RU2157056C2 - Method for three-dimensional tv recording - Google Patents
Method for three-dimensional tv recording Download PDFInfo
- Publication number
- RU2157056C2 RU2157056C2 RU98101853A RU98101853A RU2157056C2 RU 2157056 C2 RU2157056 C2 RU 2157056C2 RU 98101853 A RU98101853 A RU 98101853A RU 98101853 A RU98101853 A RU 98101853A RU 2157056 C2 RU2157056 C2 RU 2157056C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transmitting
- cameras
- signals
- viewer
- frame
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области телевизионной техники, а именно к телевизионным системам, в которых формируется, передается и воспроизводится объемное изображение объектов, например, для телевизионного вещания, медицинской диагностики, конструирования деталей машин, компьютерных игр, создания театральных эффектов и т.д. The invention relates to the field of television technology, namely to television systems in which a three-dimensional image of objects is formed, transmitted and reproduced, for example, for television broadcasting, medical diagnostics, designing machine parts, computer games, creating theater effects, etc.
Объемное телевидение (ОТВ) осуществляется следующими основными этапами:
- наблюдение объекта с разных ракурсов совокупностью передающих камер, формирующих единое поле видеосигналов, отражающих трехмерное состояние наблюдаемой сцены (объекта);
- кодирование этого поля видеосигналов в форме, оптимальной для последующей передачи (или записи);
- передачу, прием и декодирование сформированных видеосигналов;
- преобразование принятой видеоинформации в оптические поля ракурсов, наблюдаемые зрителем.Surround television (OTV) is carried out in the following main stages:
- observation of an object from different angles by a set of transmitting cameras that form a single field of video signals that reflect the three-dimensional state of the observed scene (object);
- encoding of this field of video signals in a form optimal for subsequent transmission (or recording);
- transmission, reception and decoding of generated video signals;
- the conversion of the received video information into the optical fields of the angles observed by the viewer.
На каждом из этих этапов имеют место специфические трудности и технические противоречия, в частности:
- на этапе наблюдения необходимо видеть объект под различными углами, чтобы обеспечить в последующем зрителю, наблюдающему объемное изображение, широкий угол видения объекта с сочетанием плавности его оглядывания по вертикали и по горизонтали;
- на этапах формирования и кодирования сигналов от многочисленных ракурсов необходимо представление этих сигналов в форме, совместимой со стандартными телевизионными сигналами (видеосигналами);
- на этапе передачи (или записи) сигналов ОТВ, содержащих информацию о многочисленных ракурсах, желательно использовать стандартный телевизионный канал и стандартную записывающую аппаратуру;
- на этапе воспроизведения объемного изображения необходимо обеспечить восприятие каждым из зрителей только той пары ракурсов в совокупности цветовой и яркостной информации, которая соответствует расположению зрителя перед воспроизводящим экраном.At each of these stages, specific difficulties and technical contradictions take place, in particular:
- at the stage of observation, it is necessary to see the object from different angles in order to ensure in the subsequent viewer observing the three-dimensional image a wide viewing angle of the object with a combination of smoothness of looking around it vertically and horizontally;
- at the stages of formation and coding of signals from multiple angles, it is necessary to present these signals in a form compatible with standard television signals (video signals);
- at the stage of transmission (or recording) of OTV signals containing information on numerous angles, it is desirable to use a standard television channel and standard recording equipment;
- at the stage of reproducing the volumetric image, it is necessary to ensure that each viewer perceives only that pair of angles in the aggregate of color and brightness information that corresponds to the location of the viewer in front of the reproducing screen.
Вся совокупность этих трудностей и технических противоречий сводится к тому, что система ОТВ должна обеспечивать в реальном времени кодирование, передачу и воспроизведение объема видеоинформации, значительно превышающего таковой для существующих телевизионных стандартов. Все это приводит к усложнению всех звеньев системы ОТВ:
- необходимости использования широкой полосы частот в трактах записи, передачи, и воспроизведения;
- использования кодирующих и декодирующих устройств с высокой производительностью;
- использования устройств отображения с высоким линейным разрешением и высокой геометрической точностью воспроизведения для получения изображения как максимально соответствующего наблюдаемому объекту, так и сознательно деформируемому для обеспечения театральных эффектов.The whole combination of these difficulties and technical contradictions boils down to the fact that the OTV system must provide for real-time coding, transmission and reproduction of the amount of video information that significantly exceeds that for existing television standards. All this leads to the complication of all links of the OTV system:
- the need to use a wide frequency band in the recording, transmission, and playback paths;
- the use of encoding and decoding devices with high performance;
- the use of display devices with high linear resolution and high geometric fidelity to obtain an image as maximally relevant to the observed object, and deliberately deformable to provide theatrical effects.
Отметим, что попытки решения проблем системы ОТВ по частям к успеху не приводят. Для создания системы ОТВ, пригодной для широкого использования, необходим подход интегральной, в целом, ко всем этапам одновременно, ибо эти части взаимосвязаны и взаимообусловлены. Note that attempts to solve the problems of the OTV system in parts do not lead to success. To create an OTV system suitable for widespread use, an integral approach is needed, as a whole, to all stages at the same time, because these parts are interconnected and interdependent.
Известны способы ОТВ, в которых формируется, передается и воспроизводится изображение объектов в виде стереопары, состоящей из правого и левого полей, попадающих, соответственно, в правый и левый глаза зрителей при помощи специальных стереоскопических очков [1,2]. Такое решение проблемы ОТВ, (главным образом, за счет этапов наблюдения, кодирования и воспроизведения) приводит к неудобству восприятия из-за необходимости использовать специальные средства - очки. Known OTV methods in which an image of objects is formed, transmitted and reproduced in the form of a stereo pair consisting of right and left fields falling into the right and left eyes of the audience, respectively, using special stereoscopic glasses [1,2]. Such a solution to the OTV problem, (mainly due to the stages of observation, coding, and reproduction) leads to inconvenience of perception due to the need to use special means - glasses.
Известны способы ОТВ без использования стереоскопических очков, заключающиеся в том, что объект, изображение которого надо передать на расстояние, наблюдают из двух разных точек (ракурсов), разнесенных в горизонтальном направлении, и образуют две совокупности электрических сигналов (кадры, или поля стереопары); поля стереопары передают по каналу связи, а на воспроизводящем конце канала связи обеспечивают попадание левого и правого полей в соответствующие глаза зрителя, для чего учитывают азимутальные координаты глаз и дальность зрителя от экрана воспроизводящего устройства, которые определяют, например, методом оптической локации [3], ультразвукового зондирования [4] и иными методами [5]. Known OTV methods without the use of stereoscopic glasses, which consist in the fact that an object whose image must be transmitted at a distance is observed from two different points (angles) spaced in the horizontal direction and form two sets of electrical signals (frames, or stereopair fields); the stereopair fields are transmitted through the communication channel, and at the reproducing end of the communication channel, the left and right fields get into the corresponding eyes of the viewer, for which the azimuthal coordinates of the eyes and the distance of the viewer from the screen of the reproducing device are taken into account, which are determined, for example, by the method of optical location [3], ultrasound sensing [4] and other methods [5].
Устройства воспроизведения системы ОТВ могут использовать воспроизводящий экран с обтюратором, выполненный, например, на основе жидко-кристаллической матрицы [6] , линзового растра [7], линзы "мушиный глаз" [8] или иным образом. The reproduction devices of the OTV system can use a reproducing screen with an obturator made, for example, on the basis of a liquid crystal matrix [6], a lens raster [7], a mush eye lens [8], or otherwise.
Решение проблемы ОТВ, (в основном, за счет этапов формирования и воспроизведения) приводит к недостатку, заключающему в том, что воспринимается лишь сформированная стереопара, без возможности воспроизведения объемного изображения для многих ракурсов, т.е. без возможности плавного оглядывания изображения зрителем. Общим недостатком всех этих способов [3-8] является низкое качество получаемого объемного изображения и несовместимость со стандартными телевизионными сигналами, что делает практически невозможным широкое бытовое использование названных способов. Solving the OTV problem (mainly due to the stages of formation and reproduction) leads to a disadvantage in that only a formed stereo pair is perceived, without the ability to reproduce a three-dimensional image for many angles, i.e. without the possibility of smoothly looking around the image by the viewer. A common drawback of all these methods [3-8] is the low quality of the resulting three-dimensional image and incompatibility with standard television signals, which makes it almost impossible for the widespread use of these methods.
Известен способ ОТВ, включающий наблюдение объекта совокупность передающих камер, число которых две и более, размещенных эквидистантно, формирование видеосигналов, содержащих информацию об объемном изображении, посредством тактирования и коммутации сигналов передающих камер, передачу и прием сформированных видеосигналов, преобразование принятых видеосигналов в оптическое изображение с учетом координат зрителя относительно центра экрана [9, прототип]. Конкретно, известное решение заключается в том, что:
- наблюдаемый объект рассматривают с разных точек зрения (ракурсов), число которых два и более, посредством передающих камер, расположенных эквидистантно с постоянной конвергенцией оптических осей соседних передающих камер;
- на этапе формирования образуют две совокупности тактированных видеосигналов, соответствующие двум выбранным ракурсам, а выбор их задается сигналами устройства, определяющего положение глаз зрителя;
- в канал связи передают только указанные две совокупности тактированных видеосигналов, соответствующих выбранным ракурсам;
- на этапе воспроизведения формируют два оптических изображения, в которых каждый элемент (пиксель) смещен по горизонтали экрана на величину, связанную с глубиной его положения в изображении, и осуществляют распределение световой информации в направлении глаз зрителя.The known OTV method, which includes observing an object, a set of transmitting cameras, the number of which is two or more, placed equidistantly, generating video signals containing information about the volumetric image by clocking and switching the signals of the transmitting cameras, transmitting and receiving the generated video signals, converting the received video signals into an optical image with taking into account the coordinates of the viewer relative to the center of the screen [9, prototype]. Specifically, a known solution is that:
- the observed object is considered from different points of view (angles), the number of which is two or more, by means of transmitting cameras located equidistantly with constant convergence of the optical axes of adjacent transmitting cameras;
- at the formation stage, they form two sets of clocked video signals corresponding to two selected angles, and their selection is determined by the signals of the device that determines the position of the viewer's eyes;
- only the indicated two sets of clocked video signals corresponding to the selected angles are transmitted to the communication channel;
- at the playback stage, two optical images are formed in which each element (pixel) is shifted horizontally of the screen by an amount related to the depth of its position in the image, and the light information is distributed in the direction of the viewer's eyes.
В способе [9], можно считать, наметился правильный подход к комплексному решению проблемы ОТВ, однако в нем еще четко не сформулированы основные требования к системе ОТВ, что, по-видимому, и привело к созданию системы, обладающей низкими потребительскими качествами, в частности:
- система ОТВ, использующая способ [9] не может работать в режиме записи, так как она использует координаты участника системы ОТВ - конкретного зрителя, вводимые в систему на этапе формирования передаваемого видеоизображения;
- система ОТВ, использующая способ [9] позволяет воспроизводить только те поля ракурсов, которым соответствуют направления оптических осей передающих камер, поскольку на этапе воспроизведения никакой обработки видеосигналов не производится;
- требование плавности оглядывания изображения в широком угле обзора приводит к необходимости использования большого числа передающих камер (1000 и более передающих камер), что значительно усложняет и удорожает систему; поэтому представляется целесообразным использовать не более 2 - 3 десятков передающих камер;
- увеличение числа зрителей требует пропорционального изменения полосы пропускания тракта передачи системы и усложняет приемные устройства.In the method [9], we can assume that a correct approach has been outlined to a comprehensive solution to the OTV problem, however, it still does not clearly formulate the basic requirements for the OTV system, which, apparently, led to the creation of a system with low consumer qualities, in particular :
- the OTV system using the method [9] cannot work in the recording mode, since it uses the coordinates of the participant in the OTV system - a specific viewer, entered into the system at the stage of formation of the transmitted video image;
- the OTV system using the method [9] allows you to play back only those view fields that correspond to the directions of the optical axes of the transmitting cameras, since no video signals are processed at the playback stage;
- the requirement of smooth looking around the image in a wide viewing angle leads to the need to use a large number of transmitting cameras (1000 or more transmitting cameras), which greatly complicates and increases the cost of the system; therefore, it seems appropriate to use no more than 2 to 3 dozen transmitting cameras;
- an increase in the number of viewers requires a proportional change in the bandwidth of the transmission path of the system and complicates the receiving devices.
Таким образом, технические решения типа [9] имеют высокую стоимость передающих и приемных устройств и обладают высоким качеством объемного изображения, обусловленного тем, что общее число ракурсов наблюдения и воспроизведения мало, практически не более 20. Thus, technical solutions of the type [9] have a high cost of transmitting and receiving devices and have high quality surround images, due to the fact that the total number of viewing and reproduction angles is small, practically no more than 20.
Техническим результатом предложенного решения является достижимость свойственного человеку восприятия объемного изображения с возможностью оглядывания объекта в широком (около стерадиана) угле обзора, при плановом оглядывании (с небольшим отличием углов ракурсов, например, 10 угловых минут как по вертикальному, так и по азимутальному измерениям) при отсутствии искажения пропорций и перспективы в изображении наблюдаемого объекта. The technical result of the proposed solution is the attainability of a human perception of a three-dimensional image with the ability to look around an object in a wide (near the steradian) viewing angle, with planned looking around (with a slight difference in angles, for example, 10 arc minutes both in vertical and azimuthal measurements) at absence of distortion of proportions and perspective in the image of the observed object.
Техническим результатом предложенного решения является также обеспечение возможности передачи объемных изображений по обычным моноскопическим телевизионным каналам и каналам связи (например, по каналу, удовлетворяющему стандартам PAL, SECAM, NTSC). The technical result of the proposed solution is also the ability to transmit three-dimensional images on conventional monoscopic television channels and communication channels (for example, on a channel that meets the standards of PAL, SECAM, NTSC).
Техническим результатом предложенного решения является также возможность совмещения сформированных сигналов объемного изображения со стандартными сигналами телевизионного вещания (например, с сигналами как в существующих стандартах PAL, SECAM, NTSC). The technical result of the proposed solution is also the possibility of combining the generated volumetric image signals with standard television broadcasting signals (for example, with signals as in the existing PAL, SECAM, NTSC standards).
Техническим результатом предложенного решения является также возможность управления объемным изображением и получения специфических эффектов (наплыв, удаление, регулирование размеров наблюдаемого изображения объекта, различных для разных осей координат и др.), что необходимо для решения задач конструирования, театральных эффектов, а в будущем может обеспечить потенциальную возможность создания интерактивных устройств ОТВ. The technical result of the proposed solution is also the ability to control the volumetric image and obtain specific effects (influx, deletion, adjusting the size of the observed image of the object, different for different coordinate axes, etc.), which is necessary for solving design problems, theatrical effects, and in the future can provide the potential for creating interactive OTV devices.
Техническим результатом предложенного решения является также возможность записи изображения наблюдаемого объекта независимо от координат и количества будущих зрителей при воспроизведении записанной информации. В частности, для записи объемного изображения возможно использование стандартной записывающей аппаратуры. The technical result of the proposed solution is also the ability to record images of the observed object, regardless of the coordinates and the number of future viewers when playing recorded information. In particular, standard recording equipment may be used to record a three-dimensional image.
