CN1214600A

CN1214600A - 立体电视方案及其相关器件

Info

Publication number: CN1214600A
Application number: CN 97106653
Authority: CN
Inventors: 唐伯伦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-11
Filing date: 1997-10-11
Publication date: 1999-04-21

Abstract

立体电视方案及其相关器件,属于电视技术中一种立体技术方案及器件。能降低双场立体电视的频闪和观看不便,可与普通电视互换,兼容HDTV立体电视,本方案包括立体摄像及立体转换,摄像采用单场摄录、立体综合。在保证50场秒不变时(PAL制),使立体综合帧由双场摄录时的12.5帧秒提高到25帧秒。转换屏放在电视荧屏前,荧屏发出的全向光经转换屏的起偏层,透明夹板和液晶夹层分为两种不同偏振方向的光。带一副与这两偏振方向相同的检偏眼镜就可看到立体图像。

Description

立体电视方案及其相关器件

本发明属于电视技术中，一种立体电视方案及其相关器件。

立体电视方案不下数十种，大多处于试验阶段，是电视技术中正在发展的一种技术。目前，世界该项技术发展得比较快的是日本。如东芝公司的双镜头摄像机，已经进入市场，采用的是双场立体摄录方式，双场立体电视目前存在的问题是，效果还不甚理想，频闪明显，观看不便，可以说到目前为止，还没有一种真正实用的，结构简单能与普通电视互换的立体电视方案出现。

本发明企在推出一种结构简单，原理可行，方法实用的立体电视方案及其相关器件，除立体摄像外，利用现有的普通电视设备(电视机、录像机)，仅在普通电视机上加一块转换屏，就可通过一付检偏眼镜观看立体电视节目。能与普通电视互换，可兼容HDTV立体电视，便于普及。

本立体电视方案及器材包括：1．立体图像的摄取方法及立体摄像机；2．立体图像的转换及相关器件(立体转换屏，检偏立体眼镜)。

1，立体图像摄取需用双镜头立体摄像机，两镜头中心距符合人的视觉生理特征，与双眼瞳孔视距相近(6.5厘米左右)，下面简称此两镜头为A镜头和B镜头。所拍摄的相应图像称A图像与B图像。就常规电视工作方式而言(无论摄像还是显示)，采用的是双场时间顺序扫描方式。在隔行扫描中，一帧图像的第一场与第二场，在时间上因扫描原因，存在一个0.02秒的时差(PAL制，下同)。若图像是静止的，这两场图像误差不大，可忽略时间差。若图像是运动的，则两场图像的时间差就较明显了。第一场图像与第二场图像因时间差的关系而出现差异。虽然差别很小，视觉感觉不到，但就同一帧图像的严格意义来讲，普通电视扫描方式中的这两场图像，实际可认为是两帧图像。这就是说，在普通电视扫描中，实际是将两帧图像当两场图像来处理。同样，在立体摄像中，是否也可以将两帧图像当两场来处理?由于AB两镜头拍摄的是同一物像(虽在视角位置上存在差异)，得到的两帧图像，就立体图像信息来说，它们大部分信息是基本相近的，因为实际上就是一立体帧图像。在时间上也与普通电视一样存在时间差。当然，AB两帧图像也可以同时扫描摄取，但显示上是无法同时显示的(注：有一种日本三洋公司的立体电视方案，就采用了同时显示的技术，但电视扫描方式已不是普通电视的扫描方式了)。显然，如果将AB两帧图像当作立体帧中的AB两场。隔行扫描时，每帧图像只能取半场信息，好在AB图像的大部分信息基本相似，经立体综合后恰可以合成一帧立体图像的全部信息。因此采用单场摄取，立体综合，完全可以满足普通电视立体清晰度要求和扫描方式。每秒50场(PAL制)。AB各25场。综合立体帧时为25帧秒，而不是双场立体摄像时的12.5帧秒。两眼轮换关闭时间从0.04秒减少为0.02秒。完成一立体综合帧的时间也从0.08秒减为0.04秒，从而避免了因帧数较少，图像有动画感和闪烁感。当采用逐行扫描方式时，可满足HDTV立体电视的清晰度要求，且逐行与隔行互相兼容。另外，就目前双场立体电视的闪烁而言，由于拍摄的总立体帧数较少(12.5帧秒)。虽采用所谓的两场显示，以保证左右图像能达到25次秒。因两眼的关闭时间为0.04秒。例如，在左眼观看图像时，右眼总是关闭的。同样，右眼观看图像时，左眼又总是关闭的。虽一帧图像采用两场显示，这只是对单眼起作用。在两场显示中间还有一次逆程遮光，这时两眼都处在黑暗中，尽管人眼对亮影像有延迟作用。同样对暗影像也有延迟作用。且这中间的遮光为12.5次秒。据试验，光使两眼感到明显频闪的频率在20次秒左右，显然12.5次秒的频率已在眼感到明显频闪的范围以内，所以将每秒12.5帧两场摄取显示方法改为每秒25帧单场摄取显示。因为12.5帧两场显示时，单眼可看到25场图像显示，25帧单场显示时，单眼同样可看到25场图像显示。而两眼的轮换时间却从0.04秒减为0.02秒了，因没有了每秒12.5次的中间逆程遮光，因而闪烁感自然下降，且立体综合帧数增至25帧秒，比12.5帧秒加了一倍，可以想见其立体效果必有改善。

