RU2113771C1

RU2113771C1 - Method for obtaining three-dimensional tv picture

Info

Publication number: RU2113771C1
Application number: RU96120586A
Authority: RU
Inventors: В.А. Ежов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Русский щит"; ЕЖОВ Василий Александрович
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: generation of stereo TV images in arbitrary TV sets which video input is connected to arbitrary video signal source. SUBSTANCE: method involves usage of time delays of leading edges of line synchronization pulses for even TV fields. This results in generation of parallax between image in even TV fields and image in odd TV fields. Then light corresponding to left and right images is directed to left and right eyes of observer respectively. This results in possibility to eliminate processing of information content of video signal. Another claim of invention describes method which involves use of additional pulses which are added to video signal in order to achieve necessary delay of leading edges of line synchronization pulses. EFFECT: increased image quality. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к телевидению, точнее к телевизионным средствам получения объемных изображений и может быть использовано в любых телевизионных приемниках для просмотра в объемном изображении любых вещательных телепрограмм, видеофильмов, сцен от игровых телеприставок, видеокамер. The invention relates to television, more specifically to television, means of obtaining three-dimensional images and can be used in any television receivers for viewing in a three-dimensional image of any broadcast television programs, videos, scenes from game set-top boxes, video cameras.

Природная способность зрения человека видеть объемную сцену, располагая только двумя ее ракурсами (изображениями от двух глаз), используется в известных телевизионных средствах [1] для получения стереоскпических объемных изображений. Однако, чтобы видео- телесигнал содержал информацию об обоих ракурсах сцены, требуется использование нестандартного оборудования (специального источника сигнала), что резко сужает сферу применения указанных известных телевизионных средств. The natural ability of human vision to see a three-dimensional scene, having only two of its foreshortenings (images from two eyes), is used in well-known television means [1] to obtain stereoscopic three-dimensional images. However, in order for a video-television signal to contain information on both aspects of the scene, the use of non-standard equipment (a special signal source) is required, which drastically narrows the scope of application of these known television means.

Однако мозг наблюдателя способен выделять пространственную информацию даже из моноскопического изображения, если указанное изображение предъявляется левому и правому глазу наблюдателя раздельно, как левое и правое изображения с взаимным пространственным сдвигом (параллаксом). Для динамических сюжетов, особенно при горизонтальном повороте телекамеры, возникает множество сменяющих друг друга ракурсов, которые запоминаются в мозгу наблюдателя и сравниваются между собой. В результате наблюдатель видит "квазистереоскопическое" изображение, которое для ряда сюжетов мало отличимо от подлинного стереоизображения. Известен способ создания объемного телевизионного изображения, заключающийся в том, что видеосигнал, соответствующий моноскопическому исходному изображению, развертывают на экране в одних (для определенности, нечетных) телевизионных полях без изменения, а в других (четных) - развертывают после предварительного сдвига во времени соответствующих элементов видеосигнала так, что нечетные телевизионные поля образуют на экране левое изображение, сдвинутое в направлении строчной развертки на величину P по отношению к правому изображению, которое образуется развертыванием нечетных телевизионных полей, при этом P=V•T, где V-скорость строчной развертки, T - сдвиг во времени, и направляют световые потоки правого и левого изображений, генерируемые экраном, соответственно в левый и правый глаза наблюдателя [2]. However, the observer’s brain is able to extract spatial information even from a monoscopic image, if the specified image is presented to the left and right eyes of the observer separately, as the left and right images with mutual spatial shift (parallax). For dynamic scenes, especially when the camera rotates horizontally, there are many alternating angles that are stored in the observer’s brain and compared to each other. As a result, the observer sees a “quasi-stereoscopic” image, which for a number of scenes is little distinguishable from a true stereo image. There is a method of creating a three-dimensional television image, which consists in the fact that the video signal corresponding to the monoscopic source image is deployed on the screen in some (for definiteness, odd) television fields without change, and in others (even) they are deployed after a preliminary time shift of the corresponding elements of the video signal so that the odd television fields form a left image on the screen, shifted in the direction of horizontal scanning by a value of P relative to the right image, which The other is formed by the deployment of odd television fields, with P = V • T, where V is the horizontal scanning speed, T is the time shift, and direct the light fluxes of the right and left images generated by the screen into the observer’s left and right eyes, respectively [2] .

