CN1271424A - 用于三维成像和记录的设备 - Google Patents

Abstract

一种传输3D图像用的设备,该设备具有:一转换器,它用于将表示3D图像的2D图像信号转换成表示3D图像的图像信号;一传输器装置,它用于将2D图像信号传输给转换器,使用中的转换器则用于发射表示3D图像的图像信号,从而观看者可看到上述图像信号所表示的3D图像。

Description

用于三维成像和记录的设备

发明领域

本发明涉及用于显示三维图像的设备。

发明背景

本技术能将图像以两维的方式记录并重新传输以便用两维的方式进行观看，从而观察者可以看到电视节目或电影，但是有这样的缺点即：所看到的并不是为传输而记录下来的原始图像的真实再现。

应将图像记录在诸如胶片之类的记录介质上，以致于观看者可观看该胶片并看到3D图像。以前用两个不同的摄像机通过将3D图像例如记录到胶片上来尝试这一点。从而，用于记录3D图像的胶片能有效地存储同一件事物的两组不同的图像。然后观看者戴着特殊的眼镜来观看胶片，这种眼镜具有这样的透镜，它们只允许记录在胶片上的两组图像之一的图像透过。由于每个透镜允许透过所记录的图像中的一个不同的图像，故观看者的眼睛也能看到不同的图像，这就能产生观看3D图像的效果。

上述观看3D图像方法的问题有两个。首先，必须用两个独立的摄像机来记录被记录在胶片上的图像，从而需要胶片本身上的两倍的存储空间，其次，这种方法需要观看者戴上特殊的眼镜以观看传输自胶片的3D图像。

本发明的目的是提供一种代替上述观看3D图像的通常方法的方案。

发明概要

依照本发明的一个方面，提供一种传输3D图像用的设备。该设备具有：一转换器，它用于将2D图像信号转换成表示3D图像的图像信号；一传输器装置，它用于将2D图像信号传输给转换器，使用中的转换器则用于发射表示3D图像的图像信号，从而观看者可看到上述图像信号所表示的3D图像。

所述转换器最好包括一屏幕，从该屏幕可发射出表示3D图像的图像信号。

所述屏幕最好包括具有预定三维构形的外表面。

所述转换器可包括波型装置(wave means)，它用于接收2D图像信号并沿这样的方向将来自上述外表面的2D图像信号作为多个图像信号发射，所述方向对应于这样一些直线，这些直线以与具有带峰和谷的周期图案的三维结构的表面相垂直的方式扩散(radiating)。

所述转换器最好包括波型装置，它用于接收2D图像并将来自所述外表面的2D图像信号作为多个多向图像信号发射，这些多向图像信号共同构成了周期性的波型图案。

每个多向图像信号最好沿与有周期性波形的行波波前的一部分相对应的方向发射自前述外表面。

上述周期性的波前最好被看作是以直角离开所说的外表面。

所述波型装置最好接收2D图像信号并按周期性的波型结构发射来自所述外表面的2D图像信号。

所述波型装置最好接收2D图像信号并按表示3D波型图案的重定向角度来发射上述2D图像信号。

所述转换器可将表示3D图像的2D图像信号转换成沿多个不同方向行进的信号，以便模拟行进的周期性波形，从而观看者能看到发射自该转换器的3D图像。

所述转换器的外表面可包括多个以下称为图像器(icon)的图像发射器，每个图像器都用于发射分别表示3D图像一部分的3D图像信号。

所述多个图像器最好能在一起发射一些3D图像信号，这些3D图像信号在一起表示整个的3D图像。

所述设备最好能对2D图像的变化进行响应并能发射相应的在预定时间周期内产生变化的3D图像信号，从而观看者能看到运动的图像。

所述图像器最好均匀地分布在转换器的发射器表面上。

所述屏幕最好以其外表面作为发射器表面。

所述图像器最好用于按3D辐射图案来发射图像信号。

依照另一个实施例，所述图像器用于按3D弧形图案来发射图像信号。

所述图像器最好包括具有3D构形的表面的一部分，所述3D构形例如是优选具有弯曲外面或内面的凸起、突缘、凹谷或凹陷。

所述图像器最好是具有预定几何形状的物理组件，所述予定几何形状能改变从中穿过的图像信号的方向。

每个图像器均最好具有部分半球形的形状。

每个图像器均最好具有弧形外表面。

所述弧形外表面最好是凹进的或凸出的。

依照一个实施例，所述图像器具有从中伸过的多个径向开孔。

所述径向开孔最好均辐射自该图像器的虚几何中心。

每个图像器均最好具有部分半球形的外表面，其底面是平的。

每个图像器均最好包括一凸出形的物体(object)，该物体带有在下表面与外表面之间从中伸过的径向管道。

每个图像器的外表面最好对应于一输出面，并且其下表面或后表面对应于一输入面。

图像信号最好从所述输入面传至输出面并沿图像器的表面轮廓所规定的方向辐射自输出面。

所述管道最好具有位于前述下表面下方的共用虚原点(virtualorigin)。

所述图像器最好均具有一平的下表面，它对应于球形外表面的弦。

优选一图像信号发射装置位于各个管道的底部，以便沿管道引导图像信号并使图像信号从管道的外端输出。

每个图像信号发射装置都最好被看作一像素。

每个像素均可以生成有不同频率的电磁信号。

优选每个像素均能发射电磁辐射、声音幅射、压力波、数据或任何其它形式的辐射。

优选每个管道都按直角延伸至图像器的外表面。

所述设备最好包括一屏幕表面，它具有均匀分布在其上的图像器。

所述屏幕表面可以是平的、弯曲的、异形的，甚至可以是任何不规则形状的屏幕表面。

一般地说，所述屏幕可呈现由形成为任何需要形状的材料制成的板片状形式。例如，可将该屏幕形成为一柱体的内表面，从而该屏幕类似于一管道。屏幕也可以是凹进的或凸出的，它可以粘合于任何表面上。