2，立体图像显示仍用普通电视机，不过显示的图像直接是无法观看的(重影)。需将此图像转换分离，分别由左右两眼观看，分离的方法有多种，本发明方法是使用一块与电视荧屏一样大小的液晶转换屏，置于荧屏前部。原理如下：电视荧屏发出的是全向振动光，经起偏层后变为部分偏振光，当液晶层未加电时，不产生旋光反应，该部分偏振光通过液晶层时其偏振方向不变；液晶层加有电压时，液晶发生变化，使通过液晶层的部分偏振光方向产生旋转(要求旋转角度最好是π/2)。这样实际上得到了两种偏振方向不同的光。人们只要带一副检偏方向分别与这两种光同方向的检偏眼镜，就可以分别看到由这两种不同偏振光形成的影像了，再经大脑综合就构成一幅立体的图像来。至于液晶屏的加电转换，可用电视信号中的场同步扫描信号，经整形放大驱动一电子开关，使液晶屏的转换与场同步，即可保证与摄像时的同步转换，又可保证左右两眼不至错位。

本发明中的立体摄像机除需用双镜头，双CCD光耦器件外，其余电路及工作原理与单镜头摄像机相似。仅在两场扫描中，需将第二场改由B镜头摄取。即A镜头拍上场，B镜头拍下场。其传输放大记录方式不变，记录在普通VHS录像带上，用家用普通录像机就可播放。也可用其他形式或方法记录，如：VCD、DVD等。液晶转换屏位于电视机荧屏前，转换直接与电视机内部连接。与双场立体电视相比无需用红外线或有线转换。因而不受外界干扰。检偏镜配带轻便，不受位置、距离限制。由于转换频率提高，频闪明显减少，因而观看舒适，不易疲劳。

图1为立体摄像原理框图，图2为液晶转换屏结构及原理简图，图3为同步信号引出及同步开关框图，图4为场扫描脉冲与同步开关脉冲波形比较图。

图1中，T为原始物像，AB为双镜头，A＇B＇为相应的CCD光耦件，1为扫描转换器，2为视频处理放大器，3为图像记录器，4为同步控制器。原始物像T同时被AB两镜头摄取并投映到相应的A＇B＇CCD光耦器件上感应电信号，因AB两镜头不在同一位置，因而投映的光信号及感应电信号存在视角差，反映在时间上就是时间差。但它们的大部信号基本相似。当扫描转换器1在同步控制器4的作用下，先扫描A镜头所拍影像并取出相应信号送视频处理放大器，接着在扫描转换器及同步控制器作用下改扫描B镜头所拍影像，就这样在同步控制器控制下轮换地对A＇B＇图像不停地扫描下去。所取出的图像顺序为A＇、B＇、A＇、B＇......依次地送往视频处理放大器2。当采用隔行扫描时，A＇B＇两帧图像只能取出半场信号，好在A＇B＇图像基本相似，而A场B场信号恰可以互补，组合成一帧立体图像。这就是普通立体电视信号。若采用逐行扫描时，A＇B＇两帧图像信号可全部取出，这就是未来的高清晰度HDTV立体电视信号，因此根据扫描方式的不同就能获得不同清晰度的普通电视信号和HDTV立体电视信号，信号经视频处理放大器2处理放大后再由图像记录器3记录到磁带上。这是直接记录方式。也可以将模拟信号经数字处理后再记录，最后得到立体影像源。该立体影像源用一般的家用录像机就可以在普通电视机上播放。图2中，a为普通电视荧光屏，b为起偏层，是转换屏H的第1层，可使荧光屏发出的全向振动光F变为部分偏振光。c、e为镀有透明导电膜的玻璃，也是转换屏H的2、4层，中间夹着液晶层d，是转换屏的第3层，1、2、3、4层共同构成转换屏H。在导电玻璃的金属镀层分别引出两根导线+-用以接同步开关信号。同步开关信号每秒输出25Hz的同步脉冲方波，周期为0.04秒，脉冲方波宽度为0.02秒。因场扫描信号每秒为50Hz(PAL制)，周期为0.02秒。即场扫描正程时间大约18毫秒，逆程时间2毫秒。同步开关信号周期为两个场扫描周期0.04秒，而方波正向时间为一个场扫描周期0.02秒，所以方波频率等于场扫描频率的一半，即50/2=25Hz。见图4，图中a为场扫描信号，b为方波同步脉冲。液晶夹层d在此25Hz的脉冲电压作用下，周期性地变化。当在25HZ方波零脉冲时，液晶夹层间无电压，液晶无变化，经起偏层b后的部分偏振光不受液晶影响，偏振方向不变地通过转换屏，设这时的影像为fA，当在25Hz方波的正脉冲时，液晶夹层间加有一电压，使液晶发生变化，使通过液晶的部分偏振光因受液晶变化的影响，发生旋转后改变了偏振方向。显然这时通过转换屏的光其偏振方向已与上次的不同了。设这时的影像为fB。只有用一副检偏方向分别与fA、fB同方向的眼镜L,R，才可以分别看到此两场影像，否则看到的则是一幅模糊的影像。经大脑综合就合成为原摄像机拍到的立体图像T了。图3中，1为电视机的场驱动器，2为电视机的场扫描输出器，在a点引出场同步扫描信号(其它点也行，只是要求场同步扫描信号要有足够幅度)。经同步放大及整形器3去驱动同步开关器4，得到的同步开关信号经引线接到转换屏的+-端去控制液晶层变化，从而完成整个立体电视的转换过程。

