DE3421652A1

DE3421652A1 - Stereoskopisches fernsehsystem

Info

Publication number: DE3421652A1
Application number: DE19843421652
Authority: DE
Inventors: Felipe Herman Cuauhtémoc Arizcorreta
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1984-06-09
Publication date: 1985-12-12
Also published as: FR2565755A1; GB8414843D0; GB2160381A; NL8401860A; JPS613595A

Description

D-8000 MÜNCHEN 90 Felipe Herman Arizcorreta^ ^ ^ -| β 5 2 Schweigerstrasse2

Deleg.Cuauhtemoc, Mexiko ^TELEFON:<^o8*>«²°^

telegramm: protectpatent telex: 524070

58 418 Stereoskopisches Fernsehsystem

Die Erfindung betrifft ein stereoskopisches Fernsehsystem und bezieht sich insbesondere auf ein stereoskopisches Fernsehübertragungs- und -empfangssystem, mit dem ein dreidimensionales Bild geschaffen werden kann. Dabei werden zwei stereoskopische Signale erzeugt, die von den Augen des Betrachters getrennt wahrgenommen werden können, ohne daß dieser eine Brille zur Bildtrennung aufsetzen muß.

Man hat es bisher nicht für praktisch durchführbar angesehen, stereoskopische oder dreidimensionale Bilder auf Fernsehempfangsgeräten zu erzeugen, denn bei der übertragung von zwei einander überlagerten Bildern durch den Sender und beim Empfang derselben durch das Empfangsgerät zur Betrachtung durch einen Benutzer, der natürlich die gleiche Art von Brille aufsetzen muß, die zur Betrachtung stereoskopischer Filme üblich ist, entsteht nicht nur Unannehmlichkeit für den Benutzer des Fernsehgerätes, sondern das System ist auch aus anderen Gründen völlig unakzeptabel. Wenn der Benutzer des Fernsehgerätes nämlich keine Brille aufsetzt, kann er kein scharf abgegrenztes Bild sehen, da die beiden Bilder einander überlagert sind, die normalerweise ein stereoskopisches Empfinden hervorrufen sollten. Aufgrund der bloßen Tatsache, daß die Übertragung und der Empfang von Fernsehsignalen vom Abtasten des Bildschirms mittels eines Elektronenstrahls abhängt, ist andererseits die Übertragung von zwei einander überlagerten Bildern bisher praktisch nicht erreichbar gewesen. Deshalb haben sich

Fachleute auf diesem Gebiet bisher nicht um die Entwicklung eines Systems für die übertragung stereoskopischer Fernsehsignale zur Betrachtung durch Benutzer eines Fernsehgerätes bemüht.

Angesichts der offenkundigen Schwierigkeiten haben Fachleute der Fernsehtechnik es nicht einmal für möglich gehalten, stereoskopische oder dreidimensionale Bilder zur Betrachtung durch Benutzer eines Fernsehgerätes, die entweder eine geeignete Brille tragen oder auch nicht, zu übertragen. Das stereoskopische Fernsehen ist deshalb ein unbestelltes Feld, denn kein Fachmann hat Entwicklungen oder Neuerungen auf diesem Gebiet vorangetrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein stereoskopisches Fernsehsystem zu entwickeln, welches eine Bildbetrachtung ohne Benutzung einer Brille ermöglicht.

Mit der Erfindung wird ein stereoskopisches Fernsehsystem geschaffen, welches die Betrachtung eines stereoskopischen oder dreidimensionalen Bildes auf einem Fernsehempfangsgerät ermöglicht. Zu dem System gehört eine stereoskopische Fernsehkamera mit zwei getrennten Optiken und einer Servosteuerung zum Fokussieren der Optiken auf Konvergenz und Tiefe, so daß zwei Stereobilder erzeugt werden, ferner eine mit jeder der Optiken gekoppelte lichtempfindliche Einrichtung, die die Stereobilder in entsprechende Videosignale umwandelt, eine Hochgeschwindigkeits-Umschalteinrichtung, die den Durchgang der von der lichtempfindlichen Einrichtung erzeugten Videosignale abwechselnd ermöglicht, eine Sendeeinrichtung für Fernsehsignale, die die von der Umschaltereinrichtung durchgelassenen, abwechselnden Videosignale überträgt, eine Empfangseinrichtung für Fernsehsignale, die die gesendeten Fernsehsignale empfängt und mittels an einer Bildröhre angeordneten Ablenkspulen in Videosignale umwandelt, und ein xographischer Schirm, der auf dem Bildschirm der Bildröhre angeordnet

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ist. Der xographische Schirm weist eine Vielzahl vertikal angeordneter, halbzylindrischer Linsen auf, die die empfangenen, abwechselnd geschalteten Signale in entgegengesetzte Winkelrichtungen beugen, um die Wahrnehmung eines dreidimensionalen Bildes dadurch zu erzeugen, daß eins der Stereobildsignale zu einem Auge des Betrachters und das andere der Stereobildsignale zu dem anderen Auge des Betrachters zurückgeworfen wird.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der verschiedenen Bestandteile eines stereoskopischen Fernsehsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel ;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der stereoskopischen Fernsehkamera für das System gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die stereoskopische Kamera für das erfindungsgemäße System, die das kolineare Verhältnis zwischen den Optiken und den lichtempfindlichen Vorrichtungen zum Umwandeln der optischen Bilder in Lichtsignale zeigt, wobei die Kamera auf unendlich eingestellt ist; —

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, bei der jedoch die Kamera auf ein nahes Aufnahmeobjekt fokussiert ist;

Fig. 5 eine Teilansicht eines Bildschirms eines Fernsehempfängers und eines diesem überlagerten xographischen Schirms zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen den Positionen des xographischen Schirms im Verhältnis zu den vertikalen Bändern des Bildschirms, in denen ein linkes bzw. rechtes Bild geschaffen wird;

