CN1191656A - 一个用于获取诸自动体视图象的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种获取诸观察场景的模拟自动体视视频图象的方法。在包含三维信息的存储数据的基础上,它提供n个模拟摄像机,这里n≥3,每个模拟摄像机都在一个给定光轴上产生一个场景的一个图象。这些模拟摄像机的诸光轴会聚在一个位于离开这些模拟摄像机相同距离D的点上。观察的场景有一个最近点P_p和一个最远点P_e,摄像机间的距离(b)和这些模拟摄像机与最近点P_p间的距离D_min以这样一种方式选择,使得为了聚焦在最近点P_p和最远点P_e之间的变化,两个相邻的模拟摄像机之间的角度2α在对于最近点P_p不大于4.5°和对于最远点P_e不小于0.2°的值之间变化。

Description

一个用于获取诸自动体视图象的方法和系统

本发明涉及一个获取诸模拟自动体视视频图象的方法。

现在，在计算机辅助设计(CAD)市场中有大量的软件，它们使存储和关于多个物体或被观察的一个场景的三维信息相对应的数据成为可能。这种软件和诸处理装置结合，这些处理装置在任意选择的诸观察角度上在屏幕上只能正确地看到物体或被观察场景的一个平面图象。

例如，在欧洲专利申请号EP-125480(HONEYWELL)和EP-172110(GIRAVIONS DORAND)中已经提出多个有两个视点的体视模拟方法，然而它们通过存储体视的诸半图象工作，所以不适合和上述的软件一起使用。

本专利的申请者已经开发出一种有多于两个基本图象，也叫做“视点”的自动体视视频系统，典型地提出视点数n等于4。本专利的申请者是许多特别是关于拍摄体视视频图象装置的专利或专利申请的所有者，具体地说如法国专利号8711764(FR-2619664)，9305381(FR-2705007)和9305383(FR-2704951)。

那种自动体视视频系统使观察者不用戴专门的眼镜就能看到在一个屏幕上以浮雕形式出现的诸图象，这个屏幕是由一个光学选择器，如一个透镜阵列组装而成，并且观察者不限于占据一个为了观察的精确位置，观察者能在视觉舒服的良好条件下做到这一点。

术语“行”和“列”分别用来表示由一个或者站着或者坐着的观察者看到的诸像素的诸水平线和诸垂直行，并且独立地表示，例如，方向的诸水平线和诸垂直行，在这样的方向上一个阴极射线显示管被水平地或者垂直地扫描。例如，在有许多垂直定向扫描线的一个阴极射线管(CRT)上，将这种扫描“线”称为“列”。

现在，当显示如上定义的存储数据时，还没有这样一种技术上的解决办法，它使在诸视觉舒服的条件下模拟一个浮雕形式的显示成为可能，这些条件是能使在多于两个的视点上看到这种自动体视效应的条件。

自动体视摄象机利用一个透镜阵列，一般地是一个有多个圆柱透镜的阵列，它的模拟仅能导致一个模型，这个模型非常复杂，当产生有多个遵守自动体视参量的交替的视点的复杂图象时它要求大的计算机能力。在Pierre ALLIOd的题为“一个为了拍摄视频图象或为了以浮雕形式合成图象和为了以浮雕形式显示图象的方法”的论文(发表在l′OndeElectrique，Vol.71，No.1，pp.26-32，1月1日，1991，巴黎)中已经考察了一个这样的模型。在那篇论文中考察的模型意味着完成了一个软件包(Turbo CAD 3D)的特别修正的版本，它与产生的诸矢量形式有关，为了实时计算诸图象或者为了使合成的诸图象(但不是在实时中)成为栩栩如生的诸电影，基本上在实时中显示这些矢量形式。

本发明提出的问题是这样一个问题，它难以先验地解决，并且能够设想的诸解决办法看来是先验地排除实验室外的诸多应用。

本发明基于这样一个思想，它令人惊奇地能模拟一个自动体视摄象机，上述类型的单个摄象机，这是通过多个基本摄象机，即通过一个拍摄图象的系统，根据定义这个系统不是自动体视的，而且通常在实施中它会引起许多大问题，甚至当只有两个摄象机，所以只有两个视点时也是如此，例如和名为“IMAX 3D”的已知系统的情形相同，而当视点数超过2时这种系统变得非常复杂。

我们已从IEEE 1988消费者电子学国际会议，Rosemont，1988年6月8日，178-179页，Shinichi Yamaguchi的“体视视频电影摄象机3D-CAM”中知道了另一种两个摄象机的设备。

那篇文章涉及为了从二个视点拍摄体视图象的“3D-CAM”摄象机，它的诸图象然后交替地显示在一个屏幕上，通过眼镜进行观察，这种眼镜是用受到控制的多个液晶快门装配成的，以便将在某个时刻的一个图象交替地传送到左眼和右眼。

那篇文章涉及一个用于拍摄图象(不是为了模拟它们)的系统，它仅有两个视点，在它的结构中不会引起和自动体视术相关的诸多问题，观察者需要眼镜或者其它的东西，并且限制观察者保持在相对这个屏幕的一个固定的位置上。

我们还从IEEE Transactions on Consumer Electronics，Vol.37，No.1，1991年2月1日，pp.39-43的Yasuo Takemuro用300K个像素的IT-CCD传感器的体视视频电影摄影机”中知道了又一种两个摄象机的设备。当观察时，那个设备要求观察者带上装配有多个液晶快门的眼镜。

欧洲专利申请EP-641132(MATSUSHITA)涉及一个为拍摄图象的两个摄象机的设备，其中两个摄象机间的角度以为了使最近点的双目合成成为可能的方式确定。那个有两个视点(即不是一个模拟)的拍摄图象的设备不能考虑和有三个或更多个视点的自动体视术相关的特殊问题。

根据本发明，通过对一个有多于二个视点的自动体视系统，适当地考虑其物理的，光学的和感觉的参量，使模拟成为可能。

这样，本发明的一个目的是提供一种不需要复杂计算而能获得模拟自动体视图象的方法。

本发明的另一个目的是提供一种方法，它使从一个容纳包括三维信息在内的合成视频图象的标准数据库产生自动体视图象成为可能，并且能在不需提供专用的软件甚至也不需修改现有的软件的情况下，在用像一个透镜阵列这样的一个阵列装配成的一个屏幕上，看到以浮雕形式出现的图象。

本发明的又一个目的是提供一种方法，它使得在实时或准实时中模拟栩栩如生的图象成为可能。

一个模拟摄象机有一个光学中心，例如，一个针孔，和一个模拟敏感表面，这个表面有一个中心，这个中心定义为以后将在一个屏幕上观察的图象的诸对角线的交点。

这样，本发明提供一个获得模拟自动体视图象的方法，其特征在于从包括关于一个物体或将在一个显示屏上观察的场景的三维信息在内的存储数据出发，它提供n个模拟摄象机，这里n≥3，每个模拟摄象机都产生所说场景的一个图象，所说诸图象的每一个都组成一个自动体视图象的一个视点，这些模拟摄象机是等距离的，被同一个摄象机间的距离b分开，当拍摄一个图象时这个距离保持常数，这些摄象机有恒定视场角，这些模拟摄象机的每个都有一个轴，这个轴通过它的光学中心和一个称为模拟清晰点的点，这个点基本上位于离开所有的所说的模拟摄象机相同的距离D′处，其特征还在于被观察的场景有一个最近点P_p和一个最远点P_e，其特征还在于，摄象机之间的距离b和这组模拟摄象机与这个最近点P_p之间的距离D_min以这样一种方式进行选择，为了拍摄所说的图象和对于在这个最近点P_p和这个最远点P_e之间变化的一个清晰点，在两个相邻的模拟摄象机的所说的轴之间的角度2α在对于这个最近点P_p不大于4.5°和对于这个最远点P_e不小于0.2°的值之间变化。

本方法可以在一个有多于两个视点的自动体视系统的意义上实施，并和体视场的一个正常的景深相对应，其概念截然不同于一个有多个物镜的系统的常规的视场景深，在下面的描述中我们将对其作较详细的解释。

