RU2093970C1

RU2093970C1 - Device for generation of stereo image

Info

Publication number: RU2093970C1
Authority: RU
Inventors: Альберт Леонидович Логутко
Original assignee: Альберт Леонидович Логутко
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: TV equipment, TV and computer games. SUBSTANCE: device has orthogonal stereo image generator 1, calculation unit 2, unit 3 which generates coordinates of eyes of observer 4. Coordinate signal generation unit 3 has optical locator 5, two counter-reflectors 6a and 6b which are optically connected to optical locator 5, which has probing beam position detector 7, focusing lens 8, photodetector 9, pulse generator 10, infrared source 11, collimator 12, optical splitter 13. Orthogonal stereo image generator 1 has light-information source and baffle-plate unit 16. EFFECT: increased functional capabilities. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области телевидения и может быть использовано в системах телевидения, а также объемных теле- и компьютерных играх. The invention relates to the field of television and can be used in television systems, as well as surround television and computer games.

Известно устройство, в котором остостереоскопическое (объемное) изображение формируется с помощью телевизора или телемонитора с использованием двух формирователей полукадров объемного изображения, соединенных с телевизором или телемонитором, и обтюрационного блока, выполненного в виде очков со стеклами на жидких кристаллах, предназначенных для передачи изображения попеременно для левого и правого глаз наблюдателя [1]
Недостатками данного устройства являются низкое качество объемного изображения вследствие наличия псевдостереоэффекта, а также невозможность оглядывания изображения.A device is known in which an ostereoscopic (three-dimensional) image is formed using a television or a television monitor using two formers of half-frames of a three-dimensional image connected to a television or a television monitor and an obturation block made in the form of glasses with glasses on liquid crystals designed to transmit an image alternately for left and right eye of the observer [1]
The disadvantages of this device are the low quality of the volumetric image due to the presence of a pseudo-stereo effect, as well as the inability to look around the image.

Наиболее близким по технической сущности и выбранным за прототип является устройство для формирования ортостереоскопического изображения, включающее передвижной блок воспроизведения ортостереоскопического изображения, вычислитель, блок определения координат наблюдателя, выходы которого подключены к соответствующим входам вычислителя, передвижной блок стереоскопической камеры, выходы которого подключены через канал связи к соответствующим входам передвижного блока воспроизведения ортостереоскопического изображения [2]
При работе известного устройства блок определения координат наблюдателя осуществляет слежение за позицией наблюдателя в пространстве. Сигналы о координатах наблюдателя поступают в вычислитель, который в соответствии в ними определяет необходимые для получения неискаженного ортостереоскопического изображения положения передвижного блока воспроизведения ортостереоскопического изображения и передвижного блока стереоскопической камеры в пространстве.The closest in technical essence and selected for the prototype is a device for forming an orthostereoscopic image, including a mobile unit for reproducing an orthostereoscopic image, a computer, a unit for determining the coordinates of the observer whose outputs are connected to the corresponding inputs of the computer, a mobile unit for a stereoscopic camera, the outputs of which are connected through a communication channel to corresponding inputs of the mobile unit for reproducing the orthostereoscopic image [2]
When the known device is in operation, the observer coordinate determination unit monitors the position of the observer in space. The signals about the observer's coordinates are sent to a computer, which, in accordance with them, determines the position of the mobile unit for reproducing the orthostereoscopic image and the mobile unit of the stereoscopic camera in space necessary for obtaining an undistorted orthostereoscopic image.

В данном устройстве устраняется псевдостереоэффект и появляется возможность оглядывания ортостереоскопического изображения. Эффект оглядывания объекта может воспроизводится и при отображении синтезированных ЭВМ объемных изображений без использования передвижного блока стереоскопической камеры. В этом случае ЭВМ в соответствии с сигналами о координатах наблюдателя будет синтезировать изображения требуемых ракурсов. In this device, the pseudo-stereo effect is eliminated and it becomes possible to look around the orthostereoscopic image. The effect of looking around an object can also be reproduced when displaying computer-synthesized computer-based three-dimensional images without using a mobile unit of a stereoscopic camera. In this case, the computer in accordance with the signals about the coordinates of the observer will synthesize images of the required angles.