所述屏幕最好包括一系列图像器，这些图像器或者突出到平的后表面之上或者凹进到平的后表面之下，其中所述平的后表面和图像器的表面共同构成了转换器的外表面。

所述设备可包括一屏幕，其上具有一外表面。

所述屏幕最好包括一系列图像器。

所述图像器可设置成行和列。

优选每个图像器均能发射诸如红、绿和兰之类的多个彩色信号。

优选每个图像器能发射表示3D图像一部分的信号。

所述外表面上最好分布有由峰和谷构成的3D结构。

所述外表面可具有3D波形结构。

所述转换器最好包括一些像素，它们能按相对平的基面以从0至180°的角度发射图像信号。

优选每个像素均能将图像信号作为信号的波前发射。

优选每个像素均能从所述外表面按径向图案发射图像信号。

依照本发明的另一个方面，提供一种用于存储和发射3D图像的设备，该设备包括：一接收器，它用于接收表示3D图像的3D图像信号并存储该3D图像信号；一传输器，它用于发射所存储的3D图像的2D图像信号；一转换器，它用于将上述2D图像信号转换成表示3D图像的多向图像信号并用于发射该多向图像信号，从而使观看3D图像信号的观看者会看到上述多向图像信号所表示的3D图像。

所述接收器最好包括胶片或存储媒体。

所述传输器最好通过传输装置将所存储的3D图像信号传给上述转换器。

所述传输装置最好包括电线或光纤。

所述传输装置最好位于距转换器一定的距离处。

所述接收装置可呈电荷耦合装置、摄相机或透镜的形式。

依照本发明的又一个方面，提供一种用于将2D图像转换成3D图像的设备，该设备包括一输入表面、一输出表面，所述输入表面用于接收表示3D图像的图像信号，所述传输器用于将该图像信号传输给所述设备的转换器，而转换器则用于发射来自输出表面的图像信号，从而观看者能看到所发射的作为3D图像的图像信号。

