RU2510061C2 - Display for adaptive formation of three-dimensional images - Google Patents

Display for adaptive formation of three-dimensional images Download PDF

Info

Publication number
RU2510061C2
RU2510061C2 RU2011118594/28A RU2011118594A RU2510061C2 RU 2510061 C2 RU2510061 C2 RU 2510061C2 RU 2011118594/28 A RU2011118594/28 A RU 2011118594/28A RU 2011118594 A RU2011118594 A RU 2011118594A RU 2510061 C2 RU2510061 C2 RU 2510061C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
images
information
viewer
module
display
Prior art date
Application number
RU2011118594/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011118594A (en
Inventor
Андрей Николаевич Путилин
Донгкьюнг НАМ
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН)
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." filed Critical Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН)
Priority to RU2011118594/28A priority Critical patent/RU2510061C2/en
Publication of RU2011118594A publication Critical patent/RU2011118594A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2510061C2 publication Critical patent/RU2510061C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: display includes an individual stereo projection module situated on a means of movement capable of moving to an arbitrary point of the optical system of the display, a unit for generating and preprocessing images, an optical element which forms a region for viewing 3D images, a means of detecting and tracking the position of a viewer, and a system for obtaining, storing and generating 3D information. The individual stereo projection module is in form of a microprojector-fitted robot-aided, self-propelled and self-adjusting module with self-contained power supply, wireless communication, a video surveillance and orientation system and a distributed computer system, capable of concurrently processing 3D information and facilitating interaction with other similar modules, and capable of forming, in the region of location of the optical element which forms the region for viewing 3D images, a real image of the displayed information, and operating as an intelligent module for displaying 3D information individually for each viewer during arbitrary movement thereof.
EFFECT: enabling formation of a non-aspect 3D image aimed at each viewer and allowing change in position of the viewers in a wide range.
15 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и описывает конструкцию дисплея, выполненного с возможностью формирования естественного безракурсного 3D изображения для каждого из группы зрителей без применения очков.The invention relates to the field of radio engineering and describes the design of a display made with the possibility of forming a natural angleless 3D image for each of the group of viewers without the use of glasses.

Большинство 3D дисплеев, известных на данный момент, используют только два ракурса 3D объекта для отображения стереоинформации зрителям, таким образом, достигается ощущение объемности рассматриваемого на дисплее изображения. Такие устройства известны как стеродисплеи.Most of the 3D displays currently known use only two angles of a 3D object to display stereo information to viewers, thus achieving a sense of volume of the image viewed on the display. Such devices are known as stereo displays.

Существуют многоракурсные дисплеи, формирующие множество ракурсов 3D объекта, делающие возможным просмотр 3D объекта совместно со многими другими зрителями. Из уровня техники известны различные подходы к решению проблемы воспроизведения 3D объектов.There are multi-angle displays that form many angles of a 3D object, making it possible to view a 3D object in conjunction with many other viewers. The prior art various approaches to solving the problem of reproducing 3D objects.

В частности, в патенте США №6,791,570 [1] описан 3D дисплей на базе жидкокристаллических дисплеев (LCD). Трехмерный дисплей, выполненный по типу виртуального окна, включает в себя систему слежения за зрителем с соответствующим изменением ракурсов изображения. Такой дисплей предназначен для использования одним зрителем и относится к стереодисплеям. В стереодисплейных системах отсутствует возможность обзора 3D изображения и для всех зрителей формируется одинаковая информация, что делает невозможным совместное рассматривание одного 3D объекта несколькими зрителями, при этом отсутствие естественности 3D восприятия вызывает головную боль или дискомфорт у большинства зрителей.In particular, US Pat. No. 6,791,570 [1] describes a 3D display based on liquid crystal displays (LCDs). The three-dimensional display, made as a virtual window, includes a tracking system for the viewer with a corresponding change in the image angles. Such a display is intended for use by one viewer and applies to stereo displays. In stereo display systems, it is not possible to view 3D images and the same information is generated for all viewers, which makes it impossible for several viewers to view a single 3D object together, while the lack of naturalness of 3D perception causes headache or discomfort for most viewers.

Фирма Holografika производит линейку трехмерных дисплеев HoloVizio (см. http://www.holografika.com/Technology/Technology-Principles.html) [2]. Дисплеи воспроизводят трехмерное изображение с возможностью многостороннего обзора объекта и перемещения зрителей в достаточно широком угловом диапазоне (motion parallax). Размер диагонали экрана дисплеев 32 (16:9) и 26 (4:3) дюймов, это многоракурсные дисплеи. Аналогичный способ применен и в многоракурсном дисплее, описанном в патенте США №6603504 [3]. Недостатком таких дисплеев являются наблюдаемые перескоки изображения при переходе из одной зоны просмотра в другую и небольшая глубина области обзора 3D изображения. В таких системах необходимо обеспечить вычисление и формирование потока информации обо всех ракурсах 3D объекта. При увеличении количества ракурсов количество и производительность средств вычисления и отображения 3D информации сильно возрастает и делает систему очень громоздкой и ресурсоемкой.Holografika manufactures a line of 3D HoloVizio displays (see http://www.holografika.com/Technology/Technology-Principles.html) [2]. Displays reproduce a three-dimensional image with the possibility of a multilateral view of the object and the movement of viewers in a fairly wide angular range (motion parallax). The diagonal size of the screen displays 32 (16: 9) and 26 (4: 3) inches, these are multi-angle displays. A similar method is applied in the multi-angle display described in US patent No. 6603504 [3]. The disadvantage of such displays is the observed jumps in the image when moving from one viewing area to another and the small depth of the viewing area of the 3D image. In such systems, it is necessary to ensure the calculation and formation of the flow of information about all aspects of the 3D object. With an increase in the number of angles, the number and productivity of the means of computing and displaying 3D information increases significantly and makes the system very cumbersome and resource intensive.

Дисплей, описанный в патенте США №6806849 [4], состоит из пакета (стека) вплотную сложенных 20 LCD электроуправляемых рассеивателей (затворов) с видеопроектором, который может проецировать двумерное изображение в область расположения стека рассеивателей, таким образом, обеспечивая зрителям возможность наблюдать трехмерное изображение при последовательном включении рассеивателей синхронно с проецированием изображения определенной плоскости по глубине отображаемой 3D информации. Такого типа дисплеи плохо воспроизводят непрозрачные объекты и их чаще называют «волыометрическими», так как они непосредственно эмулируют рассеивание света в объеме активной среды (стека рассеивателей).The display described in US Pat. No. 6,008,849 [4] consists of a stack (stack) of closely folded 20 LCD electrically controlled diffusers (shutters) with a video projector that can project a two-dimensional image into the area of the stack of diffusers, thus allowing viewers to observe a three-dimensional image when sequentially turning on the scatterers synchronously with the projection of the image of a certain plane along the depth of the displayed 3D information. Displays of this type poorly reproduce opaque objects and are more often called “voliometric”, since they directly emulate light scattering in the volume of the active medium (stack of scatterers).

