PT818934E - Sistema estereoscopio electronico - Google Patents

Description

Descrição "Sistema estereoscópico electrónico" A presente invenção refere-se a um sistema estereoscópico electrónico cujo objectivo consiste em proporcionar imagens tridimensionais, sendo aplicável à televisão, cinematografia ou outros meios audiovisuais, sem que o espectador tenha que utilizar óculos complementares especiais e sem necessidade de o espectador ter que efectuar esforços visuais especiais para percepcionar o efeito tridimensional da imagem.

Motivo da invenção A visão tridimensional natural é produzida por cada olho, que percepciona a imagem do objecto de um ponto de vista ligeiramente diferente daquele do outro olho, de uma pessoa específica, permitindo que sejam percepcionadas profundidades e relevos após a correspondente integração e processamento das imagens no cérebro da referida pessoa. São conhecidos diferentes sistemas para adaptar imagens tridimensionais registadas previamente de um modo especial, e as quais tentam imitar a visão tridimensional natural.

Deste que a fotografia e cinematografia existem, têm sido procurados um número infinito de modos de reproduzir c ver imagens tridimensionais. O sistema mais simples consiste em tirar duas fotografias simultâneas de um único objecto, de ângulos ligeiramente diferentes, de modo a que as duas lentes das câmaras correspondentes apresentem uma separação equivalente àquela entre os olhos de uma pessoa. Consequentemente, uma vez que as duas fotografias tenham sido reveladas, elas são colocadas num plano com uma barreira opaca perpendicular ao referido plano, colocando o espectador a sua face contra esta barreira de tal modo, que o seu olho direito somente veja a fotografia que corresponda ao mesmo, e o seu olho esquerdo somente veja outra fotografia, obtendo deste modo o efeito tridimensional. São conhecidos os anaglifos, os quais são produzidos por meio de estereografias de impressão na forma de imagens sobrepostas de duas cores complementares, por exemplo, vermelho e verde. Para a visão tridimensional, são utilizados alguns óculos com filtro das referidas duas cores, cada um sobre cada olho, de modo que cada olho veja somente a imagem estéreo que corresponde ao mesmo.

Por outro lado, existem sistemas de luz polarizada em que dois feixes luminosos são projectados num ecrã, um dos quais polarizado verticalmente e o outro polarizado horizontalmente, devido a alguns filtros acoplados às lentes de projecção. Os espectadores têm que colocar óculos polarizados cujos planos se encontram orientados de tal modo, que cada olho recebe somente a imagem que corresponde ao mesmo. Um outro sistema baseado na polarização encontra-se descrito na EP-A-0 233 636.

Existem também meios de visualização tridimensionais auto-estereoscópicos que são aqueles em que o espectador não necessita de quaisquer óculos complementares ou dispositivo de visualização. Entre estes processos, encontram-se os hológrafos, os quais são técnicas fotográficas que utilizam a luz do laser, as imagens mágicas que são aquelas na qual a imagem é inutilizada e um efeito tridimensional aparece em frente ao foco específico pelo espectador; e estereogramas paralácticos que é o sistema mais semelhante à presente invenção.

Nos estereogramas paralácticos, uma grade de linhas ou traços cm contraste com a emulsão, actua como uma máscara, permitindo o registo separado das imagens esquerda e direita como uma série de linhas verticais. A transparência positiva é projectada no ecrã através de uma grade semelhante, de tal modo que cada olho vê somente a imagem apropriada. Uma grade normal produz a perda de uma grande quantidade de luz (805), por isso, quase todos os sistemas modernos utilizam grades formadas por lentes cilíndricas e finas. Os sistemas paralácticos encontram-se descritos por exemplo em JP-A-2-14647 e EP-A-262 955.

Descrição da invenção

De modo a alcançar os objectivos indicados na secção "Objecto da invenção", a referida invenção consiste num sistema estereoscópico electrónico tal como reivindicado, que é de um tipo de estereografia paraláctica, mas obtendo electronicamente e alcançando uma resolução de imagem maior. Para este efeito, a invenção pode utilizar uma característica dos ecrãs de cristais líquidos. A referida característica é a possibilidade de alterar o ângulo de visão da imagem projectada, por meio da variação da tensão nestes ecrãs de cristais líquidos.