Здесь может использоваться практически любой источник видеосигнала и любое стандартное телевизионное средство наблюдения. Величина P (величина параллакса) задается величиной T временного сдвига. Основным недостатком указанного способа является трудность получения неискаженного цветного объемного изображения, обусловленная необходимостью сдвигать целиком весь видеосигнал для соответствующих телевизионных полей. Здесь для получения неискаженного задержанного цветного видеосигнала необходимо использовать широкополосный канал временной задержки, что является в настоящее время достаточно трудной проблемой. Например, при использовании гираторной интегральной аналоговой линии задержки, содержащейся в микросхеме K174XA27, не удается избежать как потери четкости, так и искажения цветности в задержанном сигнале (особенно для системы телевидения NTSC, наиболее чувствительной к фазо-частотным искажением видеосигнала). Переход к более высококачественным цифровым линиям задержки невозможен для существующего порядка стандартных аналоговых телевизионных средств (телеприемников) без существенного удорожания последних. Almost any video source and any standard television surveillance tool can be used here. The value of P (parallax value) is set by the time shift value T. The main disadvantage of this method is the difficulty of obtaining an undistorted color surround image, due to the need to shift the entire video signal for the corresponding television fields. Here, to obtain an undistorted delayed color video signal, it is necessary to use a broadband time delay channel, which is currently a rather difficult problem. For example, using the gyratic integrated analog delay line contained in the K174XA27 chip, both loss of clarity and color distortion in the delayed signal cannot be avoided (especially for the NTSC television system, which is most sensitive to phase-frequency distortion of the video signal). The transition to higher-quality digital delay lines is not possible for the existing order of standard analogue television means (television sets) without significantly increasing the cost of the latter.

Изобретение направлено на решение задачи получения высококачественных цветных и черно-белых объемных изображений с использованием стандартных телевизионных средств (без каких-либо изменений последних) для любых телевизионных систем PAL, SECAM, NTSC и для любых источников видеосигнала. The invention is aimed at solving the problem of obtaining high-quality color and black-and-white volumetric images using standard television means (without any changes to the latter) for any PAL, SECAM, NTSC television systems and for any video signal sources.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение качества изображения за счет минимизации или полного устранения каких-либо искажений видеосигнала. The technical result achieved by the implementation of the invention is to improve image quality by minimizing or completely eliminating any distortion of the video signal.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе создания объемного телевизионного изображения, заключается в том, что видеосигнал, соответствующий моноскопическому изображению, развертывают на экране в нечетных телевизионных полях изменения, а в четных - после предварительного сдвига во времени соответствующих элементов видеосигнала так, что четные телевизионные поля образуют на экране левое изображение, сдвинутое в направлении строчной развертки на величину P по отношению к правому изображению, которое образуется развертыванием нечетных телевизионных полей, при этом P= V•T, где V - скорость строчной развертки, T - сдвиг во времени, и направляют генерируемые экраном световые потоки левого и правого изображений соответственно в левый и правый глаз наблюдателя, сдвигают во времени только передние фронты строчных синхроимпульсов. The indicated technical result is achieved in that in the method for creating a three-dimensional television image, the video signal corresponding to the monoscopic image is expanded on the screen in the odd television fields, and in the even ones after a preliminary time shift of the corresponding video signal elements so that the even television fields form a left image on the screen, shifted in the direction of horizontal scanning by a value of P relative to the right image, which is formed once by twisting the odd television fields, with P = V • T, where V is the horizontal scanning speed, T is the time shift, and the light fluxes of the left and right images generated by the screen are directed to the observer's left and right eyes, respectively, only the leading edges are shifted in time horizontal sync pulses.