Fig. 6 eine Darstellung des linken und rechten Photogramms, in der erläutert ist, wie die den beiden unterschiedlichen Stereobändern entsprechenden Lichtstrahlen von den asphärischen Linsen des xographischen Schirms gebeugt werden;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Signalkommutierschaltung für die stereoskopische Kamera;

Fig. 8 eine Darstellung übereinander angeordneter Kurven der von einem in der Schaltung gemäß der Erfindung vorgesehenen Taktgeber erzeugten elektrischen Signale, der elektrischen Signale, die in unterteilten, zeitlich abwechselnden Unterprogrammen für die Links- und Rechtssteuerung einer Umschalteinrichtung erzeugt werden, sowie der kommutierten Videosignale;

Fig. 9 eine Ansicht des Bildschirms des Empfangsgerätes, die die vertikale Abtastweise des Systems gemäß der Erfindung zeigt;

Fig."10 ein elektrisches Blockschaltbild der Ablenkspulen zum Erzeugen von Stereo- und Nichtstereosignalen bei der vertikalen Abtastweise des Systems zur Stereovision sowie bei der horizontalen Abtastweise für Nichtstereovision.

Mit dem erfindungsgemäßen System zum übertragen und Empfangen von Stereovideosignalen soll nicht nur die übertragung von Fernsehsignalen und deren Empfang abgewandelt werden, indem dem Betrachter des Fernsehgerätes das Gefühl gegeben wird, daß er dreidimensionale Bilder sieht, sondern es sollen auch gewisse Abwandlungen an einer Fernsehkamera, am Umschalter und am Empfangsgerät vorgenommen werden, die alle insgesamt in Übereinstimmung mit einer der weltweit akzeptierten und allgemein gebräuchlichen Normen, z.B. NTSC, PAL, SECAM und dgl. gebaut sind. Hiermit wird auf dem Gebiet des Fernsehens ein Durchbruch erreicht, denn es wird erstmals ein Gerät zur Verfügung gestellt, welches die Betrachtung dreidimensionaler Bilder statt wie bisher nur zweidimensionaler Bilder ermöglicht.

Es sei daran erinnert, daß das menschliche Gehirn bei Benutzung der Augen, d.h. bei binokularer Vision die von den Augen übermittelten Signale auf eine dreidimensionale Weise wahrnehmen kann, weil die Blickpunkte unterschiedliche Lage

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haben, so daß gewisse, geringfügige Unterschiede in der Betrachtung nahegelegener Objekte im Vergleich zu weiter entfernten Objekten hervorgerufen werden. So empfängt das menschliche Gehirn zwei unterschiedliche Bilder und verschmilzt diese zu einem einzigen, dreidimensionalen Bild.

Der durchschnittliche Abstand zwischen den menschlichen Augen, die in der Mitte des Gesichts in einer horizontalen Ebene liegen, beträgt ca. 60 mm. Dies ist der Zwischenaugenabstand beim Menschen. Wie schon erwähnt, werden die von jedem Auge des Augenpaares wahrgenommenen, unterschiedlichen Bilder vom Gehirn unter Verschmelzung zu einem einzigen stereoskopischen oder dreidimensionalen Bild umwandelt, welches Höhe, Breite und Tiefe enthält.

Um die menschlichen Augen zu imitieren, enthält folglich die für das stereoskopische Fernsehsystem gemäß der Erfindung benutzte Kamera zwei Optiken 12 und 13 statt nur einer einzigen optischen Anordnung, wie bei den bisher gebräuchlichen Fernsehkameras. Auf diese Weise soll ein doppeltes Bild erhalten werden, mit dem anschließend im menschlichen Gehirn die Wahrnehmung eines einzigen dreidimensionalen Bildes hervorgerufen wird. Der normale horizontale Abstand zwischen den Optiken, muß deshalb der gleiche sein, wie das antropomorphe Maß, nämlich ca. 60 mm.

Wie aus der Gesamtanordnung gemäß Fig. 1 hervorgeht, weist das stereoskopische Fernsehsystem im wesentlichen eine Fernsehkamera 1 auf, die mit zwei Optiken 12 und 13 versehen ist, welche die üblichen Elemente zum Umwandeln optischer Bilder in elektronische Videosignale enthalten. Diese werden über Leitungen 25 und 26 einer Kommutiervorrichtung zugeführt, die einen hochfrequenten Umschalter 2 aufweist, der den Durchlaß der beiden über die Leitungen 25 und 26 ankommenden Videosignale so schaltet, daß zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur eins der Signale die Kommutiervorrichtung passieren kann. Der Umschalter 2 ist so ausgelegt, daß er die beiden Videosignale,

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nämlich das linke und das rechte Signal exakt und streng abwechselnd weiterleitet. Die alternierenden Videosignale werden über eine Leitung 27 einem Sender 3 zugeführt, der die Signale in allgemein bekannter Weise entweder über eine Antenne, ein Kabel, einen Träger oder dgl. in Form elektromagnetischer Wellen 28 überträgt, die von der entsprechenden Antenne bzw. dem Kabel eines Fernsehempfängers 4 empfangen werden. Zusätzlich zu dem normalen Bildschirm der Bildröhre enthält der Fernsehempfänger 4 einen xographischen Schirm 17, der eine Vielzahl vertikal angeordneter, halbzylindrischer, asphärischer Linsen aufweist. Die Bildröhre des Fernsehempfängers 4 enthält die normalen Ablenkspulen, die je nach Ausführungsbeispiel der Erfindung abgewandelt sein können oder nicht.