К недостаткам прототипа относятся сложность его конструкции, значительные габариты и масса. Воспроизведение синтезированных ЭВМ объемных изображений требуемых в зависимости от положения наблюдателя, ракурсов невозможно без механических поворотов вокруг горизонтальной и вертикальной осей передвижного блока воспроизведения объемного изображения, что снижает быстродействие устройства и его надежность. Кроме того, в устройстве не предложены ни конкретная конструкция блока определения координат наблюдателя, ни конкретная конструкция устройства, позволяющего проводить селекцию изображения для левого и правого глаз наблюдателя. The disadvantages of the prototype include the complexity of its design, significant dimensions and weight. The reproduction of synthesized computers of volumetric images required depending on the position of the observer, angles is impossible without mechanical rotations around the horizontal and vertical axes of the mobile unit for reproducing the volumetric image, which reduces the speed of the device and its reliability. In addition, the device does not offer a specific design of the unit for determining the coordinates of the observer, nor a specific design of the device that allows selection of images for the left and right eyes of the observer.

Изобретение решает техническую задачу упрощения конструкции устройства и улучшения его массогабаритных характеристик. The invention solves the technical problem of simplifying the design of the device and improving its overall dimensions.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для формирования ортостереоскопического изображения содержит блок воспроизведения ортостереоскопического изображения, вычислитель, выходы которого подключены к соответствующим входам блока воспроизведения ортостереоскопического изображения, блок формирования сигнала координат наблюдателя, первый и второй электрические выходы которого подключены к первому и второму входам вычислителя. The essence of the invention lies in the fact that the device for generating an orthostereoscopic image comprises an orthostereoscopic image reproducing unit, a computer, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the orthostereoscopic image reproducing unit, an observer coordinate signal generating unit, the first and second electrical outputs of which are connected to the first and second inputs of the computer .

Применяемый здесь термин "блок воспроизведения ортостереоскопического изображения" обозначает устройство, воспроизводящее ортостереоскопическое (объемное) изображение как полученное с помощью теле- или видеокамер, так и синтезированное на ЭВМ. Это устройство преобразует ортостереоскопическое изображение, записанное на машинах носителях, в видимое изображение, направленное в глаза наблюдателя. As used herein, the term “orthostereoscopic image reproducing unit” means a device reproducing an orthostereoscopic (volumetric) image, both obtained by means of television or video cameras, and synthesized on a computer. This device converts an orthostereoscopic image recorded on carrier machines into a visible image directed to the eyes of the observer.

В отличие от прототипа блок формирования сигнала координат наблюдателя выполнен в виде оптического локатора и двух контррефлекторов, причем оптический локатор пространственно зафиксирован относительно блока воспроизведения ортостереоскопического изображения, а контррефлекторы выполнены с возможностью крепления на теле наблюдателя на равном расстоянии относительно его плоскости симметрии и оптически с оптическим локатором. Unlike the prototype, the observer coordinate signal generation unit is made in the form of an optical locator and two counterreflectors, the optical locator being spatially fixed relative to the orthostereoscopic image reproducing unit, and the counterreflectors are made with the possibility of mounting on the observer’s body at an equal distance relative to its symmetry plane and optically with an optical locator .

Применяемый здесь термин "контррефлектор" обозначает оптический элемент, обладающий свойствами зеркального отражения падающего на него оптического излучения в направлении источника света. Несколько подобных оптических элементов, расположенных таким образом, что отраженный ими сигнал воспринимается оптическим локатором как один сигнал, определяются в данном случае как один "контррефлектор". As used herein, the term "counterreflector" means an optical element having the properties of specular reflection of the incident optical radiation in the direction of the light source. Several similar optical elements arranged in such a way that the signal reflected by them is perceived by the optical locator as one signal, are defined in this case as one "counterreflector".

Симметричное крепление контррефлекторов на теле наблюдателя необходимо потому, что оптический локатор по сигналам от контррефлекторов определяет угловое положение точки, делящей расстояние между ними пополам, считая положение наблюдателя совпадающим с положением этой точки, а также для определения расстояния от экрана светоинформационного излучателя до глаз наблюдателя. Symmetric mounting of counterreflectors on the body of the observer is necessary because the optical locator determines the angular position of the point dividing the distance between them in half from the signals from the counterreflectors, considering the position of the observer to coincide with the position of this point, and also to determine the distance from the screen of the light-emitting emitter to the observer's eyes.

Оптический локатор может содержать датчик положения зондирующего луча, фокусирующую линзу, фотоприемник, формирователь импульсов и последовательно расположенные и оптически связанные между собой основной инфракрасный излучатель, коллиматор, оптический делитель и сканер. Оптический выход сканера является оптическим выходом оптического локатора. Дополнительный оптический выход делителя оптически связан через фокусирующую линзу с оптическим входом фотоприемника. Выход фотоприемника электрически подключен к входу формирователя импульсов, выход формирователя импульсов является первым электрическим выходом блока формирования сигнала наблюдателя, а электрический выход датчика положения зондирующего луча является вторым электрическим выходом блока формирования сигнала координат наблюдателя, при это датчик положения зондирующего луча жестко связан со сканером. The optical locator may include a probe beam position sensor, a focusing lens, a photodetector, a pulse shaper, and a main infrared emitter, a collimator, an optical divider, and a scanner that are sequentially located and optically connected to each other. The optical output of the scanner is the optical output of the optical locator. An additional optical output of the divider is optically coupled through a focusing lens to the optical input of the photodetector. The output of the photodetector is electrically connected to the input of the pulse shaper, the output of the pulse shaper is the first electrical output of the observer signal generating unit, and the electrical output of the probe beam position sensor is the second electrical output of the observer coordinate signal generating unit, while the probe beam position sensor is rigidly connected to the scanner.