Конкретная частная форма осуществления способа заключается в выполнении временного сдвига передних фронтов синхроимпульсов в нечетных телевизионных полях путем суммирования видеосигнала с дополнительными импульсами, полярность которых противоположна полярности строчных синхроимпульсов, передние фронты дополнительных импульсов совпадают во времени с исходным положением передних фронтов соответствующих строчных синхроимпульсов, а задние фронты дополнительных импульсов определяют результирующее положение передних фронтов соответствующих синхроимпульсов. A particular particular embodiment of the method is to temporarily shift the leading edges of the clock pulses in odd television fields by summing the video signal with additional pulses whose polarity is opposite to the polarity of the horizontal clock pulses, the leading edges of the additional pulses coincide in time with the initial position of the leading edges of the corresponding horizontal clock pulses, and the trailing edges additional pulses determine the resulting position of the leading edges respectively etstvuyuschih clock.

Дополнительным техническим результатом при реализации указанной конкретной частной формы осуществления способа является расширение функциональных возможностей за счет варьирования параметрами дополнительных импульсов. An additional technical result in the implementation of this particular particular form of the method is the expansion of functionality by varying the parameters of additional pulses.

Фиг. 1 поясняет функциональную схему осуществления способа. FIG. 1 illustrates a functional diagram of a method.

Фиг. 2 иллюстрирует вид строчных синхроимпульсов со сдвинутыми передними фронтами в четных телевизионных полях. FIG. 2 illustrates the appearance of horizontal sync pulses with shifted leading edges in even television fields.

Фиг. 3 поясняет механизм возникновения параллакса между изображениями в четных и нечетных телевизионных полях. FIG. 3 illustrates the mechanism for the occurrence of parallax between images in even and odd television fields.

Фиг. 4 поясняет использование дополнительных импульсов для осуществления сдвига во времени передних фронтов строчных синхроимпульсов. FIG. 4 illustrates the use of additional pulses to effect a time shift of the leading edges of the horizontal sync pulses.

Фиг. 5 пояснят выполнение канала обработки видеосигнала. FIG. 5 illustrates the implementation of the video signal processing channel.

Способ осуществления следующим образом (фиг. 1). The implementation method as follows (Fig. 1).

Видеосигнал, соответствующий моноскопическому исходному изображению, в нечетных телевизионных полях (строки которых указаны сплошными линиями) развертывают на экране 1 без изменения, а в четных полях (строки указаны пунктиром) - после предварительного сдвига во времени передних фронтов строчных синхроимпульсов. Генерируемый экраном 1 световой поток 2 от правого изображения, формируемого в нечетных телевизионных полях, направляют в правый глаз 3 наблюдателя, а световой поток 4 от правого изображения, формируемого в четных телевизионных полях - в правых глаз 5 наблюдателя. The video signal corresponding to the monoscopic original image in the odd television fields (the lines of which are indicated by solid lines) are deployed on screen 1 without change, and in the even fields (the lines are indicated by the dotted line) after a preliminary time shift of the leading edges of the horizontal sync pulses. The luminous flux 2 generated by the screen 1 from the right image formed in the odd television fields is sent to the right eye 3 of the observer, and the luminous flux 4 from the right image formed in the even television fields is sent to the right eye 5 of the observer.

