RU181214U1 - DEVICE FOR CREATING A STEREOSCOPIC IMAGE - Google Patents
DEVICE FOR CREATING A STEREOSCOPIC IMAGE Download PDFInfo
- Publication number
- RU181214U1 RU181214U1 RU2018105169U RU2018105169U RU181214U1 RU 181214 U1 RU181214 U1 RU 181214U1 RU 2018105169 U RU2018105169 U RU 2018105169U RU 2018105169 U RU2018105169 U RU 2018105169U RU 181214 U1 RU181214 U1 RU 181214U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- image
- optical
- quality
- eyepiece
- stereoscopic
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 38
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 3
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 abstract description 16
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 241000255925 Diptera Species 0.000 description 1
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000016776 visual perception Effects 0.000 description 1
- 208000008918 voyeurism Diseases 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к аппаратным устройствам компьютерного оборудования и используется как устройство вывода современных компьютерных систем для получения трехмерного стереоскопического изображения высокого качества.Устройство для создания стереоскопического изображения, состоящее из дисплея и двух идентичных окуляров, помещаемых в поле зрения правого и левого глаза человека соответственно, при этом каждая из оптических систем содержит объектив, который установлен по оптической оси окуляра, позволяющее создавать высококачественные стереоскопические изображения, без нарушения слитности изображения, с угловым разрешением выше, чем 1-2' (около 0,02°-0,03°).Техническим результатом является получение стереоскопических трехмерных изображений очень высокого качества. Высокое качество изображения обеспечивается оптимальным увеличением изображения дисплеев и оптическим сопряжением зрачков выхода оптической системы устройства с входными зрачками глаз наблюдателя. 1 ил.The utility model relates to hardware devices of computer equipment and is used as an output device of modern computer systems for obtaining high-quality three-dimensional stereoscopic images. A device for creating a stereoscopic image consisting of a display and two identical eyepieces placed in the field of view of the human right and left eyes, respectively, when this, each of the optical systems contains a lens that is mounted on the optical axis of the eyepiece, allowing you to create high-quality natural stereoscopic images, without violating the cohesion of the image, with an angular resolution higher than 1-2 '(about 0.02 ° -0.03 °). The technical result is to obtain stereoscopic three-dimensional images of very high quality. High image quality is ensured by optimal enlargement of the image of the displays and by optical conjugation of the pupils of the output of the optical system of the device with the entrance pupils of the observer's eyes. 1 ill.
Description
Полезная модель относится к аппаратным устройствам компьютерного оборудования и используется как устройство вывода современных компьютерных систем для получения трехмерного стереоскопического изображения высокого качества.The utility model relates to hardware devices of computer equipment and is used as an output device of modern computer systems to obtain high-quality three-dimensional stereoscopic images.
Известны устройства, применяемые для создания трехмерного стереоскопического изображения, которые могут быть использованы в различных отраслях науки и техники. Обычно для этого используются устройства, содержащие два оптически разделенных экрана, которые воспроизводят соответствующие изображения для правого и левого глаза человека; обычно подобные устройства выполняются в виде шлемов или очков виртуальной реальности [Hale K.S., Stanney K.М. Handbook of Virtual Environments: Design, Implementation, and Applications, Second Edition]. В простейшем случае используется ЖК-матрица небольшого размера, помещаемая непосредственно в поле зрения человека; также обычно для фокусировки изображения на сетчатке при рассматривании близко размещенного объекта (3-5 см) применяется оптическая система (окуляр) в виде плосковыпуклой линзы [Jerarld J. The VR Book: Human-Centered Design for Virtual Reality // Morgan & Claypool Publishers, 2015]. Так устроены Google Cardboard, Samsung Gear VR и ряд других систем, в качестве устройства вывода информации обычно использующие дисплей мобильного телефона [Tranton P. Samsung Gear VR: An Easy Guide for Beginners// Conceptual Kings, 2016; Buckley P., Lardinos F. Virtual Reality Beginner's Guide + Google Cardboard Inspired VR Viewer // Regan Arts, 2014]. Более сложные системы, например, НТС Vive использует линзы Френеля. Преимуществами линз Френеля являются короткое фокусное расстояние, небольшие габариты и вес - именно то, что требуется в устройствах виртуальной реальности [Casterson S. Htc Vive: A Guide for Beginners // Conceptual Kings, 2016].Known devices used to create three-dimensional stereoscopic images that can be used in various fields of science and technology. Usually, devices containing two optically separated screens that reproduce the corresponding images for the right and left eye of a person are used for this; Typically, such devices are made in the form of helmets or virtual reality glasses [Hale K.S., Stanney K.M. Handbook of Virtual Environments: Design, Implementation, and Applications, Second Edition]. In the simplest case, a small-sized LCD matrix is used, placed directly in the field of view of a person; also usually to focus the image on the retina when viewing a closely placed object (3-5 cm) an optical system (eyepiece) in the form of a plano-convex lens is used [Jerarld J. The VR Book: Human-Centered Design for Virtual Reality // Morgan & Claypool Publishers, 2015]. This is how Google Cardboard, Samsung Gear VR and a number of other systems are arranged, usually using a mobile phone display as an output device [Tranton P. Samsung Gear VR: An Easy Guide for Beginners // Conceptual Kings, 2016; Buckley P., Lardinos F. Virtual Reality Beginner's Guide + Google Cardboard Inspired VR Viewer // Regan Arts, 2014]. More sophisticated systems, such as the NTS Vive, use Fresnel lenses. The advantages of Fresnel lenses are a short focal length, small dimensions and weight - exactly what is required in virtual reality devices [Casterson S. Htc Vive: A Guide for Beginners // Conceptual Kings, 2016].