这种视场的体视深度的概念是有多于两个视点的自动体视术特有的，如下所述，它使定义满意地感觉到浮雕效果的条件成为可能。

在一个特别有利的可将浮雕的自然感觉扩展到无穷远的变体中，这个方法的特征在于对于一个包括位于无穷远处的点P_e的场景，摄象机间的距离b如此选择，使得对于角度2α有0.2°的值的情形，模拟清晰点位于距离D_max，这样，一个物体从距离D_max沿两个最外端的模拟摄象机的所说的轴的二等分线向无穷远移动时，它的图象在显示屏上通过一个不大于像素间距n²倍的距离移动，这和在显示屏上的n个透镜相对应，每个透镜都复盖n个像素。

本发明的这个方法的一个特别有利的实施是对于这样一种情形，在那里视点数因产生多个附加的中间视点而增加，但是没有改变体视基也没有改变立体显示角，更加特别适用于有大于四个的许多视点的高清晰度情形，这使得到视场的较大的体视深度成为可能，这反过来又使得在其它事物保持不变时用户在显示屏前面有较大的移动范围成为可能。这个优选的实施方法特征在于从包括关于在一个显示屏上观看的场景的三维信息的存储数据出发，它提供n个模拟摄象机，这里n＞4，每个模拟摄象机都产生一个所说的场景的图象，这些模拟摄象机是等距离的并由同一个摄象机间的距离b分开，当拍摄一个图象时这个距离保持常数，这些模拟摄象机有一个恒定的视场角，这些模拟摄象机的每一个都有一个轴，这个轴通过它的光学中心和一个称作模拟清晰点的点，这个点基本上位于离开所有的所说的模拟摄象机同一个距离D′处，其特征还在于被观看的场景有一个最近点P_p和一个最远点P_e，其特征还在于摄象机间的距离b及这组模拟摄象机和最近点P_p之间的距离D_min以这样一种方式进行选择，为了拍摄所说的图象并对于在最近点P_p和最远点P_e之间变化的一个清晰点，两个相邻的模拟摄象机的所说的轴之间的夹角2α在一个对于最近点P_p不大于18°/n和对于最远点P_e不小于0.8°/n的值之间变化。

在一个特别有利的可将浮雕的自然感觉扩展到无穷远的变体中，这个方法的特征在于对于一个包括位于无穷处的点P_e的场景，摄象机间的距离b如此选择，使得对于角度2α有0.8°/n的值的情形，模拟清晰点位于距离D_max，这样，一个物体从距离D_max沿两个在最外端的模拟摄象机的所说的轴的二等分线向无穷远移动时，它的图象在显示屏上通过一个不大于像素间距n²倍的距离移动，这样直至无穷远都产生一个清晰的图象和一个在诸视点间连续移动的感觉。

这样，本发明的这个方法使以特别简单的方式实施模拟成为可能，假设大家都知道有多个摄象机的诸体视系统是特别复杂的并难以实施的，甚至当它们被限于两个视点和两个摄象机时也是如此，则这就不合理了。

所说诸轴可以是诸模拟摄象机的诸光轴。

在优选的实施方案中，诸模拟摄象机有它们的诸模拟的敏感的表面，这些表面相互平行并基本上位于一个共同的平面上。

在一个特别有利的实施方案中，这个方法的特点在于诸模拟摄象机是针孔型的。

当用一个在其前面放有一个透镜阵列的电视屏幕进行观看时，通过对模拟摄象机的每个图象点配置等于视频图象的垂直分辨率的垂直分辨率，和等于视频图象的水平分辨率除以视点数n的水平分辨率，每个基本图象都可直接在对应于其自动体视术的程度的畸变的格式中得到。此后，为了得到能够在一个电视屏幕上观看的一个模拟自动体视图象，交替(interleave)得到的诸基本图象就足够了。

在本发明中，也可以得到明显地改变一个物体或一个场景大小的效果而没有扰动其聚焦在所说的距离D′上的形状，这是通过相对所说的物体移动模拟摄象机，但既不改变清晰点也不改变角度2α，并通过和焦距中的变化成正比地修正b的值来实现的。

在一个优选的实施方案中，这个方法的特征在于这个图象包括有一个给定体视基B的诸体视对，所说的体视对的视点被m个中间视点分开，在这里m是≥1的整数。它可以在一些条件下包括一个观察步骤，在那里在理想的“立体彩色”距离，一个观察者看到所说的许多体视对中的一对，这些体视对有被m个基本视点分开的多个视点。

本发明也提供一个自动体视视频系统，其特征在于它包括：

用来获取一个被观察的场景的诸模拟自动体视视频图象的设备，这个设备有一个容纳包括关于一个物体或在显示屏上观察的一个场景的三维信息在内的存储数据的数据库，用来产生n个模拟摄象机的设备，这里n≥3，这些模拟摄象机中的每一个都产生所说的场景的一个图象，这些模拟摄象机是等距离的并被共同的摄象机间的距离b分开，当以一个恒定的视场角度拍摄图象时这个距离保持不变，这些模拟摄象机中的每一个都有一个轴，这个轴通过它的光学中心和通过一个基本上位于离所有的所说的模拟摄象机同一个距离D′上的“模拟清晰点”，被观察的场景有一个最近点P_p和一个最远点P_e，用来产生n个模拟摄象机的所说的设备这样设置，使得摄象机间的距离b及这组模拟摄象机和最近点P_p之间的距离D_min满足这样的条件，在这个条件下对于所说的图象和为了聚焦在最近点P_p和远点P_e之间的变化，两个相邻的模拟摄象机的所说的轴之间的角度2α在对于最近点P_p不大于4.5°和对于最远点P_e不小于0.2°的值之间变化；和

显示设备，在这个设备中一个位于理想的“立体彩色”距离的观察者看到一个体视对，它包括由m个中间视点分开的两个视点，其中m大于或等于1。

这个系统的特征可能在于用来产生n个模拟摄象机的设备如此设置，使得对于一个有一个位于无穷远的点P_e的场景，摄象机间的距离b是这样的，对于数值等于0.2°的角度2α，模拟清晰点P位于距离D_max，这样，一个物体从距离D_max沿两个在最外端的模拟摄象机的所说的轴的二等分线向无穷远移动时，它的图象在显示屏上通过一个不大于像素间距n²倍的距离移动。

本发明也提供一个系统，它能通过产生多个附加的中间视点增加视点的数目，其特征在于它包括：

用来获取一个物体或一个被观察的场景的诸模拟体视视频图象的设备，这个设备有一个容纳包括关于这个物体或在一个显示屏上被观察的这个场景的三维信息在内的存储数据的数据库，用来产生n个模拟摄象机的设备，其中n＞4，这些模拟摄象机中的每一个都都产生所说的场景的图象，这些模拟摄象机是等距离的并由共同的摄象机间的距离b分开，当拍摄图象时这个距离保持恒定，这些模拟摄象机中的每一个都有一个轴，这个轴通过它的光学中心和一个“模拟清晰点”，这个点基本上位于离开所有的所说的模拟摄象机同一个距离D′处，被观察的场景有一个最近点P_p和一个最远点P_e，所说的用来产生n个模拟摄象机的设备如此设置，使得摄象机间的距离b及这组模拟摄象机和最近点P_p之间的距离D_min满足这样的条件，在这个条件下对于所说的图象和为了聚焦在最近点P_p和最远点P_e之间变化，两个相邻的模拟摄象机的所说的轴之间的夹角2α在对于最近点P_p不大于18°/n和对于最远点P_e不小于0.8°/n的值之间变化；和

显示设备，在这些设备中一个位于理想的“立体彩色”距离的观察者看到一个体视对，它包括由m个中间视点分开的两个视点，其中m大于或等于1。

这个系统的特征可能在于用来产生n个模拟摄象机的设备如此设置，使得对于一个有一个位于无穷远的点P_e的场景，摄象机间的距离b是这样的，对于数值等于0.8°/n的角度2α，模拟清晰点P位于距离D_max处，这样，一个物体从距离D_max沿两个在最外端的模拟摄象机(C₁，C₄)的所说的轴的二等分线向无穷远移动时，它的图象在显示屏上通过一个不大于像素间距n²倍的距离移动。