Применяемый здесь термин "оптический делитель" обозначает оптический элемент, пропускающий узкий пучок или плоский веер оптических лучей на передачу и отражающий широкий пучок оптических лучей на прием оптических сигналов. As used herein, the term "optical divider" refers to an optical element that transmits a narrow beam or a flat fan of optical rays to transmit and reflects a wide beam of optical rays to receive optical signals.

Блок воспроизведения ортостереоскопического изображения может содержать обтюрационный блок, имеющий дополнительный инфракрасный излучатель, очки со стеклами на жидких кристаллах, закрепленные на очках синхронизатор, дополнительный фотоприемник, один общий и два управляющих электрода стекол на жидких кристаллах. При этом управляющие электроды стекол на жидких кристаллах электрически соединены с соответствующими выходами синхронизатора, вход которого электрически соединен с выходом дополнительного фотоприемника, электрически соединенного своим входом с общим электродом. Кроме того, дополнительный инфракрасный излучатель оптически связан с дополнительным фотоприемником, при этом электрический выход блока воспроизведения ортостереоскопического изображения соединен с входом дополнительного инфракрасного излучателя. An orthostereoscopic image reproducing unit may include an obturation block having an additional infrared emitter, glasses with glasses on liquid crystals, a synchronizer attached to the glasses, an additional photodetector, one common and two control electrodes of glasses on liquid crystals. In this case, the control electrodes of glasses on liquid crystals are electrically connected to the corresponding outputs of the synchronizer, the input of which is electrically connected to the output of an additional photodetector, electrically connected by its input to a common electrode. In addition, the additional infrared emitter is optically coupled to the additional photodetector, while the electrical output of the orthostereoscopic image reproducing unit is connected to the input of the additional infrared emitter.

Контррефлекторы могут быть закреплены на очках на равном расстоянии относительно оси симметрии очков. Это удобно и не снижает комфортности при восприятии объемного изображения. Counterreflectors can be mounted on the glasses at an equal distance relative to the axis of symmetry of the glasses. This is convenient and does not reduce comfort when perceiving a three-dimensional image.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства для формирования ортостереоскопического изображения; на фиг. 2 общий вид предлагаемого устройства для формирования ортостереоскопического изображения; на фиг. 3 - оптическая схема оптического локатора; на фиг. 4 блок-схема обтюрационного блока; на фиг. 5 конструкция обтюрационного блока с закрепленными на очках контррефлекторами; на фиг. 6 временная зависимость:
а) текущей азимутальной характеристики инфракрасного луча оптического локатора,
b) текучей угломестной характеристики инфракрасного луча оптического локатора,
с) сигналов от контррефлекторов на формирователе импульсов,
d) сигналов от дополнительного фотоприемника на переключение синхронизатора и стекол на жидких кристаллах; на фиг. 7 изображен ход лучей, поясняющий алгоритм преобразования изображения точки вычислителем:
a) при начальном положении наблюдателя,
b) при повороте наблюдателя.In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device for forming an orthostereoscopic image; in FIG. 2 is a General view of the proposed device for forming an orthostereoscopic image; in FIG. 3 is an optical diagram of an optical locator; in FIG. 4 block diagram of the obturation block; in FIG. 5 design of the obturation block with counterreflectors fixed to the glasses; in FIG. 6 time dependence:
a) the current azimuthal characteristics of the infrared beam of the optical locator,
b) fluid angular characteristic of the infrared beam of the optical locator,
c) signals from counterreflectors on a pulse shaper,
d) signals from an additional photodetector for switching the synchronizer and glasses on liquid crystals; in FIG. 7 is a ray path illustrating an algorithm for converting a point image by a computer:
a) at the initial position of the observer,
b) when turning the observer.

