SU798963A1

SU798963A1 - Information displaying device

Info

Publication number: SU798963A1
Application number: SU772487951A
Authority: SU
Inventors: Александр Николаевич Анисимов; Александр Владимирович Веселовский; Вячеслав Петрович Лукьяненко
Original assignee: Предприятие П/Я В-8117
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1981-01-23

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при создании устройств отображения информации, а , именно устройств машинных решений, ³ радиолокационных индикаторов и т.п.The invention relates to automation and computer technology and can be used to create devices for displaying information, namely, devices for machine solutions, ³ radar indicators, etc.

Известны стереоскопические индикаторы, используемые в телевизионных устройствах. Как правило, стереотелевизионные индикаторы формируют стереоскопическое изображение с помощью двух телевизионных изображений (левого и правого), содержащих информацию о параллаксе и передавав- 15 мых от двух телекамер или одной смещаемой в пространстве. Такие индикаторы содержат выходные каскада X и Υ составляющих изображений (строчные и кадровые выходные каскады) . Информация о параллаксе формируется за счет пространственного разнесения передающих камер и заложена в видеосигналах изображений, поступающих через два раздельных видеоусилителя ·“ на катоды электроннолучевых трубок (ЭЛТ). Стереотелевизионные индикаторы отображают реальные трехмерные объекты и не позволяют синтезировать стереоизображение [Ϊ] .Stereoscopic indicators used in television devices are known. As a rule, stereo-television indicators form a stereoscopic image using two television images (left and right) containing parallax information and transmitted 15 from two cameras or one that is shifted in space. Such indicators contain the output stages X and Υ of the component images (line and frame output stages). Information about parallax is generated due to the spatial diversity of the transmitting cameras and is embedded in the video signals of the images transmitted through two separate video amplifiers · “to the cathodes of cathode ray tubes (CRTs). Stereo and television indicators display real three-dimensional objects and do not allow to synthesize a stereo image [Ϊ].

Наиболее близким к предлагаемому стереоиндикатору является устройство синте.за стереоизображения с помощью ЭВМ, которое содержит вычис- лительное устройство для определения кодов стереоскопических координат X и Y точек синтезируемого объемного изображения, выходные каскады для усиления этих кодов (например, преобразователями кода в ток), отклоняющие катушки, на которые нагружены выходные каскады £2j.Closest to the proposed stereo indicator is a computer-aided stereo synthesis image, which contains a computing device for determining the stereoscopic codes X and Y points of the synthesized volumetric image, output stages for amplification of these codes (for example, code-to-current converters), deflecting coils on which the output stages of £ 2j are loaded.

Недостатком приведенных устройств является невысокая четкость изображения, вызванная тем, что при рассматривании реальных трехмерных объектов или изображений каждому значению конвергенции соответствует определенное значение аккомодации. Од-· · нако, в стереоскопии это условие не. соблюдается, что является следствием более низкого качества стереоизображения по сравнению с истинно трехмерным изображением, утомляемости оператора и снижения надежности его, как управляющего эвена в системе человекмашина И.The disadvantage of these devices is the low definition of the image, due to the fact that when viewing real three-dimensional objects or images, each convergence value corresponds to a certain accommodation value. However, in stereoscopy this condition is not. it is observed that it is a consequence of the lower quality of the stereo image compared to a truly three-dimensional image, the operator’s fatigue and its reliability decrease, as a control event in the I. human machine system