Указанный технический результат предложенного решения достигается за счет того, что принципиально по новому осуществляются все четыре этапа: наблюдение, формирование, передача (запись) и воспроизведение объемного изображения. The specified technical result of the proposed solution is achieved due to the fact that all four stages are carried out in a fundamentally new way: observation, formation, transmission (recording) and reproduction of a three-dimensional image.
Технический результат предложенного решения достигается:
- особым размещением передающих камер при наблюдении ракурсов,
- получением специфической структуры тактированных видеосигналов в виде единого базового кадра, в котором учитывается расположение элементов наблюдаемого объекта в пространстве;
- передачей по телекоммуникационным цепям (и записью на носитель) только базового кадра;
- особым воспроизведением изображения, когда положение воспроизводимых пикселей определяется как записанными пространственными координатами элемента в базовом кадре, так и положением глаз зрителя.The technical result of the proposed solution is achieved:
- special placement of the transmitting cameras when observing the angles,
- obtaining a specific structure of the clocked video signals in the form of a single base frame, which takes into account the location of the elements of the observed object in space;
- transmission over telecommunication circuits (and recording onto a medium) of only the basic frame;
- special reproduction of the image when the position of the reproduced pixels is determined by both the recorded spatial coordinates of the element in the base frame and the position of the eyes of the viewer.
А конкретно:
- наблюдение объекта осуществляют группами передающих камер, расположенных с учетом параметров телевизионного сигнала и последующих возможных положений зрителя;
- на этапе формирования формируют базовый кадр, отражающий пространственное расположение элементов наблюдаемого объекта и представляющий собой совокупность тактированных сигналов, состоящих из адресной и информационной частей, где:
- информационная часть отражает яркость и цветность элементов наблюдаемого сигнала;
- адресная часть - порядок следования сигналов в базовом кадре; при этом в адресную часть вводят сигнал о дальности элемента объекта, для чего:
- последовательно, в заданном порядке и на заданный интервал времени периодически, с периодами как кадровой, так и строчной разверток, включают группы передающих камер;
- в каждой группе передающих камер одну из них принимают за основную, а остальные - за дополнительные; во время работы данной группы передающих камер видеосигналы основной передающей камеры задерживают на различные интервалы времени, кратные длительности такта;
- такт задержки равен длительности сигнала, описывающего элемент объекта;
- видеосигналы дополнительных передающих камер, в группе попарно сравнивают с задержанными видеосигналами основной передающей камеры;
- определяют дальность, как параметр, связанный с номером такта задержки видеосигналов основной передающей камеры, на котором произошло совпадение сравниваемых сигналов;
- добавляют сигналы дальности к видеосигналам основной передающей камеры, причем определенной группе сигналов основной передающей камеры присваивается одинаковая дальность;
- передачу сигналов ОТВ сводят к передаче сигналов базового кадра;
- при воспроизведении для каждого зрачка зрителя преобразуют только адресную часть сигналов базового кадра, учитывая при этом положение каждого зрителя и сигналы дальности группы элементов базового кадра;
- оптические изображения соответствующих ракурсов объекта формируют в направлении зрачков каждого зрителя.And more specifically:
- observation of the object is carried out by groups of transmitting cameras located taking into account the parameters of the television signal and the subsequent possible positions of the viewer;
- at the formation stage, a basic frame is formed that reflects the spatial arrangement of the elements of the observed object and represents a combination of clocked signals consisting of address and information parts, where:
- the information part reflects the brightness and color of the elements of the observed signal;
- address part - the sequence of signals in the base frame; at the same time, a signal about the range of the object element is introduced into the address part, for which:
- sequentially, in a given order and for a given time interval periodically, with periods of both frame and line scan, include groups of transmitting cameras;
- in each group of transmitting cameras, one of them is taken as the main one, and the rest as additional; during operation of this group of transmitting cameras, the video signals of the main transmitting camera are delayed at various time intervals that are multiples of the cycle time;
- the delay cycle is equal to the duration of the signal describing the element of the object;
- video signals of additional transmitting cameras in a group are compared in pairs with the delayed video signals of the main transmitting camera;
- determine the range, as a parameter associated with the number of the delay cycle of the video signals of the main transmitting camera, on which there was a coincidence of the compared signals;
- add range signals to the video signals of the main transmitting camera, and a certain range of signals of the main transmitting camera is assigned the same range;
- transmission of OTV signals reduces to the transmission of signals of the base frame;
- when playing for each pupil of the viewer, only the address part of the signals of the base frame is converted, taking into account the position of each viewer and the range signals of the group of elements of the base frame;
- optical images of the corresponding camera angles are formed in the direction of the pupils of each viewer.
Формулировку технического решения, приведенного выше в обобщенном виде, целесообразно детализировать на ряд конкретных направлений. The wording of the technical solution given above in a generalized form, it is advisable to detail in a number of specific areas.
В первую очередь такую детализацию проведем по отношению к этапу наблюдения, где размещение передающих камер в пространстве желательно связать с периодичностью их включения. First of all, we will carry out such detailing with respect to the observation stage, where it is desirable to associate the placement of transmitting cameras in space with the frequency of their inclusion.
Наиболее оптимально установить такую связь в следующем варианте:
- элементарные телесные углы, соответствующие различным элементам объекта, воспринимаемым каждой из передающих камер, одинаковы;
- передающие камеры находятся на одинаковом расстоянии от центральной точки A, выбранной в пространстве наблюдаемого объекта (сцены);
- входные зрачки всех передающих камер располагают на сферической поверхности с центром в точке A, на линиях, подобных направлению строчной развертки передающих камер; в частности, при линейной строчной развертке оптические оси части групп передающих камер располагают в центральной плоскости, содержащей точку A и направлены в эту точку; их входные зрачки располагают на окружности с центром в точке A;
- передающие камеры располагают группами, число передающих камер в группе выбирают равным 2 или 3, одна из передающих камер - основная, остальные - дополнительные, при этом:
- одну из групп передающих камер, расположенную в центральной плоскости, назовем базовой группой, все остальные группы передающих камер назовем группами ракурсов;
- входные зрачки групп ракурсов передающих камер располагают как в центральной плоскости, так и на основании конусов с вершиной в точке A, образованных сечением сферической поверхности с центром в точке A плоскостями, параллельными центральной плоскости;
- оптические оси передающих камер в одной группе располагают на одной конической поверхности с постоянным наклоном к центральной плоскости и направляют их в точку A; (при небольших углах наклона, конические поверхности можно заменить на наклонные плоскости),
- группы передающих камер располагают на определенных конических поверхностях (плоскостях), образующая которых имеет индивидуальный наклон к центральной плоскости;
- строчные и кадровые развертки передающих камер синхронизированы между собой;
- моменты старта строчных и кадровых разверток всех передающих камер внутри одной группы совпадают во времени;
- последовательность сигналов передающих камер, в том числе обе развертки (строчная и кадровая) в разных группах осуществляют с заданной относительной задержкой, зависящей от пространственного расположения этих групп.It is most optimal to establish such a connection in the following embodiment:
- elementary solid angles corresponding to various elements of the object perceived by each of the transmitting chambers are the same;
- the transmitting cameras are at the same distance from the central point A, selected in the space of the observed object (scene);
- the entrance pupils of all the transmitting chambers are placed on a spherical surface centered at point A, on lines similar to the horizontal direction of the transmitting chambers; in particular, in a linear horizontal scan, the optical axes of a part of the groups of transmitting cameras are arranged in a central plane containing point A and directed to this point; their entrance pupils are located on a circle centered at point A;
- transmitting cameras are arranged in groups, the number of transmitting cameras in the group is chosen equal to 2 or 3, one of the transmitting cameras is the main one, the others are additional, while:
- we will call one of the groups of transmitting cameras located in the central plane the base group, all other groups of transmitting cameras will be called angle groups;
- the entrance pupils of the groups of angles of the transmitting cameras are placed both in the central plane and on the basis of cones with a vertex at point A formed by a section of a spherical surface centered at point A with planes parallel to the central plane;
- the optical axes of the transmitting chambers in one group are placed on one conical surface with a constant inclination to the central plane and direct them to point A; (at small angles of inclination, conical surfaces can be replaced by inclined planes),
- groups of transmitting chambers are placed on certain conical surfaces (planes), the generatrix of which has an individual inclination to the central plane;
- line and frame scans of transmitting cameras are synchronized with each other;
- the start times of line and frame scans of all transmitting cameras within the same group coincide in time;
- the sequence of signals of the transmitting cameras, including both sweeps (line and frame) in different groups, is carried out with a given relative delay, depending on the spatial arrangement of these groups.
- кроме того, должны быть выполнены следующие условия:
δ = D/L = B/Lo; (1)
а) при небольших углах оглядывания, значительно меньших поля зрения основной передающей камеры базовой группы, когда для передачи сигналов ОТВ используется стандартный телевизионный канал:
(Σεi)/θ ≤ Tcк/Tрк; (2)
(Σβi)/φ ≤ Tнc/Tpc; (3)
б) при больших углах оглядывания, соизмеримых с полем видения основной передающей камеры базовой группы, когда для передачи сигналов ОТВ используется дополнительный телевизионный канал:
(Σεi)/θ ≤ (Tк/Tcл)/Tpк; (4)
(Σβi)/φ ≤ (Tc/Tcc)/Tpc; (5)
где δ - угол между оптическими осями соседних передающих камер в группе (конвергенция), рад;
Σεi - угол оглядывания изображения зрителем по вертикали, рад,
εi - угол в азимутальном измерении между основными передающими камерами, в соседних группах, рад;
Σβi - угол оглядывания изображения зрителем по азимуту, рад;
βi - угол в вертикальном измерении между основными передающими камерами в соседних группах, рад;
θ - угол, под которым основная передающая камера базовой группы видит объект по вертикали, рад,
φ - угол, под которым основная передающая камера базовой группы видит объект по азимуту, рад,
B - расстояние между глазами зрителя, м;
D - расстояние между основной и дополнительными передающими камерами, м;
L - расстояние от передающих камер до точки A, выбранной, как указано ранее, в пространстве наблюдения объекта, м;
L0 - заданное стандартное расстояние от центра воспроизводящего экрана до базовой точки 0, выбранной в зоне наблюдения объемного изображения, м;
Tрс- часть периода строчной развертки, занятая воспроизводством видеоинформации, с;
Tнс - часть периода строчной развертки, не занятая воспроизводством видеоинформации и служебными сигналами, с;
Tрк - часть периода кадровой развертки, занятая под воспроизводство видеоинформации в стандартном телевизионном кадре, с;
Tск - часть периода кадровой развертки, свободная от воспроизводства видеоинформации и передачи служебных сигналов в стандартном телевизионном кадре, с;
Tсл - часть периода кадровой развертки, занятая служебными сигналами, с;
Tсс - часть периода строчной развертки, занятая служебными сигналами, с;
Tк - период кадровой развертки, с;
Tс - период строчной развертки, с;
Выражение 1 описывает пространственные соотношения в системе ОТВ при правильной передаче продольной и двух поперечных пропорций наблюдаемого объекта в соответствующие пропорции объемного изображения. При этом поверхность воспроизводящего экрана выполняет роль поверхности, в которой находится точка A при наблюдении объекта; все точки объекта, лежащие между передающими камерами и поверхностью, содержащей точку A, при воспроизведении объемного изображения воспринимаются зрителем, как точки, выступающие из воспроизводящего экрана, а все точки за этой поверхностью воспринимаются как лежащие за экраном.- in addition, the following conditions must be met:
δ = D / L = B / Lo; (1)
a) at small viewing angles significantly smaller than the field of view of the main transmitting camera of the base group, when a standard television channel is used to transmit OTV signals:
(Σε i ) / θ ≤ T cc / T pk ; (2)
(Σβ i ) / φ ≤ T nc / T pc ; (3)
b) at large viewing angles commensurate with the field of view of the main transmitting camera of the base group, when an additional television channel is used to transmit OTV signals:
(Σε i ) / θ ≤ (T c / T cl ) / T pc ; (4)
(Σβ i ) / φ ≤ (T c / T cc ) / T pc ; (5)
where δ is the angle between the optical axes of adjacent transmitting cameras in the group (convergence), rad;
Σε i is the vertical viewing angle of the image by the viewer, glad
ε i is the angle in the azimuthal measurement between the main transmitting cameras, in neighboring groups, rad;
Σβ i is the viewing angle of the image by the viewer in azimuth, rad;
β i is the angle in the vertical dimension between the main transmitting cameras in neighboring groups, rad;
θ is the angle at which the main transmitting camera of the base group sees the object vertically, glad
φ is the angle at which the main transmitting camera of the base group sees the object in azimuth, glad
B is the distance between the eyes of the viewer, m;
D is the distance between the main and additional transmitting cameras, m;
L is the distance from the transmitting cameras to point A, selected, as indicated above, in the observation space of the object, m;
L 0 is the specified standard distance from the center of the reproducing screen to the
T pc - part of the horizontal scanning period occupied by the reproduction of video information, s;
T ns - part of the horizontal scanning period, not occupied by the reproduction of video information and service signals, s;
T pk - part of the period of the personnel scan, occupied by the reproduction of video information in a standard television frame, s;
T ck - part of the period of the personnel scan, free from the reproduction of video information and the transmission of service signals in a standard television frame, s;
T SL - part of the period of the frame scan occupied by service signals, s;
T ss - part of the horizontal line period occupied by service signals, s;
T to - frame scan period, s;
T with - horizontal scanning period, s;
Для правильной работы системы ОТВ выражение 1 необходимо использовать совместно с выражениями 2 и 3 при малых углах оглядывания и совместно с выражениями 4 и 5 при больших углах оглядывания. Выражения 2 - 5 определяют цикличность включения групп передающих камер. В выражениях 2 - 5 знак ≤ (меньше или равно) указывает условие обеспечения плавности оглядывания зрителем объемного изображения. Если нарушить эти соотношения, то появятся скачки ракурсов при оглядывании, из-за несоответствия угла оглядывания группами ракурсов и времени, которое отведено в телевизионном кадре на передачу информации о дополнительных ракурсах, проявляющихся в углах оглядывания Σεi и Σβi. В частном случае, при Σεi = Σβi = 0 в выражениях 2 и 3 (работает лишь одна базовая группа передающих камер) оглядывания не будет ни по азимуту, ни по вертикали.For the correct functioning of the OTV system,
При расчетах целесообразно использовать величину B, усредненную для всех зрителей как 64•10-3 м = 26 мм, что с одной стороны, близко к средней величине расстояния между глаз человека (В=65 мм), а с другой стороны, удобно для всех вычислений в двоичном коде; конкретизация величины B для реального зрителя не внесет существенного уточнения и улучшения способа.In the calculations, it is advisable to use the value B, averaged for all viewers as 64 • 10 -3 m = 2 6 mm, which, on the one hand, is close to the average distance between the human eyes (B = 65 mm), and on the other hand, it is convenient for all calculations in binary code; specifying the value of B for a real viewer will not introduce a significant refinement and improvement of the method.
