WO2004051309A1 - Aparato para producir imágenes con percepción tridimensional en un monitor de múltiples pantalla de cristal líquido. - Google Patents

Aparato para producir imágenes con percepción tridimensional en un monitor de múltiples pantalla de cristal líquido. Download PDF

Info

Publication number
WO2004051309A1
WO2004051309A1 PCT/MX2003/000048 MX0300048W WO2004051309A1 WO 2004051309 A1 WO2004051309 A1 WO 2004051309A1 MX 0300048 W MX0300048 W MX 0300048W WO 2004051309 A1 WO2004051309 A1 WO 2004051309A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
video
images
image
sonar
camera
Prior art date
Application number
PCT/MX2003/000048
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Adrián Gerardo CORNEJO REYES
Original Assignee
Cornejo Reyes Adrian Gerardo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cornejo Reyes Adrian Gerardo filed Critical Cornejo Reyes Adrian Gerardo
Priority to JP2004556976A priority Critical patent/JP2006513599A/ja
Priority to AU2003241209A priority patent/AU2003241209A1/en
Priority to US10/536,893 priority patent/US7903139B2/en
Publication of WO2004051309A1 publication Critical patent/WO2004051309A1/es

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/001—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background
    • G09G3/003—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background to produce spatial visual effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/87—Combinations of sonar systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/388—Volumetric displays, i.e. systems where the image is built up from picture elements distributed through a volume
    • H04N13/395—Volumetric displays, i.e. systems where the image is built up from picture elements distributed through a volume with depth sampling, i.e. the volume being constructed from a stack or sequence of 2D image planes
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2300/00—Aspects of the constitution of display devices
    • G09G2300/02—Composition of display devices
    • G09G2300/023—Display panel composed of stacked panels

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for obtaining motion and color video images with relief or three-dimensional appearance.
  • the images are filmed and recorded by a conventional digital video camera, and an active sonar system is used simultaneously to determine the distance or depth at which the objects being filmed are located.
  • the apparatus of this invention With the signals recorded by the camera and the sonar, which are the information of the video images and depth of the filmed objects, the apparatus of this invention generates signals of new images, corresponding to the different three-dimensional planes that make up each image , to be reproduced in a monitor of multiple transparent liquid crystal screens, where the different screens are aligned one after the other, and when displaying the different images simultaneously, it is obtained for the viewer who sees the monitor working, the perception of a Single video image with three-dimensional or depth aspect.
  • Some of the techniques that are known to have color video images with three-dimensional (3D) appearance are creating them by computer, adding perspective on the plane and shading the drawings, such as virtual reality and computer animation techniques, or the simulation of computerized images by adding color on topographic cards (generally of underwater images achieved by sonar techniques), but in all those cases, the images are displayed on a flat (or almost flat) format monitor and a single image, as in the traditional cathode ray tube (CRT) or on the flat panel of liquid crystal
  • liquid crystal display monitors are oriented to flat-screen displays, however, these three-dimensional simulation methods on a flat screen do not allow images to be reproduced with true three-dimensional or relief perception.
  • stereoscopic images which consist of having two shots of flat images of the same object filmed or photographed from two slightly separated angles (about 6.5 cm. from each other), and sometimes up to three images, which are seen simultaneously through special glasses containing filters to prevent the passage of one or another image, or using flat LCD screens, where a separate image is projected for each eye, and having both views simultaneously of the image from different angles, the visual perception of the stereoscopic image is produced in the viewer's brain, pretending to have a single resulting image with visual sensation of relief or depth.
  • a digital color video camera to work in conjunction with a sonar system, where the signals of both devices are transmitted to the electronic system that contains a logic circuit formed with integrated circuits.
  • the conventional flat-format monitor is replaced by a multi-screen LCD-aligned monitor, to achieve the reproduction of video images with three-dimensional or low-relief perception, the magnetic tape recording system is modified in order to save the sound signals recorded by the camera microphone, video and distance, in a single magnetic tape device.
  • the present invention consists of an apparatus composed of an array of electronic components, such as integrated circuits, with which each original image is registered by a conventional color video camera, and defined in RGB format (i.e., with the information which determines the activation or deactivation of the pixels of the color liquid crystal display, where the images captured by the camera are formed), is divided into several images and each new image is synchronized with the sonar signals obtained simultaneously during filming , placed the sonar system on the camera lens.
  • the sonar apparatus performs an ultrasonic frequency acoustic scan on the objects that are filmed with the camera, and determines the distance or depth that exists between each sonar transmitter and the different points of the filmed objects.
  • the electronic device modifies each video image according to the corresponding distance or depth range, producing new video image signals in RGB format, where each corresponds to the certain level of distance recorded with the sonar.
  • a monitor formed by a series of independent transparent screens in liquid crystal color (LCD), which are stacked and aligned very together one after the other, each occupying a certain position according to the sequence of the distance range that is registered with the sonar system, where each screen displays an image that represents a specific plane of specific depth of the filmed objects .
  • LCD liquid crystal color
  • the magnetic tape recording system is modified in the camera to store the recorded sound or voice signals, video and distance information on the same magnetic tape device.
  • the values of the electronic components used for this invention are in Ohms at 1% accuracy and at Watts for the resistors, in micro-farads ( ⁇ f) for the capacitors, and the voltage levels are in volts;
  • the use of the different integrated circuits and other components used here are determined according to the application recommendations of the respective manufacturers, and their input and output gates (known as terminals or pins) are connected as shown in the respective diagrams.
  • the power and voltage levels necessary for the operation of the circuits and components of the sonar system are taken directly from the video camera's voltage source, carried by an internal wiring (43) to the interface (5), by what is advisable to change the conventional camera power source for another that delivers at least 25% more power.
  • the connection between the electronic components is made through the conductive cables (flexible "multicable” type), female and male connectors, interfaces and printed circuit tracks.
  • the video device with three-dimensional perception uses a conventional commercial video camera, such as the one illustrated in Figure 1 with the number (1) in its front view, and in Figure 2 in its side view (with measures 59 x 12.9 x 11.8 cm), and that use as an example to describe this invention.
  • an external sonar system (2) is placed on the chamber (1), which can have the measurements: 10 x 8 x 12 cm, and which is detailed in Figure 3, constructed inside a housing (3) with these dimensions and that can be made of the same plastic material with which the video camera housing is made.
  • the improvements included in this invention in case the microphone or any other accessory of the camera is at the top of it, it must be changed position, as is the If the microphone is placed on the side of the camera as shown in (4) of Figure 1, thus leaving on the camera the free space necessary to place an interface (5) with which the sonar system is electrically connected to the video camera.
  • the components of the sonar system work with the supply voltage of the same camera battery.
  • This sonar module (2) is coupled to be mounted and removed from the chamber by means of a rail-type clamp shoe (6) placed at the base of the sonar housing (3), taking advantage of the counter part that is normally available in the original camera for the use of accessories, which in this case is used to keep the sonar system fixed on the camera, also resting on the 4 rubber bearings (7) placed at the base of the sonar housing (3), with This reduces the vibration between the sonar system and the camera.
  • the control board (8) On a lateral face of the sonar system, the control board (8) is placed, marking on it the name corresponding to the function performed by each switch, and the corresponding components are mounted on the printed circuit board (9) which can be 6 x 2 cm, where the switches used for manual control of the sonar system are concentrated.