Целью изобретения является улучшение четкости изображения.The aim of the invention is to improve image clarity.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для отображения информации , содержащее вычислитель, выходы которого соединены со входами преобразователей'кодов в ток, выходы которых соединены с соответствующими отклоняющими системами ЭЛТ, видеоусилитель, преобразователь кода в напряжение, введены формирователь постоянного сигнала¹, смеситель и сумматор, вычитающие входы которого соединены с выходами вычислителя, а суммирующий вход — с выходом формирователя постоянного сигнала, выход сумматора соединен со входом преобразователя кода в напряжение, выход которого соединен с первым входом смесителя, а второй вход смесителя — ,с выходом видеоусилителя, выход смесителя соединен с модуляторами электроннолучевых трубок.This goal is achieved by the fact that in the device for displaying information containing a computer, the outputs of which are connected to the inputs of the code-to-current converters, the outputs of which are connected to the corresponding CRT deflecting systems, a video amplifier, a code-to-voltage converter, a constant signal former ¹ , a mixer, and the adder, the subtracting inputs of which are connected to the outputs of the calculator, and the summing input - with the output of the driver of a constant signal, the output of the adder is connected to the input of the Converter I code the voltage, the output of which is connected to the first input of the mixer, and the second input of the mixer -, with the output of a video amplifier, the output of the mixer is connected to modulators of cathode ray tubes.

На фиг. 1 изобра?кена схема предлагаемого устройства с яркостной модуляцией изображения по глубине с цифровым синтезом стереоизображения,' на фиг. 2 — график зависимости, яркости точечного источника света, стереоскопического параллакса и суммы параллакса с постоянным коэффициентом от расстояния между оператором и изображением.In FIG. 1 is a diagram of the proposed device with brightness modulation of the image in depth with digital synthesis of stereo images, 'in FIG. 2 is a graph of the dependence, brightness of a point light source, stereoscopic parallax and parallax sum with a constant coefficient on the distance between the operator and the image.

