CN1190683C - 利用平面镜构成立体图像的观看装置 - Google Patents

Abstract

一种利用平面镜构成立体图像的观看装置，是采用平面镜成像技术，将两个不同位置的平面视图分别成像于一个指定的固定位置，成为两个重叠在一起的虚像，观看者的左、右两眼分别通过该装置的两组(或一个)平面镜，观看该虚像。因为这两个视图是事先从两个不同视角对同一个三维立体拍摄对象摄取的平面透视图，且分别放在两个特定位置上，使之产生的虚像处于同一位置，因此可以给观看者产生立体视觉。本发明装置的结构形式有多种，其中平面镜可以是四个、两个或一个，其与两个视图的位置安排有多种方式。本发明可以用来观看静止的图片，也可以观看显示屏或电视机屏幕上的运动图像。

Description

利用平面镜构成立体图像的观看装置

技术领域

本发明涉及一种立体图像的观看装置，确切地说，涉及一种利用平面镜构成立体图像的观看装置，该装置可以应用于远距离监视、操作，或娱乐、音像制品，以及产品广告及说明书等场合，属于立体图像的观看装置技术领域。

背景技术

目前，利用平面图像产生立体图像的办法有多种，除了使用激光全息技术以外，还可以使用偏振光片。例如在放映立体电影时，把相互错开一定角度拍摄到的两个活动图像(相当于两个视图)重叠地同时投射到同一个银幕上。每个放映镜头前面加上一个偏振片，两个偏振片的振动方向互相垂直，使得每个视图只使用一种偏振光。观众观看时要带上偏振光眼镜，该眼镜的两个镜片中的每一个镜片都滤掉一种偏振光，只能观看其中一张图像，于是两眼可以产生立体图像的视觉。另一种方法是用遮光板或其他方法，快速交替地放映两张图像，两只眼睛也用快速的遮光版交替挡住和打开，使每只眼睛只能够观看其中一张图像。由于视觉的暂留现象，会在人脑中形成立体图像的视觉效果。还有一种办法是用两种颜色制作图片，比如红色和蓝色，用两种颜色的滤色镜放在眼前，每只眼睛只观看其中一种颜色的一张图片，而过滤掉另一种颜色的另一张图片，这样也可以产生立体图像的视觉效果。此外，还有一种方法是把两张图像或图片缩小，各放在离两只眼睛很近的地方，每只眼睛通过一个放大镜观看一张图片。总之不论采用哪一种方法都要做到使每只眼睛只看到一张图片，而两张图片的拍摄角度略有差别，就可以形成立体图像的视觉效果。

一般来讲，激光全息技术不用戴眼镜，图像不闪烁，可以从任意角度观看，但通常是用单色光，无法观看彩色立体图。采用偏振光或采用快速遮光板观看立体电影时，要戴眼镜。采用两种滤色镜时，每只眼睛只能够看到一种颜色，而且要戴滤色镜，由于两眼看到的颜色不同，给人的感觉很不舒服。而采用缩小的图像放到眼前的方法，虽然可以观看彩色图片，但在观看运动的图像时要用专用的设备，其价格较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用平面镜构成立体图像的观看装置，该装置采用平面镜构成立体图像，既可以观看静止的立体图片，也可以观看彩色的运动立体图像，且不用戴眼镜，设备价格便宜，但是，该装置的局限是能够观看的位置较小，一般只能供一、两个人观看，难以实现多人同时观看。

本发明的目的是这样实现的：一种利用平面镜构成立体图像的观看装置，包括有：四个平面镜和两个视图，即左眼视图和右眼视图；所述的四个平面镜分成两组，每一组有大、小两块平面镜，互相平行、相向地对称放置，且该两组平面镜呈中心线对称；其中每组的一块小平面镜位于观看者两眼的正前方，所述的两个视图并排地放置在四个平面镜的后面；当观看者的两眼分别通过其正前方的一个小平面镜观看其中藉由与其相向放置的大平面镜中两次反射过来的两个视图时，在观看者正前方的两个视图后面的同一个位置产生该两个视图的虚像，给观看者以立体图像的视觉；其特征在于：所述位于观看者两眼正前方的两个小平面镜之间的角度是50°或130°。