观看者因每只眼睛看到了不同的图像信号从而能最佳地看到3D图像。

所述输出表面可具有表示3D波形的表面结构。

所述转换器最好包括多个传输路径，它们按3D波形图案设置在一起。

所述转换器最好包括一屏幕，它带有有一定厚度、长度和宽度的输出表面。

所述屏幕最好位于2D图像与观看者之间。

所述屏幕远离观看者。

所述转换器最好包括折射装置，它用于折射2D图像信号。

所述折射装置最好是所述屏幕的一部分，它呈现具有一系列均匀分布的凸出和凹进表面或峰和谷的薄层的形式。

所述多个路径最好对应于所折射的2D图像信号在碰到折射装置之后行进的路径。

依照本发明的一个实施例，所述屏幕具有一输入表面，它具有表示3D波形的表面结构，或者，所述屏幕具有均匀出现在所述表面上的由峰和谷或凹出和凸出组成的外形。

依照一个实施例，所述屏幕具有较小的宽度并具有接近3D波形的一般形状或者具有一系列峰和谷。

所述输入表面最好能改变图像信号的方向，因此，这些图像信号可根据波型图案辐射自所说的外表面。

所述转换器屏幕最好具有预定的形状，它包括一平的部件，此部件具有波状结构。

所述屏幕可以是扁平的、弯曲的、平面的、圆的、半圆的或不规则的。

依照一个实施例，所述屏幕呈壁面或屏障的形式，2D图像信号可穿过该屏幕并被重新定向。

所述屏幕的两个相反表面上最好具有波状构形。

以下参照附图仅以举例的方式说明本发明的最佳实施例。

附图简述

图1表示一观看屏幕；

图2表示根据一个实施例的观看屏幕表面的轮廓；

图3表示根据第二实施例的屏幕的表面轮廓；

图4表示根据第三实施例的屏幕的表面轮廓；

图5表示图2所示屏幕的表面轮廓的概念图；

图6表示图1所示屏幕的概念图；

图7表示根据第一实施例的屏幕的图像器；

图8表示根据第二实施例的屏幕的图像器；

图9表示根据第三实施例的屏幕的图像器；

图10表示根据第四实施例的屏幕的图像器；

图11表示根据第五实施例的屏幕的图像器；

图12表示根据本发明第一实施例的屏幕的应用；

图13表示根据本发明第一实施例的胶片；

图14表示根据本发明第六实施例的本发明图像器的俯视图；

图15表示图14所示图像器的侧视图；

图16表示图15所示图像器的俯视图；

图17表示图16所示图像器的侧视图；

图18表示具有图17所示图像器的屏幕；

图19表示带有图18所示屏幕的箱；

图20表示图18所示的屏幕的详细图；

图21表示与图20中屏幕一道使用的胶片；

图22表示具有三个图像器的屏幕的俯视图，每个图像器均具有一红、绿和兰色电荷耦合器件；

图23表示应用本发明屏幕的阴极射线管；

图24表示图23所示屏幕的详细图；

图25表示包括本发明图像器的球体的概略图；

图26表示用于图25所示球体的图像器的细节；

图27表示供图25所示的球体使用的另一种图像器；

图28表示本发明的消音设备应用的概略图；

图29表示本发明屏幕的记录应用；

图30表示图29所示设备的俯视图；

图31表示图29和30所示的设备的重播选项；

图32表示本发明的存储设备；

图33表示图32所示的存储器设备的计算机应用；

图34表示用于了解图33所示存储器设备的概略图；

图35表示图33所示存储器设备的另一个概略图；

图36表示本发明的球形屏幕；

图37表示图36所示的球形屏幕的节点(node)；

图38表示图36所示球形屏幕的节点和一部分的概略图；

图39A和39B表示不同观看者所看到的节点的概略图；

图40A表示设计成覆盖设备的球体；

图40B表示图40A所示设备的彩点(coloured dots)；

图40C表示图40A所示设备的被偏振了的透明玻璃；

图40D表示图40C所示被偏振的透明玻璃的不同取向；

图40E表示图40C所示玻璃的另一种取向；

图40F表示图40A所示设备的内部环形实施例；

图41A至41E表示本发明的屏幕的不同实施例。

附图详述

图1表示矩形观看屏幕的一个实例。该屏幕是带有一顶面的矩形分层结构，所述顶面具有正弦波结构。图2表示沿屏幕10表面的图像器11。

图像器11被表示为沿屏幕10的表面均匀设置，但图像器11实际上是大量的并分布在矩形屏幕10的整个表面上。

图3表示屏幕10的顶面的另一种可能的形状，其中该波状结构是由一系列被平面13所分隔开的半圆形隆起12构成的。在图4中，该波状表面结构被表示为一系列被平面15所分隔开的弧形凹谷14。

图5表示屏幕10波状上表面的理论图。

各个图像器由管道16来表示，管道16从波状表面10的上表面成直角地向下延伸。每个管道16均随其在屏幕10外表面上的位置的不同而与相邻的一个管道有略有不同的方位。

如图6所示，每个管道16均代表着一条光路，光线可沿该光路行进。结果，如图6所示，表示房间17内一场景的图像可被一对眼睛看作是图像信号19，这些图像信号穿过被定向成使眼睛能看到图像信号的管道16。由于眼睛18被分开一定距离，所以每只眼睛会看到业已穿过不同管道16的不同图像信号。

由于无论观看屏幕的方式如何取决于自身位置的管道都会在任何地方给出朝任何角度的视线，故可以用两只眼睛从略有不同的角度看到椅子，从而给出景深、视场和3D图像。如果移动并从所有可能的角度观看屏幕，就会以最佳3D的形式看到屏幕另一侧的每一个物体，这是因为，在所有的角度都完全不会阻碍来自每只具有唯一透视方式的眼睛的视线。

通过管道看到的每一件事情都可通过将光线置于每个管道内来加以模拟，从而能发射出通过图6所示的空的管道看到的同样的色彩和亮度。还可以将较小的管道即三个较小的管道例如红、绿、兰放进各个管道内，因此，在这种适当的组合形式中，它们可形成以前通过管道看到的任何的色彩和光强，因此，作为一个实例，如果观看特定的管道，就能看到光的特定频率和亮度。从而，通过将小光源放置到每个管道的底部，就不能区分出是是透过管道看到了光源还是看到未受妨碍的视野。如果将光源放置到每个管道内，那么，从任何角度都不能区分出看到了来自任何和所有管道的光还是看到了放置在管道内的光源。

由于准确地看到了同一个事物，故在使光源位于每个管道16内时必然是在看一个3D画面。如果正在观看诸如移动图6中椅子的某人之类的图6所示的移动场面，并且将光源编排在每个管道内，从而在透过每个管道的视域改变时进行精确地改变，那么，就会看到由移动的椅子构成的3D电影。

在2D照片中，每只眼睛均可精确地看到同一个画面，但是，因为二只眼睛不可能向下看同一个管道，故两只眼睛不可能看到同一画面，所以，该画面一定是3D形式的。

为了拍摄3D照片或电影，可按相反的方式使用上述原理。正是因为可随经由管道的视域将光源放在有同种颜色和光强的每个管道内，故也可将胶片放在各个管道内，所述胶片在显影时曝光从而给出同样的色彩和光强。通过这种方式，可获得忠实于原状的3D图片。

如果选用多种这样的软片并利用设备顺序显示这些软片，则我们就能看到3D电影。

以上举例说明的概念可给出多个不同的实施例和应用。如图所示，所述屏幕可以具有规则的正弦波结构或如图3和4所示那样有其它的波状结构。构成屏幕外表面的波型可以有任何形状和尺寸，可以是规则的和不规则的。尽管管道16的数量、长度和宽度会改变图像的锐度和清晰度，但管道16仍可以具有可变的长度和形状。

屏幕本身可以是扁平的、分段的、可以弯曲成特定的形状从而盖住一物体。此外，管道可以具有不同的几何形状。

图7表示波状屏幕表面30，它带有以垂直于外表面方式向下延伸的管道21以及位于各管道21底部的像素。这些像素在广义上说表示图像信号源，它可以是光源或诸如声音、压力、磁等的任何其它源。

在图8中，已通过在相邻管道之间没有任何表面的情况下将管道21放置在开放的空间内而改变了屏幕的表面。因此，管道23被设置成有不同的长度，以致于各个管道23的最上部表面的组合共同形成一波纹状图案，尽管它是不连续的波纹状图案。当然，由于所述的实施例在实际上是概念性的，故管道之间距离总是很小以至于人们不可能看到管道底部处的像素从而注意到相邻像素之间的任何不连续性。