Устройство для формирования ортостереоскопического изображения, включает (фиг. 1,2) блок воспроизведения ортостереоскопического изображения 1 и вычислитель 2, которым может быть персональный компьютер, имеющий память достаточной емкости и достаточную производительность. Устройство имеет также блок формирования сигнала координат 3 наблюдателя 4. В блок формирования сигнала координат 3 наблюдателя 4 входят оптический локатор 5 и два контррефлектора 6 (6a левый контррефлектор и 6b -правый коктррефлектор), оптически связанных с оптическим локатором 5. Выходы оптического локатора 5 подключены к соответствующим входам вычислителя 2. A device for generating an orthostereoscopic image includes (Fig. 1,2) an orthostereoscopic image reproducing unit 1 and a computer 2, which may be a personal computer having a memory of sufficient capacity and sufficient performance. The device also has a unit for generating a signal of coordinates 3 of observer 4. The unit for generating a signal of coordinates 3 of observer 4 includes an optical locator 5 and two counterreflectors 6 (6a the left counterreflector and 6b the right coktreflector) optically connected to the optical locator 5. The outputs of the optical locator 5 are connected to the corresponding inputs of the calculator 2.

Оптический локатор 5 имеет (фиг.3) датчик положения зондирующего луча 7, фокусирующую линзу 8, фотоприемник 9, формирователь импульсов 10 и последовательно расположенные и оптически связанные между собой основной инфракрасный излучатель (например, светодиод) 11, коллиматор 12, оптический делитель 13, сканер 14, выполненный в виде барабана Вейлера. Дополнительный оптический выход оптического делителя 13 оптически связан через фокусирующую линзу 8 с фотоприемником 9. Выход фотоприемника 9 электрически подключен к входу формирователя импульсов 10. Датчик положения зондирующего луча 7 жестко соединен со сканером 14 и выполнен в виде цифрового фотоэлектрического датчика. The optical locator 5 has (Fig. 3) a position sensor for the probe beam 7, a focusing lens 8, a photodetector 9, a pulse shaper 10, and a main infrared emitter (e.g., LED) 11, a collimator 12, an optical divider 13, the scanner 14, made in the form of a Weiler drum. An additional optical output of the optical divider 13 is optically connected through the focusing lens 8 to the photodetector 9. The output of the photodetector 9 is electrically connected to the input of the pulse shaper 10. The position sensor of the probe beam 7 is rigidly connected to the scanner 14 and is made in the form of a digital photoelectric sensor.

Блок воспроизведения ортостереоскопического изображения 1 имеет светоинформационный излучатель 15, в качестве которого может быть использован, например, кинескоп, и обтюрационный блок 16. Блок воспроизведения ортостереоскопического изображения 1 может работать как при использовании изображения, полученного с помощью теле- или видеокамер, так и синтезированных с помощью ЭВМ. В дальнейшем пример осуществления изобретения будет основан на использовании изображения, синтезированного с помощью ЭВМ. The reproduction unit of the orthostereoscopic image 1 has a light-information emitter 15, for which, for example, a kinescope and obturation block 16 can be used. The reproduction unit of the orthostereoscopic image 1 can work both when using an image obtained using television or video cameras, or synthesized with using computers. In the following, an example embodiment of the invention will be based on the use of an image synthesized using a computer.

Выходы вычислителя 2 подключены к соответствующим входам светоинформационного излучателя 15. Оптический локатор 5 жестко механически закреплен на светоинформационном излучателе (кинескопе) 15 (фиг. 2). Обтюрационный блок 16 имеет (фиг. 4,5) дополнительный инфракрасный излучатель (например, светодиод) 17, очки 18 со стеклами 19 на жидких кристаллах, закрепленные на очках 18 синхронизатор 20, дополнительный фотоприемник 21, один общий 22 и два управляющих 23 электрода стекол 19 на жидких кристаллах. Дополнительный фотоприемник 21 выполнен малогабаритным. Синхронизатор 20 вмонтирован в дужку очков 18. The outputs of the calculator 2 are connected to the corresponding inputs of the light-information emitter 15. The optical locator 5 is rigidly mechanically fixed to the light-information emitter (kinescope) 15 (Fig. 2). Obturation block 16 has (Fig. 4,5) an additional infrared emitter (for example, an LED) 17, glasses 18 with glasses 19 on liquid crystals, a synchronizer 20 mounted on glasses 18, an additional photodetector 21, one common 22 and two control 23 glass electrodes 19 on liquid crystals. Additional photodetector 21 is made small. The synchronizer 20 is mounted in the temple of the glasses 18.