所述的两个视图是预先制作的、对同一个物体采用不同角度摄取或绘制的两张图片，该两张图片略有不同，观看者两眼观看时可以产生立体视觉。

所述的两个视图是互相衔接地放置，也可以彼此相距一段距离地放置。

所述的两个视图可以用具有双画面的一个计算机或电视机的显示屏替代之，也可以用彼此相距一段距离放置的两个计算机或电视机的显示屏替代之，因而可以观看运动的图像。

本发明的目的也可以是这样实现的：一种利用平面镜构成立体图像的观看装置，包括有：两个平面镜和两个视图，即左眼视图和右眼视图；所述的两个平面镜形成一定角度放置在观看者两眼的正前方，所述的两个视图，即左眼视图和右眼视图则对称相向地放置在两个平面镜的外侧；观看者的每一个眼睛分别通过其正前方的一个平面镜观看其中反射过来的一张视图时，在该两个平面镜后面的同一个位置分别产生该两个视图的虚像，给观看者以立体图像的视觉；其特征在于：所述的两个平面镜之间的角度是50°或130°。

所述的两个视图，即左眼视图和右眼视图的图像是水平翻转绘制的，即该两个视图的坐标基准为：水平坐标X＝-X，垂直坐标Y＝Y。

本发明装置是采用平面镜成像技术，将两个不同观察角度的平面视图分别成像于一个指定的固定位置，成为两个重叠在一起的虚像，观看者的左、右两眼分别通过该装置的两组平面镜，观看该虚像。因为这两个视图是事先从两个不同视角对同一个三维立体拍摄对象摄取的平面透视图，且分别放在两个特定位置上，使之产生的虚像处于同一位置，因此可以给观看者产生立体视觉。其中本发明装置的平面镜可以是四个，或两个，或一个，其与两个视图的位置安排有多种方式。本发明可以用来观看静止的图片，也可以观看显示屏或电视机屏幕上的运动图像。

本发明提供了一种全新的立体成像装置，该装置结构简单，图像的立体感强，制作方便，成本低廉，具有相当看好的应用前景和市场效益。

附图说明

图1是本发明装置采用四个平面镜与两个视图的第一种结构的示意图。

图2是图1中每个平面镜和视图的放置位置和角度的计算方法示意图。

图3是图1中两个视图的放置位置的另一实施例-彼此离开一段距离，互相不衔接的结构示意图。

图4是本发明装置采用二个平面镜与两个视图的第二种结构的示意图。

图5是图4中改变两个视图及平面镜放置位置和角度的另一实施例示意图。

图6是本发明装置采用一个平面镜与两个视图的第三种结构的示意图。

图7a、7b、7c、7d和7e分别是双眼观看一个物体、左眼观看到的图像、左眼观看到的图像经过水平翻转后的图像、右眼观看到的图像和右眼观看到的图像经过水平翻转后的图像的各个示意图。

图8是图6所示的本发明装置的第三种结构中左眼视图和平面镜放置角度和位置关系的示意图。

图9是图6所示的本发明装置的第三种结构中改变左眼视图和平面镜放置位置和角度的另一实施例示意图。

图10是图6所示的本发明装置的第三种结构中左右眼工作方式交换的又一

实施例的示意图。

图11是本发明装置第一种结构使用照相机照相并观看的一实施例应用示意图。

图12是本发明装置第一种结构使用计算机显示屏产生双画面观看的又一

实施例应用示意图。

图13是本发明装置第二种结构中使用两个计算机显示屏进行观看的实施例应用示意图。

图14、图15分别是采用本发明装置的第一种结构和第二种结构利用摄像机摄像，对运动物体进行实时监视的实施例应用示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明是一种利用平面镜构成立体图像的观看装置，其可以有多种不同的结构组成，下面介绍其中的第一种，即由四个平面镜和两个视图(左眼视图和右眼视图)所组成。该四个平面镜1、2、3、4分成两组，每一组分别有大平面镜1、3和小平面镜2、4各一块，互相平行、相向地对称放置，且两组平面镜呈中心线对称；其中每组的一块小平面镜2、4位于观看者两眼的正前方，两组平面镜之间互相垂直或形成一定角度放置，其角度范围：50°～130°。所述的左眼视图5和右眼视图6并排地放置在四个平面镜的后面；当观看者的两眼分别通过其正前方的一个小平面镜2、4观看其中藉由与其相向放置的大平面镜1、3中两次反射过来的两组视图5、6时，在观看者正前方的两个视图后面的同一个位置产生该两组视图的虚像7，给观看者以立体图像的视觉。