Соотношения 1-3 пригодны для любого телевизионного стандарта. При переходе от одного стандарта к другому изменятся лишь конкретные величины Tск, Tрк, Tнс и Tрс, соответствующие примененному стандарту. При этом достижимые углы оглядывания объемного изображения не могут быть произвольно широкими. Если, например, угол видения основной камеры базовой группы составляет 60o по азимуту и по вертикали, и время, свободное от передачи видеоинформации стандартным телевизионным сигналом занимает 10% от периода строки и 10% от периода кадра, то угол оглядывания не превысит 6o как по азимуту, так и по вертикали. Однако этого вполне достаточно, чтобы зритель, находясь в комфортных условиях, например, сидя перед телевизором объемного изображения, смог, при наклонах корпуса, воспринимать объемное изображение во всем многообразии его ракурсов. Общее количество воспринимаемых им ракурсов может превышать 1000 при обеспечении плавности оглядывания (угол между соседними ракурсами не превышает 10 углю мин).Ratios 1-3 are suitable for any television standard. When moving from one standard to another, only the specific values of T ck , T pk , T ns and T pc corresponding to the applied standard will change. Moreover, the achievable viewing angles of a three-dimensional image cannot be arbitrarily wide. If, for example, the viewing angle of the main camera of the base group is 60 ° in azimuth and vertical, and the time free from transmitting video information by a standard television signal takes 10% of the line period and 10% of the frame period, then the viewing angle will not exceed 6 o as in azimuth and vertically. However, this is quite enough for the viewer, being in comfortable conditions, for example, sitting in front of the TV surround image, was able, with the tilts of the body, to perceive the surround image in all its variety of angles. The total number of angles perceived by him can exceed 1000 while ensuring smooth looking (the angle between adjacent angles does not exceed 10 coal min).
Для передачи сигналов ОТВ, обеспечивающих оглядывание в большем телесном угле, например, соизмеримом со стерадианом, потребуется использовать дополнительный телевизионный канал, при этом необходимо использовать соотношения 4 и 5, либо использовать телевизионный канал с расширенной полосой пропускания. To transmit OTV signals that provide a wide-angle viewing angle, for example, commensurate with the steradian, you will need to use an additional television channel, while it is necessary to use
Если точку A выбирают в бесконечности (камеры располагают так, что их оптические оси параллельны), то угол конвергенции (угол δ) равен нулю. If point A is chosen at infinity (cameras are positioned so that their optical axes are parallel), then the convergence angle (angle δ) is zero.
Если в группе камер, (как в базовой, так и в группе ракурсов) используют две передающие камеры, то их располагают параллельно направлению строчной развертки. If two transmitting cameras are used in the camera group (both in the basic and in the angle group), then they are placed parallel to the horizontal direction.
Если в группе камер, (как в базовой, так и в группе ракурсов) используют более двух передающих камер, то их располагают на линии, подобной траектории строчной развертки передающих камер. (Если строчная развертка прямолинейна, как в существующих стандартных передающих камерах, то расположение передающих камер в группе параллельно направлению строчной развертки; если строчная развертка в каждой камере группы криволинейна, например спиральная, то расположение передающих камер в группе должно быть подобным направлению строчной развертки этих передающих камер в той ее части периода, когда данная группа передающих камер включена). If more than two transmitting cameras are used in the camera group (both in the basic and in the angle group), then they are placed on a line similar to the horizontal scan of the transmitting cameras. (If the horizontal scan is straightforward, as in existing standard transmitting cameras, then the arrangement of the transmitting cameras in the group is parallel to the horizontal direction; if the horizontal scanning in each camera of the group is curved, for example spiral, then the location of the transmitting cameras in the group should be similar to the horizontal direction of these transmitting cameras in that part of the period when this group of transmitting cameras is turned on).
Подключение каждой группы передающих камер производят периодически: за полное время кадра каждая из групп передающих камер включается на определенный период, составляющий определенную часть периода как строчной, так и кадровой разверток. Базовая группа включается с периодичностью и на время, равное периодичности и времени передачи видеоинформации в стандартном телевизионном сигнале, остальные группы передающих камер включаются в последовательности, соответствующей их пространственному положению. Включение всех передающих камер внутри группы производят одновременно: включение групп передающих камер, расположенных на разных конических поверхностях (или плоскостях), производят синхронно с кадровой разверткой, а включение групп передающих камер, расположенных на одной конической поверхности (или в одной плоскости) производят синхронно со строчной разверткой. Each group of transmitting cameras is connected periodically: for the full frame time, each of the groups of transmitting cameras is switched on for a certain period, which makes up a certain part of the period of both horizontal and vertical scans. The basic group is turned on with a frequency and for a time equal to the frequency and time of transmission of video information in a standard television signal, the remaining groups of transmitting cameras are included in a sequence corresponding to their spatial position. The inclusion of all the transmitting chambers within the group is carried out simultaneously: the inclusion of the groups of transmitting chambers located on different conical surfaces (or planes) is performed synchronously with the frame scan, and the inclusion of the groups of transmitting chambers located on the same conical surface (or in the same plane) is performed synchronously with line scan.
Целесообразно оптимизировать и этап формирования базового кадра. На этом этапе можно разделить поле базового кадра на равные многоугольники с числом сторон b≥3 и каждому i-му многоугольнику поставить в соответствии одно и то же дискретное значение дальности. Для определенности, в дальнейшем будет полагать b= 4 форма многоугольника - прямоугольник, содержащий K•L элементов базового кадра; здесь
K≥1 - число элементов в прямоугольнике вдоль строки,
L≥1 - число строк, занимаемых прямоугольником.It is advisable to optimize the stage of formation of the base frame. At this stage, you can divide the field of the base frame into equal polygons with the number of sides b≥3 and assign the same discrete range value to each ith polygon. For definiteness, in the future we will assume b = 4 to be the shape of a polygon - a rectangle containing K • L elements of the base frame; here
K≥1 - the number of elements in the rectangle along the line,
L≥1 - the number of lines occupied by the rectangle.
Отметим, что адресное пространство базового кадра значительно превосходит требуемое для воспроизводства обычного телевизионного кадра, поскольку в нем, помимо элементов объекта, видимых из базовой точки 0, должны быть записаны также элементы, хотя и невидимые из базовой точки 0, но видимые из других, боковых ракурсов, необходимых для осуществления оглядывания объемного изображения. Note that the address space of the basic frame significantly exceeds that required for the reproduction of a conventional television frame, since in addition to the elements of the object visible from
Также отметим, что дополнительная информация о дальности прямоугольников с K•L элементами по объему значительно меньше, чем информация, передаваемая стандартным телевизионным сигналом. Пусть, например, система ОТВ различает 32 плана (что соответствует высокому качеству объемного изображения). Тогда на группу из KxL стандартных элементов базового кадра нужно один раз передать 5 двоичных разрядов, полностью описывающих поле дальностей элементов. Если, например, K=L=4, то дополнительно к каждому элементу стандартного телевизионного изображения необходимо передать 5/32=0,16 бита дополнительной информации. Такую незначительную по объему информацию можно передать, например, методом квадратурной модуляции стандартного сигнала с поднесущей, расположенной в более низкочастотной области спектра (например, на частоте 1,5 МГц), чем поднесущая цветоразностного сигнала. We also note that the additional information on the range of rectangles with K • L elements in volume is much less than the information transmitted by a standard television signal. Suppose, for example, the OTV system distinguishes 32 plans (which corresponds to high quality three-dimensional image). Then, for a group of KxL standard elements of the basic frame, it is necessary to transmit 5 binary digits once, fully describing the element range field. If, for example, K = L = 4, then in addition to each element of the standard television image, it is necessary to transmit 5/32 = 0.16 bits of additional information. Such insignificant information can be transmitted, for example, by quadrature modulation of a standard signal with a subcarrier located in the lower frequency region of the spectrum (for example, at a frequency of 1.5 MHz) than the color difference signal subcarrier.
При воспроизведении осуществляют преобразование адресной части прямоугольников базового кадра, причем производят одно и то же изменение адресов всех KxL элементов внутри i-го прямоугольника без изменения их взаимного расположения. Например, если точки P и Q находятся внутри одного и того же i-го прямоугольника, то после преобразования адресов их взаимное расположение на плоскости воспроизводящего экрана не изменится. Если же другие точки R и S находятся внутри различных (j-го и k-го) прямоугольников, то возможны два варианта:
- если дальности, присвоенные этим прямоугольникам, одинаковы, то их взаимное расположение на плоскости воспроизводящего экрана также сохранится,
- если дальности, присвоенные этим прямоугольникам, отличаются, то их взаимное расположение на плоскости воспроизводящего экрана после пересчета адресов, вообще говоря, изменится.During playback, the address part of the rectangles of the base frame is converted, and the addresses of all KxL elements inside the ith rectangle are changed the same without changing their relative position. For example, if points P and Q are inside the same i-th rectangle, then after converting the addresses, their relative position on the plane of the reproducing screen will not change. If other points R and S are inside different (j-th and k-th) rectangles, then two options are possible:
- if the ranges assigned to these rectangles are the same, then their relative position on the plane of the reproducing screen will also be preserved,
- if the ranges assigned to these rectangles differ, then their relative position on the plane of the reproducing screen after address translation, generally speaking, will change.
Преобразование координат для каждого ракурса и образование соответствующих видеостраниц производится по следующим правилам:
- преобразуются координаты прямоугольников базового кадра за исключением тех, которым присвоен нулевой номер плана (прямоугольники, имеющие нулевой номер плана при записи расположены в плоскости, содержащей выбранную точку A, а при воспроизведении они расположены в плоскости изображающего экрана);
- последовательность преобразования координат базового кадра учитывает номер плана, преобразование начинается с самого удаленного и заканчивается самым ближним к зрителю планом;
- в видеостраницу данного ракурса попадают прямоугольники, имеющие адреса, не выходящие за пределы разрешенных адресов изображающего экрана.Coordinates are converted for each angle and the formation of the corresponding video pages is performed according to the following rules:
- the coordinates of the rectangles of the base frame are transformed, with the exception of those that are assigned a zero plan number (rectangles having a zero plan number when recording are located in the plane containing the selected point A, and during playback they are located in the plane of the image screen);
- the sequence of transformation of the coordinates of the base frame takes into account the number of the plan, the conversion starts from the most distant and ends with the plan closest to the viewer;
- rectangles having addresses that do not go beyond the allowed addresses of the image screen fall into the video page of this angle.
Таким образом, преобразование координат прямоугольников базового кадра в соответствии с положением зрителя, осуществляемое на этапе воспроизведения объемного изображения позволяет отделить этап формирования базового кадра от положения зрителя, то есть появляется возможность записи объемного изображения в предлагаемой системе ОТВ, инвариантного к положению зрителя. Возможности такой записи в других, ранее известных системах ОТВ, не существовало. Thus, the transformation of the coordinates of the rectangles of the base frame in accordance with the position of the viewer, carried out at the stage of playback of the volumetric image, allows you to separate the stage of forming the base frame from the position of the viewer, that is, it becomes possible to record the volumetric image in the proposed OTV system that is invariant to the position of the viewer. The possibility of such a recording in other previously known OTV systems did not exist.
Дальнейшую конкретизацию и, соответственно, оптимизацию предложенного способа целесообразно проводить, учитывая конкретное устройство изображающего экрана. It is advisable to carry out further specification and, accordingly, optimization of the proposed method, taking into account the specific device of the image screen.
Пусть в устройстве воспроизведения используется плоский воспроизводящий экран, выполненный, например, на основе жидких кристаллов [6]. Этот экран можно представить состоящим из MxN прямоугольников, каждый i-прямоугольник содержит KxL элементов и имеет координаты центра Xio и Xio.Let a flat reproducing screen made, for example, based on liquid crystals [6] be used in a reproducing device. This screen can be represented as consisting of MxN rectangles, each i-rectangle contains KxL elements and has the coordinates of the center X io and X io .
При наблюдении из базовой точки O(O,O,Zo) этот i-прямоугольник отображает определенную выше группу из K•L элементарных сигналов базового кадра. Например, трехмерный элемент объемного изображения W(Xw, Yw, Zw) проецируется из базовой точки O в точку Co(Xwo, Ywo, O). Базовый кадр в совокупности передаваемой информации содержит координаты передаваемых элементов (точек), в том числе содержит координаты точки Co(Xwo, Yw0, O). Рассматриваемый i-прямоугольник при наблюдении его из произвольной точки V(Xv, Yv, Zv) проецируется в другое место экрана, а его центр будет иметь координаты Xiv, и Yiv. Точка Co(Xwo, Ywo, O), не меняя своего относительного положения внутри i-го прямоугольника сместится по поверхности экрана в точку Cv(Xwv, Ywv, O).When observed from the base point O (O, O, Z o ), this i-rectangle displays the group of K • L elementary signals of the base frame defined above. For example, a three-dimensional volumetric image element W (X w , Y w , Z w ) is projected from a base point O to a point C o (X wo , Y wo , O). The basic frame in the aggregate of the transmitted information contains the coordinates of the transmitted elements (points), including the coordinates of the point C o (X wo , Y w0 , O). The observed i-rectangle, when observing it from an arbitrary point V (X v , Y v , Z v ), is projected to another location on the screen, and its center will have the coordinates X iv , and Y iv . Point C o (X wo , Y wo , O), without changing its relative position inside the ith rectangle, will shift along the surface of the screen to the point C v (X wv , Y wv , O).
Преобразование координат точки Co при ее перемещении в точку Cv осуществляют в соответствии с выражениями:
Xwv=(ZvXwo(Zo-Zw) -XvZwZo)/(Zv(Zo-Zw)) (6)
Ywv=(ZvYwo(Zo-Zw)- YvZwZo)/(Zv(Zo-Zw) (7)
где
Xv, Yv и Zv - координаты одного зрачка зрителя (точки V);
Xwo и Ywo - координаты проекции точки W(Xw, Yw, Zw) из базовой точки O на информационный экран;
Xw,Yw и Zw - пространственные координаты точки W(Xw,Yw,Zw) объекта;
O, O, Zo - координаты базовой точки O.The transformation of the coordinates of the point C o when it is moved to the point C v is carried out in accordance with the expressions:
X wv = (Z v X wo (Z o -Z w ) -X v Z w Z o ) / (Z v (Z o -Z w )) (6)
Y wv = (Z v Y wo (Z o -Z w ) - Y v Z w Z o ) / (Z v (Z o -Z w ) (7)
Where
X v , Y v and Z v - coordinates of one pupil of the viewer (point V);
X wo and Y wo are the coordinates of the projection of the point W (X w , Y w , Z w ) from the base point O onto the information screen;
X w , Y w and Z w are the spatial coordinates of the point W (X w , Y w , Z w ) of the object;
O, O, Z o - coordinates of the base point O.
Так как все точки внутри, например, i-го прямоугольника получают одинаковое смещение, равное ΔXi и ΔYi, то и его центр сместится на ту же величину, т.е.:
Xiv-Xio=Xwv-Xwo= Δ Xi - по горизонтали и
Xiv-Yio=Ywv-Ywo= Δ Yi - по вертикали.Since all points inside, for example, the ith rectangle get the same offset equal to ΔX i and ΔY i , then its center will shift by the same amount, i.e.:
X iv -X io = X wv -X wo = Δ X i - horizontally and
X iv -Y io = Y wv -Y wo = Δ Y i - vertically.
Величину Zo, для облегчения последующих вычислений, целесообразно выбрать кратной размерам пикселя (Xn) использованного изображающего экрана вдоль оси OX. Желательно использовать кратность, равную 2048=211, так как это близко к оптимальной дальности наблюдения зрителем объемного изображения, например, для экрана 21'' (500 мм) и размера пикселя 0,66 мм.The value of Z o , to facilitate subsequent calculations, it is advisable to choose a multiple of the pixel size (X n ) of the used image screen along the axis OX. It is advisable to use a ratio of 2048 = 2 11 , since this is close to the optimal viewing range of the viewer for a three-dimensional image, for example, for a 21 '' screen (500 mm) and a pixel size of 0.66 mm.