В дисплее, известном из патента США №6535241[5], есть возможность рассматривать и совместно работать с 3D изображениями нескольким зрителям при достаточно простой аппаратной реализации, причем число зрителей ограничено скоростью пространственно" временого модулятора света (SLM) при отдельном для каждого зрителя воспроизведении стереокартины, кроме того, применение переключаемых очков тоже является ограничивающим фактором.In the display known from US patent No. 6535241 [5], it is possible to view and collaborate with 3D images to several viewers with a fairly simple hardware implementation, and the number of viewers is limited by the speed of the spatially "temporary light modulator (SLM) with a separate stereo image for each viewer In addition, the use of switchable glasses is also a limiting factor.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение, описанное в патенте США №6543899 [6]. Дисплей состоит из ретрорефлективного экрана и пары проекционных дисплеев, расположенных вблизи глаз наблюдателя, при этом такая система позволяет зрителю перемещаться в широком диапазоне углов и дистанций относительно экрана и является, по сути, адаптивно самонастраиваемой. Дисплей имеет ряд недостатков принципиального характера: размещение проекторов либо на самом зрителе, либо на держателе в непосредственной близости от зрителя, что ограничивает свободу перемещения, проекционная система дисплея неспособна компенсировать все искажения проецируемого изображения при произвольном положении зрителя относительно экрана. Есть и недостатки у ретрорефлективных экранов, они обладают низким контрастом и высоким светоотражением для лучей, идущих под произвольным углом к плоскости экрана (то есть большое паразитное рассеяние), что снижает визуальный стереоэффект и вызывает перекрестные искажения в стереоизображении.Closest to the claimed invention is a technical solution described in US patent No. 6543899 [6]. The display consists of a retroreflective screen and a pair of projection displays located near the eyes of the observer, while such a system allows the viewer to move in a wide range of angles and distances relative to the screen and is, in fact, adaptively self-adjusting. The display has a number of shortcomings of a fundamental nature: placing projectors either on the viewer itself or on the holder in the immediate vicinity of the viewer, which limits freedom of movement, the projection display system is unable to compensate for all distortions of the projected image when the viewer is arbitrarily positioned relative to the screen. Retroreflective screens also have disadvantages; they have low contrast and high light reflection for rays traveling at an arbitrary angle to the plane of the screen (i.e., large spurious scattering), which reduces the visual stereo effect and causes crosstalk in the stereo image.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в разработке усовершенствованного дисплея, обеспечивающего возможность формирования естественного (безракурсного) 3D изображения, ориентированного на каждого зрителя и при этом допускающего изменение в больших пределах положения зрителей, а также способного регулировать использования ресурсов формирования и отображения информации (энергосбережение), в том числе масштабируемость или модульность системы, формирование без перескоков 3D ракурсов в зависимости от положения конкретного зрителя, при этом добиваясь простоты системы предобработки 3D информации и вычисления ракурсов, при обеспечении возможности распараллеливания процесса вычисления и отображения ракурсов для отдельных зрителей.The problem to which the claimed invention is directed is to develop an improved display that enables the formation of a natural (angleless) 3D image oriented at each viewer and at the same time allows for a wide change in the position of the audience, as well as the ability to regulate the use of information generation and display resources (energy saving), including scalability or modularity of the system, the formation of 3D views without jumps depending on the polo life of a particular viewer, while achieving simplicity of the system of preprocessing 3D information and calculating angles, while providing the possibility of parallelizing the process of calculating and displaying angles for individual viewers.

Технический результат достигается за счет создания дисплея для адаптивного формирования трехмерных изображений реальных и виртуальных объектов и сцен, включающего в себя,The technical result is achieved by creating a display for the adaptive formation of three-dimensional images of real and virtual objects and scenes, including

- по меньшей мере, один модуль индивидуальной стереопроекции, расположенный на, по меньшей мере, одном средстве движения, выполненном с возможностью перемещения указанного модуля в произвольную точку оптической системы дисплея,- at least one individual stereo projection module located on at least one vehicle, configured to move the specified module to an arbitrary point in the optical display system,

- по меньшей мере, один блок формирования и предварительной обработки изображений, выполненный с возможностью передачи в модуль индивидуальной стереопроекции предварительно обработанной информации, подлежащей отображению, причем модуль индивидуальной стереопроекции содержит, по меньшей мере, один оптический элемент формирующий область просмотра 3D изображений и выполняющий оптическое преобразование сопряжения для позиции вышеуказанного модуля и позиции зрителя, которая отслеживается, по меньшей мере, одним средством для обнаружения, и отслеживания позиции, по меньшей мере, одного зрителя, и дополнен системой получения, хранения и формирования трехмерной информации, причем такая система выполнена с возможностью обеспечения приема информации от телекоммуникационных систем, отличающегося тем, что модуль индивидуальной стереопроекции выполнен в виде снабженного микропроекторами роботизированного самодвижущегося и самонастраивающегося модуля с автономным питанием, беспроводной связью, системой видеонаблюдения и ориентации и с распределенной вычислительной системой, выполненной с возможностью параллельной обработки 3D информации и организации взаимодействия с другими аналогичными модулями, и способный работать как интеллектуальный модуль отображения 3D информации персонально для каждого зрителя при его произвольном перемещении.at least one image forming and preprocessing unit adapted to transmit to the individual stereo projection module pre-processed information to be displayed, the individual stereo projection module comprising at least one optical element forming a viewing area of 3D images and performing optical conversion pairing for the position of the above module and the position of the viewer, which is tracked by at least one means for detecting I, and tracking the position of at least one viewer, and is supplemented by a system for receiving, storing and generating three-dimensional information, moreover, such a system is configured to provide reception of information from telecommunication systems, characterized in that the individual stereo projection module is designed as a robotic microprojection self-propelled and self-adjusting module with autonomous power supply, wireless communication, video surveillance and orientation system and with distributed computing system emoy adapted to parallel processing of 3D information and interaction with other similar modules, and capable of functioning as an intelligent module mapping 3D information individually for each viewer during its random movement.

Таким образом, заявляется усовершенствованный дисплей, основной чертой которого является адаптивная подстройка как оптической схемы дисплея для отображения естественного 3D изображения, так и вычислительных средств обработки изображений для оптимального и экономичного использования вычислительных ресурсов дисплейной системы. Адаптивность системы обеспечивается постоянным слежением, соответствующих подсистем, за положением и поведением зрителей в области зоны формирования 3D изображения и соответственным реконфигурированием оптической схемы отображения информации для каждого зрителя и распараллеливанием обработки информации для каждого зрителя.Thus, an improved display is claimed, the main feature of which is adaptive adjustment of both the optical display circuitry for displaying a natural 3D image and the image processing computing means for optimal and economical use of the computing resources of the display system. The adaptability of the system is ensured by constant monitoring of the corresponding subsystems of the position and behavior of the audience in the area of the 3D image formation zone and the corresponding reconfiguration of the optical information display scheme for each viewer and parallel processing of information for each viewer.

Заявляемый дисплей для адаптивного формирования трехмерных изображений реальных и виртуальных объектов и сцен, по существу, включает в себя усовершенствованную систему адаптивного 3D проектора и состоит из следующих подсистем:The inventive display for adaptive formation of three-dimensional images of real and virtual objects and scenes, in essence, includes an advanced system of adaptive 3D projector and consists of the following subsystems:

- средство слежения за положением и поведением зрителей с соответствующим программным и аппаратным обеспечением;- a means of tracking the position and behavior of the audience with appropriate software and hardware;

- модули индивидуальной стереопроекции для каждого зрителя с соответствующими средствами подстройки оптической системы и перемещения модулей в позицию, соответствующую положению зрителя;- individual stereo projection modules for each viewer with appropriate means of adjusting the optical system and moving the modules to a position corresponding to the position of the viewer;

- вычислительные модули индивидуальной обработки 3D информации информации для модулей стереопроекции- computing modules for individual processing of 3D information information for stereo projection modules

- экрана (системы экранов), для формирования крупноразмерного 3D изображения в области расположения зрителей.- screen (system of screens), for the formation of large-sized 3D images in the area of the audience.

Работа системы начинается с поиска и обнаружения в области формирования 3D изображения зрителя (зрителей) с последующим определением их конкретного положения (положения глаз). Сигнал о появлении зрителей передается в вычислительную систему для вычисления параметров отображения информации каждому зрителю и соответствующей предобработки исходно хранящейся (передающейся по каналу связи TV) информации о 3D отображаемом объекте. Вычислительная система строится по принципу параллельной обработки информации для каждого зрителя, поскольку оптическая система данного дисплея позволяет разделить общую задачу вычисления 3D ракурсов на независимые подзадачи отображения для каждого зрителя.The system starts with a search and detection in the field of 3D image formation of the viewer (s), followed by determination of their specific position (eye position). The signal about the appearance of the audience is transmitted to the computer system to calculate the display parameters of the information to each viewer and the corresponding pre-processing of the initially stored (transmitted via the TV communication channel) information about the 3D displayed object. The computing system is built on the principle of parallel processing of information for each viewer, since the optical system of this display allows you to divide the general task of computing 3D angles into independent display subtasks for each viewer.

Вычисленные индивидуальные стереоизображения передаются в модули индивидуальной стереопроекции, количество активных модулей, а следовательно, ресурсы и энергия расходуемая системой, соответствует числу зрителей, таким образом обеспечивается минимально возможный уровень ресурсов для естественного 3D отображения информации для всех зрителей.The calculated individual stereo images are transferred to individual stereo projection modules, the number of active modules, and therefore the resources and energy consumed by the system, corresponds to the number of viewers, thus ensuring the lowest possible level of resources for natural 3D display of information for all viewers.

3D дисплей данного типа может использоваться в телевизионных системах промышленного или бытового характера, когда число зрителей ограничено, например, десятью-двадцатью зрителями. Такой характер использования дисплеев характерен для семейного или корпоративного уровня и не подходит для кинотеатров.This type of 3D display can be used in television systems of industrial or domestic nature, when the number of viewers is limited, for example, by ten to twenty viewers. This type of use of displays is typical for the family or corporate level and is not suitable for cinemas.