  • This printed circuit (9) is connected to the other components of the sonar system housed in the multi-layer printed circuit board (10) through the flexible connector cable (11), as shown in Figure 3. It is recommended to include in the back of the system, an electric fan (12) that is electrically fed directly from the camera's power source through the interface (5), to which the flexible cable (13) is connected. When the fan is running, it circulates the air inside the sonar system and delays the heating of the components that form it.
  • small perforations (slots, holes or holes) of ventilation (14) are made in the side walls of the housing (3), as shown in Figure 2.
  • an array of transducers that serve as ultrasonic acoustic transmitters and receivers (15), aligned at the same distance.
  • 20 transducers placed approximately 1 cm apart from each other are considered as examples, in rectangular form with 4 horizontal and 5 vertical rows, which are mounted on a rectangular printed circuit board (16) (which can be 5 x 7 cm), where they remain fixed and electrically connected to the other components of the sonar system.
  • the array of ultrasonic transducers (15) is oriented towards the front of the sonar system, in the direction where the lens (17) of the video camera (1) is directed, with the transducers oriented towards the same objects that are filmed.
  • the transducers there is a depth scan with a resolution of 20 points for a corresponding filmed frame.
  • a plate (18) approximately 1 cm thick is placed in front of the transducers, prepared with 20 openwork concavities (19), 0.7 cm in diameter and 0.5 cm deep, in the form of tiny parabolic that serve as a directional acoustic flag to each transducer, in order to orient the acoustic signals of each of the transducers forward, and to a large extent prevent interference between the different signals transmitted and received both in the transmission and in the reception.
  • Figure 3 shows a diagram of the inside of the sonar module (2), with the internal layout of its electronic components.
  • a variety of commercial active sonar equipment can be used reliably as a basis for building the system to measure the distances required in this invention.
  • the Sonar Module (20) graphically showing its image in Figure 4 and its schematic diagram in Figure 5, in where its small dimensions are described (5.644 X 4.516 cm).
  • the manufacturer of this sonar module indicates, it offers great accuracy in distance measurement and works with TTL voltage levels.
  • Each of the acoustic transducers arranged in the plate (15), is connected to its own independent sonar module (20), to the respective terminals identified in each sonar module as E1 and E2, where the registration and handling of The sonar signals transmitted and received.
  • the 20 sonar modules can be mounted in pairs on a series of 10 equal printed circuit boards (21) (6 x 11 cm), which are installed inside the housing (3) , aligned behind the plate (16) with the transducers.
  • Each printed circuit board is connected to the terminals of a female connector and (22), having one for each card (21), and which are installed on the other side of the same printed circuit board (16).
  • each of the transducers When the sonar module works, each of the transducers generates a pulse train at sonar frequencies, and 20 waves are emitted simultaneously towards the objects and the adjacent space, making an acoustic sweep over the same object or objects to which they are Directs the lens (17) of the camera.
  • Each transducer serves as the emitter and receiver of the ultrasonic waves, and when the waves that are emitted, collide with the objects to which they are directed, where part of these waves bounce and return as an echo to the respective transducer that transmitted them, and which then functions as an ultrasonic sensor, so that the complete receiver matrix almost simultaneously detects the waves reflected in each part of the objects that are filmed, collecting the information of each wave received as an echo and obtaining the necessary information to determine the distances of 20 different points from sampled and filmed objects.
  • each sonar module (20) is available to measure distances from 15.24 cm (6 inches) to 10.67 ms (35 feet).
  • the module is available to differentiate echoes from objects that are only 7.62 cm apart.
  • Each module integrates the digitalized gain control, the variable bandwidth amplifier minimizes noise and lobe size detection in sonar applications.
  • the module has a controlled ceramic resonator accuracy with a 420 KHz time base generator.
  • Each sonar module has as its source Ultrasonic a low frequency oscillator that produces a short transient, which causes for each transducer or elastic electrode of a sensor (15), the effect of mechanical oscillation on the transducer, and a 16-cycle train is transmitted to the adjacent medium Ultrasonic waves at a frequency of 49.4 KHz towards the objects to be filmed.
  • Ultrasonic a low frequency oscillator that produces a short transient
  • the adjacent medium Ultrasonic waves at a frequency of 49.4 KHz towards the objects to be filmed.
  • it is possible to change the transmission frequency (and therefore reception) of each of the sonar modules by about 15 Hz apart, in order that each one transmits at a particular frequency and different from the other transducers.
  • To make the picture of the image filmed more precisely with the points registered with the sonar it is possible to calibrate the correspondence between them by manually sliding the sonar system (2).
  • FIG. 6 shows the first part of the electronic circuit diagram for one of the 20 sonar systems, the remaining 19 being the same.
  • the sonar system (2) can be turned on electronically, with the switch (23), identified as INT-1, mounted on the printed circuit board (9), and that by manually changing its position, it allows the circuits of the sonar modules (20) to receive a nominal power potential of 5 volts, identified as Vcc.
  • Vcc nominal power potential
  • the multilayer printed circuit board (10) is connected to the transducer card (16) by means of the comb connector (24) installed at the end of the other connectors (22) arranged on the card.
  • the electronic components shown in the electronic diagram of Figure 6, are installed on both sides of the card (10). In Figure 6, you have to start a trigger configuration commonly used to generate an electronic start pulse, to start the transmission and reception of sound waves. To configure the trigger, connected as shown in Figure 6, there is a resistor R6, a resistor R7, a capacitor C6 and a resistor R8.
  • This trigger is activated electrically with the INT-2 switch (25), which by changing its position, causes the electrical signal in one of its terminals changes from a low to a high logic state (referred to the high level voltage of 5 volts or Vcc), in one of the terminals of the resistor R8, which generates a start pulse (towards the high voltage level Vcc) and the sonar system begins its operation.
  • the pulse is transmitted as a start signal to gate 2 of a timer integrated circuit (26) configured in a common arrangement known as "Astable", and operates as a constant pulse generator where the period of each pulse takes time , is determined with the array of components (R9, R10 and C7).
  • each pulse generated in gate 3 of the integrated circuit (26) is 1.5 milliseconds, which is enough time to register objects up to about 40 meters away from the sonar system, so it is recommended to keep the camera fixed pointing towards a target for at least 1.5 milliseconds and filming still objects, so as not to get distorted images.
  • the duration of the pulse generated in gate 3 of the integrated circuit (26) may be interrupted before the 1.5 millisecond period is fulfilled, if a pulse-shaped signal (passing) is received by its gate 4 (Reset) 0 to 5 volts), and that works as a re-start for this circuit.
  • This pulse received by the circuit occurs when all transducers have received their respective return signal and it is not necessary to wait until 1.5 milliseconds are met.
  • the pulse generated in gate 3 of the integrated circuit (26) is sent to each of the start gates, identified as "INIT" in each of the 20 sonar modules (20).
  • each transducer When a signal with a high voltage level is detected at each INIT gate of each sonar module, a pulse transmission is generated by terminal E1 (XDCR), which is connected to a respective acoustic transducer (15), exiting them so that Each transducer emits a 16-pulse train at 49.4 KHz with 400 volts of amplitude, as is the case at the time of transmission, sending out the ultrasonic waves through the parabolic ducts or pavilions (19). At the end of the 16 pulses transmitted by each transducer, there will be a remaining direct current of 200 volts on each transducer, which is normal in optimal operation, and that can be eliminated by the sonar module.
  • each transducer After sending the pulses that pass through their respective acoustic pavilion (19) to the corresponding transducer, it will only be necessary to wait for the return of the transmitted signal as an echo.