本发明第一种结构中四个平面镜以及两个图像的位置和尺寸可以按以下的步骤获得：参见图2，O为右眼位置，AB为虚像位置，CD为左右对称的中心线，正对着观看者的鼻子。先作一条线AE，使BAE为β角，β角的范围为45°±20°，该图取β角为50°。AE交CD于E。作EF垂直于AE，并交OA于F，把ABO平移至EMN，并且EN交BO于G。再作线段GH平行于EF，交AO于H。以GH为对称轴，作HABG的镜像对称图形HLKG，交EMN于I、J两点，于是IJ和GH即分别为右眼的两个一组大、小平面镜3、4的位置，EM是右眼视图6的位置。左眼的一组大、小平面镜1、2和左眼视图5的位置也是用上述方法或与大、小平面镜1、2和左眼视图5对称的办法作出，这里不再赘述。其中线段GH与线段IJ是互相平行的，即两个平面镜4、3是平行的。

在这种结构中，如果使用两个显示器替换两个视图，则在显示器的中间要留有一定距离。可以在图2中，把线段IJ向右平移一段距离，分别交GK、HL于I和J点，然后以I’J’为对称轴，作J’LKI’的镜像对称图形J’E’M’I’，此时的线段E’M’即为右眼视图6或右显示器的位置。其结果如图3所示。另一个左眼视图5或左显示器的位置也是用该方法对称地作出，这样两个视图5、6中间会留有一段距离。

参见图4，本发明的第二种结构是采用两个平面镜和两个视图所组成。这两个平面镜8、9位于两眼正前方，互相成直角或形成一定角度放置，即两者的角度为50°～130°。两张视图，即左眼视图5’和右眼视图6’，分别放置在左、右两边对称相向的位置。两眼分别通过两个平面镜8、9观看两个视图5’和6’，这两个视图5’和6’的虚像7位于两眼正前方两个平面镜8、9的背后。因此可以产生立体视觉。由于两个视图5’和6’都经过一次反射成像，所以其图形的要水平翻转绘制，即该两个视图5’和6’的坐标基准为：水平坐标X＝-X，垂直坐标Y＝Y，以产生正确的虚像。图5是这种结构的两个视图及其平面镜放置位置和角度适当变化的另一实施例示意图。此时两平面镜8、9的夹角为50～130°，而两个视图5’和6’之间的角度也应作相应的变化，其范围是：在两个平面镜8、9的夹角为50°时，该两个视图5’和6’对应的延长线夹角为向下开口的80°；在两个平面镜8、9的夹角为130°时，该两个视图5’和6’对应的延长线夹角为向上开口的80°。

参见图6，本发明的第三种结构是采用一个平面镜8和两个视图5’和6所组成。该两张视图中的右眼视图6是按照正常方式绘制的，放在两眼正前方。而左眼视图5’则是按照水平翻转方式绘制的，放在观看者的左边，朝向右面。

本发明第二种结构和第三种结构里水平翻转方式绘制的左、右眼视图5’和6’可以参考图7a～图7e作具体说明。其中图7a是两眼(即图中左前方的两个圆球)观看一个辘轳时的情形，图7b是左眼视图，由于视点偏左，辘轳上有把手一端圆柱的底圆偏右，把手位于图中右边。图7c是该左眼视图水平翻转后的情形，底圆和把手都翻转到了图中左边。图7d是右眼视图，由于视点偏右，辘轳上有把手一端圆柱的底圆偏左，把手仍位于图中右边。图7e是该右眼视图水平翻转后的情形，把手翻转到了图中的左边，底圆则翻转到了右边。

在图6中，用一平面镜8挡住左眼的视线，并把左眼视图5’反射到观看者的左眼中。根据平面镜成像原理，适当调整两个视图5’、6与平面镜8的位置，左眼视图5’所成的虚像与右眼视图6可以重合在一起。由于两眼观看的视图略有差异，会给人以立体视觉效果。两张视图5’、6可以用计算机绘制，也可以用照相机照相产生，但是左眼视图5’是水平翻转的，在用计算机制作时，要在程序中作适当处理，或在照相时采用一面镜子，使图片水平翻转(如图15所示)。这种结构的缺点是两眼观察的工作方式不对称，其中一只眼是通过镜子观看图片，另一只眼是直接观看图片。