В корпоративных системах (ситуационные комнаты, дизайнерские студии, 3D CAD системы) одной из наиболее важных свойств 3D систем является возможность выполнения совместных действий над 3D объектом (обзор с многих сторон, индикация в пространстве на участок 3D объекта для совместного детального обзора и пр.), данный дисплей обеспечивает такую функциональность.In corporate systems (situational rooms, design studios, 3D CAD systems), one of the most important properties of 3D systems is the ability to perform joint actions on a 3D object (view from many angles, display in space on a section of a 3D object for a joint detailed view, etc.) , this display provides this functionality.

При реализации заявляемого изобретения возможны различные варианты исполнения отдельных компонентов дисплея, в частности, модуль индивидуальной стереопроекции предлагается снабдить средством, выполненным с возможностью выполнения автоматической регулировки фокусировки на произвольную плоскость вблизи расположения указанного оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображений.When implementing the claimed invention, various versions of individual display components are possible, in particular, it is proposed to provide an individual stereo projection module with means configured to automatically focus on an arbitrary plane near the location of the specified optical element forming the viewing area of 3D images.

Помимо этого модуль индивидуальной стереопроекции предлагается снабдить средством регулировки расстояния между оптическими осями оптических систем микропроекторов для оптимального формирования отдельной информации для правого и левого глаз зрителя и уменьшения перекрестных искажений.In addition, the individual stereo projection module is proposed to be equipped with a means for adjusting the distance between the optical axes of the optical systems of microprojectors to optimally generate separate information for the right and left eyes of the viewer and reduce cross distortion.

Представляется также важным, чтобы модуль индивидуальной стереопроекции был снабжен средством, выполненным с возможностью регулировки положения модуля в направлении, перпендикулярном к оптической оси оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображений.It is also important that the individual stereo projection module be equipped with means configured to adjust the position of the module in a direction perpendicular to the optical axis of the optical element forming the viewing area of 3D images.

В предпочтительном варианте реализации целесообразно снабдить модуль индивидуальной стереопроекции средством, выполненным с возможностью обеспечивать движение в трех плоскостях по отношению к оптической оси оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображений и способного переместить упомянутый модуль в произвольную точку области возможного расположения зрителей.In a preferred embodiment, it is advisable to equip the individual stereo projection module with means configured to provide movement in three planes with respect to the optical axis of the optical element forming the viewing area of 3D images and capable of moving the said module to an arbitrary point in the region of the possible location of the audience.

При этом средство обеспечения движения модуля индивидуальной стереопроекции предлагается выполнять в виде автономного роботизированного устройства, снабженного средствами обеспечения полета вертолетного типа и зависания в произвольной точке пространства, причем такое устройство выполняется с возможностью перемещения модуля индивидуальной стереопроекции в позицию, оптически сопряженную с позицией зрителя в области отслеживания и отображения трехмерной информации.At the same time, it is proposed to provide the means for ensuring the movement of the individual stereo projection module in the form of an autonomous robotic device equipped with helicopter-type flight support and hovering at an arbitrary point in space, and such a device is capable of moving the individual stereo-projection module to a position that is optically paired with the viewer’s position in the tracking area and displaying three-dimensional information.

Помимо этого предлагается, чтобы модуль индивидуальной стереопроекции был снабжен средством автономного питания, средством беспроводной связи и видеонаблюдения, причем эти средства интегрированы в компактный программно-аппаратный комплекс, выполненный с возможностью обеспечения автономной работы системы отображения 3D информации для отдельного зрителя во время просмотра 3D изображения.In addition, it is proposed that the individual stereo projection module be equipped with an autonomous power supply, wireless communication and video surveillance, these tools being integrated into a compact hardware-software complex capable of providing autonomous operation of the 3D information display system for an individual viewer while watching 3D images.

Что касается конструкции оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображений, то этот элемент целесообразно выполнять в виде плоских линз Френеля с, по меньшей мере, одной рассеивающей поверхностью. В качестве одного из возможных вариантов реализации предлагается иммерсировать указанные линзы в фотополимерную рассеивающую среду.As for the design of the optical element forming the viewing area of 3D images, this element is expediently performed in the form of flat Fresnel lenses with at least one scattering surface. As one of the possible implementation options, it is proposed to immerse these lenses in a photopolymer scattering medium.

В других вариантах реализации изобретения предлагается, чтобы оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений, был изготовлен в виде, по меньшей мере, одной планарной голографической линзы и снабжен, по меньшей мере, одним пространственным фильтром, выполненным с возможностью отсечения недифрагированных на голограмме лучей.In other embodiments of the invention, it is proposed that the optical element forming the viewing area of 3D images be made in the form of at least one planar holographic lens and equipped with at least one spatial filter configured to cut off the rays that are not diffracted on the hologram.

Также оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений, может быть выполнен в виде согласованной пары голографических линз, обеспечивающих ахроматизацию света, проходящего через оптические элементы дисплея во время формирования голографического ЗD-изoбpaжeния без хроматических аберраций, причем оптический элемент должен быть снабжен, по меньшей мере, одним пространственным фильтром, выполненным с возможностью отсечения недифрагированных на голограммах лучей.Also, the optical element forming the viewing area of 3D images can be made in the form of a matched pair of holographic lenses providing achromatization of the light passing through the optical elements of the display during the formation of a holographic 3D image without chromatic aberration, and the optical element must be provided with at least , one spatial filter made with the possibility of cutting off undiffracted rays on the holograms.

Среди других вариантов выполнения оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображений, следует упомянуть вариант выполнения этого элемента в виде асферических планарных зеркал Френеля или в виде пленки, одна сторона которой является рельефом в виде одномерного массива микропризм полного внутреннего отражения с углом при вершине 90 градусов, а другая сторона изготовлена с рассеивающей рельефной поверхностью со средним углом рассеяния меньше чем 5 градусов в направлении, перпендикулярном одномерному микропризменному массиву.Among other embodiments of the optical element forming the viewing area of 3D images, mention should be made of the embodiment of this element in the form of aspherical planar Fresnel mirrors or in the form of a film, one side of which is a relief in the form of a one-dimensional array of microprisms of total internal reflection with an angle at the apex of 90 degrees, and the other side is made with a scattering relief surface with an average scattering angle of less than 5 degrees in the direction perpendicular to the one-dimensional microprismatic ma Siwa.

Представляется целесообразным, чтобы блок формирования и предварительной обработки изображений снабжен средством беспроводной связи с указанной системой получения, хранения и формирования и распределения трехмерной информации между модулями индивидуальной стереопроекции. При этом предлагается, чтобы каждый модуль индивидуальной стереопроекции был снабжен средством идентификации зрителей по лицу и мимике, выполненным с возможностью индивидуализации по возрасту, полу и обеспечению возможности родительского контроля при отображении 3D информации для конкретного зрителя.It seems appropriate that the image forming and preprocessing unit is equipped with wireless communication with the indicated system for receiving, storing and forming and distributing three-dimensional information between individual stereo projection modules. It is proposed that each individual stereo projection module be equipped with a means of identifying viewers by face and facial expressions, made with the possibility of individualization by age, gender and parental control when displaying 3D information for a particular viewer.

Далее существо заявляемого изобретения поясняется с привлечением графических материалов.Further, the essence of the claimed invention is illustrated with the use of graphic materials.

Фиг.1 - схема роботизированного адаптивного проекционного 3D-дисплея (вариант расположения)Figure 1 - diagram of a robotic adaptive projection 3D-display (location option)

Элементы: 10, 11, 12 - зрители (конечное множество),Elements: 10, 11, 12 - viewers (finite set),

110, 111, 112 - соответствующие интеллектуальные роботизированный модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителей 10, 11,12 со средством обеспечения автономного питания, беспроводной связью и наблюдения за зрителями и поведением остальных модулей, 110, 111, 112 - corresponding intelligent robotic individual stereo projection module (MSP) for viewers 10, 11,12 with the means of providing autonomous power, wireless communication and monitoring the audience and the behavior of the remaining modules,

4 - оптический отображающий элемент для формирования области просмотра 3D изображения,4 - optical display element for forming a viewing area of a 3D image,

40 - 3D изображение,40 - 3D image

70 - система для индивидуального управления роботизированными модулями индивидуальной стереопроекции (MSP) и распределения 3D информации по множеству упомянутых роботов,70 is a system for individually controlling robotic individual stereo projection (MSP) modules and distributing 3D information across a plurality of said robots,

80 - системы получения, хранения и формирования трехмерной информации,80 - a system for receiving, storing and forming three-dimensional information,

90 - входящая 3D информация (радиовещание, локальная сеть или Интернет),90 - incoming 3D information (broadcasting, local area network or the Internet),

Фиг.2. Схема модуля индивидуальной стереопроекции (MSP).Figure 2. Individual Stereo Projection Module (MSP) diagram.