Um ecrã de cristais líquidos do tipo utilizado nos computadores portáteis compreende uma matriz de milhares de pontos de luz denominados pixels. O ângulo de visão da imagem que estes pixels proporcionam é reduzido e a sua direccionalidade de projecção pode ser electronicamente variada por meio da tensão de alimentação dos mesmos.

Se com um ecrã de cristais líquidos forem reproduzidos pixel por pixel os mesmos ângulos e direcções que nos sistemas paralácticos, é obtido um efeito tridimensional semelhante ao referido sistema. A invenção excede a clareza do sistema paraláctico sem reduzir a resolução da imagem. Para este efeito, as imagens do ecrã de cristais líquidos são direccionadas electronicamente e sucessivamente em direcção ao olho direito e olho esquerdo do espectador, a uma frequência suficientemente rápida, de modo a que o referido espectador não percepcione as descontinuidades.

Em termos dos modelos e marcas, podem ser gerados 50 a 70 imagens fixas ou quadros por segundo, cuja sucessão dá a sensação de movimento, no ecrã do computador portátil. Os referidos quadros podem ser altemativamente direccionados, um a um ou em pequenos grupos, em direcção ao olho esquerdo ou em direcção ao olho direito, obtendo-se o efeito da visão estereoscópica sem reduzir a resolução da imagem. O diagrama em bloco da invenção pode incluir um sistema de geração de imagem digital ligado a um ecrã de cristais líquidos e a um bloco de sincronização de imagem, o qual por sua vez liga ao referido ecrã através de um sistema de gerador de ângulos.

Este sistema gerador de ângulos aplica diferentes diferenças de tensão ou potencial ao ecrã, de acordo com o ângulo de visão desejado no mesmo. 5 5

A invenção é aplicável a todo o tipo de ecrãs, ecrãs luminescentes ou não, monocromáticos ou a cores, desde que eles apresentem as características de visualização (ângulo direccional) dos ecrãs de cristais líquidos (LCD), tais como ecrãs luminescentes, TFT, fosforescentes, do tipo electromecânico, etc. A invenção é também aplicável a tubos de raios catódicos tridimensionais (CRT) daqueles que a maioria dos televisores e computadores utilizam, e mesmo projectores de slides e qualquer outro processo de geração de imagens em geral. Por isso, é colocado em frente ao monitor do televisor, imagem gerada ou semelhante, um ecrã de cristais líquidos transparente, cujos pixels serão direccionados em direcção ao olho direito e olho esquerdo do espectador, tal como descrito anteriormente. Naturalmente que, neste caso, o monitor do televisor ou imagens geradas têm que emitir imagens estereográficas que terão que estar sincronizadas com a direcção que executamos no ecrã transparente citado. A sincronização entre um quadro da televisão e a direccionalidade electrónica em direcção ao olho esquerdo ou olho perpendicular (?), pode ser alcançada de vários modos, mas um de grande versatilidade, dado que liberta para o monitor transparente ligado electricamente ao monitor da televisão, é o seguinte: o raio electrónico que gera os pontos de luz num ecrã CRT inicia a sua exploração no canto superior esquerdo e termina no canto superior direito. Ao ser detectada a passagem do último ponto da imagem, é obtido o fim de um quadro. Esta detecção pode ser obtida com um tipo de lápis electrónico que, quando activado, direcciona o ecrã LCD transparente numa direcção ou noutra. Este sistema é válido para distâncias que não cxccdam a distância dc 1 ou 1,5 metros entre o espectador c o monitor de televisão. Para distâncias maiores, existe a possibilidade de aproximar o ecrã LCD ao espectador e afastá-lo do monitor de televisão, podendo a ligação em qualquer dos casos entre o referido monitor LCD e o "lápis óptico" aplicado ao monitor ser cfectuada por meio dc cabos, ultra som, ou raios infra-vermelhos.