Основным общим недостатком перечисленных устройств является то, что из-за наличия переходных краевых участков между зонами велик уровень паразитной засветки и разного рода «ложных изображений» (по сравнению с обычными линзами и традиционными объективами).The main common drawback of these devices is that due to the presence of transitional edge sections between the zones, the level of spurious illumination and all kinds of “false images” is high (compared to conventional lenses and traditional lenses).
Для устранения указанных недостатков OculusRift C1 [Casterson S. OculusRift: ABeginner's Guide// Conceptual Kings, 2016] использует гибридные линзы Френеля (переменной толщины), минимизирующие сферические аберрации - главную проблему традиционных сферических линз.To eliminate these drawbacks, OculusRift C1 [Casterson S. OculusRift: ABeginner's Guide // Conceptual Kings, 2016] uses hybrid Fresnel lenses (variable thickness) to minimize spherical aberrations - the main problem of traditional spherical lenses.
Также все перечисленные выше оптические системы, кроме выраженной сферической аберрации, обладают еще одним важным отрицательным свойством - они в той или иной степени увеличивают изображение, в результате чего становятся хорошо видны отдельные пикселы (точки) на ЖК-матрице (так называемый screen-dooreffect, SDE). Впервые этот эффект был описан одним из изобретателей цифровых проекторов G. Dolgoff [Kumparak G. A Brief History Of Oculus // TechCrunch, 2014] (Screen-door effect - «эффект москитной сетки», или оптический артефакт (обман зрения), наблюдаемый при использовании цифровых проекторов, когда тонкие линии, разделяющие пиксели, становятся видимыми на экране). Обычный способ борьбы с этим - применение все более высококачественных специально изготовленных ЖК-матриц, однако, полной четкости изображения таким путем достичь все равно не удается. Отсутствие четкости изображения приводит к снижению реалистичности при использовании подобных устройств в качестве систем виртуальной реальности, а также делает невозможным их применение в ряде отраслей, в которых необходимо высочайшее качество изображения, например, в медицине.Also, all of the above optical systems, except for pronounced spherical aberration, have another important negative property - they increase the image to one degree or another, as a result of which individual pixels (dots) on the LCD matrix (the so-called screen-dooreffect, SDE). This effect was first described by G. Dolgoff, one of the inventors of digital projectors [Kumparak G. A Brief History Of Oculus // TechCrunch, 2014] (Screen-door effect - “mosquito net effect”, or optical artifact (optical illusion) observed when using digital projectors when thin lines separating pixels become visible on the screen). The usual way to deal with this is to use increasingly high-quality specially made LCD matrices, however, you still cannot achieve full image clarity this way. The lack of image clarity leads to a decrease in realism when using such devices as virtual reality systems, and also makes it impossible to use them in a number of industries in which the highest image quality is required, for example, in medicine.