Элементы: 21 - платформа оптической схемы (головки),Elements: 21 - platform optical scheme (head),

22, 23 - 2-D пространственные модуляторы света (SLM), для проекции информации соответственно для левого и правого глаза,22, 23 - 2-D spatial light modulators (SLM), for projecting information, respectively, for the left and right eyes,

24, 25 - объективы для левого и правого SLM,24, 25 - lenses for left and right SLM,

26, 27 - сервомеханизм для перемещения проекционных объективов в направлении, перпендикулярном оптической оси MSP,26, 27 - a servo mechanism for moving projection lenses in a direction perpendicular to the optical axis of the MSP,

28 - сервомеханизм для фокусировки проекционных объективов28 - servomechanism for focusing projection lenses

29 - сервомеханизм для регулировки расстояния между левым и правым пространственными модуляторами света (SLM),29 is a servo mechanism for adjusting the distance between the left and right spatial light modulators (SLM),

210 - блок для управления системой сервомеханизмов, формирования и предварительной обработки 3D изображений,210 - block for controlling a system of servomechanisms, the formation and preliminary processing of 3D images,

220 - точка сходимости оптических осей для левого и правого каналов проекции вблизи плоскости оптического отображающего элемента 4 (Фиг.1).220 - the convergence point of the optical axes for the left and right projection channels near the plane of the optical display element 4 (Figure 1).

Фиг.3. Схема модуля индивидуальной стереопроекции (MSP) (вариант). Figure 3. Individual Stereoprojection Module (MSP) scheme (option).

Элементы: 21 - платформа оптической схемы (головки),Elements: 21 - platform optical scheme (head),

32 - 2-D пространственный модулятор света (SLM), для одновременной проекции информации для левого и правого глаз в одном кадре модулятора,32 - 2-D spatial light modulator (SLM), for the simultaneous projection of information for the left and right eyes in one frame of the modulator,

24, 25 - объективы для левого и правого SLM,24, 25 - lenses for left and right SLM,

26, 27 - сервомеханизм для перемещения проекционных объективов в направлении, перпендикулярном оптической оси MSP,26, 27 - a servo mechanism for moving projection lenses in a direction perpendicular to the optical axis of the MSP,

28 - сервомеханизм для фокусировки проекционных объективов,28 is a servo mechanism for focusing projection lenses,

210 - блок для управления системой сервомеханизмов, формирования и предварительной обработки 3D изображений,210 - block for controlling a system of servomechanisms, the formation and preliminary processing of 3D images,

220 - точка сходимости оптических осей для левого и правого каналов проекции вблизи плоскости оптического отображающего элемента 4 (Фиг.1).220 - the convergence point of the optical axes for the left and right projection channels near the plane of the optical display element 4 (Figure 1).

Фиг.4. Схема модуля индивидуальной стереопроекции (MSP) (вариант с регулировкой расстояния между оптическими осями каналов правой и левой проекционных систем),Figure 4. The scheme of the individual stereo projection module (MSP) (option with adjusting the distance between the optical axes of the channels of the right and left projection systems),

Элементы: 21 - платформа оптической схемы (головки),Elements: 21 - platform optical scheme (head),

32 - 2-D пространственный модулятор света (SLM), для одновременной проекции информации для левого и правого глаз в одном кадре модулятора,32 - 2-D spatial light modulator (SLM), for the simultaneous projection of information for the left and right eyes in one frame of the modulator,

24, 25 - объективы для левого и правого SLM,24, 25 - lenses for left and right SLM,

36 - сервомеханизм для вращения плоскости, плоскопараллельных оптических пластин 61 и 62 для оптической подстройки расстояния между осями проекционных объективов в направлении, перпендикулярном оптической оси MSP,36 - a servomechanism for rotating a plane, plane-parallel optical plates 61 and 62 for optical adjustment of the distance between the axes of the projection lenses in the direction perpendicular to the optical axis MSP,

28 - сервомеханизм для фокусировки проекционных объективов,28 is a servo mechanism for focusing projection lenses,

210 - блок для управления системой сервомеханизмов, формирования и предварительной обработки 3D изображений.210 - a block for controlling a system of servo mechanisms, formation and preliminary processing of 3D images.

Фиг.5. Схема работы адаптивного 3D проекционного дисплея.Figure 5. The workflow of an adaptive 3D projection display.

Элементы: 1 - модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителя 10,Elements: 1 - individual stereo projection module (MSP) for the viewer 10,

4 - оптический отображающий элемент для формирования области просмотра 3D изображения,4 - optical display element for forming a viewing area of a 3D image,

10 - точка области отслеживания положения зрителей и 3D просмотра (50 на Фиг.1), оптически сопряженная точке расположения модуля индивидуальной стереопроекции (MSP) - 1,10 is a point of the area for tracking the position of the audience and 3D viewing (50 in FIG. 1), optically conjugated to the location point of the individual stereo projection module (MSP) - 1,

100 - i-й модуль индивидуальной стереопроекции (MSP),100 - i-th individual stereo projection module (MSP),

110 - точка области отслеживания положения зрителей и 3D просмотра (50 на Фиг.1), оптически сопряженная точке расположения модуля индивидуальной стереопроекции (MSP) - 100.110 is a point of the area for tracking the position of the audience and 3D viewing (50 in FIG. 1), optically conjugated to the location point of the individual stereo projection module (MSP) - 100.

Фиг.6. Схема конфигураций оптического отображающего элемента для формирования области просмотра 3D изображения.6. The configuration diagram of the optical display element for forming the viewing area of the 3D image.

Элементы: А- вертикальный вид,Elements: A - vertical view,

В - горизонтальный вид,B is a horizontal view

1 - модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителя 10,1 - module individual stereo projection (MSP) for the viewer 10,

44 - первая топографическая линза,44 is the first topographic lens

45 - пространственный световой фильтр (3М PRIVACY FILM технология),45 - spatial light filter (3M PRIVACY FILM technology),

46 - вторая топографическая линза,46 is a second topographic lens,

10 - точка области отслеживания положения зрителей и 3D просмотра (50 на Фиг.1), оптически сопряженная точке расположения модуля индивидуальной стереопроекции (MSP) - 1 (вид сверху),10 is a point of the area for tracking the position of the audience and 3D viewing (50 in FIG. 1), optically conjugated to the location point of the individual stereo projection module (MSP) - 1 (top view),

101 - точка области отслеживания положения зрителей и 3D просмотра (50 на Фиг.1), оптически сопряженная точке расположения модуля индивидуальной стереопроекции (MSP) - 1 (вид сбоку),101 is a point of the area for tracking the position of the audience and 3D viewing (50 in FIG. 1), optically conjugated to the location point of the individual stereo projection module (MSP) - 1 (side view),

49 - недифрагированный на голограмме свет,49 - light not diffracted on the hologram,

Фиг.7. Схема конфигураций оптического отображающего элемента для формирования области просмотра 3D изображения (варианты).7. The configuration diagram of the optical display element for forming the viewing area of the 3D image (options).

Элементы: 54 - линза Френеля рефракционного типа иммерсированная в фотополимерный компаунд 51,Elements: 54 - Fresnel lens refractive type immersed in a photopolymer compound 51,

55 - линза Френеля отражательного типа с приклеенным малоугловым рассеивателем 58,55 - reflective type Fresnel lens with a small-angle lens 58 glued,

53 - вогнутое зеркало с малоугловым рассеивателем 59,53 - concave mirror with a small angle diffuser 59,

55 - луч падающего света,55 - ray of incident light,

56 - отраженный (прошедший) луч света,56 - reflected (transmitted) ray of light,

57 - рассеянный свет (малоугловое рассеяние), 57 - scattered light (small angle scattering),

51 - иммерсирующий фотополимерный компаунд (с определенным (рассчитанным) показателем преломления),51 - immersive photopolymer compound (with a specific (calculated) refractive index),

58 - рассеивающая подложка (пленка),58 - scattering substrate (film),

59 - тонкая рассеивающая пленка.59 is a thin scattering film.

Фиг.8. Схема адаптивного проекционного 3D дисплея (вариант расположения компонентов).Fig. 8. Scheme of an adaptive projection 3D display (option of component location).