依照本发明的另一种变化形式，可以使用图9所示能从某一角度捕获光线从而可与管道做同样事情的偏振的点或蚀刻表面。

在图10中配备有透镜26，这些透镜能捕获来自各个视点的图像并将其记录到弯曲或扁平的表面上，以进行某种形式的重放，或者，所述的设备可按相反的方式进行工作以便传输。

在图11中，可用反射而不是折射来捕获图像，但是，本发明也考虑了它们的任何组合形式。

记录介质可以是胶片或软片或者类似于数字相机中的电荷耦合器件的采集器。可对诸如所有电磁频率、声波、电子、雷达(被动和主动)、声纳以及医疗设备中的正电子之类的任何形式的数据加以成像。甚至可以按相同或另一种频率或另一种能级的频率来记录和重放压力或低频振动。

可用一发射设备将要被反射回来的各种频率发送给一物体。这种设备可类似于一成像屏幕，其中每个像素均能以特定的频率将足够的数据发射为可被反射回来的信号。所述数据可以是雷达波、光波、声波等。

存在有多种形式的重放和画面生成设备。在图12中，投影仪将画面照射到一屏幕上，该屏幕可以具有前述形状的多种组合形式。观看屏幕的每个人均具有独特的视点，从而能看到与其它人不同的画面。因此，屏幕30是诸如反射镜之类能反射光的部分构成的。

在另一种变化形式中，前方或后方的投影仪可发射电磁频率或其它促使或触发各像素发射适当信号的振动。所述投影设备播放胶片状媒体以便如图13所示将适当的信息照射到每个像素32上，然后所述像素进行反射以便从每个视点给出适当的画面。该胶片可以是一系列像素32，如胶片31的顶部所示。所观看的画面可以是记录下来的电影或者是游戏或各种计算机设备及软件中生成的画面。

以下参照图14至21说明实现前述生成3D图像原理的方法的具体实例。

如前所述，可将屏幕10、40设置成矩形形状。屏幕40的表面配备有一系列图像器41，其中之一如图14所示。

每个图像器41均由球体构成，可按下述方式改变所述球体。

开孔42穿过球体，直径约为1mm并且彼此等距。每个开孔42均按图15所示的图案穿过球体的中心。换句话说，在中心处设置一个开孔，在该开孔的周围设置4个开孔，在所述4个开孔周围设置8个开孔，在所述8个开孔周围设置16个开孔等等，直至球体完全被开孔所覆盖。每个开孔42均距中心约3cm。事实上，只要这些开孔42在中心开孔周围均匀地间隔定位，则这些开孔的分布并不起关键作用。每个球体最好是相同的并具有相同的方位。将每个球体均切成两半，以使最先形成的开孔与切割面成直角，如图15所示。在半球的侧面向上约10mm处进行切割，从而形成与上一次的切割面相平行的切割面，因此，剩余部分具有如图16所示的图案。然后，将该部分固定到非常薄的透明屏幕上，如图17所示，对所有其它的球体做同样的工作，将它们如图18所示那样设置成扁平薄透明屏幕44上的一系列隆起。

然后，用透明板46在前部支撑住这样形成的屏幕45，最终的屏幕的尺寸最好为1,024cm乘768cm。此后，将屏幕放置到箱46的前部，如图19所示，该箱长为1,024cm乘100，除非是透过前面47上的屏幕，否则光线不能进入箱46，并且，后部48内有一光源。每个开孔或管道42均有唯一标号，从左上角到右侧连续地成排排列，然后从左侧开始排下一排等等，直至最后一个管道42。

在房间处于黑暗之中时，在所说的箱内将透明胶片放置成扁平地贴在屏幕的后面，如图6所示。某些3D物体被放置在屏幕前部约3米处。然后开灯，从而使胶片44通过屏幕曝光一段足以使光线沿管道42向下行进但不会使胶片过度曝光或曝光不足的时间。然后熄灭灯光取出胶片并显影成有完全相同尺寸和规格的透明胶片，如图21所示。然后从左向右反向地将胶片放回进箱46内，因为，图像本身是反的，将箱后部的灯光调节至适当的亮度以便能在屏幕47的前面看到穿过管道42的图像。该图像将是以前放置在屏幕前面的物体49的3D图像。

然后用摄像机对胶片44进行成像，使得以前记录下来的图21中的精确胶片占据诸如录像带之类记录媒体上的整个帧。另外，可用诸如在摄像机中使用的电荷耦合二极管(charged coupled diodes)来代替胶片，以致于每个管道42的底部均具有三个电荷耦合二极管，一个用于红色，一个用于绿色，一个用于兰色。图22表示这种情况，图22表示三个部分球体50，每个部分球体均具有图像器51，所述图像器具有分别用于红(R)、绿(G)和兰(B)的电荷耦合二极管52。

电荷耦合二极管以数字的方式记录与胶片相同的图像并连接成能在录像带上给出与对胶片成像一样的图像。在这种情况下，电荷耦合二极管总是具有相同的标号规定(number designation)，但依照颜色有额外的红、绿或兰色。例如，正如带有绿色感受器的2,103个第三管道那样，一个管道可以有2,103种绿色。从本质上说，这一点与移动摄像机中的电荷耦合二极管并利用同样的摄像机电路借助导线将电荷耦合二极管连接于屏幕的后部以记录图像一样，如图22所示。

除电荷耦合二极管能更容易地记录多个图像从而我们能按例如每秒20帧来记录运动的3D画面以外，在两种情况下都能以同样的图像结束。在这两种情况下，应以这样的图像结束，该图像能在标准的监视器上播放，从而看起来很像在开始时被记录为一系列其中有彩点的圆的胶片，但在这一阶段还不是3D画面。

