CN102540682A

CN102540682A - 一种基于色谱分离技术的单机立体数字电影放映系统

Info

Publication number: CN102540682A
Application number: CN2012100202555A
Authority: CN
Inventors: 陈琛; 于国辉; 刘宵婵; 张禹; 李维善
Original assignee: QINHUANGDAO VIDEO-AUDIO MACHINERY INST
Current assignee: Qinhuangdao audio-visual Machinery Research Institute Co., Ltd.
Priority date: 2012-01-29
Filing date: 2012-01-29
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2032-01-29
Also published as: CN102540682B

Abstract

本发明公开了一种基于色谱分离技术的单机立体数字电影放映系统，包括一台数字电影放映机，和用于安装在数字电影放映机输出端的放映镜头，还包括接收端立体观看眼镜、数字立体电影编辑软件和一台数字播放服务器，及用于数字电影放映机投影的银幕；其中，所述放映镜头是一个具有三光轴3D放映镜头，在所述三光轴3D放映镜头图像输入端装有放映端多带通窄带滤光片，以及接收端立体观看眼镜的多带通窄带滤光片，所述数字立体电影编辑软件，具有能将左眼图像和右眼图像以上下或左右次序排列拼接成一个完整的画面。本发明具有立体影像色彩逼真艳丽及观众的观赏效果舒适度高的特点。

Description

一种基于色谱分离技术的单机立体数字电影放映系统

技术领域

本发明涉及一种单机立体数字电影放映系统，尤其涉及一种基于色谱分离技术的单机立体数字电影放映系统，提高了立体影像色彩逼真艳丽及观众的观赏效果和舒适度。

背景技术

随着电影技术的不断发展，立体电影的出现带给人们极大的惊喜与震撼。立体电影的实现是基于人眼双目视差的原理，即人以左右眼看同样的对象，两眼视角不同，在视网膜上形成的像并不完全相同，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体视觉。早期的立体电影即以此为原理，以两台摄影机仿照人眼的视角同时拍摄，在放映时亦以两台放影机同步放映至同一面银幕上，以供左右眼观看，从而产生立体效果。三维立体电影可以带给人身临其境的感觉以及强烈的视觉冲击力，已经成为电影行业的一大发展热点。

2005年，迪斯尼3D影片《小鸡》的上映展示了新的数字3D电影的魅力。2009年，随着《阿凡达》的热映，3D电影正式迎来了它的黄金时代。

为进一步简化立体电影的放映方式，杜比公司研发了单机色轮放映系统。其采用了一台数字电影放映机，以旋转滤光轮作为分光元件，将可见光分为6个光波段，其中3个光波段进入左眼，另外3个光波段进入右眼，观看时佩戴镀有相应膜层的眼镜。杜比系统采用旋转虑光轮对光源进行滤波处理，需要将其放置在靠近光源且光束比较集中的位置，即在光源与聚光镜之间，这样就需要打开数字放映机的光学引擎。安装过程需要进行精确的调试，旋转滤光轮与放映机输出图像帧频需要严格同步，从而保障放映机以24的整数倍赫兹的帧频率交替地放映左眼影像与右眼影像。该方法也会导致较大的光能量损耗，而且该技术相对复杂，整套组件价格较高，最大缺陷是需要打开数字电影机的最精密部分的光学引擎才能进行安装旋转虑光轮，因此，安装难度大，安装风险高。

发明内容

鉴于上述现状，本发明提供了一种基于色谱分离技术的单机立体放映系统，通过放映端和接收端滤光片对可见光区进行光谱波段分离，通过配置的三光轴结构的3D放映镜头，建立起双光路通道，使其左右眼画面的色光频谱的差异化，接收端的观赏者可以同步获得具有人眼视差特性的两幅画面，人脑根据经验惯性就可以形成三维立体影像的感知，实现了立体电影的放映过程。