Uma outra solução para direccionar os pixels do ecrã de cristais líquidos, consiste em aplicar atrás do mesmo duas lentes colocadas inclinadas, colocando atrás da cada lente uma máscara ou polarizador e uma lâmpada, de tal modo que a iluminação de uma lâmpada produza um raio de luz em direcção ao olho esquerdo do espectador e iluminação da outra lâmpada gere um outro raio de luz em direcção ao olho direito. Neste caso, as lâmpadas citadas tem que ligar e desligar altemativamente e sincronizadamente com os quadros da imagem do ecrã que são para ser direccionados em direcção a um olho ou ao outro. A seguir, para proporcionar uma melhor compreensão desta especificação e fazendo parte integrante da mesma, encontram-se anexas algumas figuras nas quais o objecto da invenção foi representado de um modo ilustrativo e não restritivo.

Breve descrição das figuras

Figura 1 esquema dos diferentes ângulos de visão de um ecrã de cristais líquidos durante a aplicação de diferentes tensões no mesmo, de acordo com o sistema estereoscópico electrónico da presente invenção, Figura 2 gráfico da tensão em relação ao tempo que é utilizado para alimentar um ecrã de cristais líquidos do sistema da invenção, de modo a direccionar o seu ângulo de visão em direcção ao olho esquerdo e olho direito do espectador altemativamente e tal como exigido, 7

Figura 3 esquema de um diagrama em bloco do sistema estereoscópico electrónico da presente invenção,

Figura 4 vista esquemática em perspectiva de uma alternativa do sistema estereoscópico de acordo com a invenção aplicado nos televisores convencionais com ecrãs de tubo de raios catódicos,

Figura 5 vista esquemática frontal de um ecrã especial em que os seus pixels ou pontos de visualização apresentam duas direcções diferentes permanentes; o referido ecrã não é reivindicado mas descrito somente para efeitos de informação,

Figura 6 plano superior e vista esquemática de outro meio de direccionamento de imagem aplicado ao sistema estereoscópico electrónico da presente invenção.

Descrição de uma ou várias realizações da invenção A seguir é feita uma descrição de várias realizações da invenção, tomando como referência a numeração utilizada nas figuras.

Por esse motivo, o sistema estereoscópico electrónico da primeira forma de realização utiliza uma característica do ecrã de cristais líquidos (1), utilizado na figura 1. A referida característica é que, quando se aplica uma tensão específica Ei ao ecrã (1), o ângulo de visão "a" apresenta uma certa inclinação em relação ao referido ccrã (1); enquanto que se for aplicada uma outra tensão 1¼ ao mesmo ecrã (1), a referida inclinação varia. Por isso, a visibilidade do ecrã (1) pode ser direccionada em termos da tensão aplicada, direccionando-a altemativamente em direcçao ao olho direito e olho esquerdo do espectador. Para este efeito, é suficiente aplicar ao ecrã (1) uma onda de tensão "V" tal como aquela apresentada na figura 2, em que Ei representa a tensão que direcciona a visibilidade do ecrã em direcção ao olho esquerdo do espectador e 1¼ é a tensão que a direcciona em direcção ao olho direito do espectador.

Os períodos em que Ei e 1¼ são mantidos, são para ser os mesmos e eles podem cobrir de um mínimo equivalente a um quadro ou fotograma do programa visual, até um máximo equivalente a pequenos grupos dos referidos quadros ou fotogramas, desde que seja suficientemente curto de modo a que o cérebro do espectador não percepcione a alteração da direcção,.

No caso em que o período em que Ei e 1¼ é mantido, for equivalente a um quadro ou fotograma, a emissão ou registo do programa visual tem que ser correspondente, de tal modo que um quadro corresponde à imagem estéreo para um olho e o quadro seguinte corresponde à imagem estéreo para o outro olho. Do mesmo modo, se Ej e E2 forem mantidos para grupos pequenos de quadros, as imagens emitidas terão que corresponder aos referidos grupos pequenos. De qualquer modo é necessária uma sincronização entre as imagens estéreo emitidas e as tensões Ei e E2 aplicadas ao ecrã (1) de cristais líquidos. A figura 3 apresenta um diagrama em bloco que permite que a referida sincronização seja executada colocando em funcionamento 0 sistema estereoscópico electrónico da invenção. No referido diagrama, o ecrã (1) recebe o sinal de vídeo estéreo de um sistema de geração de imagem digital (2). Este sistema digital (2) liga também a um bloco de sincronização de imagem (3) 0 qual por sua vez liga a um sistema gerador de ângulos (4). O sistema gerador de ângulos (4) liga também ao ecrã (1) de modo a proporcionar ao referido ecrã (1) as tensões E, e E2 em termos do ângulo de visão desejado de um modo congruente à imagem estéreo produzida pelo sistema digital (2). O hlnco (5) representa a alimentação dos outros blocos ou sistemas (2), (3) e (4)·

