RU2090980C1

RU2090980C1 - Three-dimensional image shaping device

Info

Publication number: RU2090980C1
Application number: RU93031948A
Authority: RU
Inventors: Альберт Леонидович Логутко
Original assignee: Альберт Леонидович Логутко
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1997-09-20

Abstract

FIELD: television engineering; computer games and simulators. SUBSTANCE: existing device is provided, in addition, with computer, at least three interfaces, peripheral storage unit, viewer position locating unit, counter-reflectors, and control unit; output of peripheral storage unit is connected to one of inputs of computer whose other inputs and outputs are connected to input and output of viewer position locating unit through first interface, respectively, to respective inputs of video unit through second and third interfaces, and to control unit input through third interface; Counter-reflectors are placed on viewer's head in same vertical line as his or her pupils; respective inputs and outputs of viewer position locating unit are optically coupled with counter-reflectors and control unit output is electrically connected to control output of optical shaper. Video unit has picture tube, brightness and chrominance control unit, horizontal drive control unit, horizontal sweep unit, and vertical sweep unit. Optical or audio locator is used as viewer position locating unit; optical shaper is made in the form of liquid-crystal shutter matrix with at least one travelling slot electrically connected to optical shaper control input. When more than one travelling slot is incorporated. Distance D between them in shutter matrix is to be found from expression D > tgΦ/l_o, where Φ is maximum viewing angle of three-dimensional image; lo is distance between liquid-crystal matrix and picture tube. EFFECT: enlarged functional capabilities. 5 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области телевидения и может быть использовано в системах объемного телевидения, а также в компьютерных играх и тренажерах. The present invention relates to the field of television and can be used in surround television systems, as well as in computer games and simulators.

Известно устройство для получения объемного изображения с помощью кинескопа, линзы и плоской отображающей матричной панели на основе жидких кристаллов [1]
Недостатком этого устройства является ограниченная зона возможных положений наблюдателя, в которых воспринимается объемный эффект; кроме того, устройство имеет ограниченные функциональные возможности, связанные с трудностями одновременного формирования нескольких ракурсов, например четырех ракурсов для двух наблюдателей.A device for obtaining a three-dimensional image using a kinescope, a lens and a flat display matrix panel based on liquid crystals [1]
The disadvantage of this device is the limited area of possible observer positions in which the volumetric effect is perceived; in addition, the device has limited functionality associated with the difficulties of simultaneously forming several angles, for example four angles for two observers.

Известны также устройства получения объемных изображений, содержащие воспроизводящий блок на основе кинескопа, электрически соединенного с блоками горизонтальной строчкой, вертикальной кадровой разверток, яркости и цветности, а также линзовый растр, закрепленный на кинескопе и оптически соединенный с кинескопом и глазами телезрителя [2]
Недостатком такого устройства является его сложность, заключающаяся в необходимости использовать более сложный в исполнении линзовый растр, а также блок широкополосного воспроизведения множества изображений ракурсов для всех возможных положений телезрителя.Also known are devices for obtaining three-dimensional images containing a reproducing unit based on a kinescope electrically connected to blocks with horizontal stitching, vertical frame scan, brightness and color, as well as a lens raster mounted on a kinescope and optically connected to a kinescope and the eyes of a viewer [2]
The disadvantage of this device is its complexity, which consists in the need to use a more sophisticated lens raster, as well as a broadband unit for reproducing multiple image views for all possible positions of the viewer.

Технической задачей, решаемой изобретением, и является упрощение устройства формирования объемного изображения и расширение его функциональных возможностей путем обеспечения возможности оглядывания объемного изображения при произвольном положении зрителя. The technical problem solved by the invention is to simplify the device for forming a three-dimensional image and expand its functionality by providing the ability to look around the three-dimensional image at an arbitrary position of the viewer.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства формирования объемного изображения. Figure 1 presents a block diagram of a device for forming a three-dimensional image.

На фиг. 2 представлена оптическая схема устройства с многолучевым кинескопом и обтюрационной жидкокристаллической матрицей. In FIG. 2 is an optical diagram of a device with a multipath kinescope and an obturation liquid crystal matrix.

На фиг. 3 представлен ход оптических лучей, поясняющих расчет положения светоинформационных столбцов на экране многолучевого кинескопа при двух различных положениях вертикальной бегущей щели на обтюрационной жидкокристаллической матрице при воспроизведении некоторого элемента изображения 1 при произвольном положении зрителя. In FIG. Figure 3 shows the course of optical rays explaining the calculation of the position of the light-information columns on the screen of a multipath picture tube for two different positions of a vertical traveling slit on an obturation liquid crystal matrix when reproducing a certain image element 1 at an arbitrary position of the viewer.

На фиг.4 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая взаимное положение светоинформационных столбцов многолучевого кинескопа и вертикальной бегущей щели обтюрационной жидкокристаллической матрицы при изменении положения глаз зрителя. Fig. 4 is a timing chart illustrating the relative position of the light information columns of a multipath picture tube and a vertical traveling slit of an obturation liquid crystal matrix when the eye position of the viewer changes.