Zo=Xn•211 м =1,35 м.Z o = X n • 2 11 m = 1.35 m.
При таком выборе базовой точки для данного изображающего экрана, алгоритм управления изображением ракурсов будет упрощен и инвариантен к размерам экрана. With this choice of the base point for a given image screen, the image control algorithm of the angles will be simplified and invariant to the screen size.
При наличии нескольких зрителей измеряется положение каждого из них и для каждого зрителя формируют свою индивидуальную пару оптических изображений (полей). Поэтому, в случае N зрителей преобразование координат Xio и Yio для каждого прямоугольника осуществляется 2N раз. В частном случае, можно координату Yio не преобразовывать, тогда вертикальный ракурс будет совпадать с базовым для всех зрителей, а оглядывание изображения будет осуществляться только по азимуту.If there are several viewers, the position of each of them is measured and for each viewer they form their own individual pair of optical images (fields). Therefore, in the case of N viewers, the transformation of the coordinates X io and Y io for each rectangle is carried out 2N times. In the particular case, you can not convert the Y io coordinate, then the vertical angle will coincide with the base for all viewers, and the image will be examined only in azimuth.
Если изображающий экран выполнен иным способом (например, [7, 8]), то преобразования для Yiv производят также 2N раз, но вид выражений (6), (7) будет иным, в соответствии с примененным экраном. Вывод формул, аналогичных (6), (7), не представляет особых затруднений.If the imaging screen is made in a different way (for example, [7, 8]), then the transformations for Y iv are also performed 2N times, but the form of expressions (6), (7) will be different in accordance with the applied screen. The derivation of formulas similar to (6), (7) does not present any special difficulties.
Для изображающего экрана, типа указанного выше [6], световые пучки формируют в соответствии с принципом действия этого экрана, (например, посредством обтюратора, образующего M пар прозрачных вертикальных щелей, и перемещающего эти щели синхронно с M•2N светоинформационными столбцами на информационной матрице); при этом должны выполняться условия наблюдения объемного изображения, а именно:
- положение центра щелей (Xjo) определяется из выражения:
- расстояние (Δ) между щелями в паре:
Δ = 2•(Zv•d-lo•B)/(Zv+lo), (9)
- смещение центра рабочей зоны обтюрационной панели ( δ Xvo) при перемещении зрителей по горизонтали:
δXv0 = l0•tgα0, (10)
где Xj - горизонтальная координата J-го светоинформационного столбца,
lo - расстояние между информационной матрицей и обтюрационной панелью,
d - шаг развертки информационной матрицы,
Xv и Zv - азимутальная координата и дальность переносицы зрителя, соответственно,
αj - горизонтальная компонента текущего пространственного угла между глазом зрителя и j-м светоинформационным столбцом с координатами (Xj,O),
α0 - горизонтальная компонента пространственного угла между осью Z и прямой, соединяющей переносицу зрителя с центром обтюрационной панели,
Выражения (8) - (10) представляют собой алгоритм связи кадровых разверток информационной матрицы и обтюрационной панели, включая их взаимную первоначальную установку.For an imaging screen, such as the one mentioned above [6], light beams are formed in accordance with the principle of operation of this screen (for example, by means of a shutter forming M pairs of transparent vertical slits and moving these slots synchronously with M • 2N light-information columns on the information matrix) ; in this case, the observation conditions of the three-dimensional image must be fulfilled, namely:
- the position of the center of the slots (X jo ) is determined from the expression:
- the distance (Δ) between the slots in a pair:
Δ = 2 • (Z v • dl o • B) / (Z v + l o ), (9)
- the offset of the center of the working area obturation panel (δ X vo ) when moving the audience horizontally:
δX v0 = l 0 • tgα 0 , (10)
where X j is the horizontal coordinate of the J-th photoinformation column,
l o - the distance between the information matrix and obturation panel,
d is the scan step of the information matrix,
X v and Z v - azimuthal coordinate and range of the nose of the viewer, respectively,
α j is the horizontal component of the current spatial angle between the eye of the viewer and the j-th light-information column with coordinates (X j , O),
α 0 is the horizontal component of the spatial angle between the Z axis and the straight line connecting the spectator’s nose to the center of the obturation panel,
Expressions (8) - (10) are a communication algorithm for personnel scans of the information matrix and the obturation panel, including their mutual initial installation.
Отметим, что если в выражении (9) хотя бы приблизительно выполняется равенство:
Zv•d=lo•B
то вершина Δ (расстояние между щелями в паре) равна нулю, то есть пара щелей выражается в одну щель. Это выгодное условие наблюдения и его целесообразно использовать. Для этого предлагается рекомендовать зрителям наилучшую дистанцию наблюдения объемного изображения):
Zv=Zo=Xn•211 м,
а отношение lo/d выбрать равным:
lo/d=Xn•211/B
Отметим также, что если число зрителей более одного, то для этапа воспроизведения изображения возможны два варианта:
вариант 1 - зрители расположены примерно на одной дальности Zv от изображающего экрана, тогда возможно параллельно воспроизводить все пары (всего 2N) изображений ресурсов);
вариант 2 - зрители расположены на существенно разных дальностях Zv изображающего экрана, тогда возможно, например, поочередное воспроизведение пар изображений ресурсов, что требует в N раз большего быстродействия воспроизводящего экрана.Note that if in expression (9) at least approximately equality holds:
Z v • d = l o • B
then the vertex Δ (the distance between the slots in a pair) is zero, that is, a pair of slots is expressed in one slit. This is an advantageous observation condition and it is advisable to use it. To do this, it is proposed to recommend the best viewing distance for the surround image):
Z v = Z o = X n • 2 11 m,
and the ratio l o / d choose equal:
l o / d = X n • 2 11 / B
We also note that if the number of viewers is more than one, then two options are possible for the image playback stage:
option 1 - viewers are located at approximately the same distance Z v from the image screen, then it is possible to play all pairs (2N total) of resource images in parallel);
option 2 - viewers are located at significantly different ranges Z v of the image screen, then it is possible, for example, to alternately play pairs of resource images, which requires N times more speed of the playback screen.
Приведенные математические выражения (8) - (10) справедливы для одной конкретной конфигурации воспроизводящей оптической системы [6], которая, по мнению автора, является предпочтительной. Для заключительного этапа предложенного способа возможно использование и других средств формирования оптического изображения (например, [7, 8]). В таком случае, математические выражения (8) - (10) изменятся, но могут быть выведены без особых затруднений, не изменяя сути предложенного технического решения. The above mathematical expressions (8) - (10) are valid for one specific configuration of the reproducing optical system [6], which, according to the author, is preferable. For the final stage of the proposed method, it is possible to use other means of forming an optical image (for example, [7, 8]). In this case, mathematical expressions (8) - (10) will change, but can be deduced without much difficulty, without changing the essence of the proposed technical solution.
Понятно, что предложенное решение позволяет заменить этапы передачи и приема на этап записи и последующего воспроизведения записанной информации, так как координаты зрителя при записи не используются; в отличие от прототипа [9] координаты зрителя учитываются только на этапе воспроизведения. It is clear that the proposed solution allows you to replace the transmission and reception stages with the recording and subsequent playback of the recorded information, since the coordinates of the viewer are not used for recording; unlike the prototype [9], the coordinates of the viewer are taken into account only at the stage of reproduction.
Предложенное техническое решение возможно выполнить как посредством цифровой техники, так и аналоговой техники без принципиального изменения сути изображения. The proposed technical solution can be implemented both through digital technology and analog technology without fundamentally changing the essence of the image.
Сущность предложенного решения дополнительно иллюстрируется фиг. 1 - 25, на которых изображены:
Фиг. 1 - функциональная схема (последовательность операций) известного технического решения [9].The essence of the proposed solution is further illustrated in FIG. 1 - 25, which depict:
FIG. 1 is a functional diagram (sequence of operations) of a known technical solution [9].
Фиг. 2 - функциональная схема (последовательность операций) предложенного способа. FIG. 2 - functional diagram (sequence of operations) of the proposed method.
Фиг. 3 - вариант расположения передающих камер общий как для предлагаемого, так и для известного технического решения [9], обеспечивающий оглядывание объемного изображения по азимуту. FIG. 3 - a variant of the location of the transmitting cameras is common for both the proposed and well-known technical solutions [9], which provides for looking around the volume image in azimuth.
Фиг. 4 - вариант расположения передающих камер общий как для предлагаемого, так и для известного по азимуту, когда точка A расположена в бесконечности. FIG. 4 - a variant of the location of the transmitting chambers is common for both the proposed one and the known azimuth when point A is located at infinity.
Фиг. 5 - обобщенная блок-схема устройства, реализующего предложенный способ. FIG. 5 is a generalized block diagram of a device that implements the proposed method.
Фиг. 6 - расположение передающих камер на этапе наблюдения при числе групп передающих камер, равном трем, и числе передающих камер в каждой группе, равном трем (оглядывание объемного изображения только по азимуту). FIG. 6 - the location of the transmitting cameras at the observation stage with the number of groups of transmitting cameras equal to three and the number of transmitting cameras in each group equal to three (looking around the volume image only in azimuth).
Фиг. 7 - общий случай расположения передающих на этапе наблюдения, обеспечивающих оглядывание объемного изображения в больших углах как по азимуту, так и по вертикали, при числе групп передающих камер, равном двадцати пяти (число передающих камер в каждой группе не конкретизируется). FIG. 7 - the general case of the location of transmitting at the observation stage, providing a large-angle viewing of the three-dimensional image both in azimuth and vertical, with the number of groups of transmitting cameras equal to twenty-five (the number of transmitting cameras in each group is not specified).
Фиг. 8 - допустимое расположение передающих камер на этапе наблюдения, обеспечивающее оглядывание объемного изображения как по азимуту, так и по вертикали в пределах небольших углов (меньших ±0,1 радиана), при числе групп передающих камер, равном девяти, и числе передающих камер в каждой группе, равном трем. FIG. 8 - the permissible location of the transmitting cameras at the observation stage, providing for viewing the three-dimensional image both in azimuth and vertically within small angles (less than ± 0.1 radian), with the number of groups of transmitting cameras equal to nine, and the number of transmitting cameras in each a group equal to three.
Фиг. 9 - временная диаграмма для последовательности включения передающих камер при равномерном расположении по азимуту девяти передающих камер (по фиг. 3, 4). FIG. 9 is a timing chart for the sequence of switching on the transmitting chambers with a uniform azimuthal distribution of nine transmitting chambers (Fig. 3, 4).
Фиг. 10 - временная диаграмма включения девяти передающих камер, объединенных в три группы (по фиг. 3, 4 и 6), обеспечивающая совместимость передаваемых сигналов со стандартными телевизионными сигналами и оглядывание объемного изображения по азимуту; T1 и T4 - неиспользуемые для записи базового кадра части периода строчной развертки передающих камер; T2 и T3 - используемые для записи базового кадра части периода строчной развертки передающих камер.FIG. 10 is a timing diagram for turning on nine transmitting cameras combined in three groups (as shown in FIGS. 3, 4, and 6), ensuring compatibility of transmitted signals with standard television signals and viewing the surround image in azimuth; T 1 and T 4 - parts of the horizontal scanning period of the transmitting cameras that are not used to record the base frame; T 2 and T 3 - used for recording the base frame of the horizontal scanning period of the transmitting cameras.
Фиг. 11 - временная диаграмма включения двадцати пяти групп передающих камер в течение длительности строки, (по фиг. 7), обеспечивающая оглядывание объемного изображения по азимуту и совместимость сигналов ОТВ со стандартными телевизионными сигналами. FIG. 11 is a timing diagram of the inclusion of twenty-five groups of transmitting cameras over a line duration, (as shown in FIG. 7), providing for viewing a three-dimensional image in azimuth and compatibility of OTV signals with standard television signals.
Фиг. 12 - временная диаграмма включения пяти слоев (по пять групп передающих камер в слое) в течение времени кадра, (по фиг. 7), обеспечивающая оглядывание объемного изображения по вертикали и совместимость сигналов ОТВ со стандартными телевизионными сигналами. FIG. 12 is a timing diagram of the inclusion of five layers (five groups of transmitting cameras in a layer) during the frame time, (as shown in FIG. 7), providing a vertical view of the surround image and compatibility of OTV signals with standard television signals.
Фиг. 13 - временная диаграмма включения двадцати пяти групп передающих камер в течение длительности строки, (по фиг. 7), обеспечивающая оглядывание объемного изображения в больших углах по азимуту и использующая для передачи базового кадра дополнительный стандартный телевизионный канал. FIG. 13 is a timing diagram of turning on twenty-five groups of transmitting cameras over a line duration, (as shown in FIG. 7), providing for viewing surround images at large angles in azimuth and using an additional standard television channel to transmit the basic frame.
Фиг. 14 - временная диаграмма включения двадцати пяти групп передающих камер в течение длительности кадра, (по фиг. 7), обеспечивающая оглядывание объемного изображения в больших углах по вертикали и использующая для передачи базового кадра дополнительный стандартный телевизионный канал. FIG. 14 is a timing diagram of the inclusion of twenty-five groups of transmitting cameras during the frame duration, (as shown in FIG. 7), providing a vertical view of the surround image at large angles and using an additional standard television channel to transmit the basic frame.
Фиг. 15 - поля обзора, передаваемые базовым кадром (A, B, C, D) для передающих камер, расположенных по фиг. 6, базовой группой передающих камер (a, b, c, d) и поля обзора (A, B, b, a) и (d, c, C, D), передаваемые двумя группами ракурсов. FIG. 15 - fields of view transmitted by the base frame (A, B, C, D) for the transmitting cameras located in FIG. 6, the basic group of transmitting cameras (a, b, c, d) and the field of view (A, B, b, a) and (d, c, C, D) transmitted by two groups of angles.
