сравнению с шириной пучка 2 света. Используемый эффект более подробно поясняется ниже с помощью следующих выкладок со ссылкой на фиг. 2-4.

На фиг. 2 представлена кривая 8 интенсивности пучка света в меридиональном сечении. На оси абсцисс показано расстояние Ф от точки максимальной интенсивности, а по оси ординат - соответствующая интенсивность J кривой 8.

После прохождения пучка 2 света через выполненный рассеивающим просвечивающим экран 7 рассеянный свет лазера попадает в полупространство перед этим экраном. Это схематично изображено на фиг. 3. Благодаря рассеивающей структуре экрана 7, содержащего микроскопически мелкие рассеивающие частицы, образуется множество рассеивающих центров. Каждый рассеивающий центр излучает при этом лазерный свет, рассеянный в качестве самостоятельного точечного источника света. Таким образом по всему профилю интенсивности лазерного луча возникают рассеивающие центры, излучающие свет с различной интенсивностью.

По краям профиля пучка света кривая 8 интенсивности достигает меньших значений. Поскольку рассеивающий просвечивающий экран помимо свойства рассеивания окрашен в черный цвет для повышения контрастности, определенная часть света поглощается. В результате происходит ограничение видимого профиля лазерного луча в диаметре.

На фиг. 2 представлен ограничивающий уровень поглощения в виде прямой 9, параллельной Ф-оси. Точки 10 и 11 пересечения прямой 9 с кривой 8 интенсивности определяют в этом случае воспринимаемую интенсивность в результате поглощения рассеивающим просвечивающим экраном. Расстояние между точками 10 и 11 пересечения представляет собой диаметр лазерного луча, отображаемого рассеивающими центрами на экране 7. Эти взаимосвязи действуют объективно, без оценки зрительным ощущением человека также и в статическом случае.

Однако, как можно видеть, например, на фиг. 2, обе определяющие диаметр пучка света точки 11 и 12 приблизились бы одна к другой, если бы прямая 9 лежала в области более высокой интенсивности.

Человеческий глаз обычно в состоянии различать динамические диапазоны порядка 10⁴. Причиной этого, во-первых, является нелинейная чувствительность зрительных клеток, а, во-вторых, адаптационная способность глаза в результате изменения величины зрачка. В силу инерции глаза с постоянной времени приблизительно 1/30 с при видеопроекции устанавливается такая величина зрачка, которая была бы в том случае, если вся интенсивность света в течение этого определяющего инерцию временного интервала попадала бы на зрительную клетку. В действительности же интенсивность в каждой точке изображения вследствие меньшего времени освещения в определенный момент в 10⁵ раз больше (частота точки изображения выше нескольких мегагерц). Глаз наблюдателя, однако, не приспособлен надлежащим образом к таким высоким интенсивностям. Это значит, что порог зрительного восприятия, при котором глаз еще в состоянии воспринимать доступные ему интенсивности, не находится в оптимальном диапазоне в сравнении с естественным зрением, как это имеет место, например, в статическом случае. Наблюдение, сделанное в примере выполнения согласно фиг. 1, о том, что воспринимаемый глазом диаметр пучка существенно меньше фактического диаметра пучка 2 света, ясно указывает на то, что определенный путем дезадаптации порог лежит существенно выше, чем при нормальном зрении.

Это наглядно поясняется на фиг. 4. На этом чертеже также воспроизведена гауссова кривая в J-Ф-координатах. Нанесенная прямая лежит вблизи максимума гауссовой кривой, поэтому ширина между точками 12 и 13 кажется существенно меньшей по сравнению с показанным на фиг. 2 статическим случаем.

В примере по фиг. 4, естественно, не учитывается нелинейный характер физиологических феноменов. Из собственного опыта каждому человеку известно, что можно хорошо видеть как при почти полной темноте, так и при самом ярком солнечном свете, т.е. глазами могут восприниматься высокие динамические диапазоны и даже могут распознаваться небольшие различия в яркости при режущем свете.

Подобная реакция известна также для человеческого уха. Технически эта реакция учитывается путем выбора логарифмического масштаба громкости звука (данные в дБ).

Аналогично для возбуждения зрительного нерва также можно было бы принять логарифмическую характеристику. Логарифмическая характеристика зрительного возбуждения целесообразна также для того, чтобы нервные пути вообще могли переносить высокие, до 10⁶ динамики.