Элементы: 1 - модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителя 10,Elements: 1 - individual stereo projection module (MSP) for the viewer 10,

2 - средство перемещения для вышеупомянутого модуля MSP,2 is a means of movement for the aforementioned MSP module,

73 - оптический асферический элемент для работы в дополнение к элементу 4,73 - optical aspherical element to work in addition to element 4,

4 - оптический отображающий элемент для формирования области просмотра 3D изображения,4 - optical display element for forming a viewing area of a 3D image,

300 - несущая платформа,300 - supporting platform,

Фиг.9. Схема адаптивного проекционного 3D дисплея (вариант расположения компонентов).Fig.9. Scheme of an adaptive projection 3D display (option of component location).

Элементы: 1 - потолочный модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителя 10,Elements: 1 - ceiling module individual stereo projection (MSP) for the viewer 10,

2 - средство перемещения для вышеупомянутого модуля MSP,2 is a means of movement for the aforementioned MSP module,

4 - оптический отображающий элемент для формирования области просмотра 3D изображения,4 - optical display element for forming a viewing area of a 3D image,

5 - камера для обнаружения и отслеживания положения зрителей,5 - camera for detecting and tracking the position of the audience,

500 - комната (помещение).500 - room (room).

Фиг.10. Схема адаптивного проекционного 3D-дисплея (вариант расположения компонентов).Figure 10. Scheme of adaptive projection 3D-display (option for the location of components).

Элементы: 1 - модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителя 10 со средством обеспечения автономного питания и беспроводной связью,Elements: 1 - individual stereo projection module (MSP) for the viewer 10 with a means of providing autonomous power and wireless communications,

2 - напольное средство перемещения для вышеупомянутого модуля MSP,2 is an outdoor moving means for the aforementioned MSP module,

73 - зеркальный элемент для работы в дополнение к элементу 4, для формирование 3D изображения в области просмотра,73 is a mirror element to work in addition to element 4, for the formation of 3D images in the viewing area,

4 - оптический отображающий элемент для формирования области просмотра 3D изображения,4 - optical display element for forming a viewing area of a 3D image,

5 - камера для обнаружения и отслеживания положения зрителей,5 - camera for detecting and tracking the position of the audience,

300 - платформа.300 is the platform.

Фиг.11. Схема адаптивного проекционного 3D дисплея (вариант расположения компонентов).11. Scheme of an adaptive projection 3D display (option of component location).

Элементы: 1 - модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителя 10 со средством обеспечения автономного питания и беспроводной связью,Elements: 1 - individual stereo projection module (MSP) for the viewer 10 with a means of providing autonomous power and wireless communications,

2 - интеллектуальное роботизированное средство перемещения для модуля MSP,2 - intelligent robotic moving means for the MSP module,

3 - блок формирования и предварительной обработки изображений для модуля MSP 1,3 - block forming and preprocessing images for the module MSP 1,

4 - оптический отображающий элемент для формирования области просмотра 3D изображения,4 - optical display element for forming a viewing area of a 3D image,

5 - камера для обнаружения и отслеживания положения зрителей,5 - camera for detecting and tracking the position of the audience,

6 - блок обработки информации о отслеживании и обнаружении положения зрителей,6 - block processing information about tracking and detecting the position of the audience,

7 - система для приема, хранения и формирования 3D информации, 500 - помещение.7 - a system for receiving, storing and generating 3D information, 500 - a room.

Фиг.12. Схема адаптивного модуля 3D проектирования и устройства для его применения в системе натуралистического (Real 3D) 3D отображения информации (общая схема).Fig. 12. The scheme of the adaptive module of 3D design and the device for its application in the system of naturalistic (Real 3D) 3D display of information (general scheme).

Элементы: 1 - модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителя 10,Elements: 1 - individual stereo projection module (MSP) for the viewer 10,

2 - средство перемещения для вышеупомянутого модуля MSP,2 is a means of movement for the aforementioned MSP module,

3 - блок формирования и предварительной обработки изображений для модуля 1,3 - block imaging and pre-processing images for module 1,

4 - оптический отображающий элемент для формирования области просмотра 3D изoбpaжeния,4 is an optical display element for forming a viewing area of a 3D image,

5 - камера (камеры) для обнаружения и отслеживания положения зрителей,5 - camera (cameras) for detecting and tracking the position of the audience,

6 - средство обработки информации с камеры, обнаруживающей и следящей за положением зрителей,6 - means of processing information from a camera that detects and monitors the position of the audience,

7 - система для приема, хранения и формирования трехмерной информации, 7 - a system for receiving, storing and generating three-dimensional information,

10-зритель,10-viewer

30 - блок формирования и предварительной обработки изображений для модуля 100,30 - block imaging and preprocessing images for module 100,

50 - область отслеживания положения зрителей и 3D просмотра,50 - area tracking the position of the audience and 3D viewing,

100 - i-й модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителя 110,100 - i-th individual stereo projection module (MSP) for the viewer 110,

110 - i-й зритель.110 - i-th viewer.

Фиг.13 - прототип (патент США №6543899).Fig - prototype (US patent No. 6543899).

В предпочтительном варианте реализации заявляемого изобретения дисплей и связанная с ним система работают следующим образом:In a preferred embodiment of the claimed invention, the display and its associated system operate as follows:

Адаптивный 3D дисплей (Фиг.12)включает в себя модуль 1 индивидуальной стереопроекции (MSP), который формирует 3D изображение индивидуально для зрителя 10 каждый модуль MSP из i-го множества имеет средство 2 перемещения для передвижения указанного MSP в произвольную позицию, оптически сопряженную с позицией зрителя в области 50 просмотра 3D изображения, система 6 принимает информацию от камер 5 отслеживания и служит для обнаружения и слежения за положением зрителей, она вычисляет оптимальное положение модуля MSP для оптимального 3D отображения, оптический отображающий элемент 4 для формирования области просмотра 3D изображения выполняет оптическое преобразование, соответствующее сопряжению области расположения зрителей и модулей индивидуальной стереопроекции и, таким образом, формирует зону 3D просмотра, блок 3 используется для формирования и предварительной обработки 3D изображения для модулей MSP, параметры для оптимальной обработки изображения корректируются согласно позиции и поведению соответствующего зрителя, дисплейная система содержит также модуль 7 для приема, хранения и формирования трехмерной информации на дисплее, дисплей обладает свойством масштабирования в зависимости от количества зрителей, а также позволяет экономить вычислительные ресурсы системы. Все MSP модули имеют аналогичную конструкцию и способ действия, поэтому вычисления параметров реконструированного 3D изображения для каждого зрителя выполняются независимо и параллельным образом. Отдельный модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) может быть оборудован робототехнической системой перемещения, слежения и настройки (Фиг.1), автономным питанием и беспроводной связью, поэтому он может работать как система машинного интеллекта, оптимальным образом самонастраиваясь для отображения 3D информации индивидуально для каждого зрителя и одновременно оптимально выстраивая взаимодействие с другими роботами и предотвращая конфликты и взаимные помехи и образуя общую систему управления и распространения информации между роботами 70 по беспроводной связи.The adaptive 3D display (FIG. 12) includes an individual stereo projection (MSP) module 1, which generates a 3D image individually for the viewer 10, each MSP module from the i-th set has a moving means 2 for moving the specified MSP to an arbitrary position, optically paired with the position of the viewer in the area of viewing 3D images, the system 6 receives information from the cameras 5 tracking and serves to detect and track the position of the audience, it calculates the optimal position of the MSP module for optimal 3D display, optical the display element 4 for forming the viewing area of the 3D image performs optical conversion corresponding to the conjugation of the location area of the viewers and the individual stereo projection modules and, thus, forms the 3D viewing area, block 3 is used to generate and pre-process the 3D image for the MSP modules, parameters for optimal image processing is adjusted according to the position and behavior of the corresponding viewer, the display system also includes a module 7 for receiving, storing and ation of three-dimensional information on the display, the display has a zoom feature, depending on the number of viewers and also helps to save computing resources system. All MSP modules have a similar design and mode of action, therefore, the calculation of the parameters of the reconstructed 3D image for each viewer is performed independently and in parallel. A separate individual stereo projection module (MSP) can be equipped with a robotic system for moving, tracking and adjusting (Figure 1), autonomous power supply and wireless communication, therefore it can work as a machine intelligence system, optimally self-adjusting to display 3D information individually for each viewer and at the same time optimally building interaction with other robots and preventing conflicts and mutual interference and forming a common system for controlling and disseminating information between the robot E 70 wirelessly.