以下要生产出用以按3D方式重放图像的监视器。图23中所示的彩色阴极射线管53被设计成有1,024乘768个部分球体(图像器)，它们如图9所示那样按与记录设备中各个半球体有相同可能更小的尺寸与方位之比指向管道的前方。而且，每个管道均具有如前所述的标号规定，因此，摄像和重放时同一位置的管道有相同的标号。

对信号进行聚焦，以致每个管道在重放时均能接收到与相应的管道在前述箱式设备中接收的相同的光线和色彩强度。通过监视器播放3D画面的视频胶片，因此，屏幕中每个相应的管道均能在三个彩色荧光点上接收到与从前述箱中的胶片中接收到的相同的信号。也就是说，屏幕54的每个管道53均能从胶片接收到一特定的光强，因此，同一相对位置处的每个管道55肯定会接收到适当的信号，以便按相同的强度发射出光线，如图24所示。

在另一个实施例中，屏幕可以安装在阴极射线管的外侧，而监视器屏幕上的各个像素则通过纤维光缆55连接于各阴极射管或由图像器构成的屏幕上的管道54的底部(也可以在多个阴极射线管中分解信号)。然后通过确保各管道54的标号规定相匹配，从而确保适当的信号照射至屏幕上的各个像素，以便到达适当的管道。其副产品是能通过沿纤维光缆55发送画面而用前述3D式和标准2D画面来形成薄的壁挂式屏幕。各个纤维光缆55均可与液晶屏幕相连，或者，(如果将信号分解到若干个液晶屏幕上以将该信号传输至大的单体壁挂式屏幕)则屏幕与壁挂式屏幕相分离并传递信号。

依照本发明的又一个实施例，用球体60来模拟遮盖设备，如图25所示。用作实例的球体的直径为1米。部分球体或图像器61均安装在上述球体上，这与在上述记录设备中所使用的一样。图像器的位置必须是这样的即：图像器的每个管道62均必须具有经过球体60直达另一个图像器61中另一个管道62的视线。如果将尽可能多的图像器放进这些引导线(guideline)内，则各个管道62还具有唯一的标号规定。

在各管道62的内部存在有一分配器，其一侧包含有一感受器、一侧包含有一发射器，在这种情况下，感受器是光感受器，发射器是光发射器。感受器63可以是电荷耦合二极管，一个接收红光、一个接收绿光、一个接收兰光，如图26所示。发射器64可以是三个发光二极管，一个发红光、一个发绿光、一个发兰光，如图26所示。

每个管道均连接于其相应的视线管道62，因此，感受器就将它们的信号发送给相应的有色彩和光强的发射器，就好像发光管道具有远处物体的清晰视野。

光强可为有其它效果而改变。从本质上说，大球体中的电路就象所有的感受器均类似于摄像机中的一个球形电荷耦合二极管屏幕那样起作用，并且，发射器用作一个球形显示器。如果感受器和发射器如图所示那样连接起来，则所述设备仅需象通常的摄像机和监视器那样记录图像并进行重放，因为，这些图像的形状与所使用的电路是有关的。

所述效果是这样的：大的球体60看起来是略微透明的，并且，就使部分球体和管道进一步小型化而言，大球体看起更是如此。因此，在理想的状态下，所述图像器无限小，以致于不可能分辨出图像是否是实的。

如果将球体送去滚轧，则该球体应在运动时保持其透明的外观。

感受器和发射器均可处理任何类型的信号例如声波或雷达波，而不仅仅是以上就其它实施例所述的电磁辐射。就声波而言，每个感受器均象话筒那样起作用，每个发射器均象扬声器那样起作用，如图27中球体70、话筒71和扬声器72所示，内部电路如以前那样转发信号。存在有某种内置式滤波器，以便从相邻的扬声器72中消除拾取自话筒71的声音。在这种情况下，球体看起来是声波稍微可以穿透的，而且在水下难以用声纳来检测。声波穿过球体中视线的时间总是被设置成与各相连的发射器与感受器之间的延迟时间相应。

这也可以用作图28所示的消音设备(dampening device)，其中球体73固定在一壁面上，该壁面内有一有噪音的电机74，壁面76的一侧上有另一个电机75。在这种情况下，每个呈特定图像器形式的发射器77总是向与其相邻的话筒中接收到的声音播放异相声音(sound out of phase)。这就具有这样的效果即：消除进入球体的声音以及另一种离开球体的声音，以致于可以减少来自电机的噪音。

依照本发明的另一个实施例，包括本发明概念的屏幕可用于图29所示的电路，以便在遮盖设备和录制机内处理数据，而且可进行计算。例如，如以前一样制造屏幕，但将导线80沿各管道81下行放置于录放头82上，该录放头82位于各管道81的基体83上并与硬驱动器中的录放头相类似，如图29所示，其中，硬驱动器内有类似于盘状物的旋转记录介质，驱动器的中心与屏幕的中心相重合。

导线80挂在诸如记录屏幕及其电荷耦合二极管之类的输入设备上。信号沿导线上行并用录放头记录与沿图30所示的记录设备84的各个管道81接收到的光信号相同的相对光强。所说的盘状物快速地旋转，以使所记录的每个信号成为一短的圆弧，该弧并不复盖相邻管道81的记录内容。为了播放这种信号，所说的盘状物旋转，录放头在适当的时间读取所记录下的弧、沿导线上行发送这些信号，从而重播出图像。可将能在轴86上移动的带85用于多个图像，而不是使用旋转的盘，如图31所示。