Устройство содержит вычислитель 1, оба выхода X (и ) и выход Y(V,R ) которого подключены ко входам преобразователей кода в ток в виде выходных каскадов (ВК) 2-4. Выходы выходных каскадов подключены к соответствующим входам отклоняющих систем 5 и б электроннолучевых трубок 7 и 8. Видеосигнал поступает на видеоусилитель 9. Вычитающие входы сумматора 10 соединены с выходами X вычислителя , а суммирующий вход сумматора подключен к выходу формирователя 11 постоянного сигнала (ФПС). Выход сумматора соединен со входом преобразователя 1.2 кода в напряжение (ПКН), выход которого подключен к одному из входов смесителя .13, ко второму входу смесителя подключен выход видеоусилителя 9. Выход смесителя 13 соединен с модуляторами ЭЛТ 7 и 8.The device contains a calculator 1, both outputs X (and) and output Y (V, R) of which are connected to the inputs of the code to current converters in the form of output stages (VK) 2-4. The outputs of the output stages are connected to the corresponding inputs of the deflecting systems 5 and 6 of the cathode ray tubes 7 and 8. The video signal is fed to the video amplifier 9. The subtractive inputs of the adder 10 are connected to the outputs X of the calculator, and the summing input of the adder is connected to the output of the driver of the constant signal 11 (FPS). The output of the adder is connected to the input of the code to voltage converter 1.2 (PCN), the output of which is connected to one of the inputs of the mixer .13, the output of the video amplifier 9 is connected to the second input of the mixer. The output of the mixer 13 is connected to the CRT modulators 7 and 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Вычислитель 1 определяет коды стереоскопических координат X,/, Х^, Υ^τξ точек синтезируемого объемного изображения. Эти коды усиливаются выходными каскадами (ВК) 2-4 (например, преобразователями кода в ток) и поступают на соответствующие входы отклоняющих систем 5 и б электроннолучевых трубок 7 и 8, формирующих изображения для левого и правого глаз оператора. Сумматор (*2 ) 10 выполняет операцию Х_о£-Х^+С=ДХ+С, 1 где Х^ и — сигналы горизонтальных) составляющих левого и правого изображений, С = const — постоянный сигнал для данного индикатора. Сигналы и X* поступают с соответствующих выходов на вычитающие входы сумматора. Сигнал С, вырабатываемый формирователь постоянного сигнала (ФПС) 11 поступает на суммирующий вход сумматора. Код -с вывода сумматора поступает на вход преобразователя кода в напряжение (ПКН) 12. Напряжение с выхода ПКН подается на один из входов смесителя 13, на второй вход которого поступает сигнал с видеоусилителя 9. Выход смесителя подключен к модуляторам ЭЛТ 7 и 8. Смеситель 13 осуществляет модуляцию видеосигнала, поступающего с видеоусилителя 9, суммарным сигналом стереоскопического паралакса (ДХ = Х« - Х^) и постоянного для данного индикатора сигнала С = const. Если значения Xq< и X-β формируются не в виде кодов, а в виде аналоговых сигналов (например, формируются аналоговым вычислительным устройством), то стереоскопический индикатор упрощается. При этом ФПС должен формировать сигнал C=const в аналоговом виде. Сумматор 10 выполняется в виде суммирующего операционного усилителя, выполняющего операцию Х(у - X-r + С в аналоговом виде. С выхода суммирующего усилителя 10 модулирующее напряжение поступает на вход смесителя 13, т.е. в этом случае нет необходимости в ПКН 12. (Таким образом, осуществляется яркостная модуляция стереоскопического изображения в зависимости от параллакса, т.е. в зависимости от глубины изображения.Calculator 1 determines the codes of stereoscopic coordinates X, /, X ^, Υ ^ τξ of the points of the synthesized volumetric image. These codes are amplified by output stages (VK) 2-4 (for example, code-to-current converters) and fed to the corresponding inputs of the deflecting systems 5 and 6 of the cathode ray tubes 7 and 8, forming images for the left and right eyes of the operator. The adder (* 2) 10 performs the operation X _{o £} -X ^ + C = DX + C, 1 where X ^ and are the horizontal signals of the left and right image components, C = const is a constant signal for this indicator. Signals and X * come from the corresponding outputs to the subtracting inputs of the adder. The signal C generated by the driver of a constant signal (FPS) 11 is fed to the summing input of the adder. The code-from the output of the adder is fed to the input of the code to voltage converter (PKN) 12. The voltage from the output of the PKN is supplied to one of the inputs of the mixer 13, the second input of which receives a signal from the video amplifier 9. The output of the mixer is connected to the CRT modulators 7 and 8. The mixer 13 modulates the video signal coming from the video amplifier 9 with the total signal of stereoscopic parallax (DX = X “- X ^) and a constant signal C = const for this indicator. If the values of Xq <and X-β are formed not in the form of codes, but in the form of analog signals (for example, formed by an analog computing device), then the stereoscopic indicator is simplified. In this case, the FPS should form the signal C = const in analog form. The adder 10 is made in the form of a summing operational amplifier performing the operation X (y - Xr + C in analog form. From the output of the summing amplifier 10, the modulating voltage is supplied to the input of the mixer 13, i.e., in this case, there is no need for a control panel 12. ( Thus, the brightness modulation of the stereoscopic image is performed depending on the parallax, i.e., depending on the image depth.

В формировании суждения об объемности пространства, кроме физиологических факторов глубинного зрения (аккомодация, конвергенция и диспаратность), участвуют различные психологические факторы (3) такие, как оценка глубины по законам перспективы, загораживание одних предметов другими и т.д. К психологическим факторам глубинного зрения следует отнести и уменьшение яркости изображения при удалении последнего от оператора. Стереоскопическое изображение возможно приблизить по качеству к истинно трехмерному изображению за счет яркостной модуляции изображения по глубине. Яркость точечного источника света обратно пропорциональна квадрату расстояния от наблюдателя до источника света В где В — яркость, К = const и определяется свойствами среды, источника света и т.п., D — расстояние от наблюдателя до источника света. График зависимости (1) показан на фиг. 2 (кривая 1). Любое изображение можно представить как сумму точечных источников света. Таким образом, промодулировав яркость всех точек стеIn forming the judgment about the volume of space, in addition to the physiological factors of deep vision (accommodation, convergence and disparity), various psychological factors (3) participate, such as assessing depth according to the laws of perspective, blocking some objects with others, etc. The psychological factors of deep vision should include the decrease in image brightness when the latter is removed from the operator. The stereoscopic image can be brought closer in quality to a truly three-dimensional image due to the brightness modulation of the image in depth. The brightness of a point light source is inversely proportional to the square of the distance from the observer to the light source B where B is the brightness, K = const and is determined by the properties of the medium, light source, etc., D is the distance from the observer to the light source. A plot of dependence (1) is shown in FIG. 2 (curve 1). Any image can be represented as the sum of point light sources. Thus, modulating the brightness of all points