На фиг. 5, 6 представлен ход лучей при наличии в обтюрационной жидкокристаллической матрице одновременно двух вертикальных бегущих щелей. In FIG. 5, 6 show the course of the rays in the presence of two vertical traveling slits in the obturation liquid crystal matrix simultaneously.

Устройство формирования объемного изображения содержит воспроизводящий блок 1, оптический формирователь, выполненный в виде обтюрационной жидкокристаллической матрицы 2, блок определения координат 3 глаз зрителей 4, преобразователь адресов видеосигнала 5, первый 6, второй 7 и третий 8 интерфейсы и внешний запоминающий блок 9. The device for forming a three-dimensional image contains a reproducing unit 1, an optical shaper made in the form of an obturation liquid crystal matrix 2, a unit for determining coordinates 3 of the eyes of the audience 4, an address converter for video signal 5, the first 6, second 7 and third 8 interfaces and an external storage unit 9.

Воспроизводящий блок 1 содержит многолучевой (черно-белый) кинескоп 10 с четным числом лучей, блок горизонтальной подстройки 11, блок яркости 12, блок горизонтальной развертки 13, блок вертикальной развертки 14. The reproducing unit 1 contains a multi-beam (black and white) picture tube 10 with an even number of rays, a horizontal adjustment unit 11, a brightness unit 12, a horizontal scan unit 13, a vertical scan unit 14.

Выходы блока горизонтальной подстройки 11, блока яркости 126 блока горизонтальной развертки 13 и блока вертикальной развертки 14 электрически соединены с соответствующими входами многолучевого кинескопа 10, а их входы являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами воспроизводящего блока 1, при этом многолучевой кинескоп 10 имеет с обтюрационной жидкокристаллической матрицей 2 оптическую связь и жестко связан с ней механически. The outputs of the horizontal adjustment unit 11, the brightness unit 126 of the horizontal scanning unit 13 and the vertical scanning unit 14 are electrically connected to the corresponding inputs of the multi-beam picture tube 10, and their inputs are respectively the first, second, third and fourth inputs of the reproducing block 1, while the multi-beam picture tube 10 has with obturation liquid crystal matrix 2 optical connection and is rigidly connected mechanically with it.

Устройство содержит также блок сдвиговых регистров 15, выход которого электрически соединен с входом жидкокристаллической обтюрационной матрицы 2, выполненной с возможностью образования вертикальных бегущих щелей 16 с расстоянием D между ними. The device also contains a block of shift registers 15, the output of which is electrically connected to the input of the liquid crystal obturation matrix 2, configured to form vertical traveling slots 16 with a distance D between them.

Управление жидкокристаллической обтюрационной матрицей 2 осуществляется блоком сдвиговых регистров 15, число разрядов которого равно числу возможных положений вертикальной бегущей щели 16. Первоначальное состояние такого регистра нули во всех разрядах, кроме младшего, в котором должна быть записана логическая единица. Установка логической единицы в младший разряд регистра производится кадровым синхроимпульсом. Каждый строчный синхроимпульс сдвигает положение этой логической единицы на один шаг, синхронно с этой сдвижкой меняется положение вертикальной бегущей щели 16. The liquid crystal obturation matrix 2 is controlled by a block of shift registers 15, the number of digits of which is equal to the number of possible positions of the vertical traveling slit 16. The initial state of such a register is zero in all digits except the lowest, in which the logical unit should be written. The logical unit is set to the least significant bit of the register by a frame clock. Each horizontal sync pulse shifts the position of this logical unit by one step, synchronously with this shift, the position of the vertical traveling slit 16 changes.

Блок определения координат 3 глаз зрителей 4 содержит оптический локатор 17 и контррефлекторы 18, размещенные на одной вертикали с глазами зрителя 4. Выход оптического локатора 17 является выходом блока определения координат 3 глаз зрителей 4, а вход оптического локатора 17 и контррфлекторы 18 связаны между собой оптически. The unit for determining the coordinates of the 3 eyes of the viewers 4 contains an optical locator 17 and counterreflectors 18 located on the same vertical as the eyes of the viewer 4. The output of the optical locator 17 is the output of the unit for determining the coordinates of 3 eyes of the audience 4, and the input of the optical locator 17 and the counterreflectors 18 are optically connected .

Многолучевой кинескоп 10 осуществляет горизонтальную кадровую и вертикальную строчную развертки. Вертикальная строчная развертка осуществляется в виде светоинформационных столбцов 19. Multipath kinescope 10 performs horizontal personnel and vertical horizontal scanning. Vertical horizontal scanning is carried out in the form of light information columns 19.