所说诸轴可以是诸模拟摄象机的诸光轴。

在一个优选的实施例中，模拟摄象机有它们的多个模拟的敏感表面，这些表面相互平行并基本上位于一个共同的平面上。

本发明的许多其它特征和优点在参照附图阅读下面的描述时显得更加清楚，其中：

图1是表示本发明如何通过诸模拟摄象机，例如诸针孔摄象机得以实施的图。

图2是图1的详细情况，表示诸针孔摄象机的情形，图2b是说明本发明的一个针孔摄象机的模拟屏幕的图。

图3a和3b表示由于得到上述图中的诸模拟摄象机提供的诸基本图象的支持而建立起来的一个自动体视图象的两种情形。

图4a和4d表示本发明的四个有利的变体；

图5表示根据本发明的均匀自动体视术的条件；和

图6表示本发明的一个优选实施例。

为了对从许多合成的图象制造出一个自动体视图象的原理加以定义，必须通过计算模拟一个复杂的图象，这个复杂的图象能够用一个如在申请者的法国专利No.8711764(FR-2619664)；No.9305381(FR-A2705007)和No.9305383(FR一2704951)中描述的摄象机得到。

根据本发明，为了产生这个复杂的视频图象，如果认为去交替的图象是由在申请者的法国专利No.9303580(FR-2705006)中描述的处理方法得到的，则不需要引入一个透镜阵列。在这种方法中由所谓的“n个图象”模式得到的图象，为了计算，能够通过诸模拟摄象机实施，如果这些模拟摄象机实际上以如下所述的一种特殊的方式放置的话。这些模拟摄象机有利地等效于诸针孔摄象机。敏感表面的分辨率能够是各向异性的，这样对于每个图象点或像素，在垂直方向上考虑的分辨率等于最终图象的垂直分辨率，而水平分辨率等于最终图象的水平分辨率除以n(视点数)。这使得在一个电视屏幕上的显示成为可能。然而，对于一个用n个投影仪的背投显示，分辨率保持各向同性。

参照图1和2a，n个主光轴A₁到A₄，即通过诸模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)或其等效物的中点P₀并垂直于所说诸表面(E₁，.......，E₄)的诸直线，通过诸针孔(O₁，......，O₄)并交于在模拟自动体视摄象机C的焦距D处的单个P点。从所说的这个单点和模拟系统的n个光轴形成的角度(2α)，我们成对地取这个角，处于两个极限值之间，这两个极限值定义为和n-视点TV自动体视术相关的诸特殊观察条件的函数。

为了定义在极限处的诸条件与模拟和/或实施所说的诸自动体视图象的方法，需要从上面定义的自动体视图象出发并分析其特征。

在本发明中设想的自动体视系统中，在两个视点之间至少产生一个附加的视点，这两个视点被认为是一个位于如下定义的理想的或“立体彩色”距离的观察者的两个眼睛看到的视点。这两个视点之间的相干性必须和上述的自动体视摄象机得到的足够接近。在侧向产生至少一个附加的视点，给出总数为四个或更多的视点，允许观察者的头平行于屏幕的平面水平地移动也是有利的。这组视点使得产生一个观察者能够在其中移动和观察屏幕(特别是在垂直于这个屏幕的轴上)而不会失去浮雕的感觉的总体积成为可能。和只是成对地使用体视视点，没有任何如上定义的诸中间视点，并且如果要不戴眼镜进行观察，就要限制观察者相对屏幕保持在一个固定的位置的诸系统作比较，正是这个特性表征了自动体视术的特征。

在用和申请者的上述诸专利相应的一个摄象机的实际情形中，已经制造了能够拍摄诸4-视点图象和不用眼镜就能同时观察这些图象的系统，这个系统用一个标准的50赫兹的PAL CCIR摄象机，一个有多个目镜的系统和一个标准电视屏幕，这个屏幕能以前进的模式(即非交替的)用平行于图象的诸行放置的阵列中诸透镜的轴显示诸图象。

为了在和本发明的一个优选实施方案相对应的一个实施方案中进行观察，开始时要调整图象的几何位置，将它放入和位于电视屏幕前面的有很多透镜的阵列相应的地方，从而使有许多透镜的阵列的间距基本上等于有四个像素的诸组的间距，这里“4”对应于在这个特殊情形中为拍摄图象选择的视点数，以便使一个位于这个选出的观察距离上的观察者的一只眼睛通过有多个透镜的阵列只能观察到一个像素模四，这个选出的观察距离对应于理想的立体彩色距离。

假设观察者闭上一只眼睛和平行于屏幕的平面移动头部而保持在离开图象的一个恒定的距离上，那么那只眼睛将看到号码为1，2，3和4的所有的视点连续地通过。在看到所有的视点后，这只眼睛将再次看到号码1的视点，此后，随着连续的移动，这只眼睛将看到下面的诸视点，其号码为：1，2，3，4；1，2，3，4；1，2，3，4；1，2，3，4；1，2，3，4；等等。换句话说，这是一个模系统，其中当观察者平行于屏幕移动时，将数次看到同样的诸视点。每个有四个视点的组对应于一个观察角，它和四个像素在屏幕上占有的图象面积及用于显示的阵列的焦距有关。位于屏幕前的有多个透镜的阵列的间距必须稍小于有四个被显示像素的诸组的间距。

如果分别用参照字母(a)，(b)，(c)和(d)表示视频图象中的四个连续的像素列的第一，第二，第三和第四列中的一组像素，视点No.1包括图象中的所有像素(a)，视点No.2包括图象中的所有像素(b)，视点No.3包括图象中的所有像素(c)，视点No.4包括图象中的所有像素(d)。在理想的距离，观察者将用一只眼睛看到所有的像素(a)，而用另一只眼睛看到所有的像素(b)或(c)或(d)。实践表明希望在标称的显示距离，即理想的，立体彩色距离1出现下列的对[(a)和(c)]或[(b)和(d)]。如果观众移向屏幕，假如眼睛间的瞳孔间距是常数，则诸立体角的诸边缘彼此靠近，所以观众看到对(a)和(d)。如果观众从屏幕移开，立体角的诸边缘(瓣)彼此分开，所以观众看到对[(a)和(b)]或[(b)和(c)]或[(c)和(d)]。实际上，因为已经用由有单个摄象机组成的自动体视系统拍摄图象，这个单个摄象机有一个有多个透镜的阵列和一个有多个物镜的系统，由于四个视点的特殊的相干性，观察者可以从理想的，立体彩色距离(最初选择的距离)移开。这四个视点和在一个用有多个广角物镜的系统拍摄的有小视场深度的明亮的图象中同时得到的大量图象有相同的相干性。这个特性也存在于用本发明的这个优选实施方案模拟的情形。

在标称的观察距离(它是理想的，立体彩色距离)，观察者看到(对于n＝4)根据本发明由第一个I₁和第三个I₃视点或由第二个I₂和第四个I₄视点形成的一个体视对。一个体视对不是由两个相邻的视点而是由在它们之间有一个中间视点的两个视点(或者甚至m个中间视点，这里m≥1，在这种情形两个相邻的视点间的基本体视基等于B/(m+1)，B是选择的体视基)形成的情形中，参量的这种选择使得一个不戴特殊眼镜的观察者可以利用一个观察体积，在这个观察体积中观察者能够进行平行于显示屏或垂直于显示屏的移动，并在现在这种应用的意义内表示均匀自动体视术的特征。B能够选择得小于，等于或大于一个观察者的瞳孔间距E(65mm)。

结果，参照上面的例子，一个观察者能够从理想的，立体彩色距离向着或离开屏幕移动，或者实际上能够进行横向移动而没有失去体视视觉。

一旦图象出现在屏幕上，如果观察者从标称的观察距离(或理想的立体彩色距离)向显示屏(它可以是一个投影屏(例如一个电视屏)或一个背投屏)移动，那么体视基如感觉的那样增长较大，如果观察者离开屏移动，那么体视基变小，由于在体视基中的这个变化精确地补偿了和诸聚散力，即使两个RECTINAL图象重叠的诸肌肉力，中的变化相关的深度感觉中的变化，所以总的感觉是恒定不变的，因此保证了浮雕感觉所必需的体视合成，这必然伴随着在和屏垂直的方向上的诸移动。