  • the signals Upon receiving and detecting each transducer its respective first acoustic return or echo signal (which is identified as ECO), the signals are converted into an electrical impulse by the transducers and amplified in each sonar module, transmitting to the respective terminal the signal of a logical state that passes from 0 to 5 volts, causing at the output of the sonar module by the gate that we identify as " ECO ", which generates a pulse in response to the detection of the return signal (ECO).
  • Each ECO pulse signal registered in each sonar module is sent to gate 5 (identified as "R") of the respective integrated circuit (27), each containing 4 memories (Latch) of the type known as "RS" (Reset-Set).
  • the start pulse is also directed to each of the gates identified as (S) in the representative diagram of one of the 5 integrated circuits (27), configured as a memory array of the type known as "RS", while the echo detection (ECO) signals that come from each sonar module (20), are sent to the gates identified as ( R), gate 5 of the same integrated circuit (27).
  • the start pulse goes from a low voltage level (0 volts) to a high one (5 volts) as soon as the start pulse is detected and stored in the respective RS memory for a while, until the ECO signal is received and He then returns to the low voltage level (0 volts).
  • the time elapsed between INIT going to the high voltage level, and the echo output also going to the high voltage level is proportional to the distance from the transducer at which each registered part of the object, and the duration of each resulting pulse in each gate (Q) of each integrated circuit (27), represents the time interval required for each ultrasonic wave to travel back to the object and back to the acoustic transducer, with which, with each of the registered pulses, can be determined the distance from the camera to which the different parts of the filmed object are located, according to the "echo-impulse" method.
  • the constant frequency is generated by an integrated circuit (29) that is configured to function as a pulse generator (which can be a TTL or clock type), which emits a square wave at a constant frequency. 2.5 KHz, whereby the pulse duration of INIT to ECO is divided or sampled at a maximum definition of 0.0025 mm of air gap ("air gap"). The accuracy of the measurement depends only on the sensor used and the environmental conditions.
  • the ultrasonic measurement system always operates with a constant definition (by default) of 0.025 mm. This is determined by the circuits used and by the sequence of pulses. The pulse with the duration of each transducer is separated into segments of 0.0025 mm air intervals.
  • Echo Pulse Account To make available transducers for transmission in a new scan cycle, the number of echo pulses detected by the transducers is counted, and when the count is equal (in this example) to the number 20 in binary , means that all sonar modules have completed and completed their reception.
  • each of the ECO signals generated by each sonar module (20) are connected to the same point through a respective diode of the array (30), which avoid possible interference between the different ECO gates, connected to the input gate 2 of the integrated circuit 4-bit Decade Counters, (31), than with another equal circuit (32), connected in parallel by means of the respective gate of the identified as CARRIER, the gate from the integrated circuit (31), to the circuit gate integrated (32), so that together they count in binary numbers of 8 bits, all the echo impulses detected during an acoustic sweep.
  • the number of pulses counted is obtained from the counter output gates as an 8-bit binary number, which is transferred to an array formed with two logic circuits (33 and 34, respectively), each composed of gates known as AND, where the amount of echo signals detected and counted is compared, with the number 20 in binary previously programmed by setting the inputs of the AND gates connected at 0 or 5 volts to obtain the binary combination of the number 20 (10100).
  • the pulses of each output gate of the AND circuits are sent to the input gates of an electronic circuit (35).
  • an inverted pulse is produced at the logic level, so that the pulse is again reversed by an inverting gate of the integrated circuit (36) or equivalent, changing it at the output gate from this circuit, towards the high voltage level (Vcc).
  • the signal is transmitted to one of the input gates of an integrated circuit (37), which acts as a logical OR and generates a set identified as RESET (or "Reset"), which is sent to gate 4 of the integrated circuit (26) before the 1.5 milliseconds have elapsed to interrupt the pulse generated at the output gate 3, and end the scanning cycle.
  • the RE-START signal produced is inverted by another inverting gate of the integrated circuit (36), to transmit it to those elements where it is required.
  • the START signal resulting from the trigger circuit enters, which generates an inverse pulse of the 1.5 millisecond period produced by the circuit (26), so that the RESET signal is also generates if the scan period ends.
  • the signal After the pulse generated in gate 3 of the integrated circuit (26) is thus interrupted, the signal returns to the low logic level (0 volts). For those transducers that did not register an echo detected signal, and the pulses detected by the counter and echo signal comparator do not reach 20 when the 1.5 millisecond time is up, the maximum time value will be assigned to these, it is that is, the duration of 1.5 milliseconds, thus indicating that they occupy a position at the bottom or farther in the depth of the filmed image. To repeat the cycle, the integrated circuit (26) will produce a new pulse of 1.5 milliseconds, which it will send the INIT gate of the sonar modules (20) back to the high voltage level, thus producing the start of a new transmission of 16 sonar pulses in each transducer.
  • each AND gate is connected to the input gate 2 of the 4-bit Decade Counters integrated circuit (38), which with another equal circuit (39), connected in parallel by means of the respective gate identified as CARRIER, connected to the gate 15 of the integrated circuit (38), to the gate 2 of the integrated circuit (39), so that together they count in 8-bit numbers, all the pulses into which the period was divided over time the one received the Echo signal, where the greater the number of pulses counted, will indicate that this point of the object is farther away, and if the count is lower, they will indicate it closer.
  • the count of each pulse is represented in 8-digit binary numbers. All sonar system calculations are performed with an 8-bit arithmetic, but the device can be performed with another number of bits in its logic.
  • each pulse count is transferred to one of the 20 respective integrated circuits (40), which operate as a mole memory known as "Latch” with 3rd output. status, to be stored as an eight-digit binary data number, until gate 1 is enabled and transmitted, as described below.
  • Latch mole memory
  • 3rd output. status to be stored as an eight-digit binary data number
  • Figure 8 shows the diagram of another section of the electronic configuration whose components are installed on the multilayer printed circuit board (10), representing a circuit in arrangement known as "Shift Register” , consisting of 10 integrated circuits (41), each containing 2 circuits known as "Flip / Flop” JK.
  • the Horizontal (H) signal produced in the camera electronics is transmitted to an electronic frequency divider array (45), consisting of 2 cascaded BCD counter type integrated circuits, and that with the right arrangement, depending on the barr In each chamber, divide the signal as many times as necessary to obtain a so-called (Hp) signal that in this example results in 5 pulses per Horizontal scan of the camera, and correspond respectively to the 5 transducers of each horizontal row.
  • an electronic frequency divider array consisting of 2 cascaded BCD counter type integrated circuits, and that with the right arrangement, depending on the barr In each chamber, divide the signal as many times as necessary to obtain a so-called (Hp) signal that in this example results in 5 pulses per Horizontal scan of the camera, and correspond respectively to the 5 transducers of each horizontal row.
  • each of the output ports of the other circuits, ports identified as Q, pass from a logical state low to one high, generating 20 signals in sequence, one behind the other, which are transmitted to the integrated Latch circuits, and these pulses control the enablement of the respective gate 1, called 3rd. status (high impedance), which allow them to transfer the data stored in the memory circuits (40) with the same sequence in which their gates 1 are enabled.
  • the enabling sequence for each Latch memory is according to the order of the scan of the video images.
  • Figure 9 shows another section of the diagram of the electronic configuration for the reproduction of the filmed images.
  • the switch (48) identified as INT-3, installed on the printed circuit (9) and placed on the control board (8), the source of the data for the display of the video images is selected and depth, either in recording or playback mode.
  • the 8-bit signal produced by the Digital / Analog converter circuit (47) D / A is transmitted directly to a circuit Electronic Analog to Digital AD converter (50).