本发明的技术解决方案是：一种基于色谱分离技术的单机立体数字电影放映系统，包括一台数字电影放映机，和用于安装在数字电影放映机输出端的放映镜头，还包括接收端立体观看眼镜、数字立体电影编辑软件和一台数字播放服务器，及用于数字电影放映机投影的银幕；其中，所述放映镜头是一个具有三光轴3D放映镜头，在所述三光轴3D放映镜头图像输入端装有放映端多带通窄带滤光片，以及接收端立体观看眼镜的多带通窄带滤光片，所述数字立体电影编辑软件，具有能将左眼图像和右眼图像以上下或左右次序排列拼接成一个完整的画面。

因此，通过三光轴3D放映镜头建立对应左右眼的双光路通道，使观众的左右眼能分别观看到相应画面，保证左右眼之间不发生信号干扰，对现有的数字放映机的基础上，配备了装有放映端多带通窄带滤光片的三光轴3D放映镜头。另外，观众需要佩戴接收端立体观看眼镜，该眼镜的镜片也为多带通窄带滤光片。放映端多带通窄带滤光片分为两片，上、下排列，分别为对应左眼通道的第一滤光片和对应右眼通道的第二滤光片，二者允许通过的光谱波段互不重合，光谱互补，透过光谱能量相同。另外，通过三光轴3D放映镜头具有的左眼和右眼光通道，在银幕上投射出各自的画面，这两幅画面就是上下排列在数字电影放映机芯片上的左眼和右眼图像的映像，且该二映像几乎重合，略有视差，模拟出人眼直视效果。观众佩戴多带通窄带滤光片立体观看眼镜，银幕上的左眼画面经过左眼滤光镜片进入人的左眼，银幕上的右眼画面经过右眼滤光镜片进入人的右眼，这样，基于双目视觉的原理，观众就会观看到立体的影像。

在本发明中，所指的数字立体电影编辑软件，用来制作3D片源。选用Media Composer—非线形编辑软件，或者Lustre。无论采用立体摄影机拍摄，或电脑制作的常规立体影片素材，通过立体影片编辑软件，对数字格式的影片进行再处理、编辑，从事先拍摄或制作好的对应左右眼的两个数字图像文件中，分别找出描述某景物同一时刻的左、右眼图像，然后按照立体数字电影画幅标准或一定长宽比例，比如2.35：1变形宽银幕标准，将两画面重新布局，并将此两画面一上一下的排列拼接为一个完整画面，两个画面相邻边界间可以有0.5毫米左右的间隔，也可以无间隔，合成后每帧画面都具有常规图像属性,此过程参考所采用的数字电影放映机的芯片（DMD、LCD、或SXRD，以下同）尺寸大小，最大限度减小像素的损失，并根据数字电影放映机放映的帧频要求和格式要求，把每一帧图像都按上述方法进行编辑处理，直至把整部影片全部重新合成。放映合成后的立体影片时，任意时刻的左眼图像和右眼图像将以一幅常规意义图像的形式被同步输入到一台数字电影机，正常放映到银幕上，就可以使每一幅画面同时包含有对应左、右眼的双通道信息。

本发明所指的数字播放服务器，选用常规的数字播放服务器即可，如蒙太奇CDCS-2000、GDC- SA-2100等。用数字立体电影编辑软件制作好的立体片源需拷贝到数字播放服务器，通过数字播放服务器对片源进行解码、播放等操作。

本发明所指的数字电影放映机，选用常规的数字电影放映机即可，如Barco DP100。该数字电影放映机主要包括有光源、聚光系统、分光系统、芯片等几个部分。

在本发明中，所述的三光轴3D放映镜头，包括一个镜头前组和两个对称的镜头后组，镜头前组对应于银幕端，镜头后组位于数字放映机端，所述镜头前组包括七片透镜，具有一个光轴7000，为主光轴，镜头后组包括五对圆缺透镜，具有两个按一定间距设置的光轴7001和7002，为副光轴，两个副光轴相对于主光轴对称，位于镜头前组与镜头后组之间具有一个光栏7005，所述镜头前组，从银幕端起，依次排列的正透镜7006，为前凹后凸，负透镜7007，为前凸后凹，正透镜7008，为双凸面和正透镜7009，为双凸面，正透镜7010，为前凸后凹，负透镜7011，为双凹面，正透镜7012，为双凸面；所述镜头后组从光栏端起，依次排列的正透镜7013，为前凸后凹，正透镜7014，为前凸后凹，负正组合的第一双胶合透镜7015和7016，其中透镜7015，为前凸后凹，透镜7016，为双凸面，正透镜7017，为前凸后凹，放映端第一多带通窄带滤光片7003和放映端第二多带通窄带滤光片7004。