Фиг. 16 - поля обзора, передаваемые базовым кадром (A, B, C, D), стандартным телевизионным кадром (a, b, c, d) и поля обзора, передаваемые двадцатью пятью группами передающих камер в одном из планов; расположение передающих камер по фиг. 7; поле обзора каждой i-группы передающих камер показано соответствующей цифрой; здесь:
anr, bnr,cnr,dnr - границы воспроизводимого поля в ближнем плане для левого глаза зрителя;
anl, bnl, cnl, dnl - границы воспроизводимого поля в ближнем плане для правого глаза зрителя;
afr, bfr,cfr,dfr - границы воспроизводимого поля в дальнем плане для левого глаза зрителя;
afl, bfl, cfl, dfl - границы воспроизводимого поля в дальнем плане для правого глаза зрителя;
Фиг. 17 - смещение поперечных границ поля видения в зависимости от номера плана для произвольного положения зрителя V(Xv,Yv,Zv), вид сверху, здесь;
- LoRo - плоскость изображающего экрана;
- A точка в центре наблюдаемой сцены;
- O базовая точка при наблюдении изображения;
- OL и OR левая и правая точки восприятия, соответствующие крайнему левому и крайнему правому расположению зрачков основных передающих камер на этапе записи объемного изображения;
- V точка произвольного положения глаза зрителя в пределах угла оглядывания;
- линии, параллельные LoRo - плоскости расположения элементов изображения (планы),
сплошные линии - области плана, видимые из базовой точки, пунктирные линии - области плана, которые можно увидеть из других точек сектора обзора;
- ViL, ViR - левая и правая границы i-плана, видимые из точки V, соответственно;
- li, ri - левая и правая границы i-плана, записанные в базовом кадре и воспроизводимые системой ОТВ;
- loi, roi - левая и правая границы i-плана, видимые из базовой точки O.FIG. 16 - field of view transmitted by the basic frame (A, B, C, D), standard television frame (a, b, c, d) and field of view transmitted by twenty-five groups of transmitting cameras in one of the plans; the arrangement of the transmission chambers of FIG. 7; the field of view of each i-group of transmitting cameras is shown by the corresponding figure; here:
a nr , b nr , c nr , d nr - the boundaries of the reproduced field in the near future for the left eye of the viewer;
a nl , b nl , c nl , d nl - the boundaries of the reproduced field in the near future for the right eye of the viewer;
a fr , b fr , c fr , d fr - the boundaries of the reproduced field in the background for the left eye of the viewer;
a fl , b fl , c fl , d fl - the boundaries of the reproduced field in the background for the right eye of the viewer;
FIG. 17 - displacement of the transverse boundaries of the field of view depending on the plan number for an arbitrary position of the viewer V (X v , Y v , Z v ), top view, here;
- L o R o - the plane of the imaging screen;
- A point in the center of the observed scene;
- O base point when observing the image;
- O L and O R left and right points of perception, corresponding to the leftmost and rightmost pupils of the main transmitting cameras at the stage of recording a three-dimensional image;
- V point of arbitrary position of the eye of the viewer within the viewing angle;
- lines parallel to L o R o - the plane of the arrangement of image elements (plans),
solid lines - plan areas visible from the base point, dashed lines - plan areas that can be seen from other points in the field of view;
- V iL , V iR - the left and right borders of the i-plan, visible from point V, respectively;
- l i , r i - the left and right borders of the i-plan, recorded in the base frame and reproduced by the OTV system;
- l oi , r oi - the left and right borders of the i-plan, visible from the base point O.
Фиг. 18 - поле обзора, передаваемое базовым кадром в ближнем плане
(An, Bn, Cn, Dn), в данном плане (Af, Bf, Cf, Df) и плоскость экрана устройства воспроизведения (Mo, Ro, Lo, No),
anc, bno, cno, dno - границы воспроизводимого поля в ближнем плане для базовой точки O;
anv, bnv, cnv, dnv - границы воспроизводимого поля в ближнем плане для произвольной точки V;
afo, bfo, cfo, dfo - границы воспроизводимого поля в дальнем плане для базовой точки O;
afv, bfv, cfv, dfv - границы воспроизводимого поля в дальнем плане для произвольной точки V.FIG. 18 - field of view transmitted by the base frame in the near future
(A n , B n , C n , D n ), in this plan (A f , B f , C f , D f ) and the plane of the screen of the playback device (Mo, Ro, Lo, No),
a nc , b no , c no , d no - the boundaries of the reproduced field in the near future for the base point O;
a nv , b nv , c nv , d nv are the boundaries of the reproduced field in the near plan for an arbitrary point V;
a fo , b fo , c fo , d fo - the boundaries of the reproduced field in the background for the base point O;
a fv , b fv , c fv , d fv - the boundaries of the reproduced field in the background for an arbitrary point V.
Фиг. 19 - формат машинного слова, определяющего элемент базового кадра при цифровом способе представления элемента базового кадра. FIG. 19 is a machine word format defining an element of a basic frame in a digital way of representing an element of a basic frame.
Фиг. 20 - спектр сигналов базового кадра при аналоговом способе представления элемента базового кадра. FIG. 20 is a signal spectrum of a base frame in an analogue way of representing a base frame element.
Фиг. 21 - функциональная схема операции формирования базового кадра. FIG. 21 is a functional diagram of the operation of forming a basic frame.
Фиг. 22 - оптическая схема блока воспроизведения в варианте воспроизводящего экрана с обтюрационной панелью и информационной матрицей. FIG. 22 is an optical diagram of a reproducing unit in an embodiment of a reproducing screen with an obturation panel and an information matrix.
Фиг. 23 - оптическая схема, поясняющая преобразование адресов пикселей с учетом координат зрителя в варианте воспроизводящего экрана с обтюрационной панелью и информационной матрицей (к выводу выражений 6 и 7). FIG. 23 is an optical diagram illustrating the conversion of pixel addresses taking into account the coordinates of the viewer in a variant of a reproducing screen with an obturation panel and an information matrix (for the derivation of
Фиг. 24 - оптическая схема, поясняющая преобразование координат щелей на обтюрационной панели с учетом координат зрителя в варианте воспроизводящего экрана с обтюрационной панелью на жидких кристаллах и информационной матрицей. FIG. 24 is an optical diagram explaining the transformation of the coordinates of the slits on the obturation panel, taking into account the coordinates of the viewer in a variant of the reproducing screen with an obturation panel on liquid crystals and an information matrix.
Фиг. 25 - пример расположения прямоугольников базового кадра (сплошные контуры), смещение точек P и Q, расположенные внутри одного прямоугольника, после преобразования адресов базового кадра в поле ракурса, а также смещение точек R и S, расположенных в разных прямоугольниках после такого преобразования (пунктирные контуры). FIG. 25 is an example of the arrangement of the rectangles of the base frame (solid contours), the displacement of the points P and Q located inside the same rectangle after converting the addresses of the base frame into the field of view, as well as the displacement of the points R and S located in different rectangles after such a transformation (dashed contours )
Фиг. 1, 3, 4 и 5 отражают черты технического решения, общие как для известного способа [9], так и для предложенного. Все остальные фигуры относятся только к предложенному решению. Как видно из сравнения функциональных схем операций а также рисунков 3-12 в прототипе (фиг. 1) и в предложенном способе (фиг. 2), даже в общих по названию операциях: "размещение передающих камер", "выделение текущих ракурсов", "передача информации", "воспроизведение ракурсов", сами эти операции проводятся по-разному:
- в операции "размещение передающих камер" в прототипе подразумевается лишь равномерное расположение передающих камер с постоянной конвергенцией соседних передающих камер; в предложенном решении передающие камеры размещаются группами, а величины конвергенции и расстояния между соседними передающими камерами равны только внутри этих групп;
- в операции "выделение текущих ракурсов" в прототипе производится включение только той пары передающих камер, которая соответствует положению зрителя, а при передаче информации в течение длительности кадра переключение передающих камер не производится; в предложенном способе производится периодическое включение каждой из передающих камер в течение длительности кадра, а при формировании передаваемых сигналов не учитываются координаты зрителя, как это имеет место в прототипе;
- операция передачи видеоинформации также осуществляется по-разному; в известном решении передается стереопара, в предложенном - базовый кадр;
- операция воспроизведения видеоинформации (изображения ракурсов) также различается:
- в прототипе воспроизводятся сигналы стереопары, соответствующей положению зрителя;
- в предложенном решении формируются новые адреса пикселей с учетом как переданной информации, так и измеренных координат зрителей; координаты зрителя в прототипе учитываются только лишь для формирования оптических пучков и выделения текущих ракурсов стереопары; в предложенном решении эти координаты используются как для формирования оптических пучков, так и для формирования полей ракурсов из принятых сигналов базового кадра.FIG. 1, 3, 4 and 5 reflect the features of the technical solution, common both for the known method [9] and for the proposed one. All other figures refer only to the proposed solution. As can be seen from a comparison of the functional diagrams of operations as well as Figures 3-12 in the prototype (Fig. 1) and in the proposed method (Fig. 2), even in the operations that are generally named: "placement of transmitting cameras", "selection of current angles", " information transfer "," reproduction of angles ", these operations themselves are carried out in different ways:
- in the operation "placement of the transmitting chambers" in the prototype, only a uniform arrangement of the transmitting chambers with constant convergence of adjacent transmitting chambers is implied; in the proposed solution, the transmitting chambers are placed in groups, and the values of convergence and the distance between adjacent transmitting chambers are equal only within these groups;
- in the operation "selection of current angles" in the prototype, only the pair of transmitting cameras that corresponds to the position of the viewer is turned on, and when transmitting information for the duration of the frame, switching of transmitting cameras is not performed; in the proposed method, each of the transmitting cameras is periodically turned on for the duration of the frame, and when forming the transmitted signals, the coordinates of the viewer are not taken into account, as is the case in the prototype;
- the operation of transmitting video information is also carried out in different ways; in a known solution, a stereo pair is transmitted, in the proposed one, a basic frame;
- the operation of playing back video information (image views) also differs:
- in the prototype reproduces the signals of the stereo pair corresponding to the position of the viewer;
- in the proposed solution, new pixel addresses are formed taking into account both the transmitted information and the measured coordinates of the viewers; the coordinates of the viewer in the prototype are taken into account only for the formation of optical beams and highlight the current angles of the stereo pair; in the proposed solution, these coordinates are used both for the formation of optical beams and for the formation of field fields from the received signals of the base frame.
Кроме того, в предложенном решении добавлены новые операции:
- задержки сигналов и их сравнения с целью определения дальности участков - операции, необходимые для формирования базового кадра, отсутствующей, как таковой, в прототипе;
- преобразование адресов пикселей базового кадра в зависимости от положения зрителя.In addition, the proposed solution added new operations:
- delays of signals and their comparison in order to determine the range of sites - the operations necessary to form the base frame, which is absent, as such, in the prototype;
- Conversion of pixel addresses of the base frame depending on the position of the viewer.
Именно эти черты предложенного решения позволяют, в отличие от прототипа, не только воспроизведение в реальном времени, но и запись объемного изображения. It is these features of the proposed solution that allow, in contrast to the prototype, not only reproduction in real time, but also recording a three-dimensional image.
Как видно из сравнения фиг. 3, 4 и фиг. 6 - 8, отображающих размещение передающих камер (направление их оптических осей на рисунках изображено стрелками) как в известном, так и в предложенном решении, по-разному осуществляют размещение и цикличность работы передающих камер на этапе наблюдения. У прототипа передающие камеры располагают по дуге или в линейку (см. фиг. 3 и 4) на равном расстоянии друг от друга и с одинаковой конвергенцией оптических осей соседних передающих камер. В течение по крайней мере периода кадра работает пара соседних передающих камер; остальные передающие камеры в течение этого кадра отключены, их подключение зависит от положения зрителя. As can be seen from the comparison of FIG. 3, 4 and FIG. 6-8, showing the placement of the transmitting cameras (the direction of their optical axes is shown by arrows in the figures) in both the known and the proposed solutions, the placement and the cyclicity of the operation of the transmitting cameras at the observation stage are performed in different ways. In the prototype, the transmitting chambers are arranged in an arc or in a ruler (see Figs. 3 and 4) at an equal distance from each other and with the same convergence of the optical axes of the adjacent transmitting chambers. For at least a frame period, a pair of adjacent transmitting cameras are operational; other transmitting cameras are disabled during this frame; their connection depends on the position of the viewer.
В предложенном решении передающие камеры располагают либо по дуге, либо в линейку, либо на сферической поверхности, при этом допускают как равномерное (фиг. 3 и 4), так и неравномерное расположение передающих камер (фиг. 6 - 8). Но в любом случае передающие камеры объединяют в группы по две или три штуки в каждой группе. Так, на фиг. 6, 7 и 8, соответственно, показаны три группы по три передающие камеры в группе, двадцать пять групп передающих камер (число передающих камер в группе не конкретизировано) и девять групп по три передающие камеры в группе. Если оптические оси всех передающих камер компланарны (фиг. 6), то это позволяет, в дальнейшем, оглядывать объект только в азимутальной плоскости. Размещение передающих камер по фиг. 7 и 8 позволяет оглядывание как в азимутальной, так и вертикальной плоскостях. In the proposed solution, the transmitting chambers are arranged either in an arc, or in a ruler, or on a spherical surface, while allowing for a uniform (Fig. 3 and 4), and uneven arrangement of the transmitting chambers (Fig. 6 - 8). But in any case, the transmitting cameras are combined into groups of two or three pieces in each group. So in FIG. 6, 7 and 8, respectively, three groups of three transmitting cameras in a group, twenty-five groups of transmitting cameras (the number of transmitting cameras in a group is not specified) and nine groups of three transmitting cameras in a group are shown. If the optical axes of all the transmitting cameras are coplanar (Fig. 6), then this allows, in the future, to inspect the object only in the azimuthal plane. The arrangement of the transmission chambers of FIG. 7 and 8 allows looking around both in the azimuthal and vertical planes.
На фиг. 7 одна базовая и двадцать четыре дополнительные группы передающих камер размещены на различных азимутальных и вертикальных положениях, причем положение зрачков и оптических осей всех передающих камер должны удовлетворять вышеназванным условиям (формулы 1-5). In FIG. 7, one basic and twenty-four additional groups of transmitting chambers are placed at different azimuthal and vertical positions, and the position of the pupils and optical axes of all transmitting chambers must satisfy the above conditions (formulas 1-5).
На фиг. 8 показано упрощенное расположение девяти групп передающих камер по три передающие камеры в группе, обеспечивающее оглядывание в небольших углах как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, для чего шесть дополнительных групп передающих камер размещают вне азимутальной (центральной) плоскости; при этом передающие камеры располагают в наклонных плоскостях, составляющих с центральной плоскостью угол ±ε и разносят по азимуту на равные углы ±β. Отметим, что условия правильного размещения передающих камер в этом случае, вообще говоря, нарушены, такое упрощенное расположение допустимо только в системах ОТВ, обеспечивающих небольшой угол оглядывания (около ± 0,1 радиана). In FIG. Figure 8 shows a simplified arrangement of nine groups of transmitting chambers with three transmitting chambers in a group, which allows looking around at small angles both in the horizontal and vertical planes, for which six additional groups of transmitting chambers are placed outside the azimuthal (central) plane; while the transmitting chambers are located in inclined planes making up an angle of ± ε with the central plane and are distributed in azimuth by equal angles of ± β. Note that the conditions for the correct placement of the transmitting chambers in this case, generally speaking, are violated, such a simplified arrangement is permissible only in OTV systems providing a small viewing angle (about ± 0.1 radians).
Во всех рассмотренных случаях, в том числе, и при равномерном расположении передающих камер (фиг. 3 и 4), каждая группа передающих камер в течение периода строки включается на определенный отрезок времени, независимо от положения зрителя. In all cases considered, including when the transmitting chambers are evenly distributed (Figs. 3 and 4), each group of transmitting chambers is switched on for a certain period of time during a row period, regardless of the position of the viewer.
В отличие от прототипа [9], в предложенном решении для передачи видеосигнала базового кадра используется не только время, отведенное для воспроизведения видеоизображения, но и время, в течение длительности кадра, когда видеоинформация не передается или не воспроизводится, например часть времени, отведенного на обратный ход строчной развертки (около 12 мкс в стандартах PAL, SECAM) не занятого служебными сигналами, а также часть периодов строчной и кадровой развертки, в течение которой не воспроизводится видеоинформация (например, первые 34 строки в каждом полукадре в стандартах PAL, SECAM и невоспроизводимая часть времени прямого хода строчной развертки - около 10% Tnx).Unlike the prototype [9], the proposed solution for transmitting the video signal of the basic frame uses not only the time allotted for playing the video image, but also the time during the frame duration when the video information is not transmitted or not reproduced, for example, a part of the time allotted for the reverse horizontal scanning course (about 12 μs in PAL, SECAM standards) not occupied by service signals, as well as part of horizontal and vertical scanning periods during which video information is not played (for example, the first 34 lines in each half frame in the PAL standards, SECAM and non-reproducible forward stroke of the time of line scanning - about 10% T nx).