  • the video playback mode By selecting with the switch (44) INT-3 the video playback mode, known as the "Play" mode on the camcorder, the video signals and distances come from reading the images stored on magnetic tape, and directly transmit to the electronic circuit A / D converter (50). Henceforth, the circuitry works the same, both for the playback mode and the recording mode.
  • the signal with the depth information is synchronized with the video images by means of the A / D converter, using the Vertical (V) and Horizontal (H) signals generated by the internal camera electronics, and positioning the data corresponding to the vertical (given by the Vp signal) and horizontal (given by the Hp signal) signals.
  • the electronic circuit Analog converter to Digital A / D (50) change again to each analog waveform to 8-bit binary numbers in its output gates, of which in this description only the three most significant bits are used, to obtain the display screens ( 6 in this example), but it is possible to use more bits to consider more screens.
  • the signals from the 5 output gates of the diode array (54), are inverted by an integrated inverter circuit (55), and used in all inverting gates required in this invention.
  • Each of these signals will enable or not the activation sequence of each of the PNP transistors (56), which serve as a switch to the signals in BGR format controlled by the signals resulting from the diode array.
  • the 3 signals that form the image in BGR format, with the information of the complete image arrive at their corresponding terminal P, and serve as switches controlled by the signals of the logic arrangement of AND gates, which allow or prevent signals from the BGR format that activate or not the pixels of their respective LCD screen.
  • the typical conventional single-screen LCD monitor that normally accompanies the camera is removed from the camera. original video and is exchanged for an innovative external multi-screen monitor (57), formed externally by the plastic housing (58) and the front (59) and rear (60) covers that serve as protection as shown in Figure 10, where the separate parts that form it are detailed, installed outside the chamber and mechanically foldable using the same technique used in the original camera monitor.
  • an innovative external multi-screen monitor (57), formed externally by the plastic housing (58) and the front (59) and rear (60) covers that serve as protection as shown in Figure 10, where the separate parts that form it are detailed, installed outside the chamber and mechanically foldable using the same technique used in the original camera monitor.
  • This monitor receives the signals of the corresponding flexible connector cable (44), which are transmitted within the multi-screen monitor (57), via the flexible cables (61) and (62), respectively to the pair of connectors that each has conventional electronic display controller cards for LCD screens (63) (which in this case are considered as an example 6 screens), housed inside the housing (58).
  • This invention includes two ways to build a multi-screen LCD monitor.
  • Each video controller (60) is connected by the flexible connector cable (64), which transmits each signal with the video information in BGR format, to the screens (65), installed in front of the display controller cards for LCD screens (63) being among them the light plate illuminated by a flourishing lamp (66), which serves as a backlight source for the monitor screens, as shown in Figure 10.
  • the LCD screens are placed one behind the other aligned closely together and keeping the shortest possible distance to form a single compact monitor, such as a volume or "block" of several screens.
  • Each screen occupies a place specified by the recorded distance and It corresponds to a certain level of depth, displaying a particular image in each of these and representing the different planes that form the filmed objects.
  • the monitor works, they are displayed simultaneously on the different consecutive LCD screens, a set as separate and independent video images of each other, where each one forms a part of the original image, positioned according to the specific plane or level of depth that correspond to and represent the different layers in depth levels of the filmed object.
  • each screen can be considered as a layer that corresponds to a depth range in the multi-screen display deployment. So that when the images are displayed simultaneously on the different consecutive LCD screens, a visual perception effect of depth or relief formed with the different layers of images is presented, obtaining video images with a low-relief or three-dimensional visual perception.
  • the amount of screens used will be directly proportional to the amount of "layers" or depth levels that you want to differentiate, and so, that amount of screens will be directly proportional to your depth resolution or the relief in video you get.
  • the screen that remains in the background will always display the entire image, as is commonly produced by the camera, in order to have it as the background of the images; while on the other screens, they will display a different image that corresponds to the level of depth it occupies.
  • the remaining electronic signals required by the deployment controller cards are the same for all cards and are supplied by the video camera through the conventional interface to be used in the multi-screen monitor.
  • the second way of having the multi-screen LCD monitor is related to the production technique of currently known LCD screens, which consists of placing an electrode plate between two glass substrate plates, which are placed very close and seal the liquid crystal in the space between these plates.
  • this technique in this invention it is proposed as a second way to build the multi-screen monitor, the manufacture of a block of a certain thickness formed by several independent transparent LCD screens, placed as different layers of separate liquid crystal, which work together as a single multi-screen monitor device, and the closer the liquid crystal layers are to each other, the different images are reproduced closer and a better resolution is obtained in the images with low relief appearance in the video; besides occupying less space inside the housing (58).
  • FIG 11 shows in the drawing an approach to detail, at the level of the pixels, a section of the plate of multiple LCD screens (67) with which its construction is described. A compact plate of independent LCD screens is formed, where manufacturing can be done by applying the technology known as TFT.
  • the first part of the manufacture of a multi-screen block begins in the conventional manner, which is by placing behind a polarized film (68), a plate of glass substrate (69) for a screen, and a transparent electrode plate (70), and on this another glass substrate plate (71) is joined, leaving in the middle the liquid crystal (72) that is sealed in the narrow space between these plates.
  • a polarized film 68
  • a plate of glass substrate 69
  • a transparent electrode plate 70
  • another transparent electrode (73) is placed on the previous glass substrate plate (71), then placed another layer of liquid crystal (74) It is sealed with another plate of glass substrate (75), which has a second screen independent of the previous one.
  • the assembly block with the plates is fixed and held firm.
  • the fluorescent lamp (66) installed on the back of the multi-screen block uniformly illuminates all the screens. The light that is emitted, crosses all the screens, and passes through each thin transparent diffuser of light found on the screens, letting the light pass to the front of the monitor, and allowing only the light of pixels to be seen which are activated in each screen
  • the monitor results in this way being thicker compared to the single flat screen monitor, so the plate block can be fastened with a metal frame.
  • the liquid crystal display display controller cards (63) are fixed in a frame inside a protective and mounting housing, behind the screen block, as shown in Figure 11.
  • Three track recording and playback system To record the information of the video images and the distance or depth recorded with the sonar, the conventional recording and playback system is modified, adding an electronic arrangement (91) composed of mounted circuits on the printed circuit board (10), forming an arrangement equal to that used by the camcorder to record the sound and video signals, but is dedicated to recording the distance signal to transmit them to the electromagnetic recording device. Adding a magnetic head (92) around the same cylinder (93), as described in the drawing of Figure 13, to record and read in a separate and independent track the information of the distance corresponding to each pixel, contained in the form analog wave from the Digital to Analog converter circuit (D / A), is connected by another branch (44) of the flexible cable (43) to the recording device (91).
  • the camera selected as an example to describe this invention uses a specific type of cassette format for recording, but other tape formats can be used, if used as a basis for applying the modifications of this invention in other digital video cameras that use other formats of magnetic tape cassette.
  • the sound and video signals, as well as the sonar system register are transmitted to the modified recording system , which comes into operation to be recorded simultaneously on the magnetic tape, storing the distance information on a separate track, with the magnetic head placed in the recording system, the depth information, with which the sound signals are taken , video and depth recorded on independent tracks on the same storage device.
  • the sonar system When the camera is on, the sonar system is also electrically powered, which starts the transmission of ultrasonic signals.
  • the sonar system has an INT-1 switch (23) on the control panel to interrupt the power and turn it off, in case you don't want to use it.