5' реоизображения по приведенному закону, можно приблизить качество стереоизображения к качеству истинно трехмерного изображения. Однако, получение модулирующего напряжения U = f (k/D¹), весьма сложно и требует определения расстояния между оператором и изображением дальности, блока возведения в квадрат полученной дальности и блока определения обратной · величины квадрата дальности. Полу’ченный результат необходимо подать на преобразователь код-напряжение, а потом на смеситель. На фиг. 2 (кривая 2) приведена зависимость величины стереоскопического параллакса изображения от величины расстояния между оператором и изображением при постоянном расстоянии от оператора до экрана стереоиндикатора.5 'reimages according to the above law, you can approximate the quality of the stereo image to the quality of a truly three-dimensional image. However, obtaining a modulating voltage U = f (k / D ¹ ) is very difficult and requires determining the distance between the operator and the range image, the squaring block of the obtained range, and the unit for determining the reciprocal of the square of the range. The result obtained must be submitted to the code-voltage converter, and then to the mixer. In FIG. 2 (curve 2) shows the dependence of the magnitude of the stereoscopic parallax of the image on the distance between the operator and the image at a constant distance from the operator to the screen of the stereo indicator.

ΔΧ =т~уb, при £=const' , (2) где X — величина параллакса;ΔΧ = t ~ yb, for £ = const ', (2) where X is the parallax value;

Z — глубинная координата отображаемой в стереопространстве точки;Z is the depth coordinate of the point displayed in stereo space;

£ — расстояние от оператора до экрана;£ - distance from the operator to the screen;

b — база глаз оператора.b - base of the eye of the operator.

Значение параллакса положительно для предэкранного изображения и‘отрицательно для заэкранного, а для точек, отображаемых в плоскости экрана, значение параллакса равно нулю (см. фиг. 2, кривая 2). Зависимость (2) для яркостной модуляции стереоизображения по глубине не приемлема, так как яркость изображения нё может быть отрицательной. Однако, прибавив к выражению (2) постоянный коэффициент С = const и подобрав его соответствующим образом для данного индикатора, можно получить зависимостьThe parallax value is positive for the pre-screen image and negative for the screen, and for the points displayed in the plane of the screen, the parallax value is zero (see Fig. 2, curve 2). Dependence (2) for brightness modulation of a stereo image in depth is not acceptable, since the brightness of the image may not be negative. However, adding to the expression (2) a constant coefficient C = const and choosing it accordingly for this indicator, we can obtain the dependence

ΔΧ + С = Ψ (0) . (3) с достаточной степенью точности, приближающуюся к зависимости (1), (см. фиг. 2, кривая 3).ΔΧ + C = Ψ (0). (3) with a sufficient degree of accuracy, approaching the dependence (1), (see Fig. 2, curve 3).

В предлагаемом устройстве для отображения информации яркостная модуляция изображения по глубине осуществляется по выражению (3)· Реализация выражения _(3) для яркостной модуляции стереоизображения по сравнению с реализацией . выражения (1) позволяет сократить объем аппаратуры в 4. раза.In the proposed device for displaying information, the luminance modulation of the image in depth is carried out according to the expression (3) · Realization of the expression _ (3) for the luminance modulation of the stereo image in comparison with the implementation. expression (1) allows you to reduce the amount of equipment 4. times.

Таким образом, в устройстве для отображения информации с яркостной модуляцией изображения по глубине, пропорциональной стереоскопическому параллаксу, качество изображения приближается к качеству истинно трехмерного изображения, уменьшается утомляемость оператора и повышается· его надежность, как управляющего звена в системе человек-машина.Thus, in a device for displaying information with brightness modulation of the image in depth proportional to stereoscopic parallax, the image quality approaches the quality of a truly three-dimensional image, the operator’s fatigue decreases, and its reliability as a control link in a man-machine system increases.