Die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gestaltete Fernsehkamera 1, die in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt ist, weist die genannten beiden Optiken 12 und 13 auf, die, wie Fig. 3 zeigt, parallel zueinander angeordnet sein können, um auf sehr entfernte Aufnahmeobjekte gebündelt zu sein. Hiermit sind Objekte gemeint, die praktisch in unendlicher Entfernung liegen. Das entspricht sehr stark den menschlichen Augen, bei denen auch die Gesichtslinien zum Fokussieren sehr weit entfernter Objekte nahezu parallel sind. Eine Fokussierung ai>f nahe gelegene Objekte ist mittels eines allgemein bekannten und daher nicht gezeigten Servomechanismus und einer telemetrischen Anordnung möglich, durch die der Zugang zu den Optiken 12 und 13 so gelegt wird, daß deren Gesichtslinien einen Winkel bilden, der umso größer ist, je näher die Objekte liegen. Dies entspricht wiederum stark den Sehachsen des menschlichen Auges, die unter der Wirkung der Augenmuskeln ebenfalls einen größeren Winkel bilden, wenn die Objekte dem Augenpaar sehr nahe sind.

Die Fernsehkamera gemäß der Erfindung weist ein Gehäuse auf, in dem die beiden Optiken 12, 13 bzw. die entsprechenden Linsen in einer Linie mit jeweils einer lichtempfindlichen Vor-

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richtung angeordnet sind, beispielsweise mit Bildanalysierröhren 16, 17 und 18 gemäß Fig. 3. Es können drei Bildanalysierröhren vorgesehen sein, die insgesamt zwei Bildanalysieranordnungen 14 und 15 bilden, die der entsprechenden Optik 12 oder 13 zugeordnet sind. Wenn das zu übertragende Signal ein Schwarz-Weiß-Signal ist, können die Anordnungen auch nur jeweils eine einzige Bildanalysierröhre aufweisen. Die Fernsehkamera 1 hat ferner zwei übliche Okulare 10 und 11, die es dem Kameramann ermöglichen, auf dem Wege durch die Optiken 12 und 13 zwei verschiedene Bilder durch die Okulare 10 und 11 aufzunehmen, so daß auch der Kameramann bestimmen kann, wie das Bild von der Kamera erzeugt wird, um den Betrieb ordnungsgemäß steuern zu können. Die Okulare können allerdings auch durch ein kleines Empfangsgerät oder einen Monitor ersetzt sein, der den gleichen Aufbau hat wie der noch im einzelnen zu beschreibende Fernsehempfänger 4 und der hinter der Fernsehkamera 1 angeordnet sein kann, um dem Kameramann ein Stereobildsignal zur Verfügung zu stellen.

Die lichtempfindlichen Elemente in Form der Bildanalysieranordnungen 14 und 15 der Fernsehkamera können unter verschiedenen bekannten Vorrichtungen, beispielsweise Bildanalysierröhren, ladungsgekoppelten Vorrichtungen und dgl. ausgewählt sein.

Die Fernsehkamera weist ferner einen Servomechanismus zum Steuern der telemetrischen und der Winkelfokussierung der Optiken 12 und 13 und der lichtempfindlichen Bildanalysieranordnungen 14 und 15 auf. Das Fokussieren kann entweder, wie allgemein bekannt, voll automatisch erfolgen, und zwar sowohl hinsichtlich der Fernmessung als auch der Stereoskopie. Der Servomechanismus kann von Hand oder mittels Sonar und dgl. betätigbar sein, wie allgemein bekannt. Er muß nur geeignet sein, die für die vorliegende Kamera nötige Arbeit durchzuführen. Das bedeutet, daß keine Einschränkung auf eine bestimmte Art von Servomechanismus beabsichtigt ist, vorausgesetzt daß der Servomechanismus die Optiken 12 und 13 und die

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Bildanalysieranordnungen 14 und 15 im Gleichklang und unter verschiedenen stereoskopischen Winkeln im Winkel bewegen kann und gleichzeitig geeignet ist, die Scharfeinstellung der beiden Optiken 12 und 13 telemetrisch zu steuern, wie allgemein

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bekannt.

Um mit der Fernsehkamera gemäß der Erfindung besondere Effekte zu erzielen, kann die Kamera, wie in Fig. 2 gezeigt, mit einer zusätzlichen Vorrichtung versehen sein, die entweder Hyperstereoskopie oder Hypostereoskopie erzeugt. Hierzu müssen die beiden Optiken 12 und 13 in größerem oder kleinerem Abstand als dem antropomorphen Zwischenaugenabstand 7 gemäß Fig. 2 angeordnet sein. Hierzu ist eine weitere Vorrichtung vorgesehen, die die beiden Optiken 12 und 13 gemeinsam mit dem Servomechanismus für die Scharfeinstellung entweder in Richtung von Pfeilen 8 auseinanderbewegt, um Hyperstereoskopie zu erzeugen, oder in Richtung von Pfeilen 9 zueinander, um Hypostereoskopie zu erzeugen.

Wenn die menschlichen Augen auf Gegenstände in größeren Abständen fixiert sind, verringert sich bekanntermaßen die dreidimensionale Wirkung, da der physische Abstand der Augen sehr gering ist (nur ca. 6 cm). Mit der Fernsehkamera gemäß der Erfindung kann die dreidimensionale Wirkung dadurch beträchtlich vergrößert werden, daß der Abstand zwischen den beiden Optiken 12 und 13 vergrößert wird, die gemeinsam mit den Bildanalysieranordnungen bewegt werden. Hierdurch entsteht eine als Hyperstereoskopie bezeichnete Wirkung. Diese Wirkung läßt sich nach Wunsch und Geschmack des Kameramanns durch Handsteuerung oder automatisch, gekoppelt mit dem erwähnten Servomechanismus für die Telemetrie erzielen.