在沿导线下行发送类似0和1的信号并将该信号记录到旋转的盘状物上时，上述同样内容也可作为一种随机存贮器来进行工作。就旋转的盘状物82而言，在重放时，所述设备查找0和1的地址并进行等待，直至某种方位上的下一个可用录放头在这些点上经过然后读出数据，从而将其校正成直立的方位，如图32所示。这种被记录的数字信息可以是任何类型的，也可以是由0和1构成的3D网格，计算机通过借助与在如图1至图4所示的第一实施例中说明的那样观看屏幕的观看者的两只眼睛视点相类似的两根导线来检查网络中的地址从而观看上述3D网格。图33表示这一实施例，其中，以3D存储媒体的方式表示出网格87的一个实例。如图33所示，计算机如人观看3D点那样观看网格87的存储地址。

可将网格87中的每一点看作是多面的，因此，计算机使用的“眼睛”或“视点”可看到不同的信息。例如，观看3D形式的存储器地址，一个视点可以看到0而另一个视点可以看到1。其它的组合形式是0：0、1：0和1：1，从而，可用网格87一个点上的两个视点来记录四种可能的状态。通过两个以上的视点来同时观看意味着可看到存储地址的更多的不同的面，从而，可如图34所示存储更多的信息，其中表示出可在单个的地址89处看到的四种状态，导线90则连接于该地址的各个面。

如图35所示，导线90的基体也与其它的导线相连而不是与存储地址相连。按照这种方式，可用所有类型的逻辑电路将网格中的点连接于其它的点，因此，一个观看者可在网格中的一个点处输入数据，而另一个观看者则可在别的地方看到输出。事实上，可按3D或较高的维数来看到所有可能的连接形式。

在上述本发明遮盖设备的电子组合形式中，用带有沿各管道而下的导线的图像器来盖住一球体，尽管有时也采用其它的连接方式，但每一导线均沿视线与另一个管道相连。为方便起见，将图36中线91所示的导线交叉的点称为节点92，图37中详细地表示出节点92。节点92是该网格中的多面点，其中每根输入线都与一个面相连。这些节点的内部可以有任何类型的电路，包括逻辑电路、前述3D成像和重放以及3D线路。其它与球体93外部的导线相连的设备均可对各个节点92寻址。球体93可与双观看者相互作用，所述双观看者是(三个或更多的)成对的“眼睛”，它们可“看”到任何的面并将信息发送给球体或自该球体接收信息，如图38所示，其中观看者94和观看者95都看到了节点92，但可能不一定如其它观看者那样看到节点92上的同一对面，因此每个观看者均可以独立于其它观看者的方式进行工作，并且，可在节点92中的线路中补偿阻碍视线的任何东西。

由于该节点是多面的，故多个观看者可通过观看节点的不同的成对的面或更多的面而与同一节点相互作用。整个系统可以通过指定观看者执行不同的任务而与球体93相互作用。观看者之一96可启动它观看的节点，未被启动的节点则对如图39A所示穿过这些节点的电路来说是透明的，图39A表示多个节点92。

观看者之二97可使它观看的连续节点之间具有开放的连接关系，如图29B所示。第三个观看者可使它观看的节点开启不同的面并关闭其它的面。第四个观看者可使它观看的节点启动这些节点中的Booleann逻辑电路。第五个观看者可删除这些操作中的某些操作。当计算机要执行一种任务时，就可将其分解给观看者，以构建观看者的特定部分。

从本质上说，观看者可产生球体内的定制电路(custom circuit)，以便以三维或更高的维数来执行任务，然后改变或者删除这些任务以执行其它任务。可用计算机时钟来调节所述设备，以使这些操作和存储在前述与现代计算机中RAM相类似的三维或更多维数网格内的信息同步。可将有标号和连接关系之类的信息存储在多维网格内，因此所述设备可改进其连接关系并按需产生最佳的电路。在这种系统中可产生群论所允许的所有不同的概率。可实时地设计、使用和改变芯片，而不是预先设计好芯片。

观看者利用三只(或更多)眼睛也可以产生和改变较高维数的逻辑电路。例如，所述电路可以是一系列四维逻辑电路，它们设置成能首先在三维环境中与三个眼睛中的两个例如眼睛一和眼睛二一道工作。然后用眼睛二和眼睛三将它们看作是三维电路，该电路具有与眼睛一和二相同的两维，但第三维与眼睛一和二无关。此后，用眼睛一和三观看所述电路，它也是三维的，但具有与先前的观看者的各个眼睛相同的两维，以致每对眼睛都与在四维中起作用的一个唯一的三维电路相互作用。在有更多眼睛的情况下，还可成比例地增加维数。

依照另一个实施例，可利用一球体将图像照射到屏幕上，所述球体被设计成与前述带有图像器的遮盖设备相似，所述图像器按相同的维数密集地装在上述遮盖设备的表面上且每个管道均有相同的标号规定。球体内部是一个环，该环内有激光器，所说的环可以恒定的速度旋转360°并且是受电机驱动的，如图40A所示。激光细得足以精确地照射到部分球体(图像器)内的每个管道底部的点上。当激光照射到这些点上时，这些点或者发光或者仅使激光进入管道，如图40B所示。所说的点具有红、绿和兰色的点，从而以彩色的方式发光。

在激光束的前部是一组三块偏振的透明玻璃，如图40C所示。如果移走中心的玻璃，则光线不能穿过其余两块玻璃，因为这两块玻璃是按彼此相垂直的方向偏振的，如图24C所示。如果更换了第三块玻璃并将其设置成与另两块玻璃中的每一块成45°角的方式偏振，则光线可以穿过这三块玻璃。如果中间的玻璃旋转，则穿过这三块玻璃的光线会从0变成全部强度，如图40E所示。另外，也可以使一块以上的玻璃旋转以给出同样的效果。可用液晶来代替玻璃，因为启动时液晶的偏振面也会旋转。