Кроме того, в отличие от прототипа, при котором вид и спектр передаваемых видеосигналов остаются стандартными, а для передачи используются два стандартных видеоканала, в предложенном решении меняется форма сигнала и его спектр (фиг. 18 и 19), и несмотря на увеличение объема передаваемой информации, для осуществления передачи 1000 ракурсов достаточно лишь одного телевизионного канала со стандартной полосой частот (6 МГц), а для передачи 100000 ракурсов достаточно телевизионного канала с двойной полосой частот (до 12 МГц),
На фиг. 9 - 14 представлены варианты циклограмм работы видеокамер при записи базового кадра. На фиг. 9 представлен вариант равномерного и поочередного использования всех девяти передающих камер, расположенных по фиг. 3 и 4, для создания базового кадра. Отметим, что для передачи дополнительной видеоинформации об элементах объекта, невидимых из базовой точки O, используется часть периода строчной развертки (Tнс, см. фиг. 9 и 10) не занятая воспроизводством видеоинформации и служебными сигналами, включая невоспроизводимую часть времени прямого хода строчной развертки - около 10% Tpc. Такое включение передающих камер приемлемо в тех случаях, когда не требуется совместимость передаваемых сигналов со стандартными телевизионными сигналами, поскольку в описываемом случае ракурс наблюдения объекта скачкообразно перемещается в пространство, чего не происходит при передаче изображения в существующих телевизионных системах.In addition, unlike the prototype, in which the type and spectrum of transmitted video signals remain standard, and two standard video channels are used for transmission, the proposed solution changes the waveform and its spectrum (Figs. 18 and 19), and despite the increase in the amount of transmitted information , for the transmission of 1000 angles, only one television channel with a standard frequency band (6 MHz) is enough, and for the transmission of 100000 angles, a television channel with a double frequency band (up to 12 MHz) is enough
In FIG. 9 - 14 are options for cyclograms of the operation of cameras when recording the base frame. In FIG. 9 shows a variant of uniform and alternate use of all nine transmitting chambers located in FIG. 3 and 4 to create a base frame. Note that to transmit additional video information about the elements of the object that are invisible from the base point O, part of the horizontal scanning period (T ns , see Figs. 9 and 10) is used, which is not busy with video information and service signals, including the irreproducible part of the horizontal scanning forward speed - about 10% T pc . Such inclusion of transmitting cameras is acceptable in cases where the compatibility of the transmitted signals with standard television signals is not required, since in the described case, the viewing angle of the object jumps into space, which does not happen when transmitting images in existing television systems.
Обеспечить совместимость для такого расположения передающих камер можно, объединяя их в группы и синхронизируя включение передающих камер в группе, как показано на фиг. 10. На рисунке выделен интервал прямого хода строчной развертки каждой передающей камеры (пунктирный прямоугольник), в котором сплошными линиями выделены интервалы времени (t2 и t3), когда сигналы данной передающей камеры используются при формировании базового кадра. Такая циклограмма работы передающих камер пригодна и для их неравномерного пространственного расположения, как показано на фиг. 6 и обеспечивает возможность оглядывания изображения в некотором угле ±β в азимутальном направлении.Compatibility for this arrangement of transmitting cameras can be ensured by combining them into groups and synchronizing the inclusion of transmitting cameras in a group, as shown in FIG. 10. The figure shows the forward line interval of the horizontal scan of each transmitting camera (dashed rectangle), in which solid lines indicate time intervals (t 2 and t 3 ) when the signals of this transmitting camera are used to form the basic frame. Such a sequence diagram of the operation of the transmitting chambers is also suitable for their uneven spatial arrangement, as shown in FIG. 6 and provides the ability to look around the image in a certain angle ± β in the azimuthal direction.
В такой циклограмме ракурс не меняется в течение интервала времени воспроизводимой части прямого хода строчной развертки и этим обеспечивается совместимость сигналов базового кадра со стандартными телевизионными сигналами. In such a sequence diagram, the angle does not change during the time interval of the reproduced part of the forward horizontal scan, and this ensures the compatibility of the signals of the base frame with standard television signals.
Циклограмма работы передающих камер, обеспечивающих оглядывание объемного изображения как по азимуту, так и по вертикали (расположение передающих камер показано на фиг. 7) представлена на фиг. 11 - 14. Отметим, что в отличие от рассмотренных ранее циклограмм для отдельных передающих камер, на фиг. 11, 13 представлены циклограммы включения групп передающих камер по периоду строки, а на фиг. 12, 14 - циклограммы включения групп передающих камер по периоду кадра, причем суммарное время включения всех групп передающих камер по строке соответствует выражениям (2) или (4), а суммарное время включения всех групп передающих камер по кадру соответствует выражениям (3) или (5). The sequence diagram of the operation of the transmitting chambers, providing an overview of the volumetric image both in azimuth and vertical (the location of the transmitting chambers is shown in Fig. 7) is shown in Figs. 11 - 14. Note that, in contrast to the previously considered cyclograms for individual transmitting cameras, in FIG. 11, 13 are cyclograms of switching on the groups of transmitting cameras along the row period, and in FIG. 12, 14 - cyclograms of switching on the groups of transmitting cameras by the frame period, and the total switching on time of all groups of transmitting cameras on a line corresponds to expressions (2) or (4), and the total switching on time of all groups of transmitting cameras on a frame corresponds to expressions (3) or ( 5).
Зона, наблюдаемая передающими камерами, и зона видения объемного изображения связаны между собой соотношениями (2)-(5). Эта связь заключается в жестком задании точки A (в зоне наблюдения) и базовой точки O (в зоне видения). Только при наличии этой связи обеспечивается как подобие наблюдаемого изображения реальному объекту, так и соответствие сформированных сигналов между собой по всей цепочке способа ОТВ. The zone observed by the transmitting cameras and the zone of vision of the three-dimensional image are interconnected by relations (2) - (5). This connection consists in rigidly setting the point A (in the observation zone) and the base point O (in the vision zone). Only in the presence of this connection is it ensured that both the similarity of the observed image to the real object and the correspondence of the generated signals to each other along the entire OTV chain.
Если зритель расположен так, что, например, его правый глаз находится в базовой точке O (см. фиг. 15), то этим глазом он увидит изображение, соответствующее стандартному телевизионному сигналу (границы горизонтальных и вертикальных углов видения на этапе наблюдения обозначены прямоугольником abcd, заштрихованным на рисунке). If the viewer is positioned so that, for example, his right eye is at the base point O (see Fig. 15), then with this eye he will see an image corresponding to a standard television signal (the boundaries of the horizontal and vertical viewing angles at the stage of observation are indicated by the rectangle abcd, hatched in the figure).
При смещении зрителя по азимуту, например, вправо, при оглядывании, точки, расположенные ближе точки A, в каком-либо j-плане, сместятся влево и займут новое положение, например в границах efgh. Это смещение точек будет тем значительнее, чем больше отличие их дальности от нулевого плана. Точки, лежащие в нулевом плане (напомним, что нулевой план представляет собой поверхность, содержащую точку A при записи и поверхность экрана монитора объемного изображения при воспроизведении) останутся на своих местах (прямоугольник abcd) для любого ракурса. Точки, расположенные дальше точки A, в каком-нибудь k-плане, сместятся вправо и займут новые положения, например положение klmn. When the viewer is shifted in azimuth, for example, to the right, when looking around, the points located closer to the point A, in some j-plan, will shift to the left and take a new position, for example, within the efgh boundaries. This displacement of the points will be the greater, the greater the difference in their distance from the zero plan. Points lying in the zero plane (recall that the zero plane is a surface containing point A during recording and the surface of the monitor screen of a three-dimensional image during playback) will remain in their places (rectangle abcd) for any angle. Points located farther than point A in some k-plan will shift to the right and take up new positions, for example, the position klmn.
При этом объем и качество видеоинформации, воспринимаемой каждым глазом, будет соответствовать телевизионному стандарту, но по содержанию она будет отличаться от видеоинформации, воспринимаемой в точке O. По сумме двух полей, отличающихся для каждого глаза, зритель увидит объемное изображение, соответствующее его азимутальному положению. In this case, the volume and quality of video information perceived by each eye will correspond to the television standard, but in content it will differ from the video information perceived at point O. By the sum of two fields that differ for each eye, the viewer will see a three-dimensional image corresponding to its azimuthal position.
Отметим, что при больших отклонениях зрителя от базовой точки O некоторые элементы объемного изображения, расположенные вне нулевого плана, могут выйти за пределы прямоугольника ABCD. В этом случае они уйдут из поля зрения и станут невидимы для зрителя. Note that with large deviations of the viewer from the base point O, some elements of the three-dimensional image located outside the zero plan can go beyond the rectangle ABCD. In this case, they will leave the field of view and become invisible to the viewer.
Если передающие камеры расположены так, как показано на фиг. 7, а циклограмма их включения удовлетворяет приведенной на фиг. 11 и 12, то оглядывание возможно при смещении зрителя относительно базовой точки O не только по азимуту, но и по вертикали (см. фиг. 16). Греческими буквами показаны пространственные зоны углов видения объекта (базовая зона β0 = φ, ε0 = θ и дополнительные зоны βi и εi, где i=1-4).If the transmitting chambers are arranged as shown in FIG. 7, and the sequence diagram of their inclusion satisfies that shown in FIG. 11 and 12, then looking around is possible when the viewer is shifted relative to the base point O not only in azimuth, but also vertically (see Fig. 16). Greek letters indicate the spatial zones of the object’s viewing angles (the base zone β 0 = φ, ε 0 = θ and the additional zones β i and ε i , where i = 1-4).
Фиг. 16 иллюстрирует двумерное смещение полей видения зрителем. Если зритель расположен в произвольной точке V, смещенной влево и вверх при произвольном положении головы (пусть правый глаз зрителя дополнительно смещен вправо и вверх на величину B), то области видения будут занимать положения:
- для нулевого плана - заштрихованный прямоугольник abcd;
- для какого-либо ближнего j-плана - смещение вправо и вниз (площадка an1, bn1, cn1, dn1 для левого глаза и площадка anr, bnr, cnr, dnr для правого глаза);
- для какого-либо дальнего k-плана - смещение влево и вверх (площадка af1, bf1, cf1, df1 для левого глаза и площадка afr, bfr, cfr, dfr для правого глаза).FIG. 16 illustrates the two-dimensional displacement of the fields of view by the viewer. If the viewer is located at an arbitrary point V, shifted to the left and upward at an arbitrary position of the head (let the right eye of the viewer is further shifted to the right and upward by B), then the viewing areas will occupy the positions
- for the zero plan - the shaded rectangle abcd;
- for any near j-plan - shift to the right and down (platform a n1 , b n1 , c n1 , d n1 for the left eye and platform a nr , b nr , c nr , d nr for the right eye);
- for any distant k-plan - an offset to the left and up (platform a f1 , b f1 , c f1 , d f1 for the left eye and platform a fr , b fr , c fr , d fr for the right eye).
При перемещении зрителя область видения также будет перемещаться и занимать, соответственно, для левого и правого глаза какие-то новые границы. При этом объем видеоинформации, воспринимаемый каждым глазом, будет соответствовать объему видеоинформации стандартного плоского сигнала, снятого с соответствующего ракурса. По сумме двух плоских отличающихся для каждого глаза полей, зритель получит впечатление объемного изображения и возможность оглядывания как по азимуту, так и по вертикали. Если зритель сместится настолько, что часть элементов объемного изображения, расположенных в далеких или близких планах, выйдет за пределы прямоугольника ABCD, то зритель не увидит эти элементы. When moving the viewer, the field of vision will also move and occupy, respectively, for the left and right eyes some new boundaries. In this case, the amount of video information perceived by each eye will correspond to the amount of video information of a standard flat signal taken from the corresponding angle. By the sum of two flat fields that are different for each eye, the viewer will get the impression of a three-dimensional image and the ability to look around both in azimuth and in vertical direction. If the viewer shifts so much that some of the elements of the three-dimensional image located in the distant or close plans go beyond the rectangle ABCD, then the viewer will not see these elements.
Фиг. 17 иллюстрирует зависимость величины смещения полей зрения для разных планов при произвольном положении зрителя. На этапе формирования базового кадра передающие камеры были расположены так (см. фиг. 6), что перекрывали некоторый дополнительный сектор видения по азимуту. Границы возможного воспроизведения полей ракурсов для разных планов:
l0i, r0i - границы, видимые из базовой точки O, сплошные линии;
li - левая граница поля обзора, видимая из точки O1 для i-го плана, пунктирные линии;
ri - правая граница поля обзора, видимая из точки Or для i-го плана, пунктирные линии;
Vil, Vir - границы, видимые из произвольной точки V, сплошные линии;
4, 3, 2, 1, 0, 1', 2' - последовательные номера планов.FIG. 17 illustrates the dependence of the magnitude of the displacement of the fields of view for different plans at an arbitrary position of the viewer. At the stage of forming the basic frame, the transmitting cameras were located so (see Fig. 6) that they overlapped some additional sector of vision in azimuth. The boundaries of the possible reproduction of field views for different plans:
l 0i , r 0i - boundaries visible from the base point O, solid lines;
l i - the left border of the field of view, visible from point O 1 for the i-th plan, dashed lines;
r i - the right border of the field of view, visible from the point O r for the i-th plan, dashed lines;
V il , V ir - boundaries visible from an arbitrary point V, solid lines;
4, 3, 2, 1, 0, 1 ', 2' - consecutive numbers of plans.
Фиг 17 качественно показывает рост величины смещения границ поля ракурса по мере выхода воспроизводимого элемента из нулевого плана (плоскость экрана, линия Lo, Ro). Fig 17 qualitatively shows the increase in the magnitude of the shift of the boundaries of the field of view as the reproduced element leaves the zero plan (screen plane, line Lo, Ro).
Фиг. 18 качественно показывает:
двумерное распределение элементов изображения базового кадра:
- M0, R0, L0, N0 - для нулевого плана;
- An, Bn, Cn, Dn - для ближнего плана;
- Af, Bf, Cf, Df - для дальнего плана;
двумерное распределение элементов изображения базового ракурса:
- ano, bno, cno, dno - для ближнего плана;
- afo, bfo, cfo, dfo - для дальнего плана;
двумерное распределение элементов изображения из произвольного ракурса:
- anv, bnv, cnv, dnv - для ближнего плана;
- afn, bfn, cfn, dfn - для дальнего плана.FIG. 18 shows qualitatively:
two-dimensional distribution of image elements of the base frame:
- M 0 , R 0 , L 0 , N 0 - for the zero plan;
- A n , B n , C n , D n - for the near plan;
- A f , B f , C f , D f - for the background;
two-dimensional distribution of basic elements of the image:
- a no , b no , c no , d no - for the near plan;
- a fo , b fo , c fo , d fo - for the background;
two-dimensional distribution of image elements from an arbitrary angle:
- a nv , b nv , c nv , d nv - for the near plan;
- a fn , b fn , c fn , d fn - for the background.