  • the camera's selector switch (49) conventionally defines its operating mode, and when pressed (Recording mode), what is captured on the lens (17) is recorded on the tape, and if not pressed, only Observe on the screen what the lens registers, without recording on tape.
  • the button (44) Pressing the button (44), the shooting of an object with the video camera begins, the recording and recording of the sound signal with the microphone (4) that has been relocated to the side of the camera, and the image begins of video captured by the lens (17) in the conventional manner, showing a flat image by the LCD screen arranged in the viewfinder (94) of the camera.
  • the (STAR / STOP) button (49) of the camera is pressed, the sound signals, video and sound system will start working.
  • Applications of the multi-screen monitor for video programs The use of sonar and programming techniques allows them to be combined with video images to have information of the different levels of depth in an image, achieving images composed of the deployment in several screens that correspond to the different depth planes in a block formed by several of Liquid Crystal in color, that form a multi-screen monitor, where the information for each screen is displayed according to the specific depth information, finally obtaining the visual perception of three-dimensional relief.
  • This monitor can be used in different devices that currently use the display of images on a flat screen, such as computer monitors, telephony (fixed and / or cellular) and video projection.

Abstract

Aparato para filmar, grabar y reproducir imágenes de vídeo en tiempo real con aspecto tridimensional, empleando una cámara de vídeo y un sistema de sonar para obtener la información de profundidad. Un sistema electrónico divide la imagen original filmada en formato BGR y cada una es modificada conforme al registro (o programación) de profundidad para formar nuevas imágenes. Cada imagen corresponde a un determinado nivel de distancia. El resultado es desplegando en un monitor formado por varias pantallas transparentes de cristal líquido (LCD) independientes y alineadas una tras otra. Al desplegarse las imágenes simultáneamente, se forma para el espectador una sola imagen compuesta con apariencia de volumen y percepción tridimensional, similar al bajo relieve. Las señales de sonido, vídeo y profundidad se transmiten directamente para su reproducción y al sistema de grabación de cinta magnética para almacenarlas juntas, utilizando tres cabezas magnéticas de grabación.

Description

APARATO PARA PRODUCIR IMÁGENES CON PERCEPCIÓN TRIDIMENSIONAL EN UN MONITOR DE MÚLTIPLES PANTALLAS DE CRISTAL LÍQUIDO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un aparato para obtener imágenes de vídeo en movimiento y color con aspecto de relieve o tridimensionales. Con este aparato, las imágenes son filmadas y grabadas por una cámara digital de vídeo convencional, y se usa simultáneamente un sistema de sonar activo para determinar la distancia o profundidad a la que se encuentran los objetos que se filman. Con las señales registradas por la cámara y por el sonar, que son la información de las imágenes de vídeo y de profundidad de los objetos filmados, el aparato de esta invención genera señales de nuevas imágenes, correspondientes a los diferentes planos tridimensionales que componen cada imagen, para ser reproducidas en un monitor de múltiples pantallas transparentes de cristal líquido, donde las diferentes pantallas se tienen alineadas una tras de otra, y al desplegar las diferentes imágenes simultáneamente, se obtiene para el espectador que ve el monitor funcionando, la percepción de una sola imagen de vídeo con aspecto tridimensional o de profundidad.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Algunas de las técnicas que se conocen para tener imágenes de vídeo en color con aspecto tridimensional (3D), son creándolas por computadora, agregando perspectiva en el plano y sombreado los dibujos, como son las técnicas de realidad virtual y de la animación por computadora, o la simulación de imágenes computarizadas agregando color sobre cartones topográficos (generalmente de imágenes submarinas logradas mediante técnicas de sonar), pero en todos esos casos, las imágenes se despliegan en un monitor de formato plano (o casi plano) y de una sola imagen, como en el tradicional Tubo de Rayos Catódicos (CRT) o en la pantalla plana de Cristal Líquido
(conocidas por sus siglas en inglés como LCD, de "Liquid Crystal Display"), que usa tecnologías como la del Transistor de Punto de Filme (TFT, de "Thin Film Transistor" o Tecnología de Matriz Activa), o bien, la tecnología STN, también conocida como Tecnología de Matriz Pasiva (PMT, de "Passive Matrix Technology"), por lo que el diseño y la construcción de los monitores de pantalla de cristal líquido están orientados a las pantallas de formato plano, sin embargo, estos métodos de simulación tridimensional sobre una pantalla plana no permiten reproducir imágenes con una verdadera percepción tridimensional o de relieve. Entre algunas técnicas existentes actualmente para tratar de resolver la percepción de imágenes planas en el vídeo y obtener una imagen con apariencia tridimensional, se tienen métodos como el de crear imágenes estereoscópicas, que consisten en tener dos tomas de imágenes planas del mismo objeto filmadas o fotografiadas desde dos ángulos ligeramente separados (a unos 6.5 cm. una de la otra), y en ocasiones hasta de tres imágenes, que son vistas simultáneamente a través de unas gafas especiales que contienen filtros para impedir el paso de una u otra imagen, o bien que usan pantallas planas de LCD, donde se proyecta una imagen separada para cada ojo, y al tenerse las dos vistas simultáneamente de la imagen desde los diferentes ángulos, se produce en el cerebro del espectador la percepción visual de la imagen estereoscópica, simulando tener una sola imagen resultante con sensación visual de relieve o profundidad.
Por otra parte, a fin de emitir y recibir en directo (o tiempo real) imágenes con aspecto tridimensional sin el uso de gafas especiales, algunas compañías dedicadas al desarrollo de aplicaciones para el medio televisivo, han experimentado con la tecnología de la proyección de hologramas, con la técnica de la proyección estereoscópica que usa las gafas especiales, con la proyección de imágenes en pantallas de plasma, y con la proyección de imágenes en una pantalla de LCD que filtra la luz para que cada imagen sea captada por cada uno de los ojos del espectador, pero estas técnicas y sus diseños siguen siendo costosos y comercialmente poco prácticos, con lo que hasta el momento no se ha logrado una forma práctica y sencilla para registrar y transmitir en directo imágenes de vídeo con percepción tridimensional. Con la finalidad de resolver estos y otros inconvenientes, en esta invención se propone utilizar una cámara digital de vídeo en color para que funcione en conjunto con un sistema de sonar, donde las señales de ambos dispositivos son transmitidas al sistema electrónico que contiene un circuito lógico formado con circuitos integrados. En la cámara se reemplaza el monitor convencional de formato plano por un monitor de múltiples pantallas alineadas del tipo LCD, para lograr la reproducción de las imágenes de vídeo con percepción tridimensional o de bajo relieve, se modifica el sistema de grabación magnético de cintas a fin de guardar las señales de sonido registradas por el micrófono de la cámara, las de vídeo y las de distancia, en un solo dispositivo de cinta magnética.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un aparato compuesto por un arreglo de componentes electrónicos, como circuitos integrados, con el que se hace que cada imagen original registrada por una cámara convencional de vídeo en color, y definida en formato RGB (es decir, con la información que determina la activación o desactivación de los pixeles de la pantalla de cristal líquido en color, donde se forman las imágenes captadas por la cámara), se divida en varias imágenes y cada nueva imagen se sincronice con las señales del sonar obtenidas simultáneamente durante la filmación, colocado el sistema de sonar sobre la lente de la cámara. El aparato de sonar realiza un barrido acústico a frecuencia ultrasónica sobre los objetos que se filman con la cámara, y determina la distancia o profundidad que existe entre cada transmisor de sonar y los diferentes puntos de los objetos filmados. El aparato electrónico modifica cada imagen de vídeo de acuerdo al correspondiente rango de distancia o profundidad, produciéndose nuevas señales de imágenes de vídeo en formato RGB, donde cada una corresponde al determinado nivel de distancia registrado con el sonar.