С целью объяснить наблюдаемый феномен можно, таким образом, для нервного возбуждения R составить следующее уравнение: При этом I обозначает интенсивность света, I₀ означает порог аккомодированной к соответствующим световым условиям зрительной клетки, F представляет собой коэффициент, который, в частности, зависит от степени расширения зрачка для оптимального регулирования зрительного возбуждения R.

С другой стороны, хорошо воспринимаются также и контрасты, которые сильно приглушаются при логарифме. Иными словами, функция для восприятия должна была бы по меньшей мере инвертировать представленную функцию зрительного возбуждения или даже повышать контраст. Поэтому для восприятия W в соответствии с экспоненциальным характером необходимо использовать следующую зависимость: W = ke^R.

Тривиальные величины, которые, возможно, входят в восприятие W и которые для следующих выкладок не имеют никакого значения, опускаются для этой упрощенной модели. Однако был введен коэффициент k, чтобы восприятие W можно было всегда правильно нормировать к зрительному возбуждению R.

В статическом случае, в котором функция восприятия передает действительную интенсивность, соответственно действительную характеристику интенсивности, должна быть принята функциональная взаимосвязь между k, F и I₀. В частности, при медленных изменениях I для любой формы характеристики I независимо от места необходимо принять, что k = I₀ и F = 1, чтобы интенсивность всегда воспринималась правильно.

Связь между величинами F, k и I₀ следует принять аналогично и в динамическом случае. Хотя очень быстрые изменения I во времени уже более не могут восприниматься, интенсивность благодаря инерции глаза усредняется во времени. Интенсивность в этом случае определяется адаптацией глаза, при которой средняя величина равна правильно воспринимаемой интенсивности. Поэтому между F, k и I₀ ожидается функциональная связь, при которой временной интеграл по I равен временному интегралу по W, причем область интегрирования необходимо выбирать порядка постоянных времени для инерции глаза.

Ниже с помощью вышеприведенных уравнений определяется, каким образом воспринимается гауссов профиль, описывающий распределение интенсивности в пучке света. Профиль пучка описывается соответственно как:

При этом x является расстоянием до центра, а σ является дисперсией. Обычно для такого рода профилей пучка принимают ширину, определяя те значения x, при которых интенсивность падает от максимума до е^-2. Это означает, что в этом случае определенный таким образом x=2 σ. . Вышеприведенная более точно определенная ширина соответствует, таким образом, четырехкратной дисперсии.

При подстановке этого распределения интенсивности в составленные выше уравнения для зрительного возбуждения и для восприятия получают следующее соотношение:

Как видно из сравнения с профилем пучка I, интенсивность света воспринимается, таким образом, с дисперсией В статическом случае, в котором F= 1, профиль пучка воспринимается, как и ожидается, естественным. Однако, как было указано выше, F определяется, в частности, величиной зрачка, поэтому из-за ожидаемой описанной дезаккомодации ожидается, что F≠1.

Во временном интервале порядка микросекунд зрачок в основном раскрыт шире, чем при статическом зрении. Обычные постоянные времени для изменения величины зрачка имеют порядок нескольких секунд, поэтому в динамическом случае значение F завышено в сравнении со статическим случаем, иными словами, воспринимаемый профиль пучка существенно уже, чем световой пучок, кратковременно попавший на зрительные клетки.

Для F может быть указан простой способ оценки. Поскольку зрительные клетки освещаются в течение постоянных времени меньше 1 мкс, а инерция глаза находится в пределах 1/30 с, то раздражение зрительной клетки в сравнении с обычными статическими раздражениями более чем в 10⁵ раз сильнее. С другой стороны, зрительные клетки могут воспринимать динамический интервал 10⁴. Таким образом, при оценке можно исходить из того, что в середине этого допустимого динамического интервала (10²) глаз обычно адаптирован, поэтому для I/I₀ можно исходить из превышения 10⁷. Иными словами, коэффициент F завышен в ln(I/I₀) раз. Тогда для F получают значение приблизительно 16, т.е. воспринимаемая ширина гауссовой функции, которая, как было указано выше, кажется уменьшенной в раз, является в 4 раза более узкой в сравнении с проецированным пучком света.

Эта простая оценка в дополнение к экспериментально подтвержденному результату является доказательством правильности той трактовки, которая исходит из физиологического эффекта. Тот факт, что несмотря на довольно грубую оценку получают значения, аналогичные наблюдаемым при расчете, объясняется, по-видимому, тем, что в эту трактовку входит прежде всего логарифм, поэтому небольшие погрешности в оценке мало сказываются на конечном результате.