Выход внешнего запоминающего блока 9 электрически соединен с первым входом преобразователя адресов видеосигнала 5, второй вход которого через второй интерфейс 7 электрически соединен с выходом блока определения координат 3 глаз зрителей 4, первый выход преобразователя адресов видеосигнала 5 через первый интерфейс 6 электрически соединен с первым и вторым входами воспроизводящего блока 1, второй выход преобразователя адресов видеосигнала 5 электрически соединен через третий интерфейс 8 с третьим и четвертым входами воспроизводящего блока 1 и с входом блока сдвиговых регистров 15, выход которого электрически соединен с входом жидкокристаллической обтюрационной матрицы 2, который является управляющим входом оптического формирователя. The output of the external storage unit 9 is electrically connected to the first input of the video signal address converter 5, the second input of which through the second interface 7 is electrically connected to the output of the 3 coordinate unit for determining the eyes of the viewers 4, the first output of the video signal address converter 5 through the first interface 6 is electrically connected to the first and second inputs of the reproducing unit 1, the second output of the video address converter 5 is electrically connected through the third interface 8 with the third and fourth inputs of the reproducing unit 1 and with the input of the shift register 15, whose output is electrically connected to the input of the liquid crystal obturation matrix 2, which is a control input of the optical shaper.

Контррефлекторы 18 могут быть закреплены на оправах обычных очков (на чертеже не показано). В качестве оптического локатора 17 может быть использован оптический ИК-локатор, описанный в [3]
В качестве преобразователя адресов видеосигнала 5 может быть использовано персональный компьютер типа IBM PC/AT 386/387, или иной с достаточно высоким быстродействием.Counterreflectors 18 can be mounted on the frames of ordinary glasses (not shown in the drawing). As an optical locator 17, an optical infrared locator described in [3] can be used.
As a video address converter 5, a personal computer of the type IBM PC / AT 386/387, or another with a sufficiently high speed, can be used.

Устройство работает следующим образом. Первоначально в отсутствие зрителей 4 многолучевой кинескоп 10 воспроизводящего блока 1 совместно с обтюрационной жидкокристаллической матрицей 2 воспроизводит плоское изображение для одного воображаемого стандартного положения глаза зрителя 4. (Базовая точка O(O, О, Zo) на фиг. 1, 2 и 3). При этом на входе оптического локатора 17 нет сигналов от контррефлекторов 18 и отсутствует, соответственно, сигнал на входе преобразователя адресов видеосигнала 5. Информация, поступающая от внешнего запоминающего блока 9, передается преобразователем адресов видеосигнала 5 через первый интерфейс 6 на блок горизонтальной подстройки 11 и блок яркости 12 без изменения. Эти блоки возбуждают и смещают по горизонтали (горизонталь направление кадровой развертки) только один из лучей (например, первый луч) многолучевого кинескопа 10. Блок вертикальной развертки 14 (вертикаль направление строчной развертки) во всех режимах работы устройства работает неизменно. Световой поток от каждого светоинформационного столбца 19, создаваемого многолучевым кинескопом 10, пропускается через вертикальную бегущую щель 16 обтюрационной жидкокристаллической матрицей 2 только в плоскости, проходящей через точку O. The device operates as follows. Initially, in the absence of viewers 4, the multipath kinescope 10 of the reproducing unit 1, together with the obturation liquid crystal matrix 2, reproduces a flat image for one imaginary standard position of the eye of the viewer 4. (Base point O (O, O, Zo) in Figs. 1, 2 and 3). At the same time, there are no signals from the counterreflectors 18 at the input of the optical locator 17 and, accordingly, there is no signal at the input of the video signal address converter 5. Information from the external storage unit 9 is transmitted by the video signal address converter 5 through the first interface 6 to the horizontal adjustment unit 11 and the block brightness 12 unchanged. These blocks excite and displace horizontally (horizontal direction of vertical scanning) only one of the rays (for example, the first beam) of a multipath kinescope 10. Vertical scanning unit 14 (vertical direction of horizontal scanning) in all modes of operation of the device works unchanged. The luminous flux from each light-information column 19 created by the multipath kinescope 10 is passed through a vertical traveling slit 16 by the obturation liquid crystal matrix 2 only in the plane passing through the point O.

Это соответствие светоинформационных столбцов 19 многолучевого кинескопа 10 и вертикальных бегущих щелей 16 обтюрационной жидкокристаллической матрицы 2 достигается с помощью ПЗУ преобразователя адресов видеосигнала 5, в котором в поле адресов записаны все возможные положения светоинформационных столбцов 19 на экране многолучевого кинескопа 10, а в поле данных адреса соответствующих им вертикальных бегущих щелей 16. This correspondence between the light information columns 19 of the multipath kinescope 10 and the vertical traveling slots 16 of the obturation liquid crystal matrix 2 is achieved using the ROM of the video signal address converter 5, in which all possible positions of the light information columns 19 on the screen of the multipath picture tube 10 are recorded in the address field, and the corresponding addresses in the data field them vertical running slots 16.

Для ограничения распространения лучей в произвольных направлениях в обтюрационной жидкокристаллической матрице 2 последняя в исходном состоянии закрыта, в ней просветлена (т.е. способна пропускать свет) только одна вертикальная бегущая щель 16, которая может перемещаться в горизонтальном направлении со скоростью кадровой развертки. Кадр плоского базового изображения воспроизводится последовательной сдвижкой в горизонтальном направлении вертикальной бегущей щели 16 на обтюрационной жидкокристаллической матрице 2 и светоинформационных столбцов 19 на экране многолучевого кинескопа 10. To limit the propagation of rays in arbitrary directions in the obturation liquid crystal matrix 2, the latter is closed in the initial state, only one vertical traveling slit 16 is illuminated (i.e., capable of transmitting light), which can move in the horizontal direction with the frame scan speed. The frame of the flat base image is reproduced by sequential horizontal shift of the vertical traveling slit 16 on the obturation liquid crystal matrix 2 and light-information columns 19 on the screen of the multi-beam picture tube 10.