Para desplegar simultáneamente estas imágenes de vídeo correspondientes a los distintos niveles de distancia o profundidad, se propone como parte de este aparato, un monitor formado por una serie de pantallas independientes transparentes en color de cristal líquido (LCD), que son apiladas y alineadas muy juntas entre sí una de tras de otra, ocupando cada una cierta posición de acuerdo a la secuencia del rango de distancia que se registra con el sistema de sonar, donde cada pantalla despliega una imagen que representa un determinado plano de profundidad específico de los objetos filmados. Al desplegarse simultáneamente las imágenes en las diferentes pantallas alineadas de LCD, se forma un bloque compuesto de diferentes imágenes en capas que se perciben en conjunto como una sola imagen con aspecto tridimensional o de bajo relieve. El monitor de múltiples pantallas reemplaza al monitor lateral convencional de la cámara de vídeo. De este modo, un espectador que vea el monitor funcionando, percibe en este una sola imagen de vídeo en color con movimiento, compuesta por las diferentes imágenes desplegadas simultáneamente una tras de otra, notando claramente que unas imágenes están más adelante que otras en relación al espectador, correspondiendo cada imagen a un determinado nivel de profundidad, obteniendo así una imagen con percepción y apariencia tridimensional o de bajo relieve, compuesta por las distintas imágenes puestas como capas de profundidad. Se modifica en la cámara el sistema de grabación de cintas magnéticas para guardar en el mismo dispositivo de cinta magnética las señales registradas del sonido ó voz, el vídeo y la información de la distancia. Los detalles característicos de este novedoso sistema de vídeo para la grabación y reproducción de imágenes de vídeo con percepción tridimensional o en bajo relieve, se explican en la siguiente descripción, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña como parte integrante de la misma, con carácter ilustrativo y no limitativo, las trece (13) figuras que muestran separadamente cada parte componente del sistema, siguiendo los mismos signos de referencia para indicar las partes y las figuras mostradas.
Los valores de los componentes electrónicos empleados para esta invención están en Ohmios al 1% de exactitud y a de Vatio para las resistencias, en micro-faradios (μf) para los capacitores, y los niveles de voltaje están en voltios; el uso de los distintos circuitos integrados y demás componentes aquí utilizados están determinados de acuerdo a las recomendaciones de aplicación de los respectivos fabricantes, y sus compuertas de entrada y salida (conocidos como terminales o pines) están conectados como se muestra en los respectivos diagramas. La potencia y niveles de voltaje necesarios para el funcionamiento de los circuitos y componentes del sistema de sonar, son tomados directamente de la fuente de voltaje de la cámara de vídeo, llevados por un cableado interior (43) hasta la interfaz (5), por lo que es recomendable cambiar la fuente de poder convencional de cámara por otra que entregue al menos un 25% más de potencia. La conexión entre los componentes electrónicos se realiza mediante los cables conductores (tipo "multicable" flexible), conectores hembra y macho, interfaces y pistas de circuito impreso.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN (O MEJOR MÉTODO CONOCIDO PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN)
El aparato de vídeo con percepción tridimensional, motivo de esta invención, utiliza una cámara de vídeo comercial convencional, como la que se ¡lustra en la Figura 1 con el número (1) en su vista frontal, y en la Figura 2 en su vista lateral (con medidas 59 x 12.9 x 11.8 cm), y que uso como ejemplo para describir esta invención.
Como se muestra en las Figuras 1 y 2, se coloca sobre la cámara (1), un sistema de sonar externo (2), que puede tener las medidas: 10 x 8 x 12 cm, y que se detalla en la Figura 3, construido dentro de una carcasa (3) con esas dimensiones y que puede hacerse del mismo material plástico con el que está hecha la carcasa de la cámara de vídeo. Para dar cabida en la cámara de vídeo (1 ) a las mejoras incluidas en esta invención, en caso de que el micrófono o algún otro accesorio de la cámara se encuentre en la parte superior de esta, se debe cambiar de posición, como es el caso del micrófono colocándolo a un lado de la cámara como se muestra en (4) de la Figura 1 , dejando así sobre la cámara el espacio libre necesario para colocar una interfaz (5) con la que el sistema de sonar se conecta eléctricamente a la cámara de vídeo. Los componentes del sistema de sonar funcionan con el voltaje de alimentación de la misma batería de la cámara. Este módulo de sonar (2) se acopla para montarse y desmontarse de la cámara mediante una zapata de sujeción tipo riel (6) colocado en la base de la carcasa del sonar (3), aprovechando la contra parte que se encuentra normalmente disponible en la cámara original para el uso de accesorios, que en este caso es usado para mantener fijo el sistema de sonar sobre la cámara, apoyado también sobre los 4 cojinetes de goma (7) colocados en la base de la carcasa del sonar (3), con lo que se reducen la vibración entre el sistema de sonar y la cámara.
Sobre una cara lateral del sistema de sonar, se coloca el tablero de control (8), rotulando en este debidamente el nombre que corresponde a la función que realiza cada interruptor, y los correspondientes componentes son montados en la tarjeta de circuito impreso (9) que puede ser de 6 x 2 cm, donde se concentran los interruptores utilizados para el control manual del sistema de sonar. Este circuito impreso (9) se conecta con los demás componentes del sistema de sonar alojados en la tarjeta multi-capas de circuito impreso (10) mediante el cable conector flexible (11 ), como se muestra en la Figura 3. Se recomienda incluir en la parte posterior del sistema, un ventilador eléctrico (12) que se alimenta eléctricamente directamente de la fuente de energía de la cámara mediante la interfaz (5), al que se conecta el cable flexible (13). Cuando el ventilador funciona, hace circular el aire dentro del sistema de sonar y retarda el calentamiento de los componentes que lo forman. Para ayudar a la ventilación interna, se hacen pequeñas perforaciones (ranuras, huecos u orificios) de ventilación (14) en las paredes laterales de la carcasa (3), como se muestra en la Figura 2.
Descripción del sistema de sonar:
Para realizar el barrido acústico con el sistema de sonar (2) sobre los objetos que se filman con la cámara, se emplea un arreglo de transductores que sirven de transmisores y receptores acústicos ultrasónicos (15), alineados a la misma distancia. Para explicar esta descripción, se consideran como ejemplo 20 transductores colocados aproximadamente a 1 cm de distancia unos de otros, en forma rectangular de 4 hileras horizontales y 5 verticales, que se montan en una placa rectangular (16) de circuito impreso (que puede ser de 5 x 7 cm), donde se mantienen fijos y se conectan eléctricamente a los demás componentes del sistema de sonar. Como se muestra en la Figura 1 , el arreglo de transductores ultrasónicos (15), es orientado hacia el frente del sistema de sonar, en la dirección hacia donde se dirige la lente (17) de la cámara de vídeo (1 ), con los transductores orientados hacia los mismos objetos que se filman. Con 20 transductores se tiene un barrido de profundidad con resolución de 20 puntos para un correspondiente cuadro filmado.
Como se muestra en la Figura 3, frente a los transductores se coloca una placa (18) de aproximadamente 1 cm de espesor, preparada con 20 concavidades caladas (19), de 0.7 cm de diámetro y 0.5 cm de profundidad, en forma de diminutas parabólicas que sirven de pabellón acústico direccional a cada transductor, a fin de orientar hacia el frente a las señales acústicas de cada uno de los transductores, e impidiendo en buena medida la interferencia entre las diferentes señales transmitidas y recibidas tanto en la transmisión como en la recepción.