Механизм появления параллакса между изображениями в нечетных и четных телевизионных полях обусловлен следующим. В нечетных телевизионных полях видеосигнал каждой строки оставлен без изменения по сравнению с исходным. В четных телевизионных полях передний фронт 6 строчного синхросигнала (фиг.2) каждой строки задержан во времени на величину T по отношению к исходному положению 7 переднего фронта этого строчного синхросигнала. Система строчной развертки любого стандартного телевизора или видеомонитора синхронизируется передними фронтами строчных синхроимпульсов [3]. Обратный ход луча каждой строки начинается только после прихода переднего фронта соответствующего строчного синхроимпульса (указанный передний фронт является началом отсчета времени обратного хода). Сравним начало процесса развертки для строки нечетного поля (с передним фронтом 6) и строки четного поля (с передним фронтом 8) для одного и того же момента синхронизации (фиг. 3). Временной промежуток t₁ (включающий в себя время обратного хода) от момента синхронизации по предыдущей строке данного поля до момента начала развертки следующей строки является одним и тем же для строк нечетных и четных полей. Поэтому в момент времени t₀ для сигнала строки нечетного поля (передний фронт 8) начнется разворачиваться начальный элемент 9 информационного содержания нечетной строки, а для сигнала строки четного поля (передний фронт 6) - элемент 10, отстоящий во времени от начального элемента 11 информационного содержания данной строки на величину T временного сдвига. Это означает, что на экране начальные элементы всех строк четных полей будут сдвинуты влево на величину параллакса P=V•T по отношению к начальным элементам всех строк нечетных полей, где V - скорость сточной развертки. Поэтому все изображение, формируемое в четных полях, будет сдвинуто на величину параллакса T влево относительно изображения, формируемого в нечетных полях. В результате раздельного наблюдения каждым глазом соответствующего изображения наблюдатель воспринимает единую объемную сцену, находящуюся за экраном 1.The mechanism for the appearance of parallax between images in odd and even television fields is due to the following. In the odd television fields, the video signal of each line is left unchanged from the original. In even television fields, the leading edge 6 of the horizontal sync signal (FIG. 2) of each line is delayed in time by T in relation to the initial position 7 of the leading edge of this horizontal sync signal. The horizontal scanning system of any standard television or video monitor is synchronized by the leading edges of the horizontal sync pulses [3]. The return path of the beam of each line begins only after the arrival of the leading edge of the corresponding horizontal clock (the specified leading edge is the start of the countdown time). Let us compare the beginning of the sweep process for an odd field row (with a leading edge of 6) and an even field row (with a leading edge of 8) for the same synchronization moment (Fig. 3). The time interval t ₁ (including the return time) from the moment of synchronization on the previous line of this field to the moment the scan starts on the next line is the same for the lines of odd and even fields. Therefore, at time t _0, for the signal of the line of the odd field (leading edge 8), the initial element 9 of the information content of the odd line will begin to unfold, and for the signal of the line of the field of the even field (leading edge 6), the element 10, which is in time from the initial element 11 of the information content given line by the value of T time shift. This means that on the screen the initial elements of all lines of even fields will be shifted to the left by the parallax value P = V • T with respect to the initial elements of all lines of odd fields, where V is the speed of the drain scan. Therefore, the entire image formed in even fields will be shifted by the parallax value T to the left relative to the image formed in odd fields. As a result of separate observation by each eye of the corresponding image, the observer perceives a single volumetric scene located behind the screen 1.

В конкретной частной форме способа (фиг. 4) передние фронты строчных синхроимпульсов в четных телевизионных полях сдвигают от исходного положения 12_i (i - номер телевизионной строки в четном поле) до результирующего положения 13_i путем суммирования видеосигнала с дополнительными импульсами 14_i, полярность которых противоположна полярности строчных синхроимпульсов, передние фронты 15_i дополнительных импульсов совпадают во времени с исходным положением 12_i передних фронтов соответствующих строчных синхроимпульсов, а задние фронты 16_i дополнительных импульсов определяют результатирующее положение 13_i передних фронтов соответствующих синхроимпульсов.In a particular particular form of the method (Fig. 4), the leading edges of horizontal sync pulses in even television fields are shifted from the initial position 12 _i (i is the number of the television line in the even field) to the resulting position 13 _i by summing the video signal with additional pulses 14 _i , whose polarity opposite to the polarity of the horizontal sync pulses, the leading edges of 15 _i additional pulses coincide in time with the initial position 12 _{i of the} leading edges of the corresponding horizontal sync pulses, and the trailing edges of 16 _{i are} complementary The total pulses determine the resulting position 13 _{i of the} leading edges of the corresponding clock pulses.