本发明所述的放映端多带通窄带滤光片，安装在三光轴3D镜头的图像输入端，位于数字放映机光学引擎的出口与3D放映镜头的连接处，分为第一滤光片和第二滤光片两片，它们将允许通过的可见光分为几个波段范围，每一个带通滤光片允许通过三、五或七个光谱波段范围的光，两个滤光片的通带光谱波段互补，能量相同，分别对应左眼光路和右眼光路，二者都能透过一部分蓝光、一部分绿光和一部分红光，但又不相重叠。由于每幅图像均包含了三元色的光谱，因此呈现出的色彩是丰富、自然、真实的。

进一步地，所涉及的数字放映机配备的多带通窄带滤光片为两带通、三带通、五带通或是七带通窄带滤光片。根据情况来选择。

所述三光轴3D放映镜头具有的关于主光轴对称的两个完全一样的的后组光学结构，形成对应左、右眼的两个光通道，且分别与放映端第一多带通窄带滤光片和放映端第二多带通窄带滤光片相对应。该镜头能够将上下排列的两幅图像同步放映到银幕相同区域，保证映像画面的重合。

本发明所涉及放映镜头的总片数及每个透镜的形状可以有所不同，但是须具备所述的3光轴及左右眼双通道，使经过双通道后投射出来的画幅在银幕上重合。

在本发明中，所述接收端立体观看眼镜，具有的两个多带通窄带滤光片分别与三光轴3D放映镜头放映端第一滤光片和第二滤光片相对应。且二者光谱透过波段互补，透过的光谱能量相同，与数字电影放映机的两个放映端带通滤光片性能相同，即左眼镜片和放映端第一滤光片光学性能相同，右眼镜片和放映端第二滤光片性能相同，即二者都能透过一部分蓝光、一部分绿光和一部分红光，但二者各自透过的光谱波段又互不重叠，这样通过使用立体观看眼镜后，左右眼就能分别看到两个略有视差的画面，在人的大脑中就会形成立体的影像。

本发明所指的银幕，由于采用了非偏振技术，所以使用普通白色银幕即可。从2D影片到3D影片的转换，无需更换银幕。

本发明的有益效果是，解决目前数字电影立体放映技术的不足，提供一种立体放映方式，即使用一台数字放映机，不改变放映机的主体结构和服务器功能，换装一支装有两片“错峰”多带通窄带滤光片的三光轴3D放映镜头，建立色光频谱差异化的双光路通道。系统需要事先对素材影片中对应左眼与右眼图像的视频文件进行特别编辑处理。观众佩戴的立体观看眼镜与放映端多带通窄带滤光片对应，并分别和放映端两片“错峰”的多带通窄带滤光片具有相同的光谱透过特性。另外，对银幕无特殊要求，滤光片连接在镜头的输入端，使用时将二者直接插入放映机的放映端即可，无需打开光学引擎。所以，只需要更换放映镜头就可以方便地满足交替放映2D和3D影片的需要，特别适合小型影院使用；观众所处位置的变化对观看效果的影响很小；观众佩带的眼镜无需电池，价格低廉且环保，大大降低了投入成本；此外，该技术光能损失少，相对降低了对电能的损耗；多带通窄带滤光片的使用，大大减小了左右眼信息串扰，立体影像色彩逼真艳丽，提高了观众的观赏效果和舒适度。