当调整“立体彩色”，使得观察者看到视点[(I₁)和(I₃)]或[(I₂)和(I₄)]，和观察者向显示屏移动得足够近时，用户于是看到视点(I₁)和(I₄)并且能够不再平行于这个屏移动，和当从很近处看的实际情形相同。当观察者离开显示屏移动时，那么将看到下列诸视点对中的一个[(I₁)和(I₂)]或[(I₂)和(I₃)]或[(I₃)和(I₄)]而且观察者能够在一个相当大的距离上移动，这样使观察者能在一个体积范围内选择移动。

这同样能用于选择m大于1，使舒适感增加的情形。

图5指出当观察一个电视屏幕时有“立体彩色”的条件。这种图象已将诸像素的诸列交替。间距P_r的阵列RV中的每个透镜对应于屏幕上诸像素的n列。诸透镜的诸中心C在屏幕上的像素平面中彼此分开ΔD₀放置。像素间距为Ｐ′_p。P′＝nP′_p。在“立体彩色”距离D₀，常规地应用下面的公式： $\frac{P^{\′}}{P_r}=\frac{D_0+\mathrm{\Δ}{D}_0}{D_0}$

均匀自动体视术(在这个“立体彩色”距离观察由m个中间视点分开的两个视点)的条件是：ΔD₀＝(m+1)P′_pD₀/E，其中m大于或等于1。

这样，均匀自动体视术是一种“模”系统，它能使一个观察者平行于和垂直于一个屏移动，而保持浮雕的感觉。

这和在IEEE Transactions Electron Devices，Vol.22，No.9，pp.784-785，1975年9月，纽约，Y.Tsunoda发表的题为“用投影型复合全息术显示三维彩色”的论文中描述的技术根本不同。那篇论文涉及的是一个用复合全息术并包括N个视点的体视显示设备。

在那里，通过在以相等角度θ₀＝θ/(N-1)分开的N个方向上的角度扫描拍摄诸图象，以便增大总的显示角，使它变得等于θ＝40°，例如有θ₀＝4°和N＝11个视点。在两个相邻视点间的体视基等于瞳孔间的距离。它不是一个“模”系统，在这个系统中，当观察者平行于屏幕移动时数次看到同样的诸视点。此外，如果选择θ₀等于显示的有多个透镜的阵列中的诸透镜的主瓣的孔径角(±2°)，则使这些角度作为焦距的函数变化是不成问题的。观察者也必须保持在预先确定的离开屏幕的距离上。

对于一个有两个视点的体视系统，或一个有成对体的诸视图象而没有诸中间视点的体视系统，我们应回想起不用特殊眼镜的观察要求观察者占有一个非常精密地确定的固定位置，只有当戴上特殊的分开的眼镜(例如用有颜色的玻璃或偏振镜片)，或戴上有多个液晶的眼镜，它由红外线控制，右眼和左眼交替地关闭，如上述的IMAX 3D方法中一样，才能允许一个观察者移动。

为了在本发明的优选实施方案中得到合成图象或再复合的真实图象，如果我们要享受如上定义的均匀体视术的诸基本质量的快乐，即不用戴特殊的眼镜就可观察一个屏幕而仍然能使观察者在相当大的体积范围内自由地移动的话，需要再产生自动体视摄象机所特有的诸多特性。

根据本发明的优选实施方案，用下面定义的诸极限值，这些条件组成了获取能在一个视频屏幕上看到的诸模拟自动体视图象所需要的诸多原理。

为了合成计算或为了成对地再组合多个平的体视图象以便得到一个自动体视图象，需求考虑四个主要的参量：

1)总的可利用的体视基，和更具体地，两个相邻视点间的有效的体视基B/(m+1)；

2)两个相邻的模拟针孔摄象机的诸光轴之间的夹角2α的值；这些轴会聚在位于模拟焦平面的距离上的一个交点；如果在图象上诸视点间没有水平位移，则这个焦平面和显示屏的平面相对应。

3)整个图象的水平分辨率和每个视点的水平分辨率；和

4)模拟摄象系统的视场角。

根据本发明，诸图象是对于一个观察距离和一个场景体积，这个场景体积和观察不放大或缩小的显示场景相对应，用n个模拟摄象机同时拍摄的，其中有两个相邻的摄象机分开一个小于一个观察者的两个眼睛间距的距离。

至少须要三个视点，对于标准的视频制式(PAL，SECAM或NTSC)数字四是一个优选值。在图1和2a中考虑四个视点，这些视点用标记为C₁到C₄的四个针孔摄象机模拟，每个针孔摄象机都有一个各自的针孔O₁到O₄和一个敏感表面或每个都有一个中心P₀的屏幕E₁到E₄。每个模拟摄象机的屏幕E₁，......，E₄位于称作焦距的离开针孔O₁，.....，O₄的距离f上，并且它有一个宽度e。例如可用HANDSHAKE出售的TURBO CAD 3D软件包，例如通过相继地产生诸模拟摄象机中的每一个，实施这样一个模拟。

当考虑一个以这样一种方式建立起来的系统时，即使模拟焦距D₀和在屏幕前的实际观察距离(实现立体彩色的距离)相等，以及图象视场和在显示屏上的尺寸保证一个在焦平面上10厘米高的物体在屏上高10厘米，这对应于线性放大倍数等于1，于是，在优选的实施例(均匀体视术)中及对于m＝1，对于在这个观察距离同时看到的两个视点[(a)和(c)]或[(b)和(d)]间的模拟体视基，需要尽可能的接近观察者的两个瞳孔间的距离，或者换句话说对于两个相邻的模拟摄象机间的距离，要尽可能地接近观察者瞳孔间距的一半。在这种情形下，浮雕的感觉也和实际的场景一样。

因此，一旦在屏幕上形成图象，如果观察者从理想的立体彩色距离向显示屏移动，则感觉到体视基实际上在增大，如果观察者从屏幕移开，则体视基收缩，因为在体视基中的这种变化精确地补偿了和诸会聚力中的变化相关的深度感觉中的变化，总的感觉不变，这些会聚力即是将两个RECTINAL图象送入寄存器以便得到有浮雕感觉所必需的体视合成而加上的诸肌肉力，它的变化必需补偿垂直于屏幕的方向上的移动。

当“立体彩色”如此建立起来，使得观察者看到视点[(a)和(c)]或[(b)和(d)]，并且观察者移向显示屏足够近时，则观察者看到视点[(a)和(d)]并且不再能够平行于屏幕移动，如在实际情形中当观察者从近处观察时那样。当从屏幕离开时，观察者看到视点[(a)和(b)]或[(b)和(c)]或[(c)和(d)]，并可自由地相当大地移动，这样使观察者在一个体积范围中移动成为可能。

放大倍数的概念是重要的，因为它使对于给定的两个相邻的模拟摄象机间的夹角2α，确定所需的作为要建立或重建的诸场景的体积的函数的体视基成为可能，尽管诸显示屏的参量不变。令人惊奇的是，它能以一种简单的方式模拟诸场景而保持除了计算的或重建的场景和在屏幕上感觉到的场景之间的尺寸比以外的所有参量。为此目的，必需采用一个将角度2α保持在某些极限值内的摄象机间的距离。场景的体积和观察距离自动地变化。这导致被直接模拟的诸“宏观”和甚至“微观”系统，而在另一个方向导致也在被模拟的诸“超级”系统，而仍然保留浮雕的实际感觉，这三个尺度保持在一个比值中，为了避免超出观察者补偿感觉的能力。

如果现在考虑一个给定的系统，并且如果对于恒定的体视基改变模拟的焦距，那么相邻视点间的角度2α改变。对于恒定的图象视场，和可用的水平的单眼分辨率有关，可以区别在有某种分辨率的深度方向彼此分开放置的诸物体，这个分辨率对应于为了引起从一个视点到另一个视点的可观察到的变化(或者不一致性)所移动的距离。假设观察者除了上述的可能性外不改变离屏的距离，在诸视点间的差异(如果模拟的焦距小于从观察者到屏幕的距离，则差异较大，或者如果模拟的焦距大于所说的距离，则差异较小)将以和实际比较景深效果的畸变感觉出来，这个实际情况是由其眼睛放在模拟自动体视摄象机的有多个物镜的系统的光孔上的观察者模拟出来的。如果焦点太短，观察者感觉到一个夸大的景深。如果焦点太长，观察者感觉到一个缩小的景深。在这两种情形中，在图象中缺少它的二个维数间(对应一个平的图象)和第三维或景深间的相干性，这种不相干性能够超出观察者补偿感觉的能力。当确定极限角2α时必须考虑这个现象，为了保持“自然的”印象一定不能超过这个极限值。在较大或较小的值，需要修正体视基，以便将角度2α的值作为诸模拟焦距的函数回复到它的诸极限值之内。