Descripción del módulo de sonar empleado: En la Figura 3 se muestra un diagrama del interior del módulo del sonar (2), con la disposición interna de sus componentes electrónicos. Una variedad de equipos de sonar activo comerciales pueden utilizarse confiablemente como base para construir el sistema para medir las distancias que se requiere en esta invención. Tomo como ejemplo para describir esta invención el Módulo de Sonar (20) mostrando gráficamente su imagen en la Figura 4 y su diagrama esquemático en la Figura 5, en donde se describen sus pequeñas dimensiones (5.644 X 4.516 cm). Como indica el fabricante de este módulo de sonar, ofrece gran exactitud en la medición de distancias y funciona con niveles de voltaje TTL.
Cada uno de los transductores acústicos dispuestos en la placa (15), se conecta a su propio módulo de sonar (20) independiente, a las respectivas terminales identificadas en cada módulo de sonar como E1 y E2, a donde llega el registro y manejo de las señales de sonar transmitidas y recibidas. Para hacer más práctica la disposición de los componentes, los 20 módulos de sonar pueden ser montados por pares en una serie de 10 tarjetas de circuito impreso (21) iguales (de 6 x 11 cm), que son instaladas dentro de carcasa (3), alineadas detrás de la placa (16) con los transductores. Cada tarjeta de circuito impreso es conectada a las terminales de un conector hembra y (22), teniendo uno para cada tarjeta (21), y que son instalados en la otra cara de la misma tarjeta de circuito impreso (16).
Cuando el módulo de sonar funciona, cada uno de los transductores genera un tren de pulsos a frecuencias de sonar, y 20 ondas se emiten simultáneamente hacia los objetos y el espacio adyacente, realizando un barrido acústico sobre el o los mismos objetos a los que se dirige la lente (17) de la cámara. Cada transductor sirve de emisor y receptor de las ondas ultrasónicas, y cuando las ondas que son emitidas, chocan contra los objetos a las que se dirigen, en donde parte de estas ondas rebotan y regresan como un eco al respectivo transductor que las transmitió, y que funciona entonces como sensor ultrasónico, de modo que la matriz de receptores completa, detecta casi simultáneamente las ondas reflejadas en cada parte de los objetos que son filmados, recogiendo la información de cada onda recibida como un eco y obteniendo la información necesaria para determinar las distancias de 20 puntos diferentes de los objetos muestreados y filmados.
Como indica el fabricante, cada módulo de sonar (20) está disponible para medir distancias desde 15.24 cms (6 pulgadas) hasta 10.67 ms (35 pies). El módulo está disponible para diferenciar ecos desde objetos que están apartados a solo 7.62 cm. Cada módulo integra el control de ganancia digítalizado, el amplificador de ancho de banda variable minimiza el ruido y la detección del tamaño del lóbulo en aplicaciones de sonar. El módulo tiene una precisión de resonador cerámico controlado con generador de base de tiempo de 420 KHz. Cada módulo de sonar tiene como fuente ultrasónica un oscilador de baja frecuencia que produce un corto transiente, el cual ocasiona para cada transductor o electrodo elástico de un sensor (15), el efecto de oscilación mecánica en el transductor, y se transmite hacia el medio adyacente un tren de 16 ciclos de ondas ultrasónicos a una frecuencia de 49.4 KHz en dirección hacia los objetos a filmar. Para reducir aún más la posible interferencia que pudiera darse entre las diferentes señales acústicas transmitidas, es posible cambiar la frecuencia de transmisión (y por ende de recepción) de cada uno de los módulos de sonar en unos 15 Hz de diferencia entre sí, a fin de que cada uno transmita a una frecuencia en particular y diferente a los demás transductores. Para hacer corresponder con más precisión el cuadro de la imagen filmada con los puntos registrados con el sonar, es posible calibrar la correspondencia entre estas deslizando manualmente el sistema de sonar (2).
La Figura 6 muestra la primera parte del diagrama del circuito electrónico para uno de los 20 sistemas de sonar, siendo los restantes 19 iguales a este. Una vez que se ha presionado el interruptor de encendido de la cámara, se puede encender electrónicamente el sistema de sonar (2), con el interruptor (23), identificado como INT-1 , montado sobre la tarjeta de circuito impreso (9), y que al cambiar manualmente su posición, permite que los circuitos de los módulos de sonar (20) reciban un potencial de alimentación nominal de 5 voltios, identificado como Vcc. Después de encender eléctricamente el sistema de sonar, debe transcurrir un mínimo de 5 milisegundos antes de que se comience a utilizar el sistema de sonar, durante este tiempo, todos los circuitos internos son re-iniciados y estabilizado cada oscilador interno.
La tarjeta multicapas de circuito impreso (10), se conecta con la tarjeta de transductores (16) mediante el conector tipo peine (24) instalado al final de los otros conectores (22) dispuestos en la tarjeta. Los componentes electrónicos mostrados en el diagrama electrónico de la Figura 6, son instalados en ambas caras de la tarjeta (10). En la Figura 6, se tiene que al inicio tiene una configuración de disparador de uso común para generar un pulso electrónico de arranque, para dar inicio a la transmisión y recepción de las ondas sonoras. Para configurar el disparador, conectado como se muestra en la Figura 6, se tiene una resistencia R6, una resistencia R7, un capacitor C6 y una resistencia R8. Este disparador se activa eléctricamente con el interruptor (25) INT-2, que al cambiar su posición, provoca que la señal eléctrica en uno de sus terminales cambie de un estado lógico bajo a otro alto (referidos al voltaje de nivel alto de 5 voltios o Vcc), en una de las terminales de la resistencia R8, con lo que se genera un pulso de arranque (hacia el nivel alto de voltaje Vcc) y el sistema de sonar comienza su funcionamiento. El pulso se transmite como señal de arranque hacia la compuerta 2 de un circuito integrado temporizador (26) configurado en un arreglo común conocido como "Astable", y que opera como un generador de pulsos constantes donde de tiempo que tarda el periodo de cada pulso, se determina con el arreglo de componentes (R9, R10 y C7). La duración de cada pulso generado en la compuerta 3 del circuito integrado (26) es de 1.5 milísegundos, que es tiempo suficiente para registrar objetos hasta unos 40 metros de distancia desde el sistema de sonar, por lo que se recomienda mantener la cámara fija apuntando hacia un objetivo al menos durante 1.5 milisegundos y filmar objetos fijos, a fin de no obtener imágenes distorsionadas.