Работа системы начинается с поиска зрителей, к примеру 10, 110 на Фиг.12 в области 50 слежения, и, соответственно, просмотра 3D изображения (Фиг.12) с последующим расчетом их конкретной позиции (позиции глаз), система использует камеры 5 слежения с соответствующим аппаратным и программным обеспечением 6. Информация о появлении зрителя передается вычислительной системе из блоков 3,6,7 для расчета параметров отображаемой дисплеем визуальной информации для вывода на модуль стереопроекции, чтобы каждый зритель (зрители) увидел индивидуально только ему предназначенную информацию с соответствующей предварительной обработкой исходной информации о 3D объектах, хранящейся (переданной через телевизионные каналы связи). Вычислительная система на основе 3, 6, 7 построена на принципах параллельной обработки информации для каждого зрителя, потому что оптическая система этого дисплея позволяет разделить общие задачи расчета 3D изображения на ряд независимых подзадач обработки стереопроекции 3D изображения для каждого зрителя (это иллюстрируется на рисунке 12, для зрителя 110 вычисления осуществляют соответствующие блоки 100; 30). Рассчитанные отдельные стереоизображения передаются в отдельные модули индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителей 1, 100, число активных модулей, и, следовательно, аппаратно-программных ресурсов и световой энергии, потребленной всей 3D системой соответствует количеству зрителей (два изображены на Фиг.12), что обеспечивает минимально возможный объем ресурсов натуралистического 3D отображения информации для всех зрителей.The system starts by searching for viewers, for example 10, 110 in Fig. 12 in the tracking area 50, and, accordingly, viewing a 3D image (Fig. 12) followed by calculating their specific position (eye position), the system uses tracking cameras 5 with appropriate hardware and software 6. Information about the appearance of the viewer is transmitted to the computing system from blocks 3,6,7 for calculating the parameters of the visual information displayed by the display for output to the stereo projection module so that each viewer (viewers) individually sees only him intended information with appropriate preliminary processing of the initial information about 3D objects stored (transmitted through television communication channels). The computing system based on 3, 6, 7 is built on the principles of parallel processing of information for each viewer, because the optical system of this display allows you to divide the general tasks of calculating 3D images into a number of independent subtasks for processing stereo projections of 3D images for each viewer (this is illustrated in Figure 12, for the viewer 110, the calculations are performed by the corresponding blocks 100; 30). The calculated individual stereo images are transferred to separate individual stereo projection (MSP) modules for viewers 1, 100, the number of active modules, and therefore the hardware and software resources and light energy consumed by the entire 3D system, corresponds to the number of viewers (two are shown in Fig. 12), which provides the smallest possible amount of resources of a naturalistic 3D display of information for all viewers.

Иллюстрация одного из возможных воплощений модуля индивидуальной стереопроекции (MSP) представлена на Фиг.2. Модуль снабжен соответствующими средствами 28 для фокусировки объективов 24,25, регулировки положения оптических осей 26,27, которые используется для точной регулировки параметров оптической схемы в зависимости от видимого межглазного расстояния зрителя, когда он может располагаться ближе или дальше от отображающего элемента 4 (Фиг.12), положение SLM регулируется сервоприводом 29. Описанный модуль имеет два проекционных канала и включает пространственные модуляторы 22,23 света (SLM) с соответствующим осветительным устройством и блоком управления 210, два проекционных объектива 24,25 для формирования увеличенных изображений в плоскости вблизи точки 220 пересечения оптических осей. Указанный модуль MSP может быть спроектирован с применением SLM с большим отношением размеров сторон, например это может быть ЖК-панель 32″ с соотношением 3×8 или 9×32 для отображения двух изображений для левого и правого глаз бок о бок на одном SLM (Фиг.3), при этой конструкции число сервоприводов может быть уменьшено.An illustration of one possible embodiment of an individual stereo projection module (MSP) is shown in FIG. 2. The module is equipped with appropriate means 28 for focusing the lenses 24.25, adjusting the position of the optical axes 26.27, which is used to fine-tune the parameters of the optical scheme depending on the visible interocular distance of the viewer, when it can be closer or further from the display element 4 (FIG. 12), the position of the SLM is controlled by a servo drive 29. The described module has two projection channels and includes spatial light modulators 22,23 (SLM) with the corresponding lighting device and control unit 210, two projection lenses 24.25 for forming enlarged images in a plane near the point of intersection 220 of the optical axes. The specified MSP module can be designed using SLM with a large aspect ratio, for example, it can be a 32 ″ LCD panel with a ratio of 3 × 8 or 9 × 32 to display two images for the left and right eyes side by side on one SLM (Fig. .3), with this design, the number of servos can be reduced.

Фиг.4 иллюстрирует вариант изготовления модуля индивидуальной стереопроекции (MSP), где расстояние между оптическими осями регулируется, благодаря вращению двух плоскопараллельных оптических пластин 61, 62 сервоприводом 36.Figure 4 illustrates an embodiment of an individual stereo projection module (MSP), where the distance between the optical axes is adjustable due to the rotation of two plane-parallel optical plates 61, 62 with a servo drive 36.

Фиг.5 показывает схему работы адаптивного проекционного 3D дисплея, модуль индивидуальной стереопроекции (MSP) для зрителя 10, формирует в области расположения элемента 4 оптического отображения действительное изображение информации на SLM 22, 23, элемент 4 формирует в оптически сопряженной точке 10 зону видения этих изображений, другой модуль 100 выполняет такое же оптическое преобразование для сопряженной точки 110, соответствующей другому зрителю. Обычно зрители не могут очень близко располагаться друг к другу, так что положение модулей не будет иметь никаких конфликтов.5 shows a workflow of an adaptive projection 3D display, an individual stereo projection (MSP) module for a viewer 10, forms a real image of information on the SLM 22, 23 in the area of the optical display element 4, element 4 forms a visual zone of these images at the optically conjugated point 10 , another module 100 performs the same optical conversion for the conjugate point 110 corresponding to another viewer. Typically, viewers cannot be very close to each other, so the position of the modules will not have any conflicts.