Wenn die menschlichen Augen im Gegensatz dazu auf sehr dicht liegende Objekte fixiert sind, entsteht durch den Zwischenaugenabstand von ca. 60 mm eine Stereowirkung, die häufig zu stark ist. Deshalb kann der Abstand zwischen den Optiken 12 und 13 der Fernsehkamera gemäß der Erfindung durch Zueinander-

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bewegen der Optiken verkleinert werden, um die Stereowirkung zu reduzieren. Dadurch entsteht ein weniger übertriebenes, angenehmeres stereoskopisches Bild.

Da die Fernsehkamera gemäß der Erfindung Zwillingstelemeter aufweist, halten die beiden Optiken 12 und 13 stets die gleiche Brennweite ein. Die beiden Telemeter sind voll synchronisiert, so daß die Brennweite der beiden Optiken 12 und 13 gleichmäßig verstellt wird, damit die beiden Optiken gleichzeitig fokussiert werden. Diese synchronisierte Fokussierwirkung wird mit dem zuvor genannten Servomechanismus erzielt, durch den gleichzeitig beide Optiken betätigt werden und deren Bewegung synchronisiert wird. Die Okulare 10 und 11 ermöglichen dem Kameramann ein zweiäugiges Sehen, so daß er das stereoskopische Paar richtig abschätzen kann. Tatsächlich weist die Fernsehkamera gemäß der Erfindung zwei Kameras in einer auf, von denen eine für das linke Photogramm und die andere für das rechte Photogramm bestimmt ist. Sie sind jedoch in dem gleichen Gehäuse bzw. in einer Vorrichtung untergebracht und als eine Fernsehkamera 1 bezeichnet.

Die Winkelanordnung der beiden Optiken 12 und 13 wird von dem Servomechanismus auch als Funktion der telemetrischen Entfernung gesteuert, die von den jeder Optik zugeordneten automatischen oder manuellen Telemetern angezeigt wird. So werden alle Bewegungen synchronisiert, sowohl die Änderung der Brennweite zur Tiefenschärfefokussierung als auch die Änderung der Winkelstellung zur Anpassung der Sehachsen der beiden Optiken an einen Punkt unabhängig von der Entfernung, in der sich dieser von den beiden Optiken befindet. Dies geschieht in analoger Weise zu dem natürliche^ konvergenten Schielen des menschlichen Auges.

Jede Optik nimmt das Aufnahmeobjekt wahr, und, wenn die Kamera eine Farbfernsehkamera ist, passieren die Lichtstrahlen danach drei Farbfilter, um dann durch die Bildanalysieranordnungen und 15 zu Frequenzfiltern zu gelangen, wie allgemein bekannt,

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von denen sie die Kommutiervorrichtung bzw. den Umschalter 2 gemäß Fig. 1 erreichen. Wenn die Kamera für Schwarz-Weiß-Bilder benutzt wird, ist natürlich pro Optik nur eine einzige Bildanalysierröhre nötig; aber die Funktionen werden genauso ausgeführt wie für das Farbfernsehen.

Am Empfänger bilden die durchgeschalteten Videosignale aufgrund eines Musters, welches ein Mosaik aus abwechselnden vertikalen Streifen auf der Bildröhre bildet, eine Blockierung. Alle Streifen haben die gleiche Breite, sind sehr fein, und bilden abwechselnd einen linken Streifen 18, einen rechten Streifen 19 usw., wie in Fig. 5 gezeigt. Fig. 5 zeigt einen Bildschirm 16, auf dem die vertikalen Streifen durch die vom Sender übermittelten Videosignale erzeugt werden, wie im Zusammenhang mit der Elektronik des Systems noch näher erläutert wird.

Auch der Ton kann bei diesem System zwischen Mono- und Stereo-Übertragung gewählt werden. Vorzugsweise wird jedoch gemäß der Erfindung der Stereoton gewählt, da hierdurch die Aufnahme der dritten Dimension durch die Augen noch stärker gefördert wird, denn die Stereovision erzeugt gemeinsam mit dem Stereoton einen totalen Stereoempfang.

Das von den abwechselnden vertikalen Streifen gebildete Stereogramm erlaubt an sich dem Betrachter des Fernsehgerätes noch keinen Eindruck dreidimensionaler Bilder. Die in Fig. 5 für den Bildschirm 16 gezeigten vertikalen Streifen 18 und 19 für das linke bzw. rechte Signal werden nämlich von beiden Augen gesehen. Um ein dreidimensionales Signal wahrzunehmen, darf das rechte Auge nur sehen, was dem rechten Bild entspricht, aber nicht was dem linken Bild entspricht und umgekehrt. Mit anderen Worten darf jedes menschliche Auge nur den Streifen 18 oder den Streifen 19 des Bildes sehen, und das andere Bild muß jeweils blockiert sein. Die vom Sender übertragenen Bildsignale werden in zwei Stereobilder unterteilt, die in Form abwechselnder, schmaler, vertikaler Streifen 18 und 19 erzeugt

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werden, welche das auf dem Bildschirm 16 gezeigte,alternierende Mosaik bilden. Diese abwechselnden Streifen können optisch mittels des in Fig. 5 gezeigten xographischen Schirms 17 getrennt werden.

Der xographische Schirm 17 muß unabhängig davon, ob die Bildröhre eine trichromatische oder Farbfernsehbildröhre oder eine monochromatische oder Schwarz-Weiß-Fernsehbildröhre ist, immer vor der Bildröhre angeordnet sein. Dieser xographische Schirm ist eine Anordnung aus halbzylindrischen Linsen, die in senkrechter Ausrichtung in kontinuierlicher Reihe angeordnet sind und einer Richtung folgen und die gleiche Breite haben wie ein Paar der Streifen der Bildröhre aber so zentriert sind, daß sie das Streifenpaar voll übergreifen, wie in Fig. gezeigt.