Управляющие электроды 23 стекол 19 на жидких кристаллах электрически соединены с соответствующими выходами синхронизатора 20. Вход синхронизатора 20 электрически соединен с выходом дополнительного фотоприемника 21. Дополнительный фотоприемник 21 электрически соединен своим входом с общим электродом 22 стекол 19. Дополнительный инфракрасный излучатель 17 оптически связан с дополнительным фотоприемником 21. Электрический выход блока воспроизведения ортостереоскопического изображения 1, которым является электрический выход светоинформационного излучателя 15, соединен с входом дополнительного инфракрасного излучателя 17. The control electrodes 23 of the liquid crystal 19 glasses are electrically connected to the respective outputs of the synchronizer 20. The input of the synchronizer 20 is electrically connected to the output of the additional photodetector 21. The additional photodetector 21 is electrically connected by its input to the common electrode 22 of the glasses 19. The additional infrared emitter 17 is optically connected to the additional photodetector 21. The electrical output of the reproducing unit of the orthostereoscopic image 1, which is the electrical output of light information th transducer 15 is connected to the input of additional infrared emitter 17.

Источником постоянного тока в электрической цепи обтюрационного блока 16 служит подключенный с помощью гибкого электропровода 24 малогабаритный аккумулятор 25, который при работе устройства может находиться, например, в кармане одежды наблюдателя 4. A direct current source in the electrical circuit of the obturation unit 16 is a small-sized battery 25 connected by means of a flexible electric wire 24, which, when the device is in operation, can be located, for example, in an observer’s clothing pocket 4.

Контррефлекторы 6 блока формирования сигнала координат 3 наблюдателя 4 закреплены на очках 18, симметрично над стеклами 19 из жидких кристаллов, при этом расстояние между осями симметрии контррефлекторов 6 имеет определенную величину S. The counterreflectors 6 of the coordinate signal forming unit 3 of observer 4 are mounted on glasses 18, symmetrically above the liquid crystal glasses 19, while the distance between the symmetry axes of the counterreflectors 6 has a certain value S.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии ортостереоскопическое (объемное) изображение, синтезированное с помощью вычислителя 2, подается с экрана светоинформационного излучателя 15 поочередно в виде полукадров для левого и правого глаза наблюдателя 4. Наблюдатель 4 находится на некотором расстоянии L от экрана светоинформационного излучателя 15 и, следовательно, от оптического локатора 5 блока формирования сигнала координат 3 наблюдателя 4. При работе устройства инфракрасный луч, сформированный в оптическом локаторе 5 поочередно элемент за элементом, освещает часть пространства перед собой (эту часть пространства назовем угловым сектором обзора), и последовательно попадает на контррефлекторы 6 у левого и правого глаза наблюдателя 4. Вследствие большой отражательной способности контррефлекторов 6 (на 3 -- 4 порядка превышающей отражательную способность обычных предметов в комнате) фотоприемник 9 оптического локатора 5 зафиксирует мощный сигнал в моменты t1 и t2 попадания луча на них, показанные на фиг.6, для любых вероятных расстояний наблюдателя 4 от экрана светоинформационного излучателя 15 (до 10 м). In the initial state, the orthostereoscopic (volumetric) image synthesized using calculator 2 is supplied from the screen of the light-emitting emitter 15 alternately in the form of half-frames for the left and right eyes of the observer 4. The observer 4 is located at a certain distance L from the screen of the light-information emitter 15 and, therefore, from of the optical locator 5 of the block for generating the signal of coordinates 3 of the observer 4. When the device is operating, the infrared beam formed in the optical locator 5 alternately element by element, illuminates part of the space in front of us (this part of the space will be called the angular sector of view), and sequentially falls onto the counterreflectors 6 at the left and right eyes of the observer 4. Due to the high reflectivity of the counterreflectors 6 (3-4 orders of magnitude higher than the reflectivity of ordinary objects in the room) 9 of the optical locator 5 will capture a powerful signal at the moments t1 and t2 of the beam hitting them, shown in Fig.6, for any probable distances of the observer 4 from the screen of the light-emitter emitter 15 (up to 10 m )

На фиг. 6a изображена зависимость азимутальной характеристики β инфракрасного луча оптического локатора 5 от времени t. In FIG. 6a shows the azimuthal characteristic β of the infrared ray of the optical locator 5 as a function of time t.

На фиг. 6b изображена зависимость угломестной характеристики e\ инфракрасного луча оптического локатора 5 от времени t, причем i-1,i,i+1,i+2 - это порядковый номер граней барабана сканера 14. In FIG. 6b shows the dependence of the elevation characteristic e \ of the infrared beam of the optical locator 5 on time t, and i-1, i, i + 1, i + 2 is the serial number of the faces of the scanner drum 14.

На фиг.6c изображена зависимость сигналов от контррефлекторов q на формирователе импульсов 10 U_f от времени t.On figs shows the dependence of the signals from the counterreflectors q on the pulse shaper 10 U _f from time t.