Claims

The invention relates to automation and computer technology and can be used to create tools for displaying information, namely, devices of machine solutions, radar indicators, etc. Known stereoscopic indicators used in television devices. As a rule, stereo-television indicators form a stereoscopic image using two television images (left and right), containing information about parallax and transmitted from two television cameras or one displaced in space. Such indicators contain an output stage, or X and Y components of the image (line and frame output stages). The parallax information is generated by the spatial separation of the transmitting chambers and is embedded in the video image signals received via two separate video amplifiers on the cathodes of the electron-beam tubes (CRT). Stereo-television indicators display real three-dimensional objects and do not allow to synthesize stereo image I. The closest to the proposed stereo indicator is a computer-aided stereo image device, which contains a computing device for determining the codes of stereoscopic coordinates of X and Y points of the synthesized three-dimensional images, helical cascades for amplifying these codes (e.g., code-to-current converters), deflecting coils on which the output stages are loaded 2 The omission of these devices is the low image clarity, due to the fact that when viewing real three-dimensional objects or images, each convergence value corresponds to a certain accommodation value. However, in stereoscopy this condition is not. observed due to a lower stereo quality compared to a true three-dimensional HbJM image, operator fatigue and a decrease in its reliability as a control link in the human machine. The aim of the invention is to improve image clarity. The goal is achieved by the fact that a device for displaying information containing a calculator, the outputs of which are connected to the inputs of transducers, codes to currents, the outputs of which are connected to the corresponding deflection systems of a CRT, video amplifier, code to voltage converter, a constant-signal generator, the mixer and the adder, the subtracting inputs of which are connected to the outputs of the calculator and the summing input - with the output of a constant-signal form converter, the output of the adder is connected to the input of the converter code to the voltage, the output of which is connected to the first input of the mixer, and the second input of the mixer, to the output of the video amplifier, the output of the mixer is connected to the modulators of the elec. ronloluch tubes. Fig. 1 is a schematic diagram of the proposed device with luminous modulation of the image in depth with digital stereo synthesis; in fig. 2 is a graph of the dependence, brightness of a point source of light, stereoscopic parallax and sum of parallax with a constant coefficient of the distance between the operator and the image. The device contains calculator 1, both outputs X (and X) and output Y (Y (J) of which are connected to the inputs of code-to-current converters in the form of output stages (VC) 2-4. Output of output stages are connected to the corresponding inputs of the deflecting systems 5 and b of cathode-ray tubes 7 and 8. The video signal is fed to the video amplifier 9. The subtractive inputs of the adder 10 are connected to the outputs X of the calculator, and the summing input of the adder is connected to the output of the constant signal generator 11 (FPS). The output of the adder is connected to the input of the converter 12 code to voltage (PKN), the output of which is connected to one of the inputs of the mixer 13, is connected to the second input of the mixer of the video amplifier 9. The output of the mixer 13 is connected to the CRT modulators 7 and 8. The device works as follows. The calculator 1 determines the stereoscopic coordinates codes X, X, of the points of the synthesized three-dimensional image. These codes are amplified by output cascade (VK) 2-4 (for example, code-to-current converters) and are fed to the corresponding inputs of the deflecting systems 5 and 6 of the electron-beam tubes 7 and 8, which form images for the left and n Equal eye operator. The adder) 10 performs the operation, 1 where Xj5i and XT are the signals of the horizontal components of the left and right images, C const is the constant signal for this indicator. The signals Xpi and X come from the corresponding outputs to the subtractive inputs of the adder. The signal C generated by the constant signal driver (FPS) 11 is fed to the summing input of the adder. The -c code of the adder is supplied to the input of the code-to-voltage converter (VCP) 12. The voltage from the VCP output is fed to one of the inputs of the mixer 13, to the second input of which a signal is received from the video amplifier 9. The output of the mixer is connected to modulators 7 and 8 The mixer 13 modulates the video signal coming from the video amplifier 9 with the sum signal of the stereoscopic parallax (DX X -) and the associated signal for the indicator