Aufgrund des Augenabstandes der menschlichen Augen sieht jedes Auge des Betrachters unter einem unterschiedlichen Winkel durch die zylindrischen Linsen, so daß durch die Zwischenschaltung dieser halbzylindrischen Linsen das rechte Auge nur die rechte Abbildung und das linke Auge nur die linke Abbildung sieht, denn das Licht wird von jeder der halbzylindrischen Linsen so gebeugt, daß es von den optischen Achsen abweicht, wie für die Lichtstrahlen 23 und 24 in Fig. 6 gezeigt. Hier ist erkennbar, daß das Muster der Streifen 18 für die linken Bilder und das Muster der Streifen 19 für die rechten Bilder jeweils in einem Streifen 18 bzw. 19 enthalten ist, und daß jeder Streifen von einer einzigen halbzylindrischen Linse 20 des xographischen Schirms 17 erfaßt wird. Die halbzylindrischen Linsen beugen die vom Streifen 19 des rechten Bildes kommenden Lichtstrahlen nach rechts, wie für den Lichtstrahl 24 in Fig. 6 gezeigt, und die halbzylindrischen Linsen 20 beugen das vom linken Streifen 18 kommende Licht in Winkelrichtung gemäß Lichtstrahl 23 in Fig. 6. So entstehen zwei unterschiedliche Bilder bzw. Lichtstrahlen 23 und 24, die von beiden Augen getrennt wahrgenommen werden. Auf das linke Auge treffen nur die Lichtstrahlen 23 und auf das rechte die

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Lichtstrahlen 24, so daß die Augen des Betrachters durch die Lichtstrahlen ein unterschiedliches, stereoskopisches Bild empfangen.

Der xographische Schirm gemäß der Erfindung kann starr oder elastisch sein, um an den gewünschten Abstand entsprechend der Breite der zu übertragenden vertikalen Streifen 18 und 19 anpaßbar zu sein. Wenn das Empfangssignal nicht stereoskopisch ist, muß der xographische Schirm entfernt werden. Hierzu wird in einem der freien Bereiche der Bandbreite des Videosignals vom Sender ein elektrischer Impuls übertragen, durch den der xographische Schirm entweder zu einer Rolle aufgewickelt, gefaltet oder in gestreckter Form entfernt wird.

Das stereoskopische Fernsehsystem gemäß der Erfindung ist an die internationalen Normen der Signalübertragung und Leitung angepaßt, z.B. an das NTSC-, PAL- und SECAM-System, und die Signale können per Luft, Kabel, Träger, Satelliten und ähnlichen bekannten Systemen zum übertragen von Fernsehsignalen übertragen werden.

Unter Hinweis auf die Fig. 7, 8, 9 und 10 soll die grundlegende elektronische Anordnung des erfindungsgemäßen FernseJisystems näher erläutert werden. Sobald die beiden Optiken 12, 13 der Fernsehkamera 1 unterschiedliche Bilder empfangen, d.h. rechte und linke Bilder, werden diese in Videosignale 25 und 26 übersetzt, die mittels des Umschalters 2, der ein Hochgeschwindigkeits-Analogschalter ist, kommutiert werden, so daß die Signale abwechselnd in geteilten Zeitspannen, welche die entsprechenden rechten bzw. linken Informationen enthalten, durchgelassen werden. Zu der Einrichtung zum raschen Umschalten gehört ein digitaler Taktgeber 29, der mit der doppelten der heutzutage üblichen horizontalen Abtastfrequenz arbeitet, beispielsweise im NTSC-System mit 2x15 750=31500 Hz. Ein Flipflop 30 stellt an seinen Ausgängen 34 und 35 abwechselnd eine logische 1 mit einer Frequenz zur Verfügung, die der horizontalen Abtastung (15750 Hz) bei dem NTSC-System entspricht.

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Ein doppelter analoger Umschalter 2 hat normalerweise offene elektronische Kontakte 36 und 37, wenn das an ihnen anliegende Steuersignal eine logische Null ist. Aus Fig. 7 ist zu entnehmen, daß die linken Videosignale 26 und die rechten Videosignale 25 von den von den Ausgängen 34 und 35 des Flipflop 30 kommenden Steuersignalen gesteuert werden, deren Funktionsweise nachfolgend näher erläutert wird.

Zunächst erscheint am Ausgang 39 des analogen Umschalters 2~ das linke Videosignal 26 in Form einer Welle, die als Kurve Vo links in Fig. 8(B) der Zeichnungen dargestellt ist. Da das linke Steuersignal 35 eine logische 1 ist, erscheint der Wellenkamm 42, während das rechte Steuersignal 34 eine logische Null ist, wodurch das Blockieren des rechten Videosignals 25 dadurch sichergestellt ist, daß der elektronische Kontakt 36 am analogen Umschalter 2 offen bleibt, während der elektronische Kontakt 37 am Umschalter 2 geschlossen ist. Wie aus der Kurve Vo rechts in Fig. 8(C) zu entnehmen ist, erscheint das rechte Videosignal 25 zu dieser Zeit nicht am Ausgang 39 des Umschalters 2, denn das Signal präsentiert in diesem Moment ein Wellental 44.