Numa outra forma de realização, a invenção é aplicada a um televisor convencional (6) daqueles que compreendem um ecrã de tubo de raios catódicos (7). Para este efeito, em frente ao referido ecrã (7), é necessário colocar um ecrã LCD transparente (8) cuja visibilidade será direccionada por tensões Ej e E2 tal como descrito acima.

Logicamente, as imagens emitidas pelo televisor (6) têm que ser em estéreo, por outras palavras, capazes de serem percepcionadas altemativamente por um olho ou o outro, durante os períodos em que as tensões E] e E2 se encontram presentes. Por isso, é necessária uma sincronização entre 0 televisor (6) e a direccionalidade do ecrã transparente (8). Isto pode ser executado sem a necessidade de uma ligação directa entre os referidos elementos, dado que um tipo de um lápis óptico (9) aplicado ao canto direito em baixo, de um ecrã CRT convencional (7) pode percepcionar 0 extremo de um quadro do referido ecrã (7). Neste caso, 0 referido lápis óptico (9) tem que ter uma ligação (10) com 0 ecrã transparente (8), proporcionando tensões Ej e E2 nos momentos adequados, tal como pode ser visto na figura 4. Contudo, a referida ligação (10) para além de ser por meio de um cabo, pode ser efectuada de um modo sem fios, por meio de raios infra-vermelhos ou ultra sons, obtendo deste modo uma enorme independência física de todos os elementos que permitem diferentes separações do mesmo Tsto é especialmente útil quando se deseja uma distância maior entre o espectador e o televisor (6), dado que o sistema é ainda válido simplesmente trazendo o ecrã transparente (8) para mais perto do espectador.

Outro sistema (não reivindicado mas descrito somente para efeitos de informação) compreende o ecrã (11) do sistema tendo os seus pontos de imagem ou pixels (12) e (13) direccionados permanentemente para um olho ou para o outro, altemativamente, tal como pode ser visto na figura 5, o que é equivalente a dois ecrãs fundidos, um para o olho esquerdo e outro para o olho direito, recebendo cada um dos referidos dois ecrãs a imagem estéreo correspondente. Neste caso, a distribuição dos pontos (12) e (13) com direccionalidade diferente tem que ser homogénea e uniforme em toda a superfície do ecrã (11) de modo a que não ajam irregularidades ao percepcionar a imagem. Os pixels podem ser díodos LED, lâmpadas incandescentes ou extremos de cabos de fibra óptica. A forma de realização final que se dá a conhecer nesta secção consiste em direccionar os pixels de um ecrã de cristais líquidos (14) por meio de feixes de luz (15) e (16) em vez de tensões Ej e E2. Para este efeito, atrás do ecrã (14) existem duas lentes (17) e (18) colocadas inclinadas e seguidas pelas respectivas máscaras ou grades (19) e (20) e respectivas luzes ou lâmpadas (21) e (22), de tal modo, que a iluminação dc uma lâmpada (21) alcança o olho direito (23) do espectador c da outra lâmpada (22) alcança o olho esquerdo (24) do espectador. As lâmpadas (21) e (22) ligam e desligam altemativamente e sincronizadamente em relação aos quadros de 11 vídeo do ecrã (14), que são para ser direccionados em direcção a um olho ou ao outro (23) e (24) de modo a obter a imagem estéreo.