这导致在计算的或重建的诸场景中产生标度的诸多变化，这样就要将图象的线性放大倍数和景深的感觉相匹配。可用于每个视点的水平分辨定义在图象中能够分析和观察的景深区段的尺寸，因此最大和最小焦距间的这些区段的数目和角度2α的诸极限值相对应，而不应忘记在屏幕上观察到的视场的体视深度依赖于所用的视点的总数和在屏幕上的光选择器(透镜阵列)的间距。

如果可以用一个连续的总的光孔，对于这样一些物体，当观察者平行于屏幕的平面移动其头部时，这些物体是完全清晰的和/或以连续的方式彼此相对移动，模拟拍摄图象，则在屏幕上显示的诸物体可能看来是在屏幕上在极限视点(a)和(d)之间通过只和视点数n乘以光选择器的间距，即乘以n²个像素的积相等的水平距离移动。

正是这个最大的位移定义了视场的体视景深的概念。

如果用一个针孔摄象机实施模拟，则诸物体看来是不连续地移动，然而，视场的体视景深的值保持和在一个连续光孔的情形中相同。

所以用一个实际的连续的光孔，诸物体一旦通过多于有n个视点的n个透镜，每个透镜有n个像素，即物体有多于n²个像素的位移时，诸物体显得模糊。一个CCD传感器的离散特性引起真正的连续性和与诸针孔摄象机相关的离散性之间的妥协。

视场的观察深度定义为被观察的场景的最近点P_p和最远点P_e之间的距离。只有通过模拟点大小的诸光孔或一个非连续的总光孔(它实际上是对诸针孔摄象机发生的)才能增加视场的观察深度，这时如果诸物体所在位置超出显示屏上的某个表观距离(在显示距离前1/3，在其后面2/3)，则诸物体看来是以诸多离散的跳跃方式移动，随着离开屏幕的距离增加，诸跳跃的尺寸增加，而物体保持在焦点上。

当使用一个视场的体视深度，使其上没有形成聚焦的诸物体以诸多离散的跳跃方式移动时，诸初始观察条件当诸离散跳跃变得太大时恶化到这样一种程度，使得观察只能在屏幕前立体彩色最佳的空间区域中进行。在离开屏幕某个距离的诸物体看来是由断开的区段组成的，这些区段已经粘着在一起，有或是太多或是太少的材料。这特别地发生在如果图象是在夸大景深(超体视术)的诸条件下制成的情形。于是诸缺点积累起来，对浮雕感觉的干扰和由于观察空间受到很大限制而产生的不舒适有关。如果，如在电视的情形，可用的显示分辨率是有限的，则对于被显示的场景，不希望利用太大的视场景深。因为我们分离双目聚散度和单目调节的能力是有限的，所以观察离屏幕远的物体是很累人的。将在没有聚焦好和复视(不能双目合成)的情况中看到物体。

参照图2，可应用下列公式： $P=f\frac{(d-D)\·\cos (\mathrm{\π}/2-\mathrm{\α})}{d\·\sin (\mathrm{\π}/2-\mathrm{\α})+[D\·{\sin }^2\left(\mathrm{\α}\right)]/\cos \left(\mathrm{\α}\right)}$ 和 $f=\frac{e}{2\·\tan (\mathrm{\θ}/2)}$ 即 $p=f\frac{(d-D)\·\tan \mathrm{\α}}{d+D\·{\tan }^2\mathrm{\α}}$ 其中：

p＝和投影屏的中心P₀相关的投影距离；

f＝针孔和投影屏E的平面之间的距离，称为模拟摄象机的焦距；

D＝摄象机的瞄准轴会聚在清晰点P的距离(D＝OP)；

d＝从被观察点到O点的距离；

α＝两个摄象机之间的半角(用弧度表示)；

e＝投影屏的宽度；和

θ＝一个模拟摄象机的观察视场的全孔径角，即它的视场角。

用于计算和估计实施的诸系统质量的数据如下：

确定视场角的焦距f和图象宽度e；

确定像素尺寸的水平分辨率和图象宽度e；

确定有用光孔直径及总的体视基的焦距f和孔径；

总的体视基和选择的视点数n，它们确定两个相邻的模拟摄象机之间，从而两个相邻视点间的有用的基b；

在诸相邻的视点对之间的体视基b＝O₁O₂＝O₂O₃＝O₃O₄和焦距OP(或同时在诸“单目视点”上观察的相应观察点的距离)，它们确定由和两个相邻的视点对应的两个相邻的摄象机的两个光轴形成的角度2α；和

水平分辨率，焦距OP和两个邻接的视点之间的体视基，它们确定观察时视场的体视深度。

浮雕的感觉由存在距离b和景深中的变化ΔD＝d-D之间的比值确定。这个比值，它作为b和α的函数变化，必须正比于图象的线性放大倍数，以便保证一个观察者以现实的方式感觉到浮雕。

例1

实际的摄象机：被模拟的诸实际物镜系统的焦距＝200毫米；孔径f/2；图象宽度＝57.6毫米，像素大小＝0.1毫米；视点数n＝4。

聚焦可在两倍焦距，即400毫米处开始。这导致图象在物理图象平面中的大小和拍摄的物体相同。有四个视点的设备的理论体视场在384毫米和416毫米之间扩展。一个其图象的水平尺度等于一个表观像素(事实上是一个宽度为0.4毫米的透镜)的物体仅在一个透镜上的聚焦平面形成它的图象，并且用到了所有四个像素。如果一个物体位在视场的理论体视深度的诸极限值处，则：

在下限(348毫米)，物体看来是位于离开显示屏的地方，图象占有四个透镜，每个透镜有单个像素，如下所示：(1，2，3，4)；(1，2，3，4)；(1，2，3，4)；(1，2，3，4)X                X                X                X

在上限(416毫米)，物体看来是位于显示屏后面，图象占有四个透镜，每个透镜有单个像素，如下所示：(1，2，3，4)；(1，2，3，4)；(1，2，3，4)；(1，2，3，4)X                   X          X          X

超出这些理论极限值，诸物体形成一个扩散到多于四个透镜的图象，如果不停止一个实际的摄象机，那么诸像素必须和其它的诸图象点分享图象面积，这样给出了一种焦点没有对准的感觉，当超出这两个极限值越多，则这种感觉增加越多。

上述的实际的摄象机可用四个针孔摄象机来模拟，它们的b＝3cm，2α＝4.29°，角θ和实际摄象机的视场角相对应。诸模拟摄象机的焦距f可以任何方式选择。模拟像素的数目和所希望的分辨率相对应，即对于每个模拟摄象机水平地143个像素以便得到实际摄象机的分辨率。

对于诸合成的图象，仅当特殊计算时才存在聚焦不足。超出上述的诸极限，并当观察者相对于显示屏移动时，位于上述的诸极限(即，384毫米和416毫米)外的诸物体以离散跳跃的方式穿过屏的一部分移动。只要角度2α不超过4.5°，观察质量仍然能和一个观察者相对于显示屏移动及标准的电视所能期望的视觉舒适相一致。在恒定的体视基情形，随着角度的增加，焦距减小。当这个距离变得短于观察者和显示屏之间的距离时，体视效果增加，由人的头脑使这种超体视得到某种程度的补偿，而视场的体视深度减小。有一个和2α＝4.5°对应的极限，超出这个极限质量会下降到观察者不再能相对于屏幕移动的程度。

于是，只能在“立体彩色”距离观察场景。小的视场体视深度意味着物体很快地投影到体视场的体积以外，从而强制观察者保持在“立体彩色”距离。当观察者平行于显示屏移动时，诸物体的表观移动被夸大了并会变得不适宜。对于观察者垂直于显示屏的诸移动，那些投影超出体视场体积的物体部分以或者太大或者太小的诸粗劣的附加表面部分出现，使观察变得很难受并破坏了场景作为整体的浮雕的感觉，这样就失去了自动体视术的优点。

如果用较高的分辨率和如果模拟多于四个视点，例如八个视点，则物体可以保持聚焦，同时可经过八个透镜而不是四个移动。如果这些透镜的尺寸和第一种情形的相同，那么视场的体视深度加倍。用和第一种情形相同尺寸的诸表观像素，必需的水平分辨率加倍(请参照下面对应图4d的描述)。

随着焦点的变化，角度2减小，并取越来越小的值(渐近地)：

对于在500毫米的聚焦：3.43°

对于在600毫米的聚焦：2.86°

对于在800毫米的聚焦：2.14°

对于在1000毫米的聚焦：1.71°

对于在2000毫米的聚焦：0.85°

对于在4000毫米的聚焦：0.42°

对于在8000毫米的聚焦：0.21°，等等.......