На фиг.6d изображена зависимость сигналов от дополнительного фотоприемника 21 на переключение синхронизатора 20 и стекол 19 на жидких кристаллах U_p от времени t.On fig.6d shows the dependence of the signals from the additional photodetector 21 to switch the synchronizer 20 and the glasses 19 on liquid crystals U _p from time t.

Так как контррефлекторов 6 два и они расположены на известном расстоянии S (фиг. 7) друг от друга, то фотоприемник 9 зафиксирует последовательно два разнесенных во времени сигнала (фиг.6c) примерно одинаковой интенсивности, а формирователь импульсов 10 выдаст импульсы стандартной формы на вычислитель 2. Текущие угловые координаты луча, постоянно вырабатываемые датчиком положения зондирующего луча 7 и передаваемые в вычислитель 2, фиксируются последним только в те моменты времени, когда приходит на его информационный вход импульс с формирователя импульсов 10, т.е. в моменты времени t1 и t2. Since there are two counterreflectors 6 and they are located at a known distance S (Fig. 7) from each other, the photodetector 9 will sequentially record two signals spaced in time (Fig. 6c) of approximately the same intensity, and pulse shaper 10 will output pulses of a standard shape to the calculator 2. The current angular coordinates of the beam, constantly generated by the position sensor of the probe beam 7 and transmitted to the calculator 2, are recorded last only at those times when a pulse with the For pulses 10, i.e. at times t1 and t2.

Эти угловые координаты, соответственно (β₁,ε₁) для момента t1 и (β₂,ε₂) для момента t2, вычислитель 2 преобразует и определяет положение центра межглазового расстояния, (β₀,ε₀) по формулам:

которые однозначно связаны с положением наблюдателя 4 в угловом секторе обзора оптического локатора 5.These angular coordinates, respectively (β ₁ , ε ₁ ) for time t1 and (β ₂ , ε ₂ ) for time t2, calculator 2 converts and determines the position of the center of the interocular distance, (β ₀ , ε ₀ ) according to the formulas:

which are uniquely related to the position of observer 4 in the angular sector of the optical locator 5.

Время между моментами времени t1 и t2, t Δ t2-t1 однозначно связано с расстоянием до наблюдателя 4 соотношением:
L = S/γ*Δt (2)
где S расстояние между контррефлекторами 6a и 6b, а γ -угловая скорость развертки инфракрасного луча.The time between time instants t1 and t2, t Δ t2-t1 is uniquely related to the distance to observer 4 by the ratio:
L = S / γ * Δt (2)
where S is the distance between the counterreflectors 6a and 6b, and γ is the angular sweep speed of the infrared beam.

Таким образом, сигналы, передаваемые с оптического локатора 5 на вход вычислителя 2, позволяют однозначно судить о положении наблюдателя 4. В момент окончания кадра с выхода светоинформационного излучателя 15 приходит импульс конца кадра на дополнительный инфракрасный излучатель 17, выполненный на основе светодиода. Дополнительный инфракрасный излучатель 17 вырабатывает световой импульс, распространяющийся в широком угловом секторе, который воспринимается дополнительным фотоприемником 21. По сигналу от дополнительного фотоприемника 21 синхронизатор 20 с помощью управляющих электродов 23 меняет режим работы стекол 19 на жидких кристаллах, поочередно перекрывая световые потоки на правый и левый глаз наблюдателя 4. Thus, the signals transmitted from the optical locator 5 to the input of the calculator 2 make it possible to unambiguously judge the position of the observer 4. At the end of the frame, the end of the frame receives a pulse from the end of the frame to an additional infrared emitter 17 based on the LED. An additional infrared emitter 17 generates a light pulse propagating in a wide angular sector, which is perceived by the additional photodetector 21. By the signal from the additional photodetector 21, the synchronizer 20, using the control electrodes 23, changes the operating mode of the glasses 19 on liquid crystals, alternating the light fluxes to the right and left observer's eye 4.