Наиболее существенным недостатком рассмотренных устройств является принципиальная невозможность оптического сопряжения выходных зрачков их оптических систем со зрачком глаза наблюдателя. Это связано с тем, что выходным зрачком таких систем служит оправа глазной линзы, которая механически не может быть совмещена со зрачком входа глаза наблюдателя - изображением отверстия в радужной оболочке глаза, которое расположено внутри глаза - немного позади роговицы. В результате данного несоответствия имеет место виньетирование (затемнение) периферии поля зрения и у наблюдателя возникает ощущение «подглядывания в замочную скважину». Это нарушает зрительное восприятие широкоугольных полей зрения, а также не позволяет использовать такие системы в качестве тренажеров наблюдательных оптических приборов. Так как зрительные навыки, сформированные при работе с данными системами, существенно отличаются от таковых, необходимых для эффективной работы наблюдателя с реальными оптическими системами, вооружающими человеческий глаз - микроскопом, щелевой лампой, биноклем и т.п.The most significant drawback of the considered devices is the fundamental impossibility of optical pairing of the exit pupils of their optical systems with the pupil of the eye of the observer. This is due to the fact that the exit pupil of such systems is the frame of the ophthalmic lens, which mechanically cannot be combined with the pupil of the entrance of the observer's eye - the image of the hole in the iris of the eye, which is located inside the eye - slightly behind the cornea. As a result of this discrepancy, vignetting (darkening) of the periphery of the visual field takes place and the observer has the feeling of “peeping into the keyhole”. This violates the visual perception of wide-angle fields of view, and also does not allow the use of such systems as simulators of observation optical instruments. Since the visual skills formed when working with these systems differ significantly from those necessary for the effective work of the observer with real optical systems that equip the human eye with a microscope, a slit lamp, binoculars, etc.
Наиболее близким устройством для создания стереоскопического изображения являются очки виртуальной реальности, описанные выше, содержащие в себе ЖК матрицу для создания изображения и окуляры различного устройства. Основными недостатками подобных систем являются низкая четкость изображения и невозможность имитации особенностей зрения через различные оптические приборы.The closest device for creating a stereoscopic image are the virtual reality glasses described above, containing an LCD matrix for creating images and eyepieces of various devices. The main disadvantages of such systems are the low definition of the image and the inability to simulate the features of vision through various optical devices.
Нами впервые предлагается устройство для создания стереоскопического изображения, снабженное специальной оптической системой, позволяющее создавать высококачественные стереоскопические изображения, без нарушения слитности изображения, с угловым разрешением выше, чем 1-2' (около 0,02°-0,03°).We are the first to propose a device for creating a stereoscopic image equipped with a special optical system that allows you to create high-quality stereoscopic images, without violating the cohesion of the image, with an angular resolution higher than 1-2 '(about 0.02 ° -0.03 °).
Техническим результатом является получение стереоскопических трехмерных изображений очень высокого качества. Высокое качество изображения обеспечивается оптимальным увеличением изображения дисплеев и оптическим сопряжением зрачков выхода оптической системы устройства с входными зрачками глаз наблюдателя.The technical result is to obtain stereoscopic three-dimensional images of very high quality. High image quality is ensured by optimal enlargement of the image of the displays and by optical conjugation of the pupils of the output of the optical system of the device with the entrance pupils of the observer's eyes.
Схема оптической системы устройства для создания стереоскопического изображения представлена на Фиг. 1, гдеA diagram of the optical system of the device for creating a stereoscopic image is shown in FIG. 1 where
1 - дисплей (ЖК-матрица)1 - display (LCD matrix)
2 - объектив2 - lens
3 - окуляр3 - eyepiece
4 - корпус окуляра4 - eyepiece housing
5 - корпус устройства5 - device housing
6 - перегородка6 - partition
7 - оптическая ось канала7 - optical axis of the channel
8 - изображение правого канала8 - image of the right channel
9 - изображение левого канала.9 is an image of the left channel.
Она состоит из дисплея (ЖК-матрицы) 1 и двух оптически идентичных каналов, каждый из которых состоит из объектива 2 и окуляра 3, собранных в единый корпус окуляра 4 и установленных в корпусе устройства с возможностью перемещения перпендикулярно и продольно оптической оси. На Фиг 1. для примера в качестве объектива 2 нами используется триплет Кука (асимметричный анастигмат, характеризуемый тем, что его средняя линза является рассеивающей, а передняя и задняя - собирающими), в качестве окуляра 3 в данном случае используется стандартный окуляр микроскопа (МБС-10). В предлагаемой оптической схеме устройства возможно использование различных окуляров 3 с соответствующими им объективами 2, в зависимости от необходимости имитации особенностей зрения через конкретную оптическую систему. Изображение левого канала 9 и правого канала 8 выводится, соответственно, на правую и левую половины дисплея, при этом центр изображения в каждом канале совмещен с оптической осью канала 7. Оптическое разделение каналов осуществляется при помощи непрозрачной перегородки 6, разделяющей корпус устройства на две равные части. Видимое угловое разрешение канала устройства д определяется соотношениемIt consists of a display (LCD matrix) 1 and two optically identical channels, each of which consists of a
где dpix - поперечный размер элемента (пиксела) матрицы дисплея, βob - линейное увеличение объектива (меньше единицы по модулю), L0 - расстояние наилучшего зрения, принимается равным 250 мм, Геур - увеличение окуляра.where d pix is the transverse size of the element (pixel) of the display matrix, β ob is the linear increase in the lens (less than unity modulo), L 0 is the distance of the best view, taken equal to 250 mm, G eur is the increase in the eyepiece.