当这个距离加倍时，这个角度减小到一半。视场的体视深度的值和焦距的值之比除以比2略大一些的值，这个值随距离的增加而增加。视场的体视深度非常快地变成焦距的一个很大的百分数。这使得给定可用的分辨率和视点数时，确定角度2α的第二个极限值成为可能，超出这个极限值是无意义的。在上述的例子中，聚焦在8000毫米给出一个体视场，对于角度2α为0.21°这个体视场从4444毫米扩展到40,000毫米。在这个距离上，水平看起来有些焦点没有对准，但还是可接受的，超出视场的体视深度的范围，浮雕的感觉用标准的视频分辨率并不有利。

所以，对于角度2α的诸有用的极限值在4.5°到0.20°的范围。

虽然不可能精确地解释在现实中人的诸视觉参量和用于实际自动体视摄象系统的诸参量之间的关系，很容易看到这个方法在所得的图象中给出现实和舒适的效果。

这个数据可用作基本上等效于有关人双目视觉的数据，或者可以认为它通过插入的电视在浮雕感觉中几乎没有或完全没有引入畸变。从其诞生之日起，我们的视觉系统已经作为精神的图象处理的基础，这种处理使我们能感觉到浮雕：焦距，视场角，如象通过放在某个距离的一个窗子(等效于一个同一表观尺寸的电视屏幕)感觉到的有效视场角，和对于聚散度的生理机构有关的瞳孔间的距离，聚焦，平衡身体和估计移动对于每个个人都是特殊的，并对个人的诸种感觉产生影响。

这一系列的自身感受的感觉(平衡，移动，双目合成等需要的肌肉力和韧带的紧张程度的内部感觉)组成不能脱离的信息源；这有诸多结果，在为了以浮雕的方式显示诸图象而拍摄图象的诸常规系统中几乎不考虑的这些结果。

当一个物体离屏的距离增加一倍时，这个物体在平行于屏幕平面的两个方向(x和y)上的诸尺度要除以2。通过在图象平面上的投影可以测量它们。只能通过在形成一个体视对的两个平面图象之间的比较才能做出浮雕的效果(第三个尺度(z))的估算)。它们之间的差异(不一致性，或在彼此相关的场景中平行于诸物体像平面的表观移动的量)使产生和人脑进行的处理有关的效果成为可能。通过使估计的诸景深值变形，很容易引入愚弄观察者的诸参量。通过选择作为常数的一个角度2α和改变拍摄的诸距离，以对体视基和焦距(它对应于一个在恒定孔径，在我们的例子中为f/2，和恒定视场的系统)作成正比的修正为代价，可以均匀地放大或缩小所有的三个尺度，例如一个立方体连续地被感觉是一个立方体，只是变得大一些或小一些而已。如果我们的两个眼睛位于模拟物镜系统的光孔，则一个被感觉的物体的尺寸和它已有的尺寸成反比地变化。

通过不改变其它的诸参量修正体视基b，因为修正了角度2α而没有修正焦距，产生超浮雕或亚浮雕(物体看起来在景深方向被压缩或拉长)。一个物体的大小(x和y)不改变(物体尺寸和与消除单目视觉中的痕迹相关的景深的估计)，而如果改变不一致性，由体视效应估计的景深被夸大或缩小了。

作为结论，对于人的视觉来说，当拍摄电影或计算图象时，理想地只存在一个不一致性的变化和与对于一个给定的视场角的感觉相关的诸表观尺度的变化之间的比。改变这个视场角(对图象的一部分的“变焦距”效应或“放大镜”效应)永远不会等效于向物体移动摄象机(“移动”效应)，因为尽管平行于图象平面的平面中的大小(x和y)事实上在这两个效应中以同一方式增加，观察者和诸平面间的距离比仅由于“移动”而改变，所以景深的感觉仅在那个情形中变化。我们既没有“多焦距”视觉也没有“变焦距”视觉，以浮雕形式看到的这些效应总是引起对景深感觉的诸多扰动。如果所用的物镜系统有一个和由在观察距离的屏幕形成的视场角相等的视场角，假设在和观察者及屏幕之间的距离相同的距离上拍摄的一个物体的表观放大倍数等于1，只有在浮雕中的一个“移动”拍摄才能精确地和现实匹配。

如果线性放大倍数不等于1，那么为了估算摄象机的视场角需要通过考虑屏幕的尺寸引入一个校正系数，这个屏幕尺寸实际上使线性放大倍数可能等于1，如果这个放大倍数位于实际屏幕的位置上。最后一点是焦距可以不同于屏幕观察距离。或者当不存在上述的诸小校正时可以人为地引入一个瞄准效应。我们在文化上很习惯于从远处观看诸电视场景。那时表观场较大。因此，对于浮雕，不一致的效应比在直接观察的现实中的小一些，然而单眼的线索能使观察者用过度的聚散度力调换看到的某些东西，并因为感觉到的场景的视场深度的很大增加，在某种程度上补偿了景深感觉上的损失。

上述的诸多考虑用来在理想的“立体彩色”距离上设置观察显示屏。如果观察距离因靠近显示屏而发生变化，则在完全相同的诸条件下，需要减少摄象机到物体的距离D，并且必须增加视场角(例如水平视场角)，为了使由显示屏形成的变化了的视场角对应于新的观察距离。体视基不发生变化。

如果用一个大x倍的屏幕代替一个在给定距离的给定诸尺度的屏幕，并从一个大x倍的距离看它，则感觉到的浮雕被夸大了，但是只要x保持小于3或4，只要2α在上面确定的诸极限值(0.2°-4.5°)内，我们认为这种浮雕的感觉仍然是可接受的。

例II

实际的摄象机：焦距＝50毫米，孔径f/2，像的宽度＝576×12.5微米；一个像素的宽度＝12.5微米；四个视点。焦距和体视基是例I中诸值的四分之一。所以表观放大倍数等于4。视场角为二分之一。

必须在有同一个角度2α的四分之一距离处拍摄。在模拟中，体视基b是其以前值的四分之一。不一致性是一样的，但是因为视场角的变化(它对应于“变焦”效应)，诸背景物体的视觉尺寸有一点大。因为只要这个效应不太大(直到大约三倍)我们能够在精神上予以校正，所以这没有关系。这个估算考虑到这样一个事实，即我们向屏幕靠近时不难看到对(1和4)，或从屏幕离开时看到对(1和2)或(2和3)或(3和4)，这引起由屏幕所张的角度平均地有三倍的表观变化。看到较小的屏幕这个事实在浮雕的方式中是不平常的，景深的精确估算稍多一点儿地利用了我们的精神补偿。

图3a和图3b表示从由摄象机C₁，C₂，C₃和C₄给出的每个基本图像1，2，3和4(n＝4)到能显示在屏幕10上的一个自动体视图象的信号处理过程。每个图象1，2，3和4都由X行和Y列组成，每个像素有各向异性的分辨率，在垂直方向等于正常的分辨率，在水平方向等于正常的视频分辨率的n分之一(即1/4)。

在图3a中，图象5有X行和nY列，并相继地由图象1的第一列，图象2的第一列，图象3的第一列，图象4的第一列，图象1的第二列等等组成。图象5能直接地显示在一个配置有一个透镜阵列的体视电视屏幕30上。