Из внешнего запоминающего блока 9 приходит массив чисел, каждое из которых описывает трехмерное положение (адресная часть слова), яркость и цвет (информационная часть слова) воспроизводимой точки, а также звуковое сопровождение. Этот массив чисел дает плоское изображение кадра в базовой точке O и размещается в оперативной памяти преобразователя адресов видеосигнала 5. An array of numbers comes from external storage unit 9, each of which describes a three-dimensional position (address part of a word), brightness and color (information part of a word) of a reproduced point, as well as sound accompaniment. This array of numbers gives a flat image of the frame at the base point O and is located in the RAM of the video address converter 5.

При наличии зрителей 4 в преобразователь адресов видеосигнала 5 приходят сигналы, связанные с координатами их глаз, при этом каждая из воспроизводимых точек пересчитывается с учетом координат глаз. При этом каждая из точек базового изображения трансформируется в N точек изображений ракурсов, где N число глаз зрителя 4. При этом информационная часть слова (яркость и цвет воспроизводимой точки) остается неизменной для всех N точек. If there are 4 viewers, signals associated with the coordinates of their eyes come to the video address converter 5, and each of the reproduced points is recounted taking into account the coordinates of the eyes. Moreover, each of the points of the base image is transformed into N points of image images, where N is the number of eyes of the viewer 4. In this case, the information part of the word (brightness and color of the reproduced point) remains unchanged for all N points.

Каждый глаз зрителя 4 в один и тот же момент времени получает индивидуальную цветовую и яркостную информацию в зависимости от его угловых координат, причем это достигается при одновременном высвечивании нескольких светоинформационных столбцов 19 на экране многолучевого кинескопа 10 и лишь одной вертикальной бегущей щели 16, а число светоинформационных столбцов 19, одновременно высвечиваемых на экране многолучевого кинескопа 10, равно числу глаз зрителей 4. Разумеется, число зрителей 4, имеющих возможность одновременного наблюдения изображения, ограничено половиной числа лучей N многолучевого кинескопа, т.е. равно N/2. Each eye of the viewer 4 at the same time receives individual color and brightness information depending on its angular coordinates, and this is achieved by simultaneously highlighting several light information columns 19 on the screen of a multi-beam picture tube 10 and only one vertical traveling slit 16, and the number of light information columns 19, simultaneously displayed on the screen of a multipath kinescope 10, is equal to the number of eyes of viewers 4. Of course, the number of viewers 4 having the ability to simultaneously observe the image ny, is limited to half the number of rays N of a multipath kinescope, i.e. equal to N / 2.

Расстояние между двумя соседними светоинформационными столбцами 19, воспринимаемыми каждым зрителем 4, одновременно может быть определено из ижеследующего уравнения:
X=l_o•B/Z_ri, (1)
где X азимутальная (вдоль по горизонтали) поправка для координаты второго светоинформационноо столбца 19 относительно координаты положения первого светоинформационого столбца 19;
Zri дальность зрителя 4;
l_o расстояние между экраном многолучевого кинескопа 10 и обтюрационной жидкокристаллической матрицей 2;
B базовое расстояние (расстояние между глазами зрителя 4).The distance between two adjacent light-information columns 19 perceived by each viewer 4 can be simultaneously determined from the following equation:
X = l _o • B / Z _ri , (1)
where X is the azimuthal (horizontal) correction for the coordinate of the second light information column 19 relative to the position coordinate of the first light information column 19;
Zri range viewer 4;
l _{o the} distance between the screen of the multi-beam picture tube 10 and the obturation liquid crystal matrix 2;
B base distance (distance between the eyes of the viewer 4).

Отметим, что объемная информация о некотором элементе изображения T(X_т, Y_т, Z_т) (см. фиг. 3) в описываемом устройстве получается попаданием соответствующих лучей в каждый из глаз зрителя 4 в разные моменты времени, в разные положения светоинформационных столбцов 19 на экране многолучевого кинескопа 10 и вертикальных бегущих щелей 16 обтюрационной жидкокристаллической матрицы 2. Однако, благодаря известной способности глаза помнить яркостную точку в течение, примерно, 0,1 с, этот эффект не будет мешающим.Note that the volumetric information about a certain image element T (X _t , Y _t , Z _t ) (see Fig. 3) in the described device is obtained by hitting the corresponding rays in each of the eyes of the viewer 4 at different times, at different positions of the light information columns 19 on the screen of a multipath kinescope 10 and vertical traveling slots 16 of the obturation liquid crystal matrix 2. However, due to the well-known ability of the eye to remember the brightness point for about 0.1 s, this effect will not interfere.