Структурная схема канала 17 для осуществления требуемой обработки телевизионного видеосигнала представлена на фиг. 5. Видеосигнал от источника 18 поступает на один из входов сумматора 19, на другой вход которого через ключевой элемент 20 от генератора 21 поступают дополнительные импульсы. Блок синхронизации 22 открывает ключевой элемент 20 только во время поступления строк четных телевизионных полей, а также синхронизирует генерацию дополнительных импульсов с прохождением через сумматор 19 строчных синхроимпульсов четных полей. С выхода сумматора 19 видеосигнал поступает на вход стандартного телевизионного средства 23. Стандартным телевизионным средством 25 может быть, например, бытовой телевизор или видеомонитор, а источниками видеосигнала 18 - видеомагнитофон, видеоплеер, игровая видеоприставка, видеокамера. The block diagram of the channel 17 for the required processing of the television video signal is shown in FIG. 5. The video signal from the source 18 is supplied to one of the inputs of the adder 19, to the other input of which additional pulses are received through the key element 20 from the generator 21. The synchronization unit 22 opens the key element 20 only during the arrival of lines of even television fields, and also synchronizes the generation of additional pulses with the passage through the adder 19 of horizontal sync pulses of the even fields. From the output of the adder 19, the video signal is input to the standard television means 23. The standard television means 25 can be, for example, a household TV or video monitor, and the video sources 18 can be a video recorder, video player, game console, video camera.

Улучшение качества объемного изображения обусловлено минимизацией (практическим отсутствием) каких-либо (амплитудных, фазочастотных и других) искажений информационного содержания видеосигнала вследствие отсутствия какой-либо обработки элементов информационного содержания. The improvement in the quality of the volumetric image is due to the minimization (practical absence) of any (amplitude, phase-frequency, and other) distortions of the information content of the video signal due to the absence of any processing of information content elements.

Расширение функциональных возможностей обусловлено возможностью видоизменять геометрию наблюдаемой объемной сцены для достижения различных художественных эффектов. Например, для получения нарастающей снизу вверх глубины объемной сцены генерируют последовательность дополнительных импульсов, длительность которых максимальна в начале кадровой развертки (начинающейся вверху экрана) и линейно убывает с течение кадровой развертки. The expansion of functionality is due to the ability to modify the geometry of the observed volumetric scene to achieve various artistic effects. For example, in order to obtain the depth of the volumetric scene growing from bottom to top, a sequence of additional pulses is generated, the duration of which is maximum at the beginning of the frame scan (starting at the top of the screen) and decreases linearly with the frame scan.

Варьирование формой дополнительных синхроимпульсов позволяет, например, упростить регулировку канала обработки видеосигнала. В частности, дифференцирование дополнительных импульсов позволяет автоматически получить одинаковые значение постоянной составляющей результатирующего видеосигнала в четных и нечетных полях. Variation in the form of additional clock pulses allows, for example, to simplify the adjustment of the video processing channel. In particular, the differentiation of additional pulses allows you to automatically get the same value of the constant component of the resulting video signal in even and odd fields.

Литература
1. Патент Великобритании N 2216360, H 04 N 13/00, опублик. 04.10.89.Literature
1. UK patent N 2216360, H 04 N 13/00, published. 10/04/89.

2. Заявка PCT WO 88/10546, H 04 N 15/00, опублик. 29.12.88. 2. PCT Application WO 88/10546, H 04 N 15/00, published. 12/29/88.

3. Фельдман Л.Д. Черно-белый телевизор. - М.: Энергия, 1975, с. 28.1 3. Feldman L.D. Black and white tv. - M .: Energy, 1975, p. 28.1

Claims

1. A method of obtaining a three-dimensional television image, which consists in the fact that the video signal corresponding to the monoscopic source image is deployed on the screen in odd television fields without change, and in even ones after a preliminary time shift of the elements of the video signal so that even television fields form left image shifted along the horizontal scan by the value of P relative to the right image, which is formed by odd television fields, with P = V • N, where V is the speed of the horizontal p sweeps, T is a time shift, and direct the light fluxes of the left and right images generated by the screen respectively to the left and right eyes of the observer, characterized in that in even television fields, only the leading edges of horizontal sync pulses shift in time.

2. The method according to claim 1, characterized in that the leading edges of the horizontal sync pulses are shifted by summing the video signal with additional pulses whose polarity is opposite to the polarity of the horizontal sync pulses, while the leading edges of the additional pulses coincide in time with the initial position of the leading edges of the corresponding horizontal sync pulses, and the trailing edges of the additional pulses determine the resulting position of the leading edges of the corresponding clock pulses.

3. The method according to claim 2, characterized in that the parameters of the additional pulses vary, for example, duration or shape.