当激光穿过玻璃时，中间的玻璃被定位成照射到所对准的管道基部的光线能精确成使管道按相同的标号发出与感受器管道相同的光。这一点与原始的箱按相同的标号使光向后透过各管道以给出适当的画面时相同，并且与在阴极射线管实施例中相同。如果所说的环旋转，则球体外侧上的一圈管道会按与中间反射镜的位置相对应的强度发光。另外，激光可保持静止，并且旋转反射镜可使光束在球体周围移动。然后，将所说的环安装到突出于图24E所示球体侧面的轴上，以致该环可在球体内稳定地旋转。所说的轴可以恒定的速度旋转。

激光在旋转时可照射到球体上每个管道的底部，如果激光旋转得足够快，则不会注意到有任何闪烁。内部的激光机可通过诸如无线电波之类的外部信号使中心玻璃旋转，因此可通过控制这种信号而在几乎任何时侯使光线穿过每个管道照射。

将来自遮盖设备的感受器的画面按下述方式传至第二个球体。在前述每个感受器沿视线将其信号发送给发射器的情况下，每个感受器都将其信号发送给第二球体中有相同标号规定的管道。以一单个的管道为例，在激光预期经过第二球体中有相同标号的管道时，对反射镜进行调节，从而有相同颜色和强度的光线会如同进入原始管道感受器那样从该管道出来。然后，对每个管道都进行同样的过程。这就会使第二个球体在其与遮盖球体相类似的所有表面上给出图像。一个感受器可按需将任何信号发送给任何的管道。然后将纤维光缆连接于各管道的外部，从而可将信号发送给壁挂式扁平屏幕，其中纤维光缆按需与像素相连。所述球体可接收要被看成一定形状而不是球体的信号并按这种方式将其传给适当的屏幕。

从以上所述的实施例中可以看出，就将两维信号转换为三维或更多维数图像信号的思想而言，有多种变化形式和应用。图41A至41E各表示具有类似波状结构但被形成为特定形状的屏幕的不同结构，在图41A中，所示的屏幕大体上是平直的，在图41B中，该屏幕被加工成为弯曲的。在图41C中，该屏幕具有正弦曲线式的波状外形。在图41D中，该屏幕是一个完全封闭的装置。在图41E中，该屏幕被设置为弯曲的盔状物。

因此，从以上说明中可以看出，屏幕可以有多种形状。可以使用扁平的屏幕或球形或任何其它形状的屏幕。观看者可看到来自球形记录设备的画片，因此，当人进行观看并沿球体移动时，他都能看到一个三维图像。人还可以用这种方式看到诸如在游戏或软件程序中的与Windows或Office相似的图像之类的人工生成的画面。此外，所述屏幕也可构成眼镜的镜片。

还可以将3D图像印制到各种表面上。可用印制头按各种形状对纸张进行印制以给出3D图像。可按诸如平的之类的另一种形状对纸或任何其它媒体进行印制，然后将纸或任何其它媒体模制或转换成可应用的可视形状。可将诸如混凝土或塑料之类的材料模制出画面。可将图像器插进或放到可被偏振、蚀刻或包括管道或反射器的媒体上，以给出3D图像。

就多种效果而言，可用屏幕部分或全部地盖住物体。从而，光纤上可有重叠其上的3D画面。因此，一个窗口可带有充满了部分透明3D图像的玻璃，这些3D图像可用作阻挡来自某些方向的光线的滤波器。

依照本发明的其它实施例，可按下述方式逐图像器地从而逐像素地形成画面。如果我们假定带有屏幕的箱子前部存在有由世间万象构成的球体，那么由于屏幕是一个3D成像屏幕，所以我们能从任何角度透过图像器的管道以3D形式看到所述球体。所需要的是计算出每个像素必须发出的能使所述球体精确地以3D形式出现的光。该球体被点F(1)、F(2)、F(3)…作为F(X)的各点所覆盖，其中X为正整数。从F(1)画至屏幕的线会按角I和点I碰到屏幕，角I我们称为E(1，Y，Z)，点I我们称为G(1，Y，Z)。画出用A、B、C、D表示的到达屏幕的多个直线会产生多个连续计数的点，因此，Y，Z也是从1到例如1000的整数。这就意味着例如E(21，31)是这样一个角，其中21位于线A、B上，31位于线C、D上。这样做的目的是以与球体上任何点F(X)成适当角度的方式限定屏幕A、B、C、D上1百万点中的各个点。然后必须将每个角E和点G映射到屏幕的适当部分上。在这种情况下，一个图像器的每个管道均具有特定的角度，该角度被分解成水平和垂直坐标。从而可用水平和垂直坐标及水平和垂直角来限定点G。这些角限定了视线F(X)应沿那个管道行进。如果此视线不直接与管道相匹配，则此光必须在强度上与视线最接近的管道之间进行分配，以致于其效果接近于管道正好位于所述视线内。通过按这种方式映射各个点F(X)，可对所说的球体或任何物体进行计算而被映射到任何屏幕上。如果存在有照射球体的光源，那么，就可根据所计算出来的光线、F(X)与屏幕上点之间的角度按强度映射到达屏幕的反射或折射光。球体上因另外的点而模糊不清的点，还可被计算成不在图像中出现或者在球体是半透明的情况下被计算成较为模糊。