Элемент 4 оптического отображения (Фиг.12) для формирования области видения 3D изображения может быть разработан в нескольких вариантах. Фиг.7А иллюстрирует применение линзы 54 Френеля рефракционного типа, погруженной в фотополимерный иммерсирующий компаунд 51, один из вариантов данного оптического элемента изготовлен в виде пленки, одна сторона которой является рельефом в виде одномерного массива микропризм с углом при вершине 90 градусов, а другая сторона изготовлена с рассеивающей поверхностью со средним углом рассеяния меньше чем 5 градусов в направлении, перпендикулярном одномерному микропризменному массиву. Фиг.7 В показывает, что линза 55 Френеля отражательного типа приклеена на рассеивающую подложку 58. На Фиг.7С изображено вогнутое зеркало 53 с наклеенными пленочным малоугловым рассеивателем 59, которое выполняет роль элемента 4 (Фиг.12). Во всех вариантах падающий световой пучок 55 и отраженный (или преломленный) пучок 56 формируют в области видения 3D изображение в апертуре элемента 4 для рассматривания с конкретных позиций, малоугловое рассеяние 57 улучшает равномерность освещения по апертуре 4 и снижает требование к точности определения позиций глаз зрителей. Схема, представленная на Фиг.6, показывает вариант изготовления элемента 4 (Фиг.12) в виде голографических линз с компенсацией голографических хроматических аберраций. Схема работает следующим образом: первая голограмма 44 преобразует падающий расходящийся пучок от проекторов в параллельный, идущий под углом к оптической оси системы, при этом из-за хроматической дисперсии голограмм дифрагированный пучок является радугой, вторая голограмма 46 преобразует эту радужную волну опять в белый свет, идущий снова вдоль оси оптической системы. В известных схемах компенсации хроматических голографических аберраций недифрагировавший на первой голограмме свет сильно мешает получению хорошего контраста в картине, для удаления из схемы этого луча 49 служит пространственный фильтр 45 (например, сделанный по технологии 3М PRIVACY FILM, описанной на сайте http://solutions.3m.com/wps/portaV3M/en_US/SDP/Privacy_Filters/) [7], и первая и вторая голограммы, записаны с одинаковой пространственной несущей, поэтому хроматические аберрации изображения в плоскости 8 имеют низкую величину хроматических искажений. На Фиг.8, Фиг.9 показаны возможные конструктивные конфигурации и расположение элементов адаптивного 3D дисплея с применением оптических асферических элементов для работы в дополнение к элементу 4 и возможность потолочного крепления модулей индивидуальной стереопроекции (MSP). На Фиг.10 изображен вариант конструкции модуля индивидуальной стереопроекции (MSP) с автономным питанием и средствами беспроводной связи, что позволяет построить роботизированный самодвижущийся и самонастраивающийся модуль, способный работать как интеллектуальный (SMART) модуль (Фиг.11) отображения 3D информации для каждого зрителя. Схема интеллектуального робота с модулем отслеживания и автономным движением показана на Фиг.1, автономное питание и беспроводная связь означает, что он может работать как система машинного интеллекта, оптимальным образом самонастраиваясь для отображения 3D информации индивидуально для каждого зрителя и одновременно оптимально выстраивая взаимодействие с другими роботами и предотвращая конфликты и взаимные помехи и образуя общую систему управления и распространения информации между роботами 70 по беспроводной связи.The optical display element 4 (FIG. 12) for forming the field of view of the 3D image can be developed in several ways. Fig. 7A illustrates the use of a refractive-type Fresnel lens 54 immersed in a photopolymer immersion compound 51, one embodiment of this optical element is made in the form of a film, one side of which is a relief in the form of a one-dimensional array of microprisms with an angle at the apex of 90 degrees, and the other side is made with a scattering surface with an average scattering angle of less than 5 degrees in the direction perpendicular to the one-dimensional microprism array. Fig. 7B shows that the reflective type Fresnel lens 55 is glued to the scattering substrate 58. Fig. 7C shows a concave mirror 53 with glued film small angle diffuser 59, which acts as an element 4 (Fig. 12). In all cases, the incident light beam 55 and the reflected (or refracted) beam 56 form a 3D image in the viewing area in the aperture of the element 4 for viewing from specific positions, small-angle scattering 57 improves the uniformity of illumination along the aperture 4 and reduces the requirement for accuracy in determining the position of the eyes of the viewers. The diagram shown in FIG. 6 shows an embodiment of the manufacturing of element 4 (FIG. 12) in the form of holographic lenses with compensation for holographic chromatic aberrations. The scheme works as follows: the first hologram 44 converts the incident diverging beam from the projectors into a parallel one, going at an angle to the optical axis of the system, while due to the chromatic dispersion of the holograms, the diffracted beam is a rainbow, the second hologram 46 converts this rainbow wave again into white light, going again along the axis of the optical system. In the well-known schemes for compensating for chromatic holographic aberrations, the light that was not diffracted on the first hologram strongly interferes with obtaining good contrast in the picture; spatial filter 45 (for example, made using the 3M PRIVACY FILM technology described on the http: // solutions website is used to remove this beam 49 from the scheme). 3m.com/wps/portaV3M/en_US/SDP/Privacy_Filters/) [7], and the first and second holograms are recorded with the same spatial carrier, so the chromatic aberration of the image in plane 8 has a low amount of chromatic distortion. On Fig, Fig.9 shows the possible structural configurations and the location of the elements of the adaptive 3D display using optical aspherical elements to work in addition to element 4 and the possibility of ceiling mounting modules for individual stereo projection (MSP). Figure 10 shows a design variant of an individual stereo projection module (MSP) with autonomous power and wireless means, which allows you to build a robotic self-propelled and self-tuning module that can operate as an intelligent (SMART) module (Figure 11) display 3D information for each viewer. A diagram of an intelligent robot with a tracking module and autonomous movement is shown in Figure 1, autonomous power and wireless means that it can operate as a machine intelligence system, optimally adjusting itself to display 3D information individually for each viewer and at the same time optimally building interaction with other robots and preventing conflicts and mutual interference and forming a common system for controlling and disseminating information between robots 70 over a wireless connection.

Наиболее перспективными областями применения данного 5 дисплея является 3D TV, ситуационные комнаты, 3D промышленный дизайн и 3D САПР.The most promising applications for this 5 display are 3D TV, situational rooms, 3D industrial design and 3D CAD.

Claims (15)

1. Дисплей для адаптивного формирования трехмерных изображений реальных и виртуальных объектов и сцен, включающий в себя,
- по меньшей мере, один модуль индивидуальной стереопроекции, расположенный на, по меньшей мере, одном средстве движения, выполненном с возможностью перемещения указанного модуля в произвольную точку оптической системы дисплея,
- по меньшей мере, один блок формирования и предварительной обработки изображений, выполненный с возможностью передачи в модуль индивидуальной стереопроекции предварительно обработанной информации, подлежащей отображению,
- по меньшей мере, один оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений и выполняющий оптическое преобразование сопряжения для позиции вышеуказанного модуля и позиции зрителя, которая отслеживается, по меньшей мере, одним средством для обнаружения и отслеживания позиции, по меньшей мере, одного зрителя, и дополнен системой получения, хранения и формирования трехмерной информации, причем такая система выполнена с возможностью обеспечения приема информации от телекоммуникационных систем,
отличающийся тем, что
модуль индивидуальной стереопроекции выполнен в виде снабженного микропроекторами роботизированного самодвижущегося и самонастраивающегося модуля с автономным питанием, беспроводной связью, системой видеонаблюдения и ориентации и с распределенной вычислительной системой, выполненной с возможностью параллельной обработки 3D информации и организации взаимодействия с другими аналогичными модулями, и способный формировать в области расположения
оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображения, действительное изображение отображаемой информации, а также работать как интеллектуальный модуль отображения 3D информации персонально для каждого зрителя при его произвольном перемещении.
1. The display for the adaptive formation of three-dimensional images of real and virtual objects and scenes, including,
- at least one individual stereo projection module located on at least one vehicle, configured to move the specified module to an arbitrary point in the optical display system,
- at least one block for the formation and preliminary processing of images, configured to transmit to the individual stereo projection module pre-processed information to be displayed,
- at least one optical element forming a viewing area of 3D images and performing optical pairing conversion for the position of the above module and the position of the viewer, which is tracked by at least one means for detecting and tracking the position of at least one viewer, and supplemented by a system for receiving, storing and generating three-dimensional information, moreover, such a system is configured to receive information from telecommunication systems,
characterized in that
the individual stereo projection module is made in the form of a robotic self-propelled and self-adjusting module equipped with microprojectors with autonomous power supply, wireless communication, a video surveillance and orientation system and with a distributed computing system made with the possibility of parallel processing of 3D information and organization of interaction with other similar modules, and capable of forming in location
optical element that forms the viewing area of the 3D image, the actual image of the displayed information, and also operate as an intelligent module for displaying 3D information personally for each viewer during its arbitrary movement.
2. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что модуль индивидуальной стереопроекции снабжен средством, выполненным с возможностью выполнения автоматической регулировки фокусировки на произвольную плоскость вблизи расположения указанного оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображений.2. The display according to claim 1, characterized in that the individual stereo projection module is equipped with a means configured to automatically focus on an arbitrary plane near the location of the specified optical element forming the viewing area of 3D images. 3. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что модуль индивидуальной стереопроекции снабжен средством регулировки расстояния между оптическими осями оптических систем микропроекторов для оптимального формирования отдельной информации для правого и левого глаз зрителя и уменьшения перекрестных искажений.3. The display according to claim 1, characterized in that the individual stereo projection module is equipped with means for adjusting the distance between the optical axes of the optical systems of the microprojectors to optimally generate separate information for the right and left eyes of the viewer and reduce cross-distortion. 4. Дисплей по п.1 отличающийся тем, что модуль индивидуальной стереопроекции снабжен средством, выполненным с возможностью регулировки положения модуля в направлении, перпендикулярном к оптической оси оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображений.4. The display according to claim 1, characterized in that the individual stereo projection module is provided with means configured to adjust the position of the module in a direction perpendicular to the optical axis of the optical element forming the viewing area of 3D images. 5. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что модуль индивидуальной стереопроекции снабжен средством, выполненным с возможностью обеспечивать движение в трех плоскостях по отношению к оптической оси оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображений и способного переместить упомянутый модуль в произвольную точку области, оптически сопряженной с областью возможного расположения зрителей.5. The display according to claim 1, characterized in that the individual stereo projection module is provided with means configured to provide movement in three planes with respect to the optical axis of the optical element forming the viewing area of 3D images and capable of moving the said module to an arbitrary point in the region, optically associated with the area of the possible location of the audience. 6. Дисплей по п.5, отличающийся тем, что средство обеспечения движения модуля индивидуальной стереопроекции выполнено в виде автономного роботизированного устройства, снабженного средствами обеспечения полета вертолетного типа и зависания в произвольной точке пространства, причем такое устройство выполнено с возможностью перемещения модуля индивидуальной стереопроекции в позицию, оптически сопряженную с позицией зрителя в области отслеживания и отображения трехмерной информации.6. The display according to claim 5, characterized in that the means for ensuring the movement of the individual stereo projection module is made in the form of an autonomous robotic device equipped with means for ensuring helicopter-type flight and hovering at an arbitrary point in space, and such a device is arranged to move the individual stereo projection module to a position optically coupled with the position of the viewer in the field of tracking and displaying three-dimensional information. 7. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что модуль индивидуальной стереопроекции снабжен средством автономного питания, средством беспроводной связи и видеонаблюдения, причем эти средства интегрированы в компактный программно-аппаратный комплекс, выполненный с возможностью обеспечения автономной работы системы отображения 3D информации для отдельного зрителя во время просмотра 3D изображения.7. The display according to claim 1, characterized in that the individual stereo projection module is equipped with an autonomous power supply, wireless communication and video surveillance, moreover, these tools are integrated into a compact software and hardware complex that is capable of providing autonomous operation of the 3D information display system for an individual viewer while watching 3D images. 8. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений, выполнен в виде плоских линз Френеля с, по меньшей мере, одной рассеивающей поверхностью.8. The display according to claim 1, characterized in that the optical element forming the viewing area of 3D images is made in the form of flat Fresnel lenses with at least one scattering surface. 9. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений, выполнен в виде плоских линз Френеля, иммерсированных в фотополимерную рассеивающую среду.9. The display according to claim 1, characterized in that the optical element forming the viewing area of 3D images is made in the form of flat Fresnel lenses immersed in a photopolymer scattering medium. 10. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что блок формирования и предварительной обработки изображений снабжен средством беспроводной связи с указанной системой получения, хранения и формирования и распределения трехмерной информации между модулями индивидуальной стереопроекции.10. The display according to claim 1, characterized in that the imaging and preprocessing unit is equipped with a wireless communication means with said system for receiving, storing and generating and distributing three-dimensional information between individual stereo projection modules. 11. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений, изготовлен в виде, по меньшей мере, одной планарной голографической линзы и снабжен, по меньшей мере, одним пространственным фильтром, выполненным с возможностью отсечения недифрагированных на голограмме лучей.11. The display according to claim 1, characterized in that the optical element forming the viewing area of 3D images is made in the form of at least one planar holographic lens and is equipped with at least one spatial filter configured to cut off undiffracted lenses hologram of rays. 12. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений, выполнен в виде согласованной пары голографических линз, обеспечивающих ахроматизацию света, проходящего через оптические элементы дисплея во время формирования голографического 3D-изображения без хроматических аберраций, причем оптический элемент снабжен, по меньшей мере, одним пространственным фильтром, выполненным с возможностью отсечения недифрагированных на голограммах лучей.12. The display according to claim 1, characterized in that the optical element forming the viewing area of 3D images is made in the form of a matched pair of holographic lenses that achromatize the light passing through the optical elements of the display during the formation of a holographic 3D image without chromatic aberration, the optical element is equipped with at least one spatial filter configured to cut off the rays that are not diffracted on the holograms. 13. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений, выполнен в виде асферических планарных зеркал Френеля.13. The display according to claim 1, characterized in that the optical element forming the viewing area of 3D images is made in the form of aspherical planar Fresnel mirrors. 14. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений, выполнен в виде пленки, одна сторона которой является рельефом в виде одномерного массива микропризм полного внутреннего отражения с углом при вершине 90 градусов, а другая сторона изготовлена с рассеивающей рельефной поверхностью со средним углом рассеяния меньше чем 5 градусов в направлении, перпендикулярном одномерному микропризменному массиву.14. The display according to claim 1, characterized in that the optical element forming the viewing area of 3D images is made in the form of a film, one side of which is a relief in the form of a one-dimensional array of microprisms of total internal reflection with an angle at the apex of 90 degrees, and the other side is made with a scattering relief surface with an average scattering angle of less than 5 degrees in the direction perpendicular to the one-dimensional microprismatic array. 15. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что модуль индивидуальной стереопроекции снабжен средством идентификации зрителей по лицу и мимике, выполненным с возможностью индивидуализации по возрасту, полу и обеспечению возможности родительского контроля при отображении 3D информации для конкретного зрителя. 15. The display according to claim 1, characterized in that the individual stereo projection module is equipped with a means of identifying viewers by face and facial expressions, made with the possibility of individualization by age, gender and parental control when displaying 3D information for a particular viewer.
RU2011118594/28A 2011-05-11 2011-05-11 Display for adaptive formation of three-dimensional images RU2510061C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011118594/28A RU2510061C2 (en) 2011-05-11 2011-05-11 Display for adaptive formation of three-dimensional images

