CN107111147B - 立体观看装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于生成用于观看者的立体图像的观看装置，所述观看装置包括：第一和第二视频投影仪，其用于投射物体的第一和第二视频图像中的相应视频图像，第一和第二图像是相对于物体在空间和/或角度上被移位的不同图像，以便在图像之间传送视差；反射镜装置，其包括接收来自第一和第二视频投影仪的光的凹面镜，所述反射镜装置相对于所述第一和第二视频投影仪被定位使得在所述反射镜装置处生成所述物体的聚焦图像；和观看透镜，其用于将与由反射镜装置反射的聚焦图像中的每一个相对应的出射光瞳传递到观看平面，以便在不使用适配的眼镜的情况下在观看者的各个眼睛处可视为立体图像；其中所述视频投影仪包括第一和第二视频显示器，所述第一和第二视频显示器由第一和第二视频信号驱动以显示第一和第二视频图像中的相应视频图像；以及第一和第二光学装置，其用于将来自由第一和第二视频显示器显示的相应图像的光聚焦到反射镜装置。

Description

立体观看装置
技术领域
本发明涉及一种用于从视频图像生成立体图像的观看装置。
背景技术
存在用于生成立体图像的各种光学放大装置，例如在申请人的早先的WO-A-1994/006048中所公开的。
还存在用于显示三维视频图像的各种显示器，但是，在需要修改图像(诸如偏振或同步图像)时，观看者需要使用适配的眼镜，并且由观看者观看到的合成图像遭受降低的分辨率和/或更低的刷新率。
发明内容
本发明的目的是提供一种从视频图像生成立体图像并且不需要使用适配的眼镜的观看装置。
在一方面，本发明提供一种用于生成用于观看者的立体图像的观看装置，所述观看装置包括：第一和第二视频投影仪，其用于投射物体的第一和第二视频图像中的相应视频图像，第一和第二图像是相对于物体在空间和/或角度上被移位的不同图像，以便在图像之间传送视差；反射镜装置，其包括接收来自第一和第二视频投影仪的光的凹面镜，所述反射镜装置相对于所述第一和第二视频投影仪被定位使得在所述反射镜装置处生成所述物体的聚焦图像；和观看透镜，其用于将与由反射镜装置反射的聚焦图像中的每一个相对应的出射光瞳传递到观看平面，以便在不使用适配的眼镜的情况下在观看者的各个眼睛处可视为立体图像；其中所述视频投影仪包括第一和第二视频显示器，所述第一和第二视频显示器由第一和第二视频信号驱动以显示第一和第二视频图像中的相应视频图像；以及第一和第二光学装置，其用于将来自由第一和第二视频显示器显示的相应图像的光聚焦到反射镜装置。
在一个实施例中，所述显示器的光轴是同轴的，所述显示器可选地处于相对置的关系。
在另一实施例中，所述显示器的光轴围成锐角。
在一个实施例中，所述视频信号是从三维建模或动画系统提供的。
在一个实施例中，所述光学装置包括至少一个透镜和至少一个反射镜，以用于将来自所述显示器的光学光路引导到所述反射镜装置。
在一个实施例中，所述图像是所述物体的空间移位图像。
在一个实施例中，所述图像是所述物体的角移位图像。
在一个实施例中，所述图像是所述物体的空间移位图像和角移位图像。
在一个实施例中，所述图像是所述物体的放大图像。
在一个实施例中，所述反射镜装置包括单个凹面镜。
在一个实施例中，所述装置还包括：处理电路，其用于操作由视频投影仪投影的图像以去除或改变由该装置的光学结构造成的至少一个伪影。
在一个实施例中，所述至少一个伪影包括梯形失真。
在另一方面，本发明提供一种用于生成用于观看者的立体图像的观看装置，该观看装置包括：第一和第二视频投影仪，其用于投射物体的第一和第二视频图像中的相应视频图像，第一和第二图像是相对于物体在空间和/或角度上被移位的不同图像，以便在图像之间传送视差；反射镜装置，其接收来自第一和第二视频投影仪的光，所述反射镜装置相对于所述第一和第二视频投影仪被定位使得在所述反射镜装置处生成所述物体的聚焦图像；和观看透镜，其用于将与由反射镜装置反射的聚焦图像中的每一个相对应的出射光瞳传递到观看平面，以便在观看者的各个眼睛处可视为立体图像；
在又一方面，本发明提供一种立体显微镜，其包括上述的观看装置。
在还一方面，本发明提供一种立体显微镜，其包括上述的观看装置，以及用于捕获物体的第一和第二放大图像中的相应图像的第一和第二摄像机。
在一个实施例中，所述显微镜还包括：物镜装置，其用于生成所述物体的第一和第二放大图像，所述第一和第二摄像机被构造为从由所述物镜装置生成的图像中捕获所述物体的第一和第二放大图像中的相应图像。
在一个实施例中，所述物镜装置包括第一和第二变焦物镜，每个变焦物镜用于生成所述物体的放大图像，所述第一和第二摄像机被构造为从变焦物镜生成的图像中捕获所述物体的第一和第二放大图像中的相应图像。
在一个实施例中，所述变焦物镜的光轴围成锐角，所述锐角对应于观看者的眼睛之间的朝向反射镜装置的视角。
附图说明