C const. If the value is XQ; and X are not generated in the form of codes, but in the form of analog signals (for example, formed by an analog computing device), the stereoscopic indicator is simplified. In this case, the FPS 11 should generate a signal C cdnst in analog form. The adder 10 is implemented as a summing oops amplifier performing an Xoi-X-j + C operation in analog form. From the output of the summing amplifier 10, the modulating voltage is fed to the input of the mixer 13, i.e. in this case there is no need for PKN 12, in a way, the rhythm modulation of the stereoscopic image depending on the parallax is carried out, i.e. depending on the depth of the image. In forming a judgment about the volume of the space, in addition to the physiological factors of the deep vision (accommodation, convergence and disparity), various psychological factors are involved (3) such as depth assessment according to the laws of perspective, blocking of some objects by others, etc. The psychological factors of the deeper vision should also include a reduction in image strength when the latter is removed from the operator. The stereoscopic image can be approximated in quality to a true three-dimensional image due to the high-frequency modulation of the image in depth. The brightness of a point source of light is inversely proportional to the square of the distance from the observer to the light source B), where V is the brightness, K const and is determined by the properties of the medium, the light source, etc., D is the distance from the observer to the light source. The graph of dependence (1) is shown in FIG. 2 (curve 1). Any image can be represented as a sum of point light sources. Thus, by modulating the brightness of all points of a stereo image according to the above law, one can approximate the quality of a stereo image to the quality of a true three-dimensional image. However, obtaining modulating voltage and f () is very difficult and requires determining the distance between the operator and the image of the range, block squaring the obtained distance and the unit for determining the inverse of the square of the range. The result is a code-voltage converter, and then on the mixer. FIG. Figure 2 (curve 2) shows the dependence of the magnitude of the stereoscopic parallax: the image on the magnitude of the distance between the operator and the image at a constant distance from the operator to the screen of the stereo indicator. DH P E const, (2) where X is the value of the parallax; Z is the deep coordinate of the displayed in stereo space t glasses; - distance from operator to screen; b - the base of the operator's eyes. The parallax value is positive for the pre-screen image and negative for the screen, and for points displayed in the screen plane, the parallax value is zero (see Fig. 2, curve 2). The relationship (2) for the luminance modulation of the stereo image in depth is not acceptable as the image brightness cannot be negative. However, by adding to the expression (2) a constant coefficient C const and selecting it accordingly for this indicator, one can obtain the dependence & X + C vp (D). (3) with a sufficient degree of accuracy, approaching the dependence (1), (see Fig. 2, curve 3). In the proposed device for displaying information, the depth modulation of the image in depth is carried out according to the expression (3). Realization of the expression. (3) for the luminous modulation of the stereo image as compared with the implementation of the expression (1), the equipment can be reduced by a factor of 4.. Thus, in a device for displaying information with luminance modulation of an image in a depth proportional to stereoscopic parallax, the image quality approaches the quality of a true three-dimensional image, reduces operator fatigue and increases its reliability as a control link in a man-machine system. An apparatus for displaying information comprising a calculator, the outputs of which are connected to the inputs of code-to-current converters, the outputs of which are connected to corresponding deflection systems of cathode-ray tubes, a video amplifier, a code-to-voltage converter, which, in order to improve the clarity images, the shaper of the constant signal, the mixer and the adder are entered into it, the subtractive inputs — of which are connected to the corresponding outputs of the calculator, and the summing input — from A single DC signal driver, an adder's output is connected to the code converter's input to a voltage, the output of which is connected to the first input of the mixer, and a second input of the mixer — to a video amplifier output, the output of the mixer, is connected to the modulators of the electron-beam tubes. Sources of information taken into account in the examination 1.Shmakov P.V. and others. Stereo-television. Good afternoon, 1968.

2. Michael Noll. Stereographi projections by digital computer. Computer and Automations, May, 1965 (prototype). .

3. Valius N. A. Stereoscopy. M., Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1962.