На основании имеющейся у заявителя информации ему неизвестны измерения, которые показывают логарифмическую зависимость между зрительным возбуждением и интенсивностью света даже при величинах 10⁷. Поэтому вышеприведенная модель должна рассматриваться как упрощенная и в своих существенных деталях пригодна для дальнейшего совершенствования.

Однако, как вытекает из вышеприведенного описания, для достижения физиологического эффекта существенным является то, что мгновенная интенсивность максимально высока. Этот эффект можно усилить, посылая на зрительную клетку очень высокие интенсивности в максимально короткие интервалы времени. Поэтому для усиления эффекта в первую очередь оказывается целесообразным применение импульсного лазера. Как следует из вышеизложенного, при продолжительности импульса в пределах от 1 мкс до 10 пс можно ожидать значения коэффициента более четырех. При меньшей продолжительности импульса, и даже меньшей 1 пс, в соответствии с вышеприведенными модельными расчетами для улучшения эффекта можно было бы применить еще существенно меньшую воспринимаемую ширину пучка в сравнении с шириной пучка 2 света. Тогда на основе этих выкладок и возможно, кроме того, на основе отклонений в логарифмическом характере функции зрительного возбуждения могут быть выбраны условия отображения, при которых применяются диаметры пучка, до десятикратной величины превышающие ширину воспроизводимой точки изображения. Для нормальных условий, как, например, путем соблюдения стандарта с длительностью освещения точки изображения свыше 100 пс, может быть реализован только диаметр пучка в пределах от однократного до пятикратного. Это подтверждено экспериментальным результатом, равным 4. Но поскольку, с другой стороны, определение профиля пучка произведено лишь приближенно, а 20%-ное отклонение размера точки изображения относительно ее заданного размера все еще приемлемо с точки зрения качества изображения, изобретение может быть осуществлено прежде всего в пределах отношения ширины профиля пучка к межстрочному интервалу, составляющему 4±1.

Приемлемые границы легко могут быть определены специалистом экспериментально при заданных длительностях освещения для каждой отдельной точки изображения.

Формула изобретения

1. Видеопроекционный аппарат для воспроизведения на экране (7) видеоизображения, состоящего из точек определенного размера, по меньшей мере с одним источником (1) света для посылки пучка (2) света с заданным профилем для освещения каждой точки изображения на экране в течение заданного интервала времени, отличающийся тем, что профиль пучка (2) света растянут шире по сравнению с определенным размером соответствующей освещаемой точки изображения, а длительность интервала времени является настолько короткой, что размер точки изображения, фиксируемой глазом наблюдателя, рассматривающего видеоизображение, может восприниматься как тождественный определенному размеру точки изображения.

2. Видеопроекционный аппарат по п.1, отличающийся тем, что предусмотрено растровое устройство (3,4) для строчного и кадрового растрирования пучка (2) света, с помощью которого при растрировании соблюдается определенный межстрочный интервал.

3. Видеопроекционный аппарат по п.2, отличающийся тем, что профилю пучка поставлена в соответствие определенная в вертикальном направлении к строчному растрированию через падение интенсивности до значения 1/е² от максимума ширина, составляющая от одно- до десятикратной величины определенного межстрочного интервала.

4. Видеопроекционный аппарат по п.3, отличающийся тем, что ширина профиля пучка составляет от одно- до пятикратной величины. межстрочного интервала.

5. Видеопроекционный аппарат по п.4, отличающийся тем, что отношение ширины профиля пучка к межстрочному интервалу составляет 4 ± 1.

6. Видеопроекционный аппарат по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что источник (1) света является импульсным, в частности импульсным лазером.

7. Видеопроекционный аппарат по п.6, отличающийся тем, что длительность импульса составляет менее 1 мкс, в частности менее 10 пс.

8. Видеопроекционный аппарат по п.7, отличающийся тем, что длительность импульса составляет менее 1 пс.

9. Способ создания на экране (7) видеоизображения из точек путем направления на экран (7) пучка (2) света с заданным профилем для соответствующего освещения точки изображения определенного размера в течение заданного интервала времени, отличающийся тем, что применяют пучок (2) света с профилем, растянутым шире по сравнению с определенным размером соответствующей освещаемой точки изображения, а каждая точка изображения освещается в течение столь короткого интервала времени, что ее размер, фиксируемый глазом наблюдателя, рассматривающего видеоизображение, воспринимается как тождественный определенному размеру этой точки изображения.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что для воспроизведения видеоизображения пучок (2) света растрируют.

11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что освещение каждой точки изображения осуществляют импульсным пучком (2) света.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4