附图说明

图1是本发明的系统组成图；

图2是图1光路系统原理图；

图3是图1放映端多带通滤光片或接收端观看眼镜的光谱曲线图；

图4是图1中镜头后组剖面图；

图5是接收端立体观看眼镜示意图；

图6是放映机芯片上的图像布局图；

图7是图1中三光轴3D放映镜头剖视图。

具体实施方式

参照图1所示的一种基于色谱分离技术的单机立体数字电影放映系统，包括数字立体电影编辑软件101、数字播放服务器102、数字电影放映机103、放映端多带通窄带滤光片104、三光轴3D放映镜头105、银幕106、接收端立体观看眼镜107。

图2给出了图1的光路系统原理图，包括一个数字放映机201，和一个专为该系统设计的三光轴3D放映镜头202，经过立体影片编辑软件203处理后的片源，左眼与右眼图像依上、下次序排列，将立体影片编辑软件203输入到放映机201的芯片上，经过三光轴3D放映镜头202后分为两个光路，分别投射到银幕204上，其中的一路光路依次进入对应左眼的第一滤光片2022，镜头后组的左眼光通道2024，镜头前组2025，投射在银幕204上投射出左眼画面，另外一路光路则依次经过对应右眼的第二滤光片2021，镜头后组的右眼光通道2023，镜头前组2025，投射在银幕204上投射出右眼画面，使两画面在银幕204上重叠成一幅画面205。两路光的光谱波段范围互不重叠，能量相同。观众佩戴的接收端立体观看眼镜206，眼镜的两镜片分别与三光轴3D放映镜头202放映端的第一滤光片2022和第二滤光片2021的光学性能一致，这样每只眼睛只看到与之对应的画面，便会产生立体的视觉。

图3为放映端多带通窄带滤光片或接收端立体观看眼镜的光谱透过曲线图，本实施例是以五通带为例。图中302是第一滤光片2022以及接收端立体观看眼镜左眼镜片的光谱透过曲线，303是第二滤光片,2021以及接收端立体观看眼镜右眼镜片的光谱透过曲线，301是放映端两个多带通窄带滤光片的透过光谱的叠加曲线，同时也是接收端立体观看眼镜两眼镜片的可透过光谱的叠加曲线。放映端多带通窄带滤光片3022和3021，以及与之对应的接收端立体观看眼镜的两眼镜片所透过的波段范围均涵盖了红、绿、蓝三元色的波段范围，且彼此互不重叠，形成“交错峰”，即各自通过的五个窄带波段彼此没有交集。

除上述采用的五通带之外，还可以采用三通带或是七通带。通带数越多，系统的抗干扰能力越强，色彩越真实，但对镀膜技术的要求也越高。此图同样为接收端立体观看眼镜的光谱曲线图。

图4为图2中镜头202的后组镜片的剖面图，镜头后组分为左眼通道和右眼通道两个部分。从401通过的光进入人的左眼，从402通过的光进入人的右眼。

图5为观众佩戴的具有带通滤光片特性的立体观看眼镜，其中左眼镜片501和光学引擎出口处的第一滤光片2022相对应，可以通过的光谱波段范围相同；右眼镜片502与第二滤光片2021所通过的光谱波段范围相同，而左眼镜片501和右眼镜片502两通道所透过的光谱波段互不重叠，形成“交错峰”，光谱波段互补，能量相等，即如果左眼镜片501滤掉红、绿、蓝各色光中的一部分，右眼镜片502则滤掉红、绿、蓝色光中另外的部分。左眼镜片501透过光谱加上右眼镜片502透过光谱几乎就是可见光全光谱。

图6是经数字立体电影编辑软件处理过的需要输入到数字电影放映机芯片上的图像布局图，两个阴影区域表示对应左右眼的两幅图像F，图像601对应左眼，图像602对应右眼。

但因为考虑到常规数字画幅规格，所以芯片利用率没有做到最大化，当然，如果可以生产制造专用芯片，或者采用非标准画幅规格的话，将一定能充分利用芯片面积，也就不再损失有效像素了。