Корпуса окуляров 4 имеют возможность перемещаться перпендикулярно оптическим осям 7 для того, чтобы обеспечить регулировку межзрачкового расстояния устройства для создания стереоскопического изображения в пределах 55-75 мм. Продольное перемещение каждого из окуляров 3 по оптической оси относительно корпуса окуляра 4 обеспечивает диоптрийную подстройку оптической системы микроскопа под зрение наблюдателя в пределах ± 3 диоптрии. В данной системе зрачком выхода является изображение апертурной диафрагмы объектива 2, сформированное при помощи окуляра 3 в плоскость входного зрачка глаза наблюдателя. При этом размер и положение (удаление) зрачка выхода близки к таковым у стандартного операционного микроскопа. Так как объективы 2 формируют перевернутое изображение поверхности дисплея в предметной плоскости окуляра, то изображения левого канала 9 и правого канала 8 выводятся на дисплей также в перевернутом виде.Cases of the eyepieces 4 have the ability to move perpendicular to the
В отличие от известных устройств, предложенная нами оптическая система каждого из каналов состоит из двух компонентов - объектива 2, который формирует уменьшенное изображение матрицы дисплея в передней фокальной плоскости окуляра 3, и собственно окуляра 3, посредством которого осуществляется наблюдение этого изображения. Для получения высокого качества изображение, выводимое на дисплей 1 в каждом из каналов, проецируется в предметную плоскость окуляра 3 при помощи объектива 2 с уменьшением в 5 и более раз согласно формуле (1). Использование нами дополнительно объектива 2 обеспечивает предлагаемой системе два преимущества перед аналогами: 1) изображение матрицы дисплея 1 может быть уменьшено в необходимое число раз для того, чтобы обеспечить высокое качество наблюдаемого изображения, отдельные пиксели которого не разрешаются глазом наблюдателя (отсутствует screen-dooreffect); 2) изображение апертурной диафрагмы промежуточного объектива, сформированное окуляром, является выходным зрачком системы, который располагается позади окуляра и может быть совмещен с входным зрачком глаза наблюдателя. Используемая оптическая система имеет низкий уровень паразитной засветки и разного рода «ложных изображений» по сравнению с перечисленными ранее существующими аналогами.In contrast to the known devices, the optical system of each channel proposed by us consists of two components - a
Использование дополнительного объектива 2 приводит к некоторому усложнению оптической системы и увеличению ее веса и габаритной длины, однако это с избытком компенсируется тем, что в такой системе может быть использован практически любой дисплей 1, в том числе и крупногабаритный, с практически любым размером пикселя, что дает возможность использовать недорогие дисплеи; а также тем, что размер и удаление выходного зрачка системы определяется конструктивными параметрами как объектива, так и окуляра и может изменяться в широких пределах. Таким образом, использование предложенного устройства точно воспроизводит условия наблюдения для конкретного оптического прибора, вооружающего человеческий глаз (зрительная труба, теодолит, микроскоп, оптический прицел, щелевая лампа, бинокль и др.), что необходимо при использовании в различных тренажерах и симуляторах, в том числе медицинского назначения (хирургические симуляторы, офтальмологические тренажеры и т.п.).The use of an
Следует заметить, что выходным зрачком оптических систем существующих аналогов является апертура окуляра, которая расположена в его корпусе, и в принципе не может быть совмещена с входным зрачком глаза наблюдателя.It should be noted that the exit pupil of the optical systems of existing analogs is the aperture of the eyepiece, which is located in its body, and in principle cannot be combined with the entrance pupil of the observer's eye.