Lisboa, 24 de Setembro de 2001

Claims (6)

1. Reivindicações Sistema electrónico estereoscópico, o qual envia altemativamente imagens diferentes, que correspondem a imagens estereográficas registadas previamente, em direcção ao olho esquerdo (24) e olho direito (23) do espectador com o objectivo de obter uma visão tridimensional de imagens previamente registadas, caracterizado por o referido sistema compreender meios (3, 4; 17- 22) para direccionar os pixels de um ecrã de cristais líquidos (1, 8, 11, 14), ou outro ecrã cujos pixels sejam direccionáveis, altemativamente em direcção ao olho esquerdo (24) e/ou olho direito (23) do espectador, por meio da alteração do ângulo de visão dos pixels, a uma frequência suficientemente rápida para que os olhos (23, 24) não percepcionem as descontinuidades. Sistema electrónico estereoscópico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o direccionamento das imagens em direcção a um dos olhos ou ao outro (23, 24) do espectador ser efectuado sucessivamente e altemativamente em fracções de segundos de modo a que corresponda a um quadro de televisão, fotograma de filme ou pequenos grupos dos mesmos. Sistema electrónico estereoscópico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as imagens serem visualizadas num ecrã de cristais líquidos (1) ou semelhante, em que os referidos meios para direccionar os pixels 2 compreendem um sistema gerador de ângulos (4) de visão que se encontra ligado ao ecrã de cristais líquidos (1) ou semelhante e um bloco de sincronização (3) de imagem o qual por sua vez se encontra ligado ao sistema de geração de imagem digital (2), o qual igualmente se encontra ligado ao ccrã de cristais líquidos (1) ou semelhante.
2. 4. Sistema electrónico estereoscópico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o referido sistema gerador de ângulos de visão (4) ser um circuito electrónico o qual aplica, em termos dos sinais recebidos do bloco de sincronização (3), diferentes diferenças de potencial (Ei e E2) ao ecrã de cristais líquidos (1), obtendo-se deste modo um direccionamento diferente dos pixels do referido ecrã (1).
3. 5. Sistema electrónico estereoscópico que acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um televisor convencional (6) 0 qual emite imagens estereográficas, compreendendo 0 sistema adicionalmente um ecrã de cristais líquidos transparente (1) colocado logo em frente do ecrã de tubo de raios catódicos (7) do televisor convencional (6); estando 0 ângulo de visão do ecrã de cristais líquidos proporcionado para ser alterado em sincronização com a sequência das imagens que aparecem no ecrã de tubo de raios catódicos (7).
4. 6. Sistema electrónico estereoscópico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por um lápis óptico ou semelhante (9) se encontrar localizado 3 num canto do ecrã de tubo de raios catódicos, de modo a detectar o fim de um quadro.
5. 7. Sistema electrónico estereoscópico de acordo com quaisquer das reivindicações 5 e 6, caracterizado por a ligação (10) do ecrã de cristais líquidos (8) ao resto do sistema, ser efectuada por meio de ultra-sons, raios infra-vermelhos, um cabo suficientemente longo, ou semelhante, permitindo deste modo uma separação maior do referido ecrã (8) em relação ao ecrã de tubo de raios catódicos (7) do televisor (6) e uma separação maior do espectador em relação ao referido televisor (6) sem perder o efeito tridimensional das imagens percepcionadas.
6. 8. Sistema electrónico estereoscópico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos meios para direccionar os pixels compreenderem duas lentes (17, 18) colocadas inclinadas atrás do ecrã de cristais líquidos (14), uma máscara ou polarizador (19, 20) colocado atrás de cada lente, e uma lâmpada (21, 22) colocada atrás de cada máscara ou polarizador, de tal modo que a iluminação de uma destas lâmpadas (22) gera um raio de luz (16) direccionado para o olho esquerdo (24) do espectador e a iluminação da outra lâmpada (21) gera um raio de luz (15) cm direcção ao olho direito (23) do espectador; encontrando-se as referidas lâmpadas (21, 22) proporcionadas para serem ligadas e desligadas altemativamente e sincronizadamente com os 4 quadros de imagem apresentados no referido ecrã (14) que são para ser enviados para um olho ou para o outro (23, 24). Lisboa, 24 de Setembro de 2001 / /