Wenn andererseits als rechtes Steuersignal 34 vom Flipflop eine logische 1 erzeugt wird und das linke Steuersignal 35 eine logische 0 ist, ist der elektronische Kontakt 36 des Umschalters 2 geschlossen und der elektronische Kontakt 37 des Umschalters 2 geöffnet, so daß jetzt das rechte Videosignal 25 vom Umschalter 2 durchgelassen wird, während das linke Videosignal 26 deshalb angehalten wird, weil der elektronische Kontakt 37 des Umschalters 2 offen ist. Dies ist durch das Wellental 43 der Kurve Vo links in Fig. 8(B) und den Wellenkamm 45 der Kurve Vo rechts in Fig. 8(C) gezeigt.

Da die Ausgänge 40 und 41 der Kontakte des elektronischen Umschalters 2 zu einem einzigen Ausgang 39 vereinigt sind, wird als Ergebnis ein kommutiertes Videosignal am Ausgang 39 erhal-

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ten, wie durch die Kurve Vo in Fig. 8(D) gezeigt.

Der Taktgeber 29 gibt über eine Leitung periodische Impulse an das Flipflop 30 und ist unmittelbar mit dem Eingang 33 des Flipflops 30 verbunden, so daß zwischen den Ausgängen 34 und 35 periodisch wechselnde Steuerimpulse erhalten werden, wenn der Taktgeber 29 einen vollen Wellenzyklus an das Flipflop 30 abgibt, unter der Voraussetzung, daß an den Eingängen 32 und 31 des Flipflops weiterhin eine logische eins IL ansteht.

In den als ungerade zu bezeichnenden Zeitspannen, die in der Kurve gemäß Fig. 8(A) mit t₁ bezeichnet sind (Welle 40), läßt der Umschalter 2 die linken Videosignale durch, die unter dem Wellenkamm 42 in der Kurve Vo links in Fig. 8(B) gezeigt sind. In diesem Fall läßt also der Umschalter die linken Videosignale passieren, die in der Kurve Vo gemäß Fig. 8(D) unter 46 angegeben sind. Während der geraden Zeitspannen, die in Fig. 8(A) mit t₂ bezeichnet sind (Welle 41), werden die rechten Videoinformationen erhalten, die mit 45 in Fig. 8(C) und mit 47 in Fig. 8(D) bezeichnet sind.

In der Zeitspanne t, gemäß Fig. 8(B), die dem Wellenkamm 42 entspricht, ist also das linke Steuersignal eine logische λ, während das rechte Steuersignal gemäß dem Wellental 44 in Fig. 8(C) eine logische 0 ist. In der Zeitspanne t~ ist der Fall umgekehrt, das linke Steuersignal gemäß dem Wellental 43 ist 0, und das rechte Steuersignal gemäß dem Wellenkamm 45 ist 1. So wird während der Zeitspanne t, das linke Videosignal 46 und während der Zeitspanne t₂ das rechte Videosignal 47 erhalten, wie in Fig. 8(D) gezeigt.

Die Fernsehsendestation überträgt die Stereoprogrammsignale als Satz kommutierter Videosignale per Luft, Kabel, Träger oder dgl., wie allgemein bekannt.

Soll 3ie Fernsehkamera 1 gemäß der Erfindung zum übertragen

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von Programmen ohne Stereobild benutzt werden, so wird dasjenige Signal genutzt, welches eine der beiden Optiken der Fernsehkamera 1 empfängt. Dies Signal wird als interner Steuerimpuls über eine Umgehungsleitung 38 gemäß Fig. 7 weitergeleitet. Hierdurch wird der Umschalter 2 umgangen, damit das Videosignal unmittelbar zur Modulation im Sendesystem gelangen kann. In diesem speziellen Fall ist der Taktgeber 29 blockiert.

Wenn die anhand von Fig. 7 und 8 erläuterte elektronische Schaltung unter den angegebenen Bedingungen benutzt wird, müssen an der Fernsehkamera und am Empfangsgerät gewisse Abwandlungen vorgenommen werden. Bei dem NTSC-System werden z.B. 525 Zeilen mit dem Lichtstrahl abgetastet. Im Gegensatz zu den gegenwärtigen Anlagen ohne Stereobilder werden auf dem Bildschirm 48 des Empfangsgerätes statt horizontaler vertikale Linien entsprechend den Pfeilen 49 in Fig. 9 gezeichnet. Die Frequenz der stereo-vertikalen Abtastung beträgt 15 750 Hz und ist 60 Hz bei der stereo-horizontalen Abtastung.

Unter dem Gesichtspunkt der Elektronik ist das realisierbar, indem die gleichen Ablenkspulen der gegenwärtig üblichen Kameras benutzt werden, wobei jedoch das horizontale Ablenksignal an die vertikale Spule und das vertikale Ablenksignal an die horizontale Spule angelegt wird. Würden die Ablenksignale unmittelbar an die Spulen des Stereosystems angelegt, entstünde ein unerwünschtes Format (4 Einheiten in der Höhe mal 3 Einheiten in der Breite). Das Schirmformat für die Fernsehstereokamera gemäß Fig. 9 ist das gleiche wie für die bekannten Fernsehkameras, nämlich 4 Einheiten in der Breite mal 3 Einheiten in der Höhe. Um das tatsächliche Schirmformat zu erhalten, erhält die horizontale Ablenkspule 50 gemäß Fig. 10 das von einem Vertikalverstärker 53 erzeugte Signal, welches im Verhältnis 4/3 erhöht sein muß. Dieses wird dann von dem im Schaltkreis vorgesehenen linearen Verstärker 55 verstärkt und erreicht dann einen Kontakt 60 eines Schalters 54, um zu

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der Ablenkspule 50 zu gelangen. Gleichzeitig liegt an der vertikalen Ablenkspule 52 das Ausgangssignal eines Horizontalverstärkers 51 an, welches im Verhältnis 3/4 erniedrigt sein muß. Dies geschieht durch den Spannungsabfall mit Hilfe eines Widerstandes 57, der an den Ausgang des Horizontalverstärkers 51 angeschlossen ist. Vom Widerstand 57 gelangt das Signal zu einem Kontakt 61 eines Schalters 56 und wird von dort an die vertikale Ablenkspule 52 weitergegeben.