在图3b中，图象1，2，3和4并排地放置，以便形成有X行和nY列，包括四个有畸变格式的平面图象的图象6。图象6的第一个Y列被图象1的Y列的诸像素占据，接着的Y列由图象2的Y列占据，如此等等。这样，这对应于专利FR-2705006的“n个图象”的实施例，这个专利特别适用于记录和/或传输。例如，在图3b中，一个发射机21发射图象6，它由一个接收机22接收，一个解码器23将它的诸列进行排列，以便得到一个不能在配置一个透镜阵列的体视电视屏幕20上显示的图象5那样的图象。

图4a到4d表示本发明的四个特别有利的变体。

在图4a中，从配置在有给定间距的一个透镜阵列30的屏幕10或20上的一个四个视点系统出发，可通过增加模拟摄象机上和在屏幕10或20上的水平方向中的像素数量，改善图象的细度。于是将一个较精细的透镜阵列31用于屏幕10或20。这对应于一个有较小间距的一个透镜阵列的实际的摄象机，对此为了保持图象中的视场的深度需要阻止亚光孔的轻微下降。在模拟中，什么也没有改变而视场的体视深度除以2，但是因为透镜阵列的间距可以加倍，总的视感(表观连续性的感觉)是一样的。

在图4b中，可通过增加像素和圆柱透镜增加图象的面积。屏幕10或20成正比地增加，透镜阵列30被一个较大的但是有相同间距和相同焦距的阵列代替。这对应于，例如，改变到16/9格式，或宽银幕电影镜头格式。拍摄系统的诸参量不改变，视场的体视深度保持一样。

在图4c中，可通过增加视点数n增加视觉的立体角而不改变两个相邻的模拟摄象机之间的角度2α。对诸圆柱透镜的尺寸和数量没有做任何改变，然而当在透镜阵列33中的诸圆柱透镜的焦距和阵列30的进行比较时，诸图象点(诸像素)的尺寸减小。对于一个实际的摄象机，这对应于在相等的焦距一个较大的光孔，与孔径角的增加相应透镜阵列的焦距减少以及像素尺寸的减小。和以前相同，视场的体视深度保持不变。

在图4d中，通过和增加附加的诸视点数成正比地减少两个相邻视点之间的角度2α，在观察立体角中增加角分辨率。当拍摄诸图象和再现它们时，阵列30保持不变，只有像素的数量改变了。其结果是在视场的体视深度中有一个正比于附加的视点数的增加，以便达到视场的体视深度的诸极限值，一个从清晰点沿两个最外端的模拟摄象机C₁和C₄的光轴的二等分线移动的物体的图象必须经过n个透镜(即n²个像素)，和景深方向中的分辨率的增加一起，诸透镜的尺寸不变。当视点数n超过4时，这种情形特别有利。那时角度2α在18°/n到0.8°/n的范围中。例如对于6个视点，2α在3°到0.13°的范围内变化。

对于n个摄象机(n≥3)有两种不同的方法产生会聚的诸光轴。

第一种方法在于将它们如图1和2a所示地放置。

在标称的位置，诸模拟图象平面或屏幕E₁到E₄和一个半径等于模拟焦距(O₁P＝O₂P＝O₃P＝O₄P＝D′)的圆相切。每个模拟摄象机的光轴(A₁，.......，A₄)，定义为垂直于其屏幕(E₁，..........，E₄)并通过点P₀的轴，也通过相应的针孔(O₁，.......，O₄)。这种系统由于当模拟焦距较短(大的视场)和焦距接近时的一些相对的缺点而受到损害。诸图象平面的转动使远离水平线和通过诸中心图象的诸垂直轴的诸物体有不同的诸多尺寸，因此由于来自两个视点的相应的诸像素有不同的诸多高度而限制了双目合成的能力。摄象机转动引起诸图象的一个矩形(和屏幕E₁到E₄等效的视窗)在垂直方向畸变成诸梯形。

如果诸焦平面位于诸图象平面，则通过点P的四个焦平面不是共面的。

第二个解决方法是优先的解决方法，如图6所示。它在于如此放置n个个摄象机，使它们的光学中心O₁，O₂，O₃，和O₄在一个轴X′x上排成一条直线，它们的诸模拟敏感表面或者诸屏幕E₁到E₄相互平行，即它们的诸光轴A₁到A₄彼此平行并且平行于轴x′x，和横向地滑动四个模拟光学系统，以便在诸箭头方向偏离中心，从而使诸模拟图象的各各中心P₀和相应的光学系统的各各光学中心(O₁，.......，O₄)及清晰点P成一直线。对于一个给定的矩形图象，其中心P₀是为了显示而成帧的图象的诸对角线的交点。对于一级近似，假设点P位于离开诸模拟摄象机的诸光学中心的同一个距离D′，即O₁P≈O₂P≈O₃P≈O₄P。换句话说，诸直线O₁P，O₂P，O₃P，O₄P和诸模拟图象平面(E₁，.......，E₄)之间的诸交点P₀确定在投影屏或背投屏上显示的诸图象的诸标称中心。在这些情况下，一个等效于宽度为e的屏幕视窗(E₁，.......，E₄)和对应于清晰点P的矩形对于每个模拟摄象机作为一个矩形被感知。摄象机间的距离b中的变化通过修正诸模拟摄象机的中心偏离(d₁，.......，d₄)的程度来实施。图6中，为了容易理解起见已将这些角度和中心偏离夸大了。

诸模拟摄象机优先的是诸针孔摄象机。

其它的诸图象平面相互保持平行，在无穷远处一个给定物体的四个图象间没有畸变。于是，一般地，通过点P和诸模拟摄象机的诸光学中心(O₁，O₂，O₃，和O₄)的轴不再是诸模拟摄象机的诸光轴。这两个解决方法对于诸角度2导致相同的诸极限值。摄象机间的距离b保持等于诸光学中心，例如两个相邻的模拟摄象机的O₁和O₂间的距离。

实践中，能够通过定义诸屏幕视窗E′，即(E′₁，.......，E′₄)，避免修正所用的软件，这些屏幕视窗中每一个都有一个中心P′₀和一个宽度e′，它大于模拟图象的宽度e，并有相同高度(参见图2b)。直线(PO₁，PO₂，PO₃，PO₄)和相应的屏幕视窗(E′₁，.......，E′₄)之间的交点是点P₀。一个宽度为e，有所希望的图象格式，其中心为P₀的亚视窗(E₁，.......，E₄)是从上面定义的屏幕视窗(E′₁，.......，E′₄)提取的。这个程序用来计算亚视窗(E₁，.......，E₄)的诸像素。不需要计算诸视窗(E′₁，.......，E′₄)的每一个中的全部像素。

Claims (18)

1)一个拍摄一个观察场景的诸模拟自动体视视频图象的方法，这个方法的特征在于从存储的包括关于一个物体或在一个显示屏上观察的场景的三维信息在内的数据出发，提供n个模拟摄象机，这里n≥3，每个模拟摄象机都产生一个所说场景的图象，每个模拟摄象机都有一个光学中心(O₁，.......，O₄)和一个有一个中心(P₀)的模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)，这些模拟摄象机是等距离的并分开同一个摄象机间的距离b，当用一个恒定的视场角拍摄一个图象时这个距离保持恒定，每个模拟摄象机都有一个轴，这个轴通过其模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)的中心(P₀)，通过其光学中心(O₁，.......，O₄)，也通过称作模拟清晰点的基本上位于离开所有的所说的模拟摄象机同一个距离D′处的一个点P，其特征还在于观察的场景有一个最近点P_p和一个最远点P_e，其特征还在于模拟摄象机间的距离b及这组模拟摄象机和最近点P_p间的距离D_min用这样一种方式进行选择，为了拍摄所说的图象和对于在最近点P_p和最远点P_e之间变化的一个清晰点，两个相邻的模拟摄象机的所说的轴之间的角度2α在对于最近点P_p不大于4.5°和对于最远点P_e不小于0.2°的值之间变化。

2)一个根据权利要求1的方法，其特征在于对于一个包括一个位于无穷远的点P_e的场景，摄象机间的距离b如此选择，对于有值为0.2的角度2α，模拟清晰点P位于距离D_max，这样，当一个物体从距离D_max沿两个在最外端的模拟摄象机(C₁，.......，C₄)的所说的轴的二等分线向无穷远移动时，它的图象在显示屏上通过一个不大于像素间距n²倍的距离移动。