下面将参考附图仅仅通过示例的方式来描述本发明的优选实施例，其中：
图1(a)示出了根据本发明的第一实施例的立体观看装置；
图1(b)示出了图1(a)的观看装置的局部侧视图，其示出了垂直方向上反射镜装置处入射光路与反射光路之间的角度关系；
图2(a)至(c)示出了根据本发明第二实施例的立体观看装置的透视图，侧视图和主视图；
图3示出了根据本发明第三实施例的立体观看装置；和
图4示出了根据本发明第四实施例的立体观看装置。
具体实施方式
图1(a)和(b)示出了根据本发明的第一实施例的立体观看装置。观看装置包括用于生成位于物平面OP处的物体的第一和第二放大图像的物镜装置3，在本实施例中由孔径光阑5限定。
在该实施例中，物镜装置3包括第一和第二变焦物镜4a、b，每个变焦物镜包括物镜7和附加透镜9、11，第一和第二变焦物镜4a、b其通过改变附加透镜9、11相对于物镜7的相对位置来控制放大倍数。
在该实施例中，变焦物镜4a、b的光轴以会聚关系布置，以便在所生成的物体的图像之间提供视差。
在一个实施例中，变焦物镜4a、b的光轴围成锐角，所述锐角对应于眼睛之间的朝向反射镜装置35的视角，如下面将更详细描述的。
观看装置还包括第一和第二摄像机15a、b，每个摄像机15a、b分别包括用于捕获物体的第一和第二放大图像中的相应图像的传感器19，第一和第二放大图像相对于物体在空间上或角度上被移位，使得当相应的出射光瞳被呈现给观看者的左眼和右眼中的相应的一个时，如将在下面更详细描述的，所感知的图像是三维图像。
观看装置还包括图像投影仪20a、b，该图像投影仪20a、b将来自由第一和第二摄像机15a、b捕获的物体的相应放大图像的光的聚焦图像投射在反射镜装置35上。
在本实施例中，图像投影仪20a、b分别包括显示器21，显示器21被驱动以显示由第一和第二摄像机15a、b捕获的物体的第一和第二放大图像中的相应一个；以及光学装置25，其用于在反射镜装置35处提供来自由图像投影仪20a、b的相应显示器21显示的放大图像的光的聚焦图像。
在该实施例中，显示器21包括高清(HD)视频显示器，可选地是超高清(UHD)显示器。
在该实施例中，图像投影仪20a、b的显示器21以同轴方式设置，这里为相对置的关系。在替代实施例中，显示器21可以具有任何角度或空间关系。
在该实施例中，每个光学装置25包括提供聚焦图像的至少一个透镜29，以及将光路从相应显示器21引导到反射镜装置35的至少一个反射镜31。
观看装置还包括反射镜装置35，其接收来自图像投影仪20a、b的显示器21所呈现的每个图像的光，反射镜装置35被定位成使得在反射镜装置35处生成物体的聚焦放大图像，并且由反射镜装置35接收的光被反射到观看透镜37。
在该实施例中，反射镜装置35包括凹面镜，这里形成为单个反射镜，在该凹面镜处，物体的聚焦图像或真实图像被叠加在一起，并且反射镜的半径被选择为使得相应的图像投影仪20a、b的光学装置25的透镜29的出射光瞳被传递到位于观看平面VP处的观看者的眼睛，如下文将进一步描述的。在替代实施例中，反射镜装置35在反射镜的表面处可以包括平面反射镜或非球面反射镜和球面透镜。
观看装置还包括观看透镜37，其用于将与由反射镜装置35接收的每个图像相对应的出射光瞳传递到观看平面VP，以便在观看者的各个眼睛处可视为立体图像。
本发明人惊奇地发现，观看到的三维图像的细节远远大于从第一和第二图像中的细节“之和”所预期到的细节。
此外，本发明使视频信号能够随后被记录和呈现为静止或移动视频。
图2(a)至(c)示出了根据本发明的第二实施例的立体观看装置。
本实施例的观看装置与第一实施例的观看装置非常相似。为了避免不必要的描述重复，将仅对不同之处进行详细描述，其中相同的部分由相同的附图标记表示。
该实施例的观看装置与第一实施例的观看装置的不同之处在于，图像投影仪20a、b的显示器21的光轴不是同轴的而是围成一锐角，并且图像投影仪20a、b的光学装置25分别包括多个透镜29a、b和多个反射镜31a、b，其中反射镜31b中的一个是光学装置25中的每一个所共用的。
图3示出了根据本发明第三实施例的立体观看装置。
本实施例的观看装置与第一实施例的观看装置非常相似。为了避免不必要的描述重复，将仅对不同之处进行详细描述，其中相同的部分由相同的附图标记表示。
本实施例的观看装置与第一实施例的观看装置的不同之处在于，变焦物镜4a、b的光轴以平行，隔开的关系布置，并且共享公共的会聚物镜7，以在生成的物体图像之间提供视差。
图4示出了根据本发明的第四实施例的立体观看装置。
本实施例的观看装置与第一实施例的观看装置非常相似。为了避免不必要的描述重复，将仅对不同之处进行详细描述，其中相同的部分由相同的附图标记表示。