Soll die Vorrichtung zum übertragen ohne Stereo benutzt werden, so legt der Kameramann die Schalter 54 und 56 um an die Kontakte 58 bzw. 59, wodurch die genannte Wirkung aufgehoben ist.

Das Empfangsgerät hat genau den gleichen Umschaltkreis wie der für die Kamera in Fig. 10 gezeigte Schaltkreis, um die entsprechende Ablenkung zu erzielen, so daß eine strenge Synchronisierung sowohl für Stereo- als auch für Nichtstereoprogramme erzielbar ist. Hierzu dient ein elektrischer Impuls innerhalb eines der freien Frequenzbereiche der Sendebandbreite.

Mit der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung wird -für die Bildübertragung die beste Auflösung erreicht. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es aber auch möglich, auf den Schaltkreis gemäß Fig. 10 zu verzichten und für die Kamera und den Fernsehempfänger für horizontale Abtastung zu sorgen, wie das gegenwärtig bei den bekannten normalen Fernsehübertragungs- und -empfangssystemen geschieht. Das anhand von Fig. 9 erläuterte Abtasten würde also nicht in vertikaler Richtung längs der durch Pfeil 49 angedeuteten Linien sondern horizontal, d.h. rechtwinklig dazu erfolgen. In diesem Fall arbeitet die Umschalteinrichtung mit dem gleichen digitalen Taktgeber 29, der jedoch (Fig. 7) mit der doppelten Frequenz des Unterträgers arbeitet, d.h. im Fall des NTSC-Systems mit 2 χ 3,579545 MHz, d.h. mit 7,159090 MHz. Das Flipflop 30 liefert wiederum abwechselnd an seinen Ausgängen 34

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und 35 eine logische 1 mit einer .Frequenz entsprechend der Frequenz des Unterträgers, d.h. beim NTSC-System mit 3_f579545 MHz. Das reicht aus, damit der mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Umschalter 2 auch die alternierenden Videosignale mit einer Frequenz von 3,579545 MHz im NTSC-System liefern kann. Im übrigen bleibt die in Fig. 7 gezeigte Schaltkreisanordnung unverändert. Es fehlt lediglich die Abwandlung der Ablenkspulen gemäß Fig. 10. Die hohe Geschwindigkeit, die das Flipflop, der Taktgeber und der Umschalter erreichen muß, macht es jedoch etwas schwierig, die genannten Ziele zu erreichen, und die Bildschärfe und das Auflösungsvermögen ist bei dieser Ausführungsform etwas geringer als bei dem zuerste beschriebenen Ausführungsbeispiel, welches die Modifizierung für die Ablenkspulen enthält. Trotzdem wird mit beiden Ausführungsbeispielen mit hohem Wirkungsgrad ein Stereosignal erhalten, welches vom menschlichen Auge als dreidimensionales Muster wahrgenommen wird, da die halbzylindrischen Linsen zwischen die Oberfläche des Bildschirms des Fernsehempfängers und die Augen des Betrachters geschaltet sind, wie im einzelnen oben erläutert.

Bei der übertragung von Fernsehbildern kann es vorkommen, daß der Empfang in gewissen Bereichen nicht ganz exakt ist,. so daß das Einstellmuster für das Bild auf dem Bildschirm der Bildröhre und die Konvergenz des Bildes nicht genau genug sein mag, um mit den für das Beugen des Lichtes mittels der halbzylindrischen Linsen des xographischen Schirms 17 nötigen Stellen zusammenzufallen. Dies Problem tritt jedoch praktisch nicht auf bei der Kabelübertragung von Fernsehsignalen. Es ist hingegen häufig in gewissen Bereichen, wo die Fernsehübertragung durch Luftträger und Satelliten oder dgl. erfolgt, so daß es immer zweckmäßig ist, sowohl die Fernsehkamera 1 als auch den Fernsehempfänger 4 des stereoskopischen Fernsehsystems gemäß der Erfindung mit einer automatischen Ablenk- und Konvergenz-Einstellsteuerung und mit einem automatischen Spannungsregler zu versehen. Um die die linken bzw. rechten Bilder enthaltenden Bänder mit den halbzylindrischen Linsen

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auszurichten, ist es außerdem äußerst zweckmäßig, im Fernsehempfänger 4 eine automatische oder manuelle, horizontale Positionssteuerung vorzugsweise mit einem feinen Tuner vorzusehen.

Damit ist sichergestellt, daß das von der Bildröhre empfangene Muster exakt in Länge und Breite ausgerichtet ist, und daß die Konvergenz des Bildes, insbesondere im Fall von Farbbildern genau ist. Damit wird das Ziel erreicht, daß der Betrachter des Fernsehempfangsgerätes eine volle dreidimensionale Bildwahrnehmung hat. Die Einstellung der horizontalen Lage des Bildes kann vom Benutzer reguliert werden, so daß die vertikalen Bänder, die die linken bzw. rechten Bilder enthalten, genau an den in Fig. 6 gezeigten Stellen zu liegen kommen, denn das bietet maximale Auflösung und Stereoskopie des Bildes in Kombination mit den halbzylindrischen Linsen des xographischen Schirms.