Благодаря применению подобной оптической системы решаются следующие задачи: за счет оптимального увеличения изображения матрицы дисплея обеспечивается высокая четкость изображения, без возможности появления на нем пиксельной решетки, а также появляется возможность формировать зрительные навыки, необходимые для эффективной работы наблюдателя, использующего различные оптические устройства (например, операционный микроскоп).Thanks to the use of such an optical system, the following tasks are solved: due to the optimal increase in the image of the display matrix, high image clarity is ensured, without the possibility of a pixel array appear on it, and it is also possible to form the visual skills necessary for the efficient work of an observer using various optical devices (for example operating microscope).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018105169U RU181214U1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | DEVICE FOR CREATING A STEREOSCOPIC IMAGE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018105169U RU181214U1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | DEVICE FOR CREATING A STEREOSCOPIC IMAGE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU181214U1 true RU181214U1 (en) | 2018-07-06 |
Family
ID=62813594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018105169U RU181214U1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | DEVICE FOR CREATING A STEREOSCOPIC IMAGE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU181214U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2757645C1 (en) * | 2021-02-15 | 2021-10-19 | Александр Дмитриевич Чупров | Surgical stereovision system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7385625B2 (en) * | 1998-04-21 | 2008-06-10 | Fujifilm Corporation | Image photography apparatus, image reproducing apparatus, image photography and reproducing apparatus, stereographic projector, jig for image stereoscopic vision, and printer |
US20110080536A1 (en) * | 2008-05-27 | 2011-04-07 | Mitaka Kohki Co., Ltd. | Stereoscopic image display apparatus |
RU2433435C1 (en) * | 2010-08-13 | 2011-11-10 | Евгений Александрович Терешин | Method to produce stereoscopic image using one radiation receiver and device for its realisation |
US20160323560A1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-11-03 | Lucid VR, Inc. | Stereoscopic 3d camera for virtual reality experience |
-
2018
- 2018-02-12 RU RU2018105169U patent/RU181214U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7385625B2 (en) * | 1998-04-21 | 2008-06-10 | Fujifilm Corporation | Image photography apparatus, image reproducing apparatus, image photography and reproducing apparatus, stereographic projector, jig for image stereoscopic vision, and printer |
US20110080536A1 (en) * | 2008-05-27 | 2011-04-07 | Mitaka Kohki Co., Ltd. | Stereoscopic image display apparatus |
RU2433435C1 (en) * | 2010-08-13 | 2011-11-10 | Евгений Александрович Терешин | Method to produce stereoscopic image using one radiation receiver and device for its realisation |
US20160323560A1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-11-03 | Lucid VR, Inc. | Stereoscopic 3d camera for virtual reality experience |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2757645C1 (en) * | 2021-02-15 | 2021-10-19 | Александр Дмитриевич Чупров | Surgical stereovision system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105866949B (en) | The binocular AR helmets and depth of field adjusting method of the depth of field can be automatically adjusted | |
WO2016086742A1 (en) | Microlens array based near-eye display (ned) | |
CN106415364A (en) | Stereoscopic rendering to eye positions | |
KR20130054181A (en) | A collimated stereo display system | |
CN201768134U (en) | Head-worn type visual enhance system | |
CN106940483B (en) | A kind of light field display device and display methods | |
EP3650921A2 (en) | Optical transmitting module and head mounted display device | |
WO2017073953A1 (en) | Corrective lens which enables user to view object located at ultra-short-distance | |
Wade | Early studies of eye dominances | |
CN102385159A (en) | Decentration optical system, and image display apparatus and imaging apparatus incorporating the same | |
CN110187506A (en) | Optical presentation system and augmented reality equipment | |
US7545405B2 (en) | Enhancement of visual perception II | |
JP6026637B2 (en) | 3D image visualization system | |
KR20160041265A (en) | Device for wearable display | |
EP3200003A1 (en) | Glasses-free 3d display device | |
RU181214U1 (en) | DEVICE FOR CREATING A STEREOSCOPIC IMAGE | |
EP4124898A3 (en) | 3d infrared night vision device | |
RU193585U1 (en) | DEVICE FOR CREATING AN IMAGE DRUM | |
CN204479842U (en) | A kind of head mounted display | |
CN203882018U (en) | 3D glasses and 3D display system | |
JP2003035882A (en) | Image display element and image display device using the same | |
RU2609285C1 (en) | Method of forming a multiplane image and a multifocal stereoscopic display | |
RU215003U1 (en) | DEVICE FOR CREATING TYPICAL IMAGING | |
CN109963145A (en) | Vision display system and method and head-wearing display device | |
KR20190054245A (en) | Virtual Reality 3D Image Expansion Device with High Brightness |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180718 |