3)一个拍摄一个物体或一个观察场景的诸模拟自动体视视频图象的方法。这个方法的特征在于从存储的包括关于物体或在显示屏上观察的场景的三维信息在内的数据出发，提供n个模拟摄象机，这里n≥4，每个模拟摄象机都产生所说场景的一个图象，每个模拟摄象机都有一个光学中心(O₁，.......，O₄)和有一个中心(P₀)的一个模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)。这些模拟摄象机是等距离的并分开同一个摄象机间的距离b，当恒拍摄一个图象时这个距离保持恒定。每个模拟摄象机都有一个轴，这个轴通过其模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)的中心(P₀)，通过其光学中心(O₁，.......，O₄)，也通过称作模拟清晰点的基本上位于离开所有的所说的模拟摄象机同一个距离D′处的一个点P。其特征还在于观察的场景有一个最近点P_p和一个最远点P_e。其特征还在于模拟摄象机间的距离b及这组模拟摄象机和最近点P_p间的距离D_min用这样一种方式进行选择，为了拍摄所说的图象和对于在最近点P_p和最远点P_e之间变化的一个清晰点，两个相邻的模拟摄象机的所说的轴之间的角度2α在对于最近点P_p不大于18°/n和对于最远点P_e不小于0.8°/n的值之间变化；和

4)一个根据权利要求3的方法，其特征在于对于一个包括一个位于无穷远的点P_e的场景，摄象机间的距离b如此选择，对于有一个值为O.8°/n的角度2α，模拟清晰点P位于距离D_max，这样，当一个物体从距离D_max沿两个在最外端的模拟摄象机(C₁，.......，C₄)的所说的轴的二等分线向无穷远移动时，它的图象在显示屏上通过一个不大于像素间距n²倍的距离移动。

5)一个根据上述的任一个权利要求的方法，其特征在于所说的诸轴是诸模拟摄象机的诸光轴。

6)一个根据权利要求1到4中任何一个的方法，其特征在于诸模拟摄象机有它们的诸模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)，这些表面彼此平行并基本上配置在一个共同的平面上，其特征还在于体视基b由中心偏离(d₁，.......，d₄)得到。

7)一个根据上述的任一个权利要求的方法，其特征在于诸模拟摄象机(C₁，.......，C₄)是针孔型的。

8)一个根据上述的任一个权利要求的方法，其特征在于诸模拟摄象机的每一个象点都和与视频图象的标称的垂直分辨率相等的垂直分辨率有关，并和与视频图象的标称的水平分辨率的n分之一相等的水平分辨率有关。

9)一个根据上述的任一个权利要求的方法，其特征在于它包括交替n个基本图象的P列以便得到一个有n×p列的交替的自动体视视频图象的步骤。

1O)一个根据上述的任一个权利要求的方法，其特征在于它包括改变一个物体或一个场景的表观尺寸而没有扰动其形状的步骤，这个步骤从通过移动诸模拟摄象机在所说的距离D′聚焦而没有改变清晰点(P)出发，角度2保持恒定，摄象机间的距离b的值和焦距中的变化成正比地改变。

11)一个根据上述的任一个权利要求的方法，其特征在于图象包括有一个给定体视基B的诸体视对，所说的体视对的诸视点被m个中间视点分开，这里m是大于1的整数。

12)一个根据权利要求11的方法，其特征在于它包括一个在下列诸条件下进行观察的步骤，这些条件是在理想的“立体彩色”距离，一个观察者看到有被m个基本视点分开的诸视点的所说的诸体视对中的一对。

13)一个自动体视视频系统，其特征在于它包括：

拍摄一个观察的场景的诸模拟自动体视视频图象的设备，这个设备包括一个容纳存储数据的数据库，存储的数据包括关于一个物体或在显示屏上观察的场景的三维信息，用来产生n个模拟摄象机的设备，这里n≥3，每个模拟摄象机都产生所说场景的一个图象，每个模拟摄象机都有一个光学中心(O₁，.......，O₄)和一个有一个中心(P₀)的模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)。这些模拟摄象机是等距离的并分开同一个摄象机间的距离b，当用一个恒定的视场角拍摄诸图象时这个距离保持恒定。每个模拟摄象机都有一个轴，这个轴通过其模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)的中心(P₀)，通过其光学中心(O₁，.......，O₄)，和通过称作模拟清晰点的基本上位于离开所有的所说的模拟摄象机同一个距离D′处的一个点P，观察的场景有一个最近点P_p和一个最远点P_e。所说的为了产生n个模拟摄象机的设备如此组装起来，使得模拟摄象机间的距离b及这组模拟摄象机和最近点P_p间的距离D_min满足这样的条件，在这个条件下，对于所说的图象和为了聚焦在最近点P_p和最远点P_e之间变化，所说的两个相邻的模拟摄象机的轴之间的角度2α在对于最近点P_p不大于4.5°和对于最远点P_e不小于O.2°的值之间变化；和

一个显示设备，其中一个在理想的“立体彩色”距离的观察者看到一个体视对，它包括被m个中间视点分开的两个视点，这里m是大于或等于1的整数。

14)一个根据权利要求13的系统，特征在于为了产生n个模拟摄象机的设备如此组装起来，使得对于一个有一个位于无穷远的点P_e的场景，摄象机间的距离b这样的，使得对于有值为O.2°的角度2α，模拟清晰点P位于距离D_max，这样，当一个物体从距离D_max沿两个在最外端的模拟摄象机(C₁，.......，C₄)的所说的轴的二等分线向无穷远移动时，它的图象在显示屏上通过一个不大于像素间距n²倍的距离移动。

15)一个自动体视视频系统，其特征在于它包括：

拍摄一个物体或一个观察场景的诸模拟自动体视视频图象的设备，这个设备包括一个容纳存储数据的数据库，存储的数据包括关于物体或在显示屏上观察的场景的三维信息，用来产生n个模拟摄象机的设备，这里n4，每个模拟摄象机都产生所说场景的一个图象，每个模拟摄象机都有一个光学中心(O₁，.......，O₄)和一个有一个中心(P₀)的模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)，这些模拟摄象机是等距离的并分开同一个摄象机间的距离b，当拍摄诸图象时这个距离保持恒定。每个模拟摄象机都有一个轴，这个轴通过其模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)的中心(P₀)，通过其光学中心(O₁，.......，O₄)，和通过称作模拟清晰点的基本上位于离开所有的所说的模拟摄象机同一个距离D′处的一个点P。观察的场景有一个最近点P_p和一个最远点P_e。所说的为了产生n个模拟摄象机的设备如此组装起来，使得模拟摄象机间的距离b及这组模拟摄象机和最近点P_p间的距离D_min满足这样的条件，在这个条件下，对于所说的图象和为了聚焦在最近点P_p和最远点P_e之间变化，两个相邻的模拟摄象机的所说的轴之间的角度2α在对于最近点P_p不大于18°/n和对于最远点P_e不小于0.8°/n的值之间变化；和

一个显示设备，其中一个在理想的“立体彩色”距离的观察者看到一个体视对，它包括被m个中间视点分开的两个视点，这里m大于或等于1。

16)一个根据权利要求15的系统，特征在于用于产生n个模拟摄象机的设备如此组装起来，使得对于一个有一个位于无穷远的点P_e的场景，摄象机间的距离b如此选择，对于有值为0.8°/n的角度2α，模拟清晰点P位于距离D_max，这样，当一个物体从距离D_max沿两个在最外端的模拟摄象机(C₁，.......，C₄)的所说的轴的二等分线向无穷远移动时，它的图象在显示屏上通过一个不大于像素间距n²倍的距离移动。

17)一个根据权利要求13到16中任何一项的系统，其特征在于所说的诸轴是诸模拟摄象机的诸光轴。

18)一个根据权利要求13到16中任何一项的系统，其特征在于诸模拟摄象机有它们的诸模拟敏感表面(E₁，.......，E₄)，这些表面彼此平行并基本上配置在一个共同的平面上，其特征还在于它包括为了使诸模拟摄象机偏离中心的设备。

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