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Claims

58 418 Patentansprüche

IJ Stereoskopisches Fernsehsystem, gekenzeichnet durch

- eine stereoskopische Fernsehkamera (1) mit zwei getrennten, Parallaxe erzeugenden Optiken (12, 13), einer Servosteuereinrichtung zum Fokussieren der Optiken auf Parallaxe und Tiefe zur Erzeugung von zwei getrennten Stereobildern, und einer mit jeder der Optiken gekoppelten, lichtempfindlichen Einrichtung, die die Stereobilder in entsprechende Videosignale umwandelt,

- eine Hochgeschwindigkeits-Signalkommutiereinrichtung, die aus den von der lichtempfindlichen Einrichtung erzeugten Videosignalen alternierende Videosignale erzeugt,

- eine Signalsendeeinrichtung, die die von der Signalkommutiereinrichtung erzeugten alternierenden Videosignale überträgt,

- eine Signalempfangseinrichtung, die die übertragenen, alternierenden Signale empfängt und eine Bildröhre mit einem Lumineszenzschirm und Signalablenkspulen aufweist, die die empfangenen, alternierenden Signale als ein Muster alternierender vertikaler Streifen auf dem Lumineszenzschirm der Bildröhre ausbilden,

- und einen xographischen Schirm (17), der dem Lumineszenzschirm überlagert ist und eine Vielzahl vertikaler halbzylindrischer Linsen (20) aufweist, die die alternierenden Streifen, welche die Informationen jedes der alternierenden, empfan genen Signale enthalten, in entgegengesetzte Winkelrichtungen brechen und bei einem Betrachter die Wahrnehmung eines drei-

dimensionalen Bildes erzeugen.
2. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die die Parallaxe erzeugenden Optiken (12, 13) ein Paar optischer Anordnungen aufweisen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der dem antropomorphen Augenabstand entspricht.
3. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Optiken (12, 13) eine Abstandsvorrichtung aufweisen, mittels der die Optiken seitlich zu- und voneinander bewegbar sind und dadurch eine hypo- bzw. hyperstereoskopische Wirkung erzeugen.
4. Stereoskopisches Fernsehsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die Servosteuereinrichtung zwei synchronisierte, automatische telemetrische Einrichtungen zum Fokussieren der beiden Optiken (12, 13) und eine automatische Winkelbetätigungseinrichtung aufweist, die mit den telemetrischen Einrichtungen synchronisiert ist und die Optiken (12, 13) so im Winkel bewegt, daß zwischen beiden eine Parallaxe entsteht, die der telemetrischen Fokussierung entspricht.
5. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die lichtempfindliche Einrichtung von Bildanalysierröhren (16, 17, 18) gebildet ist, die in einer Linie mit den Optiken (12, 13) angeordnet sind.
6. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die lichtempfindliche Einrichtung ladungsgekoppelte Vorrichtungen sind, die in einer Linie mit den Optiken (12, 13) angeordnet sind.

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7. Stereoskopisches Fernsehsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet , daß die Hochgeschwindigkeits-Signalkommutiereinrichtung einen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden elektronischen Umschalter (2), einen Taktgeber (29), der den Takt des Umschalters steuert, sowie ein Flipflop (30) aufweist, welches von dem Taktgeber Zeitsignale zum Anlegen an den Umschalter (2) empfängt, wobei der Umschalter (2) zwei elektronische Kontakte (36, 37) aufweist, die offen sind, wenn das vom Flipflop erhaltene Signal eine logische 0 ist, und die geschlossen sind, wenn dies Signal eine logische 1 ist.
8. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Bildröhre eine Einrichtung aufweist, die eine vertikale Abtastung des Lumineszenzschirms bewirkt, und daß die Ablenkspulen eine vertikale Ablenkspule (52) und eine horizontale Ablenkspule (50) aufweisen, daß an die vertikale Ablenkspule (52) ein Widerstand (57) angeschlossen ist, der die Distanz des vertikalen Abtastens um 3/4 verringert, und daß an die horizontale Ablenkspule (50) ein linearer Verstärker (55) angeschlossen ist, der die Distanz der vertikalen Abtastung um 4/3 vergrößerte, wobei auf dem Lumineszenzschirm das nötige 3:4 vertikal:horizontal Bildformat geschaffen wird.
9. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Bildröhre mit einer Einrichtung versehen ist, die eine horizontale Abtastung des Lumineszenzschirms bewirkt, und daß die Ablenkspulen unmodifizierte vertikale und horizontale Ablenkspulen aufweisen, die eine 3 Einheiten umfassende vertikale Abtastung und eine 4 Einheiten umfassende horizontale Abtastung bewirken, wobei auf dem Lumineszenzschirm das nötige 3:4 vertikal: horizontal Bildformat geschaffen wird.
10. Stereoskopisches Fernsehsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet , daß die stereoskopische Fernsehkamera (1) und der Fernsehempfänger (4) jeweils automatische Ablenk- und Konvergenz-Einstelleinrichtungen aufweisen, die ein exaktes 3:4 Bildmuster und Farbkonvergenz auf dem Lumineszenzschirm erzeugen.
11. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet , daß der Fernsehempfänger (4) eine automatische oder manuelle horizontale Bildpositions-Steuereinrichtung aufweist, die das Ausrichten eines Paares alternierender Streifen (18, 19) mit jeder der halbzylindrischen Linsen (20) des xographischen Schirms (17) sicherstellt.
12. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß drei lichtempfindliche Einrichtungen für jede Optik (12, 13) für das Farbfernsehen vorgesehen sind.
13. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine lichtempfindliche Einrichtung für jede Optik (12, 13) für das Schwarz-Weiß-Fernsehen vorgesehen ist.
14. Stereoskopisches Fernsehsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Umschalter (2) eine Umgehungsleitung (38) mit einem elektronischen Kontakt und eine Einrichtung aufweist, die den Umgehungskontakt betätigt und die beiden elektronischen Kontakte (36, 37) des Umschalters (2) öffnet und die übertragung von Schwarz-Weiß-Fernsehbildern ermöglicht.