参见图8，图6的左眼视图5’放置的角度为平面镜8倾角的两倍：其中平面镜8的倾角α可以为45°，此时左眼视图5’放置的角度为2α＝90°，面向右方。该角度α也可以稍大于或稍小于45°，即可在25°～65°度范围内调节。此时左眼视图5’放置的角度2α即在50°～130°度范围内调节，如图9所示。在这种结构里，也可以采用水平翻转的右眼视图6’和正常方式绘制的左眼视图5与平面镜9的结构方式，如图10所示。

本发明可以应用的领域有：采用两台照相机对同一物体(图11中是一水壶)或人物分别在两个位置同时照相，产生两张不同视点的图片，即图中的左眼视图和右眼视图；然后采用本发明装置第一种结构的四个平面镜观看(如图11所示)。该装置可以应用于产品广告或产品使用说明书。把该产品或使用操作过程拍成两张照片，印在一张纸上，让用户利用本发明装置的四个平面镜观看，可以对该产品及其使用或操作过程有更好的感受。采用本发明装置的第一种结构除了可以观看静止的图片外，还适用于观看计算机动画。如图12所示，把一个显示器或电视机屏幕分成两部分，成为同时显示两张动画图形的双画面显示屏，观看者使用本发明装置第一种结构的四个平面镜观看，也可以产生立体效果。在使用本发明装置的第二种结构(即两个平面镜)观看计算机动画图像时，需要使用两个显示器，且在程序里面要加入使该图像进行水平翻转的处理程序。如图13所示，利用本发明装置的第一种结构和第二种结构进行远距离监视时，可以如图14和图15所示，分别用两台摄像机拍摄图像。由于第二种结构装置所示的图15是用两面镜子观看，所以在摄像时要增加两面镜子，用摄像机直接对镜子中的图像进行拍摄，使得拍摄后的图像在水平方向是翻转的，观看者则可以看到正常的图像。

本发明装置的三种结构都经过实验进行实施验证，都实现了发明目的，且产生的立体图像观察效果比较理想。

Claims (6)

1、一种利用平面镜构成立体图像的观看装置，包括有：四个平面镜和两个视图，即左眼视图和右眼视图；所述的四个平面镜分成两组，每一组有大、小两块平面镜，互相平行、相向地对称放置，且该两组平面镜呈中心线对称；其中每组的一块小平面镜位于观看者两眼的正前方，所述的两个视图并排地放置在四个平面镜的后面；当观看者的两眼分别通过其正前方的一个小平面镜观看其中藉由与其相向放置的大平面镜中两次反射过来的两个视图时，在观看者正前方的两个视图后面的同一个位置产生该两个视图的虚像，给观看者以立体图像的视觉；其特征在于：所述位于观看者两眼正前方的两个小平面镜之间的角度是50°或130°。

2、根据权利要求1所述的利用平面镜构成立体图像的观看装置，其特征在于：所述的两个视图是预先制作的、对同一个物体采用不同角度摄取或绘制的两张图片，该两张图片略有不同，观看者两眼观看时可以产生立体视觉。

3、根据权利要求1或2所述的利用平面镜构成立体图像的观看装置，其特征在于：所述的两个视图是互相衔接地放置，也可以彼此相距一段距离地放置。

4、根据权利要求1或2所述的利用平面镜构成立体图像的观看装置，其特征在于：所述的两个视图可以用具有双画面的一个计算机或电视机的显示屏替代之，也可以用彼此相距一段距离放置的两个计算机或电视机的显示屏替代之。

5、一种利用平面镜构成立体图像的观看装置，包括有：两个平面镜和两个视图，即左眼视图和右眼视图；所述的两个平面镜形成一定角度放置在观看者两眼的正前方，所述的两个视图，即左眼视图和右眼视图则对称相向地放置在两个平面镜的外侧；观看者的每一个眼睛分别通过其正前方的一个平面镜观看其中反射过来的一张视图时，在该两个平面镜后面的同一个位置分别产生该两个视图的虚像，给观看者以立体图像的视觉；其特征在于：所述的两个平面镜之间的角度是50°或130°。

6、根据权利要求5所述的利用平面镜构成立体图像的观看装置，其特征在于：所述的两个视图，即左眼视图和右眼视图的图像是水平翻转绘制的，即该两个视图的坐标基准为：水平坐标X＝-X，垂直坐标Y＝Y。

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