Трехмерный элемент изображения T(X_т, Y_т, Z_т) будет воспринят зрителем 4 объемным и расположенным в заданном месте пространства, если для каждого зрителя 4 он воспроизводится парой пикселей на экране многолучевого кинескопа 10 и если положение какого-либо i-го пикселя K_i(X_ki, Y_ki, O), дающего изображение элемента T, например, для левого глаза зрителя 4 с координатами Гi(X_гi, Y_гi, Z_гi), находится на пересечении прямой, соединяющей глаз Г_i зрителя 4 и элемент T, с плоскостью экрана многолучевого кинескопа 10, а положение j-пикселя с координатами K_j(X_kj, Y_kj, O), дающего изображение элемента T, например, для правого глаза зрителя 4 с координатами Гj(X_гj, Y_гj, Z_гj) находится на пересечении с плоскостью экрана многолучевого кинескопа 10 прямой, соединяющей глаз Г_j зрителя 4 и элемент T.A three-dimensional image element T (X _t , Y _t , Z _t ) will be perceived by the viewer 4 as volumetric and located in a given place in space, if for each viewer 4 it is reproduced by a pair of pixels on the screen of a multipath picture tube 10 and if the position of any ith pixel K _i (X _ki , Y _ki , O), giving an image of the element T, for example, for the left eye of the viewer 4 with the coordinates Gi (X _gi , Y _gi , Z _gi ), is located at the intersection of the line connecting the eye G _{i of the} viewer 4 and element T, with the screen plane of the multipath kinescope 10, and the position of the j-pixel with coordinates K _j (X _kj , Y _kj , O), which gives an image of the element T, for example, for the right eye of the viewer 4 with the coordinates Гj (X _rj , Y _rj , Z _rj ) located at the intersection with the screen plane of the multipath picture tube 10 of a straight line connecting the eye Г _{j of} viewer 4 and element T.

Пусть N общее число зрителей 4, тогда при воспроизведении объемного изображения одного элемента T для всех зрителей 4 необходимо найти положение 2N пикселей на экране многолучевого кинескопа 10. Такой пересчет координат пикселя из координат точки T ведется по нижеприведенным формулам (2) и (3). Let N be the total number of viewers 4, then when reproducing a three-dimensional image of one element T for all viewers 4, it is necessary to find the position of 2N pixels on the screen of a multipath picture tube 10. Such a conversion of the pixel coordinates from the coordinates of the point T is carried out using the formulas (2) and (3) below.

X_к=(X_т•(Z_г+l_o)-X_г•(Z_n +l_o)/(Z_г-Z_o) (2)
Y_к=(l_o•(Y_т-Y_г)-Z_n•Y_г)/ (Z_г-Z_o) (3)
Z_n дальность плана, на котором находится элемент изображения T.X _k = (X _t • (Z _g + l _o ) -X _g • (Z _n + l _o ) / (Z _g -Z _o ) (2)
Y _k = (l _o • (Y _t -Y _g ) -Z _n • Y _g ) / (Z _g -Z _o ) (3)
Z _{n the} range of the plan on which the image element T.

Высвечивание пикселя K_i должно производиться в интервал времени, когда вертикальная бегущая щель 16 с текущими координатами S(X_s, l_o), пересекает прямую, соединяющую глаз Г_i(X_гi, Y_гi, Z_гi) зрителя 4 и точку T(X_т, Y_т, Z_т); это условие (условие компланарности) отражено в нижеследующем уравнении:
X_s=(X_т•Z_гi-Z_т•X_гi)/ (Z_гi-Z_т) (4)
Совместное решение уравнения (2) и (4) дает зависимость азимутального (вдоль по оси X) положения строки (X_кi) на экране многолучевого кинескопа 10 и вертикальной бегущей щели (X_s) 16:
X_кi=X_s-l_o•(X_гi-X_кi)/Z_гi (5)
Формула (5) является математическим выражением условия компланарности (нахождения в одной плоскости) глаза зрителя 4, соответствующей вертикальной бегущей щели 16 и светоинформационного столбца 19 на экране многолучевого кинескопа 10. По этой формуле рассчитываются как начальное положение, так и текущее положение вертикальной бегущей щели 16.The highlighting of the pixel K _i should be made in the time interval when the vertical running slit 16 with the current coordinates S (X _s , l _o ) crosses the line connecting the eye G _i (X _gi , Y _gi , Z _gi ) of the viewer 4 and point T ( X _t , Y _t , Z _t ); this condition (the condition of coplanarity) is reflected in the following equation:
X _s = (X _t • Z _g -Z _t • X _gi ) / (Z _g- Z _t ) (4)
The joint solution of equation (2) and (4) gives the dependence of the azimuthal (along the X axis) position of the line (X _ki ) on the screen of the multi-beam picture tube 10 and vertical traveling slit (X _s ) 16:
X _ki = X _s -l _o • (X _gi -X _ki ) / Z _gi (5)
Formula (5) is a mathematical expression of the condition of coplanarity (being in the same plane) of the eye of the viewer 4, corresponding to the vertical traveling slit 16 and the light information column 19 on the screen of the multi-beam tube 10. Both the initial position and the current position of the vertical traveling slit 16 are calculated .