Отметим, что объем передаваемой видеоинформации в базовом кадре предложенного способа превышает объем информации, содержащейся в стандартном телевизионном кадре по всем трем измерениям:
- по азимутальному углу видения объекта,
- по вертикальному углу видения объекта,
- по объему информации, описывающему элемент наблюдения объекта; например, элементарный тактированный видеосигнал усложнен наличием в нем сигнала дальности этого элемента. При выполнении способа методами цифровой техники машинное слово, описывающее один элемент базового кадра показано на фиг. 19. Это слово отличается от машинного слова, используемого в стандартных цифровых системах, наличием дополнительной информации о номере плана, в котором данный элемент расположен.Note that the amount of transmitted video information in the base frame of the proposed method exceeds the amount of information contained in a standard television frame in all three dimensions:
- the azimuthal angle of vision of the object,
- the vertical angle of the object,
- the amount of information describing the element of observation of the object; for example, an elementary clocked video signal is complicated by the presence of the range signal of this element in it. When performing the method using digital techniques, a machine word describing one element of the basic frame is shown in FIG. 19. This word differs from the machine word used in standard digital systems by the availability of additional information about the plan number in which this element is located.
Избыточную, по сравнению со стандартным телевизионным кадром, информацию по каждому из измерений можно передавать различным образом:
- для расширения азимутального угла видения объекта использовать часть периода строчной развертки, не занятого воспроизведением видеоинформации и служебными сигналами;
- для расширения вертикального угла видения объекта использовать часть времени кадра, не используемого для воспроизведения видеоинформации.Excessive, in comparison with a standard television frame, information on each of the measurements can be transmitted in various ways:
- to expand the azimuthal angle of view of the object, use part of the horizontal scanning period, not busy playing video information and service signals;
- to expand the vertical angle of view of the object, use part of the frame time that is not used to play video information.
Для передачи дополнительной информации, описывающей каждый элемент наблюдаемого объекта, в частности, для передачи информации о дальности элемента, использовать широко известный метод квадратурной модуляции, с последующей, расположенной в низкочастотной части спектра стандартного телевизионного сигнала с дальностной поднесущей Fnd = 1,5 МГц. Подобный метод используется в стандартном телевидении для передачи информации о цвете наблюдаемого объекта и для обеспечения совместимости цветного и черно-белого воспроизведения. Спектр передаваемых видеосигналов в предложенном способе показан на фиг. 20.To transmit additional information describing each element of the observed object, in particular, to transmit information about the range of the element, use the well-known quadrature modulation method, followed by the standard television signal with a range subcarrier F nd = 1.5 MHz located in the low-frequency part of the spectrum. A similar method is used in standard television to transmit information about the color of the observed object and to ensure compatibility of color and black and white reproduction. The spectrum of transmitted video signals in the proposed method is shown in FIG. 20.
Подробно операция формирования базового кадра представлена на фиг. 21. Отметим, что в каждый текущий момент времени в формировании базового кадра принимает участие какая-то одна группа передающих камер. Также напомним, то одна из передающих камер является основной. Для определенности полагаем, что в группе 3 передающих камеры, центральная является основной, а остальные две - левая и правая дополнительные. In detail, the operation of forming the base frame is shown in FIG. 21. Note that at any current time in the formation of the basic frame is involved in one group of transmitting cameras. Also recall that one of the transmitting cameras is the main one. For definiteness, we assume that in the group of 3 transmitting cameras, the central one is the main one, and the other two are the left and right additional ones.
Видеосигналы с выхода основной передающей камеры потактово задерживаются и на каждом такте задержки попарно сравниваются с видеосигналами дополнительных передающих камер, которые также задержаны, но на постоянное число тактов. Сравнение производится для двух пар видеосигналов: основного с левым дополнительным, а также основного с правым дополнительным. Пусть максимальное число тактов задержки видеосигналов основной передающей камеры равно P. В дальнейшем, это число будет определяться количеством различимых планов в объемном изображении. Целесообразно величину постоянной задержки видеосигналов обеих дополнительных передающих камер сделать близкой к P/2 тактов. Сравнение видеосигналов можно производить, например, отдельно по каждой из выделенных цветовых (красной, зеленой и голубой). При совпадении в обеих парах сравниваемых видеосигналов всех компонент видеосигнала (или хотя бы двух из трех) на каком-либо такте выделяется сигнал, добавляющийся к видеосигналам основной передающей камеры на этом же такте. Величина этого сигнала пропорциональна номеру такт, на котором произошло совпадение. The video signals from the output of the main transmitting camera are delayed tactlessly and at each delay cycle, the pairs are compared in pairs with the video signals of the additional transmitting cameras, which are also delayed, but for a constant number of clock cycles. Comparison is made for two pairs of video signals: the main with the left additional, and the main with the right additional. Let the maximum number of delay cycles of the video signals of the main transmitting camera be P. In the future, this number will be determined by the number of distinguishable plans in the three-dimensional image. It is advisable to make the value of the constant delay of the video signals of both additional transmitting cameras close to P / 2 clocks. Comparison of video signals can be made, for example, separately for each of the selected color (red, green and blue). If in both pairs of the compared video signals all of the components of the video signal (or at least two of the three) coincide, a signal is added to a clock signal that is added to the video signals of the main transmitting camera on the same clock cycle. The magnitude of this signal is proportional to the number of the beat at which the match occurred.
Реализация предложенного способа
Предыдущими примерами детально описаны возможные пути реализации предложенного способа. Еще раз перечислим эти примеры:
Пример N 1. Девять передающих камер с оптическими осями, расположенными веерообразно или параллельно друг другу (фиг. 3 и 4, соответственно). Циклограмма их работы показана на фиг. 9.The implementation of the proposed method
The previous examples described in detail the possible ways of implementing the proposed method. Once again, we list these examples:
Пример N 3. Три камеры в группе. Все три группы расположены в одной плоскости (фиг. 6). Циклограмма их работы показана на фиг. 10.
Во всех вышеперечисленных примерах обеспечивается оглядыванием изображения только в азимутальной плоскости. In all of the above examples, it is provided by looking around the image only in the azimuthal plane.
Пример N 4. Двадцать пять групп передающих камер (фиг. 7), по пять групп, расположенных на каждой из пяти конических поверхностях. Циклограмма их работы показана на фиг. 11 и 12. Example No. 4. Twenty-five groups of transmission chambers (Fig. 7), five groups located on each of the five conical surfaces. The cycle diagram of their operation is shown in FIG. 11 and 12.
Пример N 5. Девять групп камер по три камеры в группе (фиг. 8). Example No. 5. Nine groups of cameras, three cameras in a group (Fig. 8).
В двух последних примерах обеспечивается оглядывание как по азимуту, так и по вертикали. The last two examples provide looking both in azimuth and vertically.
Фиг. 5 отражает обобщенное устройство, поясняющее предложенный способ, в котором обозначены:
1 - блок наблюдения объекта,
2 - формирователь базового кадра,
3 - блок записи и/или передачи сформированного изображения,
4 - таймер,
5 - тюнер,
6 - декодер,
7 - воспроизводящий экран,
8 - координатор.FIG. 5 reflects a generalized device explaining the proposed method, in which are indicated:
1 - block observation of the object,
2 - shaper base frame,
3 - block recording and / or transmission of the generated image,
4 - timer
5 - tuner
6 - decoder,
7 - reproducing screen,
8 - coordinator.
Реализуя предложенный способ, устройство работает следующим образом. Блок наблюдения (1) обеспечивает необходимое расположение передающих камер, цикличность из работы, а также выбор текущего базового ракурса. Формирователь базового кадра (2) преобразовывает сигналы, поступающие от выделенной группы передающих камер, в форму, показанную на фиг. 18 - 19. Эти сигналы в цифровой или аналоговой форме записываются или передаются по соответствующему каналу передачи с помощью блока записи и/или передачи (3). Работа передающей части системы ОТВ тактируется таймером (4). Implementing the proposed method, the device operates as follows. The observation unit (1) provides the necessary arrangement of the transmitting cameras, the cyclic nature of the work, as well as the selection of the current base view. The base frame former (2) converts the signals from the selected group of transmitting cameras into the form shown in FIG. 18 - 19. These signals are recorded in digital or analog form or transmitted over the corresponding transmission channel using the recording and / or transmission unit (3). The operation of the transmitting part of the OTV system is clocked by a timer (4).
Переданные сигналы восприниматься тюнером (5) в приемной части системы ОТВ, декодируются в декодере (6) с учетом координат зрителей, определяемых координатором (8) и воспроизводятся на экране (7). The transmitted signals are perceived by the tuner (5) in the receiving part of the OTV system, are decoded in the decoder (6) taking into account the coordinates of the audience determined by the coordinator (8) and are displayed on the screen (7).
Возможны различные варианты выполнения устройств, но как бы они не были выполнены, они обязательно будут содержать блоки, указанные на фиг. 5. Конкретная реализация отдельных блоков в настоящем описании не рассматривается. Various embodiments of the devices are possible, but no matter how they are performed, they will necessarily contain the blocks indicated in FIG. 5. The specific implementation of the individual blocks in the present description is not considered.
На фиг. 20 показан воспроизводящий экран 7, выбранный автором как наиболее предпочтительный для реализации заявляемого способа. Экран 7 состоит из двух частей - светоинформационной матрицы 10 и обтюратора 11. В качестве светоинформационной матрицы 10 могут быть использованы обычные двумерные дисплеи: кинескоп, жидкокристаллическая панель, воспроизводимая панель на основе автоэмиссии, газодинамическая панель и т.д.. В качестве обтюратора 11 могут быть использованы: механический экран с движущимися вертикальными щелями, жидкокристаллическая или иная панель, выполненная с возможностью управления положением прозрачных вертикальных щелей на непрозрачном фоне. In FIG. 20 shows a reproducing
В таком экране 7 каждый глаз зрителя (правый глаз 12 и левый глаз 13) будет видеть свой индивидуальный набор светоинформационных столбцов, на поверхности светоинформационной матрицы 10 сквозь щели обтюратора 11. Правый глаз 12 будет сквозь щели 17 (пунктирные линии на поверхности обтюратора 11) набор светоинформационных столбцов 15, а левый глаз 13 будет видеть сквозь щели 16 (сплошные линии 16 на поверхности обтюратора 11) набор светоинформационных столбцов 14. За время кадра светоинформационные столбцы 14 для левого глаза 13 зрителя и щели 16 обтюратора 11 пробегают все положения от первоначального до положения своего соседнего столбца (с теми же номерами 14 и 16, соответственно). За это же время светоинформационные столбцы 15 для правого глаза 12 зрителя и щели 17 обтюратора 11 пробегают все положения от первоначального до положения своего столбца (с теми же номерами 15 и 17, соответственно). При этом каждый глаз зрителя получит свою индивидуальную информацию, соответствующую своему местоположению. In such a
При равномерном чередовании столбцов для левого 13 и правого 12 глаз зрителя, что удобно для осуществления кадровой развертки, на фиг. 27 показано взаимное расположение элементов воспроизводящего экрана 7, при его сечении горизонтальной плоскостью для пояснения преобразований по формулам 6 - 8. With a uniform alternation of columns for the left 13 and right 12 eyes of the viewer, which is convenient for carrying out a frame scan, in FIG. 27 shows the relative position of the elements of the reproducing
Пусть в устройстве воспроизведения используется плоский воспроизводящий экран 7, выполненный, например, на основе жидких кристаллов [6]. Как уже упоминалось выше, этот экран можно представить состоящим из MxN прямоугольников. Пусть внутрь этого i-прямоугольника в точку Co(Xwo, Ywo, O) проецируется из базовой точки O (O, O, Zo) трехмерный элемент объемного изображения - точка W (Xw, Yw, Zw) (см. фиг. 24). Базовый кадр в совокупности передаваемый информации содержит координаты передаваемых элементов (точек), в том числе содержит координаты точки Co(Xwo, Ywo, O). Эта же точка W(Xw, Yw, Zw) при наблюдении ее из произвольной точки V(Xv, Yv, Zv) должна проецироваться в другое место экрана, в точку Cv(Xwv, Ywv, O). Ее смещение будет происходить вместе с другими точками i-го прямоугольника без изменения их взаимного расположения внутри i-го прямоугольника.Let the flat reproducing
Преобразование координат точки Co в точку Cv осуществляют в соответствии с формулами 11 и 12.The conversion of the coordinates of the point C o to the point C v is carried out in accordance with
Xwv = (ZvXwo(Zo-Zw) - XvZwZo/(Zo(Zv-Zw)) (11)
Ywv = (ZvXwo(Zo-Zw) - YvZwZo/(Zo(Zv-Zw)), (12)
где Xv, Yv и Zv - координаты одного зрачка зрителя (точки V);
Xwo и Ywo - координаты проекции точки W(Xw, Yw, Zw) из базовой точки O на информационный экран;
Xw, Yw, Zw - пространственные координаты точки W(Xw, Yw, Zw) объекта;
O, O, Zo - координаты базовой точки O.X wv = (Z v X wo (Z o -Z w ) - X v Z w Z o / (Z o (Z v -Z w )) (11)
Y wv = (Z v X wo (Z o -Z w ) - Y v Z w Z o / (Z o (Z v -Z w )), (12)
where X v , Y v and Z v - the coordinates of one pupil of the viewer (point V);
X wo and Y wo are the coordinates of the projection of the point W (X w , Y w, Z w ) from the base point O onto the information screen;
X w , Y w , Z w - spatial coordinates of the point W (X w , Y w , Z w ) of the object;
O, O, Z o - coordinates of the base point O.
Как указывалось выше, все точки внутри этого прямоугольника, включая точку W, получают одинаковое смещение, не меняя взаимного расположения внутри i-го прямоугольника, следовательно, точка W сместится на ту же величину, что и центр i-го прямоугольника, т.е. на величину Xwv - Xwo по горизонтальной оси и на величину Ywv - Ywo по вертикальной оси.As mentioned above, all points inside this rectangle, including the point W, receive the same offset without changing the relative position inside the i-th rectangle, therefore, the point W will shift by the same amount as the center of the i-th rectangle, i.e. by the value X wv - X wo along the horizontal axis and by the value Y wv - Y wo along the vertical axis.
Отметим, что при преобразовании координат возможно экранирование i-м прямоугольником другого j-го прямоугольника, расположенного дальше от зрителя. На фиг. 28 этот факт отражен экранированием точки T (Xt, Yt, Zt), находящейся внутри j-го прямоугольника, которая была видна из базовой точки O и проецировалась в точку Cto.Note that when converting coordinates, it is possible to screen the i-th rectangle of another j-th rectangle located further from the viewer. In FIG. 28 this fact is reflected by the screening of the point T (X t , Y t , Z t ) located inside the j-th rectangle, which was visible from the base point O and projected to the point C to .
Фиг. 25 поясняет процесс переноса точек как находящихся в пределах одного прямоугольника (точки P и Q не меняет своего взаимного расположения), так и находящихся в разных прямоугольниках (точки R и S меняют свое взаимное расположение после преобразования координат). FIG. 25 illustrates the process of transferring points both within the same rectangle (points P and Q does not change their relative position), and located in different rectangles (points R and S change their relative position after coordinate transformation).