Вычислитель 2 в составе устройства работает следующим образом. В исходном состоянии вычислитель 2 формирует в плоскости OX экрана светоинформационного излучателя 15 стереопару изображений для левого и правого глаза наблюдателя центральной оси для определенного расстояния L до наблюдателя 4 (фиг.7а). При этом точка A, воспринимаемая наблюдателем 4 как находящаяся на центральной оси перед экраном светоинформационного излучателя 15 на расстоянии D от него, воссоздается двумя последовательно воспроизводимыми яркостными точками на экране светоинформационного излучателя 15 за два последовательных полукадра для левого и правого глаза со смещением относительно центра этого экрана каждой точки равным
X_moa D•S/((L-D)•2) -X_moa,
соответственно для левого и правого глаза наблюдателя 4. Для точки B, лежащей за экраном светоинформационного излучателя 15 на расстоянии D от него, это соотношение имеет вид:
X_mob D•S/((L+D)•2) -X_mob.Calculator 2 as part of the device operates as follows. In the initial state, the calculator 2 forms in the OX plane of the screen of the light-emitting emitter 15 a stereo pair of images for the left and right eyes of the observer of the central axis for a certain distance L from observer 4 (Fig. 7a). In this case, point A, perceived by observer 4 as being located on the central axis in front of the screen of the light-emitting emitter 15 at a distance D from it, is recreated by two successively reproduced brightness points on the screen of the light-emitting emitter 15 for two consecutive half-frames for the left and right eyes with an offset relative to the center of this screen equal to each point
X _moa D • S / ((LD) • 2) -X _moa ,
respectively, for the left and right eyes of the observer 4. For point B, lying behind the screen of the photo-information emitter 15 at a distance D from it, this ratio has the form:
X _mob D • S / ((L + D) • 2) -X _mob .

При изменении расстояния до наблюдателя 4 смещения точек преобразуются по этим же выражениям для новых вычислительных значений этого расстояния L согласно выражению (2). В обоих случаях смещения точек относительно центра экрана светоинформационного излучателя 15 симметричны. Если расстояние до наблюдателя 4 во много (в 4-5 и более раз) превышает размер экрана светоинформационного излучателя 15, то практически указанные соотношения справедливы для всех точек экрана светоинформационного излучателя 15. При изменении углового положения наблюдателя 4, например смещения его на угол v (фиг.7б), зафиксированный оптическим локатором 5, информация о нем передается в вычислитель 2, при этом последний выдает поправку на положение пары точек на экране светоинформационного излучателя 15. В этом случае центр пары для точки A смещается на величину

, равную:

относительно которого со смещением, определяемым выражением (2), вычисляются положения светящихся точек на экране светоинформационного излучателя 15.When changing the distance to the observer 4, the displacements of the points are transformed according to the same expressions for the new computational values of this distance L according to expression (2). In both cases, the displacements of the points relative to the center of the screen of the light-emitting emitter 15 are symmetrical. If the distance to the observer 4 is many (4-5 or more times) larger than the screen size of the light-emitter 15, then practically the indicated relations are true for all points of the screen of the light-emitter 15. When the angular position of the observer 4 changes, for example, its displacement by the angle v ( figb), fixed by the optical locator 5, information about it is transmitted to the calculator 2, while the latter gives an adjustment for the position of the pair of points on the screen of the light-emitting emitter 15. In this case, the center of the pair for point A is shifted t

equal to:

relative to which, with an offset defined by expression (2), the positions of the luminous points on the screen of the light-information emitter 15 are calculated.

Для точки B (фиг.7б) выражение для поправки имеет вид:

В ряде случаев, когда угол оглядывания небольшой, можно упростить выражения (5) и (6), приняв приближенно sinΦ=Φ а cos=1, тогда выражения (5) и (6) примут вид:

Таким образом, вычислитель 2 формирует сигналы для светоинформационного излучателя 15 с учетом положения наблюдателя 4.For point B (figb), the expression for the correction has the form:

In a number of cases, when the glancing angle is small, expressions (5) and (6) can be simplified by taking approximately sinΦ = Φ а cos = 1, then expressions (5) and (6) will take the form:

Thus, the calculator 2 generates signals for the photo information emitter 15 taking into account the position of the observer 4.

Дополнительный инфракрасный излучатель 17 позволяет осуществить совместно с дополнительным фотоприемником 21 синхронность переключения стекол 19 на жидких кристаллах обтюрационного блока 16. При попадании луча с дополнительного инфракрасного излучателя 17 на дополнительный фотоприемник 21 (фиг.4, 5) последний вырабатывает сигнал, который переключает синхронизатор 20. Импульс с синхронизатора 20 попеременно переключает при воздействии на управляющие электроды 23 режим работы стекол 19 на жидких кристаллах. An additional infrared emitter 17 allows, in conjunction with an additional photodetector 21, the synchronization of switching glasses 19 on the liquid crystals of the obturation unit 16. When a beam hits the additional infrared emitter 17 to an additional photodetector 21 (Figs. 4, 5), the latter generates a signal that switches the synchronizer 20. The pulse from the synchronizer 20 alternately switches when exposed to the control electrodes 23 the operation mode of the glasses 19 on liquid crystals.