在本发明中，立体摄像机有专业及普及型，专业机技术指标参考现有的单镜头专业机标准。也可以一次到位直接生产HDTV立体摄像机，因为HDTV立体影源可在普通电视机上播放，视电视机扫描方式，若为逐行扫描得到的是HDTV立体影像，若是隔行扫描得到的则是普通立体影像。普及型则为个人及团体使用，由于该立体摄像机与现有的单镜头摄像机原理相似。电路可以通用。因此，可采用现代最先进的电路程式和工作方法。在立体转换屏中要求液晶层的旋光度最好等于90°，两检偏眼镜的检偏方向互为正交，这样可最大限度地减少两偏振影像的相互影响，增强立体影视效果。转换屏的玻璃也可用透明度好的聚酯类材料。要求液晶夹层厚薄均匀。另外在起偏层外应涂一层透明保护膜，以便对起偏层进行保护。对于直视式电视转换屏就放在荧屏前，对于投影式电视转换屏可放在投影管前。

Claims

1、一种属于电视技术中的立体电视方案及其相关器件，有立体摄像机、立体液晶转换屏及检偏眼镜。其特征是：立体摄像机采用单场摄录，立体综合，在总场次不变时，使立体综合帧达到25帧秒(PAL制)，利用现有的电视设备(录像机，电视机)播放。能与普通电视互换，可兼容HDTV立体电视；立体液晶转换屏，放在电视机荧屏前部，由电视机内场同步扫描信号控制，将普通电视机显示的重叠立体图像分离，用一副轻便的检偏眼镜就可看到清晰的立体图像。

2、按权利要求1中的立体摄像机，其特征是：双镜头拍摄的两幅影像，下面简称AB图像。采用单场扫描方式摄录。即第一场扫描A图像，第二场扫描B图像。隔行扫描时，得到的是普通立体电视信号，逐行扫描时，就是HDTV立体电视信号。此信号可记录在普通磁带上，用普通录像机普通电视机播放。与单镜头摄像机的差别多了一个B镜头及相应的CCD光耦器件，工作方式与单镜头相似，只是将第二场扫描改由B镜头影像了。因此得到的信号场次顺序为A、B、A、B......等等。在保证总场次50场秒(PAL制)不变时，单场立体摄录方式较双场立体摄录方式的综合立体帧由12.5帧秒提高到25帧秒。因而对降低频闪和改善立体效果有利。

3、按权利要求1中的立体液晶转换屏，其特征是：由起偏层(膜)b，透明夹板(玻璃或聚醋类材料)c、e，中间液晶夹层d构成，液晶层的旋光角应等于900。两透明夹板镀有透明电膜，以便加电对液晶起作用。在起偏层(膜)外涂有一层透明保护膜以便保护起偏层。立体转换屏放在电视机荧屏前，应与荧屏尺寸相当，因而应有各种规格尺寸，导电膜有引线以便与电视机内同步开关信号相连。同步开关由电子电路构成，应是转换屏的配套附件。

4、按权利要求1中的检偏眼镜，其特征是：检偏眼镜由检偏膜及透明镜组成，也涂有保护层，检偏方向与立体转换屏的偏振光输出方向同，但两检偏方向互相正交。