图7给出了三光轴3D放映镜头剖面视图。所述三光轴3D放映镜头是指图1中的三光轴3D放映镜头202。三光轴3D放映镜头，包括一个镜头前组和两个对称的镜头后组，镜头前组位于银幕端，镜头后组位于放映机端，所述镜头前组包括七片透镜，具有一个光轴7000，为主光轴，镜头后组包括五对圆缺透镜，具有两个光轴7001和7002，为副光轴，且两个副光轴关于主光轴对称，位于镜头前组与镜头后组之间具有一个光栏7005；所述镜头前组，从银幕端起，依次排列的正透镜7006，为前凹后凸，此形状对于校正畸变，拉长后工作距十分有利，负透镜7007，为前凸后凹，正透镜7008，为双凸面，正透镜7009，为双凸面，正透镜7010，为前凸后凹，负透镜7011，为双凹面，正透镜7012，为双凸面；所述镜头后组从光栏端起，依次排列的正透镜7013，为前凸后凹，正透镜7014，为前凸后凹，负正组合的第一双胶合透镜7015和6016，其中负透镜7015，为前凸后凹，正透镜7016，为双凸面，正透镜7017，为前凸后凹，后组镜片的形状不宜过于弯曲，以降低因离轴引起的像差。在所述三光轴3D镜头图像输入端分别装有第一滤光片7003和第二滤光片7004。本发明的镜头后组的两个副光轴彼此具有的间隔距离，是根据影片制作合成时出现在芯片上的两画幅中心的间隔而定。

本发明是对放映端和接收眼镜端所使用的多带通窄带滤光片的光谱透过曲线的“通带”数量、宽度、能量比例的修改而形成的系统。

Claims

1.一种基于色谱分离技术的单机立体数字电影放映系统，其特征在于，包括一台数字电影放映机，和用于安装在数字电影放映机输出端的放映镜头，还包括接收端立体观看眼镜、数字立体电影编辑软件和一台数字播放服务器，及用于数字电影放映机投影的银幕；其特征在于，所述放映镜头是一个具有三光轴3D放映镜头（105），在所述三光轴3D放映镜头图像输入端装有放映端多带通窄带滤光片（104），以及接收端立体观看眼镜的多带通窄带滤光片（501、502），所述数字立体电影编辑软件，具有能将左眼图像和右眼图像以上下或左右次序排列拼接成一个完整的画面。

2.根据权利要求1所述的基于色谱分离技术的单机立体数字电影放映系统，其特征在于，所述的三光轴3D放映镜头，包括一个镜头前组和两个对称的镜头后组，镜头前组对应于银幕端，镜头后组位于数字放映机端，所述镜头前组包括七片透镜，具有一个光轴(7000)，为主光轴，镜头后组包括五对圆缺透镜，具有两个按一定间距设置的光轴（7001）和(7002)，为副光轴，两个副光轴相对于主光轴对称，位于镜头前组与镜头后组之间具有一个光栏(7005)，所述镜头前组，从银幕端起，依次排列的正透镜(7006)，为前凹后凸，负透镜(7007)，为前凸后凹，正透镜(7008)，为双凸面和正透镜（7009），为双凸面，正透镜（7010），为前凸后凹，负透镜（7011），为双凹面，正透镜（7012），为双凸面；所述镜头后组从光栏端起，依次排列的正透镜（7013），为前凸后凹，正透镜（7014），为前凸后凹，负正组合的第一双胶合透镜（7015）和（7016），其中透镜（7015），为前凸后凹，透镜（7016），为双凸面，正透镜（7017），为前凸后凹，放映端第一多带通窄带滤光片（7003）和放映端第二多带通窄带滤光片（7004）。

3.根据权利要求1所述的单机立体数字电影放映系统，其特征在于，所述数字放映机配备的多带通窄带滤光片（104）为两带通、三带通、五带通或是七带通窄带滤光片。

4.根据权利要求1所述的基于色谱分离技术的单机立体数字电影放映系统，其特征在于，接收端立体观看眼镜，具有的两个多带通窄带滤光片（501、502）分别与三光轴3D放映镜头放映端第一滤光片和第二滤光片相对应。