Кадр объемного изображения воспроизводится следующим образом. Первоначально вертикальная бегущая щель 16 находится в крайнем из возможных положений X_so (для определенности, пусть в крайнем левом положении), куда она устанавливается кадровым синхроимпульсом. С помощью строчных синхроимпульсов производится пошаговое смещение вертикальной бегущей щели 16 так, что за время кадра эта щель пробегает всю поверхность обтюрационной жидкокристаллической матрицы 2. Начальное положение лучей на экране многолучевого кинескопа 10 определяется преобразователем адресов видеосигнала 5 либо посредством пересчета по формулам (2) и (4), либо посредством использования связи координат i-го луча многолучевого кинескопа 10 и вертикальной бегущей щели 16 данной в явной форме в формуле (5). Так как в рассматриваемом случае число глаз зрителей 4 равно четырем и каждый их них имеет координаты, отличные от других, то каждому положению вертикальной бегущей щели 16, в том числе и начальному положению, соответствуют четыре различных азимутальных координаты лучей на экране многолучевого кинескопа 10.The surround image frame is reproduced as follows. Initially, the vertical traveling slit 16 is in the extreme possible position X _so (for definiteness, even in the extreme left position), where it is set by the frame sync pulse. Using horizontal sync pulses, the vertical traveling slit 16 is stepwise displaced so that during the frame this gap runs through the entire surface of the obturation liquid crystal matrix 2. The initial position of the rays on the screen of the multipath kinescope 10 is determined by the address converter 5 of the video signal either by recalculation using formulas (2) and ( 4), or by using the relationship of the coordinates of the i-th beam of a multipath kinescope 10 and a vertical traveling slit 16 given in explicit form in formula (5). Since in the case under consideration, the number of viewers' eyes 4 is four and each of them has coordinates different from the others, then each position of the vertical running slit 16, including the initial position, corresponds to four different azimuthal coordinates of the rays on the screen of the multi-beam picture tube 10.

Первоначальные азимутальные координаты этих лучей X_кoi для крайнего состояния вертикальной бегущей щели 16 с координатой S_o устанавливаются блоком горизонтальной подстройки 11. Это относительно небольшое смещение лучей возможно осуществить средствами индивидуального отклонения каждого из лучей, например, с помощью электростатической системы отклонения. По мере смещения вертикальной бегущей щели 16, в соответствии со строчными синхроимпульсами, все четыре луча многолучевого кинескопа 10 смещаются без изменения взаимного расположения друг относительно друга посредством обычной кадровой развертки. Также общей для всех лучей является строчная (в вертикальном направлении) развертка. Каждый луч в любой момент времени будет передавать видеоинформацию для того глаза зрителя 4, для которого выполняется условие компланарности (нахождения в одной плоскости) совместно с вертикальной бегущей щелью 16. В явной форме это условие отражено в формуле (5).The initial azimuthal coordinates of these rays X _koi for the extreme state of the vertical traveling slit 16 with the coordinate S _o are set by the horizontal adjustment unit 11. This relatively small displacement of the rays can be achieved by means of individual deflection of each of the rays, for example, using an electrostatic deflection system. As the vertical traveling slit 16 is displaced, in accordance with the horizontal sync pulses, all four beams of the multipath kinescope 10 are displaced without changing their relative position relative to each other by means of a conventional vertical scan. Also common for all beams is the horizontal (vertical) scan. Each beam at any time will transmit video information for that eye of the viewer 4, for which the condition of coplanarity (being in the same plane) is fulfilled together with the vertical traveling slot 16. In explicit form, this condition is reflected in formula (5).

За время кадра вертикальная бегущая щель 16 пробегает все возможные положения, заполняя весь кадр. Если кадровая частота достаточно велика, например 50 Герц, то глаза зрителей 4 в силу своей инерционности воспримут всю кадровую видеоинформацию. During the frame, the vertical running slot 16 runs through all possible positions, filling the entire frame. If the frame rate is sufficiently high, for example, 50 Hertz, then the eyes of viewers 4, due to their inertia, will perceive all frame video information.

Преобразователь адресов видеосигнала 5 в соответствии с формулами (2), (3) и (4) пересчитывает каждый пиксель объемного изображения, вводимого в него с помощью внешнего запоминающего блока 9. Так как оптический локатор 17 передает на преобразователь адресов видеосигнала 5 координаты нескольких глаз зрителей 4 (в нашем случае, четыре), то один и тот же пиксель исходного видеоизображения, вырабатываемого внешним запоминающим блоком 9, будет воспроизводиться для четырех разных глаз зрителей 4 четырьмя яркостными точками в четырех различных участках экрана многолучевого кинескопа 10, вычисленных по формулам (2) и (4). Поэтому в преобразователе адресов видеосигнала 5 целесообразно образовать несколько видеостраниц, работающих параллельно, причем каждая видеостраница должна содержать видеоизбражение ракурса (т.е. видеоинформацию об яркости каждого пикселя в кадре для какого-то одного глаза зрителя 4), каждая видеостраница воспроизводится своим индивидуальным лучом, а общее число видеостраниц равно числу глаз зрителей 4. В дальнейшем будем полагать, что число видеостраниц ы преобразователе адресов видеосигнала 5 равно четырем. The video address converter 5 in accordance with formulas (2), (3) and (4) recalculates each pixel of the volumetric image input into it using the external storage unit 9. Since the optical locator 17 transmits the coordinates of several eyes of the viewer to the video signal address converter 5 4 (in our case, four), then the same pixel of the original video image produced by the external storage unit 9 will be reproduced for four different eyes of the audience 4 by four brightness points in four different sections x multipath screen of kinescope 10, calculated by the formulas (2) and (4). Therefore, it is advisable to create several video pages operating in parallel in the video address converter 5, each video page containing a video image of the angle (i.e., video information about the brightness of each pixel in the frame for one eye of the viewer 4), each video page is reproduced by its own individual beam, and the total number of video pages is equal to the number of viewers eyes 4. In the future, we will assume that the number of video pages in video address converter 5 is four.