Нами был опробован ряд вариантов, в частности, изображенный в последовательности операций по фиг. 2. Размещение передающих камер было осуществлено в соответствии с фиг. 6 и 7. В качестве устройства воспроизведения 3 использовались кинескоп 10 с размером 51 см и обтюрационная панель на жидких кристаллах 11. Для этого случая были получены следующие результаты:
- процент правильного определения номера плана пикселей - 95%;
- обеспечена совместимость изображения с существующим стандартом PAL;
- угол оглядывания составил ± 5o как в азимутальном, так и вертикальном направлениях;
- искажения пропорций объекта при его воспроизведении не наблюдалось;
- изображения пейзажа записывались как на стандартную видеокассету (типа VHS), так и непосредственно в память компьютера типа IBM 486.We have tested a number of options, in particular, depicted in the sequence of operations of FIG. 2. The placement of the transmission chambers was carried out in accordance with FIG. 6 and 7. As a reproducing
- the percentage of the correct determination of the pixel plan number is 95%;
- Ensured image compatibility with the existing PAL standard;
- the viewing angle was ± 5 o both in the azimuthal and vertical directions;
- distortion of the proportions of the object during its reproduction was not observed;
- Images of the landscape were recorded both on a standard video cassette (VHS type), and directly in the memory of a computer such as IBM 486.
Таким образом, в результате предложенного технического решения достигается свойственное человеку восприятие объемного изображения с возможностью оглядывания объекта в широком угле обзора при плавном оглядывании и при отсутствии искажения пропорций и перспективы в изображении наблюдаемого объекта. Thus, as a result of the proposed technical solution, the perception of a three-dimensional image inherent in a person is achieved with the possibility of looking around an object in a wide viewing angle with smooth looking and in the absence of distortion of proportions and perspective in the image of the observed object.
Кроме того, обеспечивается возможность записи объемных изображений и передачи их по обычным моноскопическим телевизионным каналам в том числе, по каналам стандартного телевизионного вещания. In addition, it is possible to record three-dimensional images and transfer them via conventional monoscopic television channels, including channels of standard television broadcasting.
В принципе, возможно управление объемным изображением и получение специфических эффектов, необходимых для решения задач конструирования, театра, а в будущем для создания интерактивных устройств в системе ОТВ. In principle, it is possible to control a three-dimensional image and obtain specific effects necessary to solve the problems of design, theater, and in the future to create interactive devices in the OTV system.
По предварительным оценкам стоимость воспроизводящего устройства реализующего предложенный способ не должна превышать стандартного телевизионного приемника больше чем в 2 - 2,5 раза. According to preliminary estimates, the cost of a reproducing device that implements the proposed method should not exceed a standard television receiver by more than 2 - 2.5 times.
Источники информации
1. Robinson Ph. Stereo 3D Systems Computer Graphics World, 1990, v. 13, N 6, p. 68-70, p. 73 - 74.Sources of information
1. Robinson Ph. Stereo 3D Systems Computer Graphics World, 1990, v. 13,
2. Китамура Хироюки, Инадзаки Кэндзо; Сяпу К.К. - Заявка 6473891, Япония, МКИ G 03 B 35/16; Заявл 87.09.14; N 62-230351. 2. Kitamura Hiroyuki, Inazaki Kenzo; Syapu K.K. - Application 6473891, Japan, MKI G 03 B 35/16; Declared September 87, 2014; N 62-230351.
3. Omura K. , Tetsutany N., Kisino F. Lenticular stereoscopic display sistem with eye-position tracking and without special-equipment needs. SID 94 Digest, p. 187-190, 1994. 3. Omura K., Tetsutany N., Kisino F. Lenticular stereoscopic display sistem with eye-position tracking and without special-equipment needs. SID 94 Digest, p. 187-190, 1994.
4. T. Kanai. Head-Driven Pointing Device, Fujitsu LTD, патент Японии N 6-187092 (A) 8.7.1994, Int. Cl. G 06 F 3/033. 4. T. Kanai. Head-Driven Pointing Device, Fujitsu LTD, Japan Patent N 6-187092 (A) 8.7.1994, Int. Cl. G 06
5. Tetsutany N. Nagashima Y., Tomono A., Kisino F. Stereoscopic display method employing eye-position tracking. Proc. of International Symp. on 3D Techs and Arts (Totyo), p. 101-107, 1992. 5. Tetsutany N. Nagashima Y., Tomono A., Kisino F. Stereoscopic display method employing eye-position tracking. Proc. of International Symp. on 3D Techs and Arts (Totyo), p. 101-107, 1992.
6. J.Eichenlaub at all "DTI's Autostereoscopic Display Technology" SPIE, v. 1915, Stereoscopic Display & Application IV (1993), p. 178. 6. J. Eichenlaub at all "DTI's Autostereoscopic Display Technology" SPIE, v. 1915, Stereoscopic Display & Application IV (1993), p. 178.
7. Travis D.S. Three dimention display apparatus, Патент Великобритании, N 2206763, Кл. МКИ H 04 N 13/04, Кл. НКИ H 4 F. 7. Travis D.S. Three dimention display apparatus, UK Patent, N 2206763, Cl. MKI H 04
8. Otsubo M. Прибор для воспроизведения объемного изображения, патент Японии, N 4-339599, МКИ H 04 N 13/04, публ. 07.06.94. 8. Otsubo M. The device for reproducing three-dimensional images, Japan patent, N 4-339599, MKI H 04
9. Y. Takahashi. Трехмерный дисплей, Nippon Telegr. & Teleph. Corp. (NTT), патент Японии N 5-83746 (A), 02.04.93, Int Cl. H 04 N 13/00. Ка 9. Y. Takahashi. Three-dimensional display, Nippon Telegr. & Teleph. Corp. (NTT), Japanese Patent No. 5-83746 (A), 04/02/93, Int Cl. H 04
Claims (9)
δ = (B/Lo= D/h (радиан),
ε/θ = t1/tвк,
β/φ = (tox-T)/tпx
где B - расстояние между глазами зрителя, м;
L0 - заданное стандартное расстояние от центра экрана воспроизводящего устройства до базовой точки 0, выбранной в зоне наблюдения изображения, м;
D - расстояние между центрами зрачков передающих камер, м;
L - расстояние от передающих камер до точки А, м;
δ - угол конвергенции (угол между оптическими осями соседних камер), рад;
ε - угол оглядывания по вертикали, рад;
θ - угол обзора камеры по вертикали, рад;
β - угол оглядывания по азимуту, рад;
φ - угол, под которым камера видит объект по азимуту, рад;
T - часть времени обратного хода строчной развертки, занятой служебными сигналами, с;
t1 - время кадровой развертки, не занятое видеоинформацией в стандартном телевизионном кадре, с;
tвк - время кадровой развертки, занятое воспроизводством в стандартном телевизионном кадре, с;
tох - время обратного хода строчной развертки, с;
tпх - время прямого хода строчной развертки, с.2. The surround television method according to claim 1, characterized in that at the monitoring stage at least one group of transmitting cameras and two transmitting cameras are used in the group, transmitting cameras are arranged equidistant from the object, and their optical axes are set to intersect at one point A, selected in the zone of observation of the object, while in each group of cameras the following conditions are met:
δ = (B / L o = D / h (radian),
ε / θ = t 1 / t vk ,
β / φ = (t ox -T) / t px
where B is the distance between the eyes of the viewer, m;
L 0 is the specified standard distance from the center of the screen of the reproducing device to the base point 0 selected in the image observation zone, m;
D is the distance between the centers of the pupils of the transmitting cameras, m;
L is the distance from the transmitting cameras to point A, m;
δ is the convergence angle (the angle between the optical axes of adjacent cameras), rad;
ε is the vertical viewing angle, rad;
θ is the vertical viewing angle of the camera, rad;
β - viewing angle in azimuth, rad;
φ is the angle at which the camera sees the object in azimuth, rad;
T - part of the flyback time occupied by service signals, s;
t 1 - time frame scan, not occupied by video information in a standard television frame, s;
t VK - time frame scan occupied by reproduction in a standard television frame, s;
t oh - flyback time, s;
t PX - time forward line scan, sec.
расстояние между щелями в паре
Δ = 2•(Zv•d-lo•B)/(Zv+lo),
смещение центра рабочей зоны обтюрационной панели (XV0) при перемещении зрителя по горизонтали
Xvo= lo•tgαo,
где Xj - горизонтальная координата j-го светоинформационного столбца, м;
l0 - расстояние между информационной матрицей и обтюрационной панелью, м;
d - шаг развертки информационной матрицы, м;
XV, ZV - азимутальная координата и дальность зрителя, соответственно, м;
2B = 64 мм - расстояние между глазами зрителя;
αj - горизонтальная компонента текущего пространственного угла между глазом зрителя и j-й вертикальной бегущей щелью, имеющей на обтюрационной панели координаты (Xj, l0), рад;
αo - горизонтальная компонента пространственного угла между осью Z и прямой, соединяющей переносицу зрителя с центром обтюрационной панели, рад.8. The method of surround television according to claim 1, characterized in that when using a combination of a light-information matrix and a liquid crystal panel with a traveling slit located between the viewer and the information matrix as a reproducing screen, light beams are formed by spatial optical obturation of the light-information flows in pairs of transparent vertical slots on an opaque screen, and moving these slots synchronously with the photo information columns of the vertical frame, and the position Centralized pair of slits (X j0) is determined from the expression
distance between slots in pair
Δ = 2 • (Z v • d-lo • B) / (Z v + lo),
displacement of the center of the working area of the obturation panel (X V0 ) when moving the viewer horizontally
X vo = lo • tgα o ,
where X j is the horizontal coordinate of the j-th photoinformation column, m;
l 0 is the distance between the information matrix and the obturation panel, m;
d is the scan step of the information matrix, m;
X V , Z V - azimuthal coordinate and range of the viewer, respectively, m;
2B = 64 mm - the distance between the eyes of the viewer;
α j is the horizontal component of the current spatial angle between the eye of the viewer and the j-th vertical traveling slit having coordinates (X j , l 0 ) on the obturation panel, rad;
α o is the horizontal component of the spatial angle between the Z axis and the straight line connecting the spectral nose to the center of the obturation panel, rad.
XWV = (ZVXW0(Z0 - ZW) - XVZWZ0) / (Z0(ZV - ZW))
YWV = (ZVYW0(Z0 - ZW) - YVZWZ0) / (Z0(ZV - ZW))
где XV, YV, ZV - координаты одного зрачка зрителя (точки V);
XW0, YW0 - координаты проекции точки W(XW, YW, ZW) из базовой точки 0 на информационный экран;
0, 0, Z0 - координаты базовой точки 0.9. The method of surround television according to claim 1, characterized in that the coordinate transformation of the address part of the base frame for the reproduced point W (X W , Y W , Z W ) of the object is carried out in accordance with the expression
X WV = (Z V X W0 (Z 0 - Z W ) - X V Z W Z 0 ) / (Z 0 (Z V - Z W ))
Y WV = (Z V Y W0 (Z 0 - Z W ) - Y V Z W Z 0 ) / (Z 0 (Z V - Z W ))
where X V , Y V , Z V - coordinates of one pupil of the viewer (point V);
X W0 , Y W0 - the coordinates of the projection of the point W (X W , Y W , Z W ) from the base point 0 on the information screen;
0, 0, Z 0 - coordinates of the base point 0.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98101853A RU2157056C2 (en) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Method for three-dimensional tv recording |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98101853A RU2157056C2 (en) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Method for three-dimensional tv recording |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98101853A RU98101853A (en) | 2000-01-10 |
RU2157056C2 true RU2157056C2 (en) | 2000-09-27 |
Family
ID=20201838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98101853A RU2157056C2 (en) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Method for three-dimensional tv recording |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2157056C2 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006121365A1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-16 | A4 Vision S.A. | Formation three dimensional images for a video conference |
RU2525751C2 (en) * | 2009-03-30 | 2014-08-20 | Панасоник Корпорэйшн | Recording medium, playback device and integrated circuit |
RU2536388C2 (en) * | 2009-01-20 | 2014-12-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | 3d image transmission |
RU2537800C2 (en) * | 2008-12-19 | 2015-01-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Method and device for overlaying three-dimensional graphics on three-dimensional video |
RU2538307C2 (en) * | 2009-05-12 | 2015-01-10 | Сони Корпорейшн | Data structure and data medium, playback device, playback method, programme and programme storage medium |
RU2547706C2 (en) * | 2009-07-27 | 2015-04-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Switching between three-dimensional and two-dimensional video images |
RU2559735C2 (en) * | 2009-09-16 | 2015-08-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | 3d display size compensation |
-
1998
- 1998-02-03 RU RU98101853A patent/RU2157056C2/en active
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006121365A1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-16 | A4 Vision S.A. | Formation three dimensional images for a video conference |
RU2537800C2 (en) * | 2008-12-19 | 2015-01-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Method and device for overlaying three-dimensional graphics on three-dimensional video |
RU2536388C2 (en) * | 2009-01-20 | 2014-12-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | 3d image transmission |
RU2525751C2 (en) * | 2009-03-30 | 2014-08-20 | Панасоник Корпорэйшн | Recording medium, playback device and integrated circuit |
RU2538307C2 (en) * | 2009-05-12 | 2015-01-10 | Сони Корпорейшн | Data structure and data medium, playback device, playback method, programme and programme storage medium |
RU2547706C2 (en) * | 2009-07-27 | 2015-04-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Switching between three-dimensional and two-dimensional video images |
RU2559735C2 (en) * | 2009-09-16 | 2015-08-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | 3d display size compensation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6108005A (en) | Method for producing a synthesized stereoscopic image | |
EP0746949B1 (en) | Synthesized stereoscopic imaging system and method | |
US8611006B2 (en) | Systems for three-dimensional viewing and projection | |
US6972744B1 (en) | Method for autostereoscopic display | |
US5822117A (en) | Systems for three-dimensional viewing including first and second light polarizing layers | |
EP0570179B1 (en) | Directional display | |
US4740836A (en) | Compatible 3D video display using commercial television broadcast standards and equipment | |
JP3231330B2 (en) | 3D imaging system | |
US20070177007A1 (en) | Multiple mode display device | |
US20020015522A1 (en) | Image transformation and synthesis methods | |
US20020114078A1 (en) | Resolution modulation in microlens image reproduction | |
US20020034006A1 (en) | Dynamic time multiplexed holographic screen with 3-D projection | |
JPH06505840A (en) | Stereoscopic imaging system | |
EA011202B1 (en) | Lenticular autostereoscopic display and autosteroscopic synthesising method | |
GB2111798A (en) | Television colour stereo system | |
US5592215A (en) | Stereoscopic picture system and stereoscopic display panel therefor | |
RU2157056C2 (en) | Method for three-dimensional tv recording | |
WO1997026577A9 (en) | Systems for three-dimensional viewing and projection | |
US20230388480A1 (en) | Lightfield displays | |
RU2541928C2 (en) | Method and device for generating partial views and/or stereoscopic image original from two-dimensional image for stereoscopic playback | |
RU2220514C2 (en) | Method for interactive television using central vision properties of eyes of individual users or groups thereof that protects information against unauthorized access, distribution, and use | |
JP2016158213A (en) | Element image group generation device and program thereof, and digital broadcast receiver | |
JPH0340692A (en) | Stereoscopic picture display method | |
RU2116704C1 (en) | Method for generation and viewing stereo image for moving observer and device which implements said method | |
CN1113546C (en) | Time division computerized stereo image display system |