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011118594/28A RU2510061C2 (en) 2011-05-11 2011-05-11 Display for adaptive formation of three-dimensional images

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011118594A RU2011118594A (en) 2012-11-20
RU2510061C2 true RU2510061C2 (en) 2014-03-20

Family

ID=47322778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011118594/28A RU2510061C2 (en) 2011-05-11 2011-05-11 Display for adaptive formation of three-dimensional images

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2510061C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2698919C2 (en) * 2017-07-18 2019-09-02 Святослав Иванович АРСЕНИЧ Stereo display (embodiments), video camera for stereoscopic shooting and method for stereoscopic images computer formation for such stereo display

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2157546C1 (en) * 1999-07-14 2000-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие научно-исследовательский институт космического приборостроения Recovery radio beacon
US20020067466A1 (en) * 2000-12-05 2002-06-06 Eastman Kodak Company Auto-stereoscopic viewing system using mounted projection
US20030214710A1 (en) * 2002-05-17 2003-11-20 Susumu Takahashi Three-dimensional observation apparatus
RU2221350C2 (en) * 1999-05-25 2004-01-10 АРСЕНИЧ Святослав Иванович Stereo system
RU2322771C2 (en) * 2005-04-25 2008-04-20 Святослав Иванович АРСЕНИЧ Stereo-projection system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2221350C2 (en) * 1999-05-25 2004-01-10 АРСЕНИЧ Святослав Иванович Stereo system
RU2157546C1 (en) * 1999-07-14 2000-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие научно-исследовательский институт космического приборостроения Recovery radio beacon
US20020067466A1 (en) * 2000-12-05 2002-06-06 Eastman Kodak Company Auto-stereoscopic viewing system using mounted projection
US20030214710A1 (en) * 2002-05-17 2003-11-20 Susumu Takahashi Three-dimensional observation apparatus
RU2322771C2 (en) * 2005-04-25 2008-04-20 Святослав Иванович АРСЕНИЧ Stereo-projection system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2698919C2 (en) * 2017-07-18 2019-09-02 Святослав Иванович АРСЕНИЧ Stereo display (embodiments), video camera for stereoscopic shooting and method for stereoscopic images computer formation for such stereo display

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011118594A (en) 2012-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10545337B2 (en) See-through holographic display apparatus
US10685492B2 (en) Switchable virtual reality and augmented/mixed reality display device, and light field methods
EP0590832B1 (en) Stereoscopic display apparatus
US7224526B2 (en) Three-dimensional free space image projection employing Fresnel lenses
JP2023510478A (en) Optical assembly with holographic optics for folded optical path
WO2020088107A1 (en) Optical display system, ar display device, and vr display device
US20190007677A1 (en) Systems and Methods for Convergent Angular Slice True-3D Display
CN107820592A (en) The system, apparatus and method expanded for carrying out suitable Vitrea eye in wearable head-up display
CN112602004B (en) Projector-combiner display with beam replication
EP3812827A1 (en) Display apparatus having wide viewing window
CA2253482A1 (en) Multiple viewer system for displaying a plurality of images
US20190271941A1 (en) Holographic display apparatus having steerable viewing window
JP2023512879A (en) Spatial/temporal polarization correction optical system for scanning beam system
US11320785B2 (en) Holographic optical element and manufacturing method thereof, image reconstruction method and augmented reality glasses
EP3531214B1 (en) Holographic display device and control method thereof
CN212808904U (en) Reflective geometric holographic display system with optimized display configuration
RU2510061C2 (en) Display for adaptive formation of three-dimensional images
KR20220036759A (en) Multi-image display apparatus
CN112526763A (en) Light field 3D display device and driving method thereof
US20140177051A1 (en) Holographic Display System
US11662591B1 (en) Display systems and imaging systems with dynamically controllable optical path lengths
JP2021532400A (en) Volume display system and how to display 3D images
CN211577657U (en) Reflective geometric holographic display system
TW202235963A (en) Heterogeneous layered volume bragg grating waveguide architecture
Surman et al. Head tracked single and multi-user autostereoscopic displays

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20130305

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20131029