Такая организация нескольких видеостраниц в преобразователе адресов видеосигнала 5 предусмотрена в языках высокого уровня, например, в Borland C++ стандартной функцией getgraphmode, а переход со страницы на страницу - стандартной функцией setvisualpage (N). Such organization of several video pages in video address converter 5 is provided in high-level languages, for example, in Borland C ++ with the standard getgraphmode function, and the transition from page to page with the standard setvisualpage (N) function.

В целом, такое управление многолучевым кинескопом 2 позволит получить независимую видеоинформацию каждым глазом каждого зрителя 4. In general, such control of a multipath kinescope 2 will make it possible to obtain independent video information with each eye of each viewer 4.

Временная диаграмма, приведенная на фиг.4, иллюстрирует взаимное расположение светоинформационных столбцов 19 многолучевого кинескопа 10 и изменения их взаимного расположения при изменении азимутальной координаты и дальности двух зрителей 4. За время T_к между N и N+1 кадром в преобразователь адресов видеосигнала 5 поступает с оптического локатора 17 новая информация о положении зрителей 4. Пусть зритель З₁ приблизился к экрану многолучевого кинескопа 10, не изменяя своего азимутального положение, а зритель З₂ свое положение по азимуту, не меняя дальности. При этом возрастает величина азимутального (т. е. по горизонтали) расстояние между теми двумя светоинформационными столбцами 19 многолучевого кинескопа 10 а-а и б-б, которые создают изображение для глаз первого зрителя З₁, и переместятся относительно положения вертикальной бегущей щели 16 на обтюрационной жидкокристаллической матрице 2 положения тех двух светоинформационных столбцов 19, которые создают изображение для второго зрителя З₂ (лучи в-в и г-г).The timing diagram shown in figure 4 illustrates the relative position of the light information columns 19 of the multipath kinescope 10 and the change in their relative position when changing the azimuthal coordinate and the distance of two viewers 4. During the time T _to between N and N + 1 frame, the video address converter 5 receives from optical locator 17 new information about the position of the audience 4. Let the viewer Z ₁ approach the screen of the multi-beam picture tube 10 without changing its azimuthal position, and the viewer Z ₂ its position in azimuth, not me I range. In this case, the magnitude of the azimuthal (i.e., horizontal) distance between those two light-information columns 19 of the multipath kinescope 10 a-a and b-b that create an image for the eyes of the first viewer Z ₁ increases and moves relative to the position of the vertical traveling slit 16 by obturation liquid crystal matrix 2 of the position of those two light-information columns 19, which create an image for the second viewer Z ₂ (rays-in and g-g).

На фиг. 5, 6 показан случай, когда в обтюрационной жидкокристаллической матрице 2 имеется еще одна дополнительная вертикальная бегущая щель 16. Если эта дополнительнаая вертикальная бегущая щель 16 находится на небольшом расстоянии от основной (фиг.5), то через нее возможны помехи одного зрителя 4 другому при наблюдении ими объемного изображения. (См, несанкционированные лучи в-в, г-г фиг. 6). Однако, если расстояние между щелями достаточно велико, так что несанкционированные лучи расходятся под углом, превышающим допустимый угол обзора, то мешающее действие этих лучей исчезнет. При этом устройство приобретет новое качество. Становится возможным либо уменьшить скорость кадровой развертки при сохранении горизонтального разрешения (это важно для обтюрационной жидкокристаллической матрицы 2, поскольку скорость ее переключения ограничена), либо увеличить вдвое горизонтальное разрешение путем увеличения вдвое числа различных элементов. In FIG. 5, 6 shows the case when in the obturation liquid crystal matrix 2 there is another additional vertical traveling slit 16. If this additional vertical traveling slit 16 is located at a small distance from the main one (Fig. 5), interference from one viewer 4 to another is possible through it their observation of a three-dimensional image. (See, unauthorized rays-in, g-d of Fig. 6). However, if the distance between the slots is large enough so that unauthorized rays diverge at an angle that exceeds the permissible viewing angle, then the interfering effect of these rays will disappear. In this case, the device will acquire a new quality. It becomes possible either to reduce the frame scan speed while maintaining horizontal resolution (this is important for the obturation liquid crystal matrix 2, since its switching speed is limited), or to double the horizontal resolution by doubling the number of different elements.