На фиг.3 приведена оптическая схема оптического локатора 5. Пучок лучей от основного инфракрасного излучателя 11 с заданной угловой расходимостью формируется коллиматором 12, проходит через оптический делитель 13 и попадает на сканер 14, выполненный, например, в виде барабана Вайлера. Положение этого барабана и, следовательно, положение сформированного инфракрасного луча в пространстве определяются датчиком положения зондирующего луча 7, в качестве которого может быть использован цифровой фотоэлектрический датчик. Часть излучения, отраженная контррефлекторами 6, возвращается в направлении оптического локатора 5 и, последовательно отражаясь от граней сканера 14 и оптического делителя 13, фокусируется на поверхность фотоприемника 9 фокусирующей линзой 8. Фотоприемник 9 с формирователем импульсов 10 вырабатывают соответствующие сигналы при оптическом контакте инфракрасного луча с контррефлекторами 6. Figure 3 shows the optical diagram of the optical locator 5. A beam of rays from the main infrared emitter 11 with a given angular divergence is formed by the collimator 12, passes through the optical divider 13 and enters the scanner 14, made, for example, in the form of a Willer drum. The position of this drum and, therefore, the position of the formed infrared beam in space is determined by the position sensor of the probe beam 7, which can be used as a digital photoelectric sensor. Part of the radiation reflected by the counterreflectors 6 is returned in the direction of the optical locator 5 and, successively reflected from the faces of the scanner 14 and the optical divider 13, is focused on the surface of the photodetector 9 by the focusing lens 8. The photodetector 9 with the pulse shaper 10 generate the corresponding signals when the infrared beam is in optical contact with counterreflectors 6.

Таким образом, изобретение позволяет обеспечить достижение полезного эффекта упрощения конструкции устройства для получения объемного изображения и улучшения его массогабаритных характеристик за счет исключения значительного количества датчиков положения наблюдателя изображения и систем управления пространственным положением воспроизводящего блока. Использование изобретения позволяет также повысить быстродействие, надежность устройства для получения объемного изображения, а также комфортность при его эксплуатации. Thus, the invention allows to achieve the beneficial effect of simplifying the design of the device to obtain a three-dimensional image and improve its weight and size characteristics by eliminating a significant number of position sensors of the image observer and spatial position control systems of the reproducing unit. The use of the invention also improves the speed, reliability of the device for obtaining three-dimensional images, as well as comfort during its operation.

Источники информации:
1. Патент США N 4692792, кл. H04N 15/00, НКИ США 358-3.Information sources:
1. US patent N 4692792, class. H04N 15/00, NCI US 358-3.

2. Мамчев Г.В. Стереотелевизионные устройства отображения информации. М. Радио и связь, 1983, с.73 75. 2. Mamchev G.V. Stereo and television information display devices. M. Radio and Communications, 1983, p. 73 75.

Claims

A device for generating an orthostereoscopic image comprising an orthostereoscopic image reproducing unit, a calculator, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the orthostereoscopic image reproducing unit, an observer coordinate signal generating unit, the first and second electrical outputs of which are connected to the first and second inputs of the calculator, characterized in that the unit the formation of the observer coordinate signal is made in the form of an optical locator and two counterreflector , Wherein the optical locator spatially fixed relative to the image reproducing unit ortostereoskopicheskogo and kontrreflektory adapted to mount on the body of the observer at an equal distance with respect to the plane of symmetry and are optically coupled with optical locator.

2. The device according to claim 1, characterized in that the locator contains a probe position sensor, a focusing lens, a photodetector, a pulse shaper and a main infrared emitter, a collimator, an optical divider and a scanner, the optical output of which is optical, in series and optically connected with each other the output of the optical locator, while the additional optical output of the optical divider is optically connected through the focusing lens to the optical input of the photodetector, the output of which is electrically the ki is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is the first electrical output of the observer coordinate signal generation unit, and the electrical output of the probe beam position sensor is the second electrical output of the observer coordinate signal generation unit, while the probe beam position sensor is rigidly connected to the scanner.

3. The device according to claim 1, characterized in that the orthostereoscopic image reproducing unit comprises an obturation block having an additional infrared emitter, glasses with glasses on liquid crystals, a synchronizer attached to the glasses, an additional photodetector, one common and two control electrodes of glasses on liquid crystals wherein the control electrodes of the glasses on liquid crystals are electrically connected to the corresponding outputs of the synchronizer, the input of which is electrically connected to the output of the additional a photodetector electrically connected with its input to the common electrode, moreover, an additional infrared emitter is optically coupled with an additional photodetector, the electrical output of the rendering unit ortostereoskopicheskogo image connected with the input of additional infrared radiator.

4. The device according to claim 3, characterized in that the counterreflectors are mounted on the glasses at an equal distance relative to the axis of symmetry of the glasses.