本实施例的观看装置与第一实施例的不同之处在于，该观看装置还包括分束器51，该分束器51设置在反射镜装置35和观看透镜37之间的光轴上，以接收来自第一和第二投影仪20a、b的光学装置25的反射镜31的光，这些反射镜31与分束器51正交地设置。可以看出，这种布置去除了如在第一描述的实施例中所展示的反射镜装置35处的入射光路和反射光路之间的角度分量β，并且因此，如在第一描述的实施例中的由于到平坦表面上的角投影而引起的图像失真大大减少，尽管光强度降低。
在该实施例中，分束器51是棱柱形立方体，但也可以是半反射镜。
最后，应当理解，本发明在其优选实施例中已经被描述，并且可以根据由所附权利要求限定的本发明的范围以许多不同的方式进行修改。
例如，虽然在第一实施例中，变焦物镜装置导出由视频投影仪20a、b的显示器21显示的第一和第二视频图像，但也可以由其他视频信号来驱动显示器21，例如由建模或动画系统提供的，例如3D CAD建模系统，其中视频信号由具有角度和/或间隔关系的视图提供。
在一个实施例中，可以采用处理电路来操作由视频投影仪20a、b的显示器21显示的图像，以便改变由光学结构造成的伪像，例如，其由在平坦的表面的角投影造成的梯形失真。

Claims (14)

1.一种用于生成用于观看者的立体图像的观看装置，所述观看装置包括：
第一和第二视频投影仪(21)，其用于投射物体的第一和第二视频图像中的相应视频图像，第一和第二图像是相对于物体在空间和/或角度上被移位的不同图像，以便在图像之间传送视差；
第一反射镜(35)，其接收来自第一和第二视频投影仪的光，所述第一反射镜相对于所述第一和第二视频投影仪被定位使得在所述第一反射镜处生成所述物体的聚焦图像；
观看透镜，用于将与由所述第一反射镜反射的聚焦图像中的每一个相对应的出射光瞳传递到观看平面，以便在观看者的各个眼睛处可视为立体图像；以及
至少一个另一反射镜(31、31a、31b)，其相对于所述视频投影仪和所述第一反射镜被定位成使得来自所述视频投影仪的光被所述另一反射镜反射到所述第一反射镜上；
其中，在第一反射镜处图像的入射光路和反射光路之间存在角度分量(β)使得反射光路不与所述另一反射镜相交；和
其中，所述视频投影仪包括第一和第二视频显示器，所述第一和第二视频显示器由第一和第二视频信号驱动以显示第一和第二视频图像中的相应视频图像；以及第一和第二光学装置，其用于将来自由第一和第二视频显示器显示的相应图像的光聚焦到所述第一反射镜。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述显示器的光轴是同轴的，所述显示器可选地处于相对置的关系。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述显示器的光轴围成锐角。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述视频信号是从三维建模或动画系统提供的。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学装置包括至少一个透镜和至少一个反射镜，以用于将来自所述显示器的光学光路引导到所述第一反射镜。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述图像是所述物体的放大图像。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一反射镜包括凹面镜。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括：
处理电路，其用于操作由视频投影仪投影的图像以去除或改变由该装置的光学结构造成的至少一个伪影。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述至少一个伪影包括梯形失真。
10.一种包括权利要求1至9中任一项所述的观看装置的立体显微镜。
11.一种立体显微镜，包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的观看装置，以及
用于捕获物体的第一和第二放大图像中的相应图像的第一和第二摄像机。
12.根据权利要求11所述的显微镜，还包括：
物镜装置，其用于生成所述物体的第一和第二放大图像，所述第一和第二摄像机被构造为从由所述物镜装置生成的图像中捕获所述物体的第一和第二放大图像中的相应图像。
13.根据权利要求12所述的显微镜，其中所述物镜装置包括第一和第二变焦物镜，每个变焦物镜用于生成所述物体的放大图像，所述第一和第二摄像机被构造为从变焦物镜生成的图像中捕获所述物体的第一和第二放大图像中的相应图像。
14.根据权利要求13所述的显微镜，其中，所述变焦物镜的光轴围成锐角，所述锐角对应于观看者的眼睛之间的朝向第一反射镜的视角。
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