Отметим одну важную особенность предлагаемого устройства. Поскольку каждый глаз зрителя 4 получает индивидуальную информацию, у него появляется возможность независимого от других зрителей оглядывания объемного изображения. We note one important feature of the proposed device. Since each eye of the viewer 4 receives individual information, he has the opportunity independent of other viewers to look around the three-dimensional image.

Детальный анализ работы заявленного устройства позволяет сделать заключение о возможности одновременного просмотра с одного и того же устройства формирования объемного изображения разными зрителями разных телепередач. Это становится возможным при выполнении условий:
приемник заявленного устройства по крайней мере двухканальный;
производительность преобразователя видеосигналов 5 позволяет пересчитывать координаты пикселей по крайней мере двух видеоканалов с организацией двух пар видеостраниц, первая пара -для восприятия объемного изображения первым зрителем, вторая пара вторым зрителем;
в устройстве осуществляется разделение звукового сопровождения.A detailed analysis of the operation of the claimed device allows us to conclude that it is possible to simultaneously view different TV shows from different viewers from the same volumetric image forming device. This becomes possible when the following conditions are met:
the receiver of the claimed device is at least two-channel;
the performance of the video signal converter 5 allows you to recalculate the coordinates of the pixels of at least two video channels with the organization of two pairs of video pages, the first pair - for the perception of volumetric images by the first viewer, the second pair by the second viewer;
the device is the separation of sound.

Разделение звукового сопровождения можно осуществить с помощью наушников, либо подключаемых к параллельным звуковым каналам устройства, либо посредством использования модулированного ИК-луча с несколькими разными частотами модуляции и приемом соответствующего сигнала звукового сопровождения каждым зрителем. Sound separation can be done using headphones, either connected to the device’s parallel sound channels, or by using a modulated infrared beam with several different modulation frequencies and receiving an appropriate sound signal from each viewer.

Следует иметь ввиду, что форма выполнения изобретения, описанная выше и показанная на чертежах, представляет собой только возможный предпочтительный вариант его осуществления. Могут быть использованы различные вариации выполнения изобретения в отношении формы выполнения отдельных элементов, отдельные элементы могут быть заменены эквивалентными. It should be borne in mind that the embodiment of the invention described above and shown in the drawings is only a possible preferred embodiment of its implementation. Various variations of the invention may be used with respect to the form of execution of the individual elements, the individual elements may be replaced by equivalent ones.

Источник информации
1. Патент Англии N 2206763, кл. H 04 N 13/04, кл. НКИ H 4 F, 1988.A source of information
1. England patent N 2206763, cl. H 04 N 13/04, cl. NKI H 4 F, 1988.

2. Шыырап, К. П. Копин, В. Е. Джакония, С.З. Коганер, В.С. Шумляев. "Техника кино и телевидения", 1988, N 12, с. 34-36. 2. Shyyrap, K.P. Kopin, V.E. Dzhakoniya, S.Z. Koganer, V.S. Shumlyaev. "Technique of film and television", 1988, N 12, p. 34-36.

3. Патент РФ N 2059995, кл. H 04 N 13/04, заявл. 25.06.91. 3. RF patent N 2059995, cl. H 04 N 13/04 claimed. 06/25/91.

Claims

1. The device for forming a three-dimensional image containing a reproducing unit, the outputs of which are optically coupled to an optical driver rigidly connected to the reproducing unit and optically connected to the eyes of the audience, characterized in that a video address converter, first, second and third interfaces, an external a storage unit, a unit for determining the coordinates of the eyes of the audience, a block of shift registers, and the output of the external storage unit is electrically connected to the first input of the address converter video signal, the second input of which through the second interface is electrically connected to the output of the unit for determining the coordinates of the eyes of the audience, the first output of the video address converter through the first interface is electrically connected to the first and second inputs of the reproducing unit, the second output of the video address converter is electrically connected through the third interface to the third and the fourth inputs of the reproducing block and with the input of the block of shift registers, the output of which is electrically connected to the input of the optical Atelier.

2. The device according to claim 1, characterized in that the reproducing unit comprises a kinescope, a horizontal adjustment unit, a brightness unit, a horizontal unit and a vertical unit, the outputs of the horizontal adjustment unit, a brightness unit, a horizontal unit and a vertical unit being electrically connected with the corresponding inputs of the kinescope, and their inputs are respectively the first, second, third and fourth inputs of the reproducing unit, while the kinescope is made N-beam, where N is an even integer, has an optical connection with the optical driver and is rigidly mechanically connected to it.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the unit for determining the coordinates of the eyes of the audience is made in the form of an optical locator, the output of which is the output of the unit for determining the coordinates of the eyes of the audience and counterreflectors mounted on the head of the viewer on the same vertical with his eyes, while the input of the optical locator and counterreflectors are connected between themselves optically.

4. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the optical shaper is made in the form of a liquid crystal obturation matrix with at least one traveling slit, while the input of the liquid crystal obturation matrix is a control input of the optical former.

5. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the distance between the traveling slots of the liquid crystal matrix is selected in accordance with the expression
q <arctan (D / l _o ),
where q is the maximum viewing angle of the three-dimensional image;
D the distance between the running slits;
l _{o the} distance between the liquid crystal matrix and the multipath kinescope.