利用上述方法可将物体映射到屏幕上，并将被映射的图像转换成能在诸如Windows、字处理器、艺术程序、游戏、电影(将图形与摄影技术结合起来)等之类的各种软件程序和画面中使用。来自不同角度的摄像机可提供不同的视点，可通过在摄像机之间映射3D图像而将这些视点合成进3D图像之间。就映射进盔形物或映射到3D玻璃上而言，两个摄像机就足够用了，因为眼睛不能移至另一个视点。从而该屏幕会阻挡住每只眼睛看到另一只眼睛能看到的内容。

在Hilbert空间内，还可如前所述按多于三维的方式映射物体。如果将球体上的各个点F(X)看作是在多个变量上略有变化，那么就可以将那些变量映射至A、B、C、D上的各个点。热、衰减、时间的扩展、颜色的变化等均可被映射至各个点。可按n维的方式来构成游戏和物体并将它们显示到屏幕上。可将Sam Lloyd设计的魔方(Rubics cube)和拼数字游戏(sliding number puzzle)以及诸如拼合板之类的其它益智游戏构成为能协调地变成其它的维数。通过一次观看三维，可按n维的方式解答上述游戏。例如，想象每个立方体的表面上有四种符号总共有26个小面的魔方。每个小面都由诸如LCD屏幕之类的成像设备来表示。扭动魔方的一部分可将某些彩色小面混合起来，但在这种情况下，尽管颜色未被混起来，但却将表面上的符号之一混起来了。然后按下使魔方转动的按钮装置会使第二种符号混起来，此后按下按钮使魔方转动从而使第三种符号和第四种符号混起来，最后使颜色混起来。现在魔方全部都混起来了，尽管肯定存在有解决方案，因为按相反的顺序使用这些变换过程肯定能将魔方恢复成开始的状态。

以上列举的本发明的总体思想具有多种应用，这些应用远远超出了能发射被人看作是三维图像的图像的电视机基本实例。能存储数据的任何媒体，无论此数据是表示水下的地貌、动物的内部器官、大气中的热流图形还是体育运动的实际活动，都可将这些数据转换成能由图像器的像素发射或辐射的图像，以致于人可以看到所存储的同样的三维图像。此外，还可在用机械设备或电气设备而不是人类来取代由像素发出的三维图像的观看者时，使用所说的总体概念。从而，可将计算机本身设计成能看出三维图像，因此，三维或多维方式的数据记录允许存储和检索更大量的数据，而在以前除两维方式以外的这类数据的检索是不可能的。

Claims (20)

1、一种传输3D图像用的设备，该设备具有：一转换器，它用于将表示3D图像的2D图像信号转换成表示3D图像的图像信号；一传输器装置，它用于将2D图像信号传输给转换器，使用中的转换器则用于发射表示3D图像的图像信号，从而观看者可看到上述图像信号所表示的3D图像。

2、如权利要求1的设备，其特征在于，所述转换器包括一屏幕，从该屏幕可发射出表示3D图像的图像信号。

3、如权利要求2的设备，其特征在于，所述屏幕包括具有预定三维构形的外表面。

4、如权利要求3的设备，其特征在于，所述转换器包括波型装置，它用于接收2D图像信号并沿这样的方向将来自上述外表面的2D图像信号作为多个图像信号发射，所述方向对应于这样一些直线，这些直线以与具有带峰和谷的周期图案的三维结构的表面相垂直的方式扩散。

5、如权利要求3的设备，其特征在于，所述转换器(装置)包括波型装置，它用于接收2D图像并将来自所述外表面的2D图像信号作为多个多向图像信号发射，这些多向图像信号共同构成了周期性的波型图案。

6、如权利要求5的设备，其特征在于，每个多向图像信号沿与有周期性波形的行波波前的一部分相对应的方向发射自前述外表面。

7、如权利要求6的设备，其特征在于，所述转换器的外表面包括多个图像发射器，每个图像发射器都用于发射分别表示3D图像一部分的3D图像信号。

8、如权利要求7的设备，其特征在于，所述多个图像发射器能在一起发射一些3D图像信号，这些3D图号信号在一起表示整个的3D图像。

9、如权利要求8的设备，其特征在于，所述多个图像发射器均匀地分布在转换器的发射器表面上。

10、如权利要求9的设备，其特征在于，所述屏幕以其外表面作为发射器表面。

11、如权利要求10的设备，其特征在于，所述图像发射器用于按3D辐射图案发射图像信号。

12、如权利要求11的设备，其特征在于，所述图像发射器包括具有3D构形的表面的一部分。

13、如权利要求12的设备，其特征在于，所述图像发射器是具有预定几何形状的物理组件，所述予定几何形状能将从中穿过的2D图像信号的方向改变成表示3D图像一部分的图像信号。

14、如权利要求14的设备，其特征在于，每个图像发射器均包括具有部分半球形形状的图像器。

15、如权利要求14的设备，其特征在于，每个图像器均具有从中伸过的多个径向开孔。

16、如权利要求15的设备，其特征在于，所述径向开孔均辐射自该图像器的虚几何中心。

17、如权利要求16的设备，其特征在于，各个图像器均包括多个图像信号发射装置，它们位于每个管道的底端。

18、如权利要求17的设备，其特征在于，每个图像信号发射装置均包括一像素，该像素在通过转换器接收到表示3D图像的2D图像信号时会发射表示3D图像的图像信号。

19、如权利要求18的设备，其特征在于，所述设备包括一屏幕表面，它具有均匀分布在其上的图像器，所述屏幕可呈现由预定形状的材料制成的板片状形式。

20、一种基本上如上参照图1至图4任何一个结合附图中图14、15、16、17和22所述的设备。

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