La duración del pulso generado en la compuerta 3 del circuito integrado (26), podrá ser interrumpida antes de cumplir con el periodo de 1.5 milisegundos, si es que se recibe por su compuerta 4 (Reset) una señal en forma de pulso (que pasa de 0 a 5 voltios), y que funciona como re-inicio para este circuito. Este pulso recibido por el circuito, sucede cuando la totalidad de transductores han recibido su respectiva señal de retorno y no es necesario esperar a que se cumplan los 1.5 milisegundos. El pulso generado en la compuerta 3 del circuito integrado (26), es enviado a cada una de las compuertas de inicio, identificado como "INIT" en cada uno de los 20 módulos de sonar (20). Cuando en cada compuerta INIT de cada módulo de sonar se detecta una señal con un nivel alto de voltaje, se genera una transmisión de pulsos por la terminal E1 (XDCR), que está conectada a un respectivo transductor acústico (15), exitándolos para que cada transductor emita un tren de 16 pulsos a 49.4 KHz con 400 voltios de amplitud, como ocurre en el momento de la transmisión, enviando hacia el exterior las ondas ultrasónicas a través de los conductos o pabellones de forma parabólica (19). Al final de los 16 pulsos transmitidos por cada transductor, quedará una corriente directa sobrante de 200 voltios sobre cada transductor, que es normal en óptima operación, y que puede ser eliminado por el módulo de sonar. Luego del envío de los pulsos que pasan por su respectivo pabellón acústico (19) hasta el correspondiente transductor, solamente quedará esperar el regreso de la señal transmitida como eco. Al recibir y detectar cada transductor su respectiva primera señal acústica de retorno o eco (que se identifica como ECO), las señales son convertidas en un impulso eléctrico por los transductores y amplificadas en cada módulo de sonar, transmitiéndose a la respectiva terminal la señal de un estado lógico que pasa de 0 a 5 voltios, causando en la salida del módulo de sonar por la compuerta que identificamos como "ECO", que se genera un pulso como respuesta a la detección de la señal de retorno (ECO). Cada señal de impulso de ECO registrada en cada módulo de sonar, es enviada a la compuerta 5 (identificada como "R") del respectivo circuito integrado (27), que contiene cada uno 4 memorias (Latch) del tipo conocido como "RS" (Reset-Set).
Detección de pulsos de sonar para la medición de distancias:
Como se muestra en la Figura 6, en cada uno de los circuitos que corresponden a cada transductor, el pulso de arranque (INIT) es también direccionado hacia cada una de las compuertas identificadas como (S) en el diagrama representativo de uno de los 5 circuitos integrados (27), configurado como un arreglo de memoria del tipo conocido como "RS", mientras que las señales de detección de eco (ECO) que provienen de cada módulo de sonar (20), son enviados a las compuertas identificadas como (R), compuerta 5 del mismo circuito integrado (27). El pulso de inicio pasa de un nivel de voltaje bajo (0 voltios) a uno alto (5 voltios) en cuanto el pulso de arranque es detectado y guardado en la respectiva memoria RS por un tiempo, hasta que se recibe la señal de ECO y el puso regresa entonces al nivel de voltaje bajo (0 voltios). Esto convierte la diferencia en tiempo entre estas dos señales entrantes, en un pulso con la duración que va desde el comienzo de la transmisión (INIT) a la presencia de la señal de ECO detectada, con lo que en la compuerta identificada como (Q) en cada circuito integrado (27), y se tendrá un pulso con la duración que ha requerido cada señal acústica para realizar el recorrido de ida y vuelta, desde cada transductor, hasta una parte específica del objetó que se filma. Para cada módulo, el tiempo transcurrido entre que INIT va hacia el nivel alto de voltaje, y que la salida de eco va también hacia el nivel alto de voltaje, es proporcional a la distancia desde el transductor a la que se encuentra cada parte registrada del objeto, y la duración de cada pulso resultante en cada compuerta (Q) de cada circuito integrado (27), representa el intervalo de tiempo requerido para que cada onda ultrasónica haga el recorrido de ida hasta el objeto y vuelta hasta el transductor acústico, con lo que, con cada uno de los pulsos registrados se puede determinar la distancia desde la cámara a la que se encuentran las diferentes partes del objeto filmado, de acuerdo al método de "impulso-eco". Considerando que en promedio, la señal acústica viajará a 30.48 cm (1 pie) en 0.9 milisegundos, que es aproximadamente una velocidad de 338.7 m/seg de ida y vuelta, la distancia es calculada a partir de la velocidad conocida a la que se desplaza la onda ultrasónica transmitida por el aire (aproximadamente a 330.8 m/seg a 0o C, y 343 m/seg a 20° C), de acuerdo a la fórmula: distancia = velocidad X tiempo.
Muestreo de los pulsos de sonar:
Siguiendo con la Figura 6, se tiene que para contabilizar cada pulso resultante de cada compuerta (Q) de cada circuito de memoria RS (27), son transmitidos hacia una de las dos compuertas de entrada del respectivo de compuerta lógica AND, usando circuitos integrados (28), mientras que por la otra compuerta de entrada, se recibe un tren de pulsos a una determinada frecuencia constante. Como se muestra en la Figura 6, la frecuencia constante es generada por un circuito integrado (29) que se configura para que funcione como generador de pulsos (que pueden ser tipo TTL o de reloj), que emite una onda cuadrada a una frecuencia constante de 2.5 KHz, con lo que el pulso de duración de INIT a ECO es dividido o muestreado a una definición máxima de 0.0025 mm de intervalos de aire ("air gap"). La exactitud de la medición depende solamente del sensor empleado y de las condiciones ambientales. El sistema ultrasónico de medición siempre opera con una definición constante (por default) de 0.025 mm. Esto es determinado por los circuitos empleados y por la secuencia de pulsos. El pulso con la duración de cada transductor es separado en segmentos de 0.0025 mm intervalos de aire.
Cuenta de Pulsos de Eco: Para dejar a los transductores disponibles para transmitir en un nuevo ciclo de barrido, se cuenta la cantidad de pulsos de eco detectados por los transductores, y cuando la cuenta es igual (en este ejemplo) al número 20 en binario, significa que todos los módulos de sonar han completado y terminado su recepción. En el diagrama de la Figura 7, se muestra que cada una de las señales de ECO generadas por cada módulo de sonar (20), son conectadas a un mismo punto mediante un respectivo diodo del arreglo (30), que evitan posibles interferencias entre las diferentes compuertas de ECO, conectadas a la compuerta de entrada 2 de del circuito integrado Contadores de Década de 4 bits, (31), que con otro circuito igual (32), conectados en paralelo mediante las respectivas compuerta del identificadas como CARRIER, la compuerta del circuito integrado (31), a la compuerta del circuito integrado (32), para que juntos cuenten en números binarios de 8 bits, todos los impulsos de eco detectados durante un barrido acústico. El número de pulsos contados es obtenido de las compuertas de salida del contador como un número binario de 8 bits, que es transferido hasta un arreglo formado con dos circuitos lógicos (33 y 34, respectivamente), cada uno compuesto con compuertas conocidas como AND, donde se compara la cantidad de señales de eco detectadas y contadas, con el número 20 en binario previamente programado poniendo las entradas de las compuertas AND conectadas a 0 o a 5 voltios para obtener la combinación binaria del número 20 (10100).
Los pulsos de cada compuerta de salida de los circuitos AND, son enviados a las compuertas de entrada de un circuito electrónico (35). Cuando todos de las compuertas de entrada coinciden en un pulso alto, se produce un pulso invertido en el nivel lógico, por lo que es nuevamente invertido el pulso por una compuerta inversora del circuito integrado (36) o equivalente, cambiándolo en la compuerta de salida de este circuito, hacia el nivel alto de voltaje (Vcc). La señal es transmitida a una de las compuertas de entrada de un circuito integrado (37), que hace la función de OR lógico y que genera un puso identificado como RE-INICIO (o "Reset"), que es enviado a la compuerta 4 del circuito integrado (26) antes de que transcurran los 1.5 milisegundos para interrumpir el pulso generado en compuerta 3 de salida, y terminar con el ciclo de barrido. La señal de RE-INICIO producida es invertida por otra compuerta inversora del circuito integrado (36), para trasmitirla hacia aquellos elementos en los que así se requiera. Por la otra compuerta de entrada del circuito (36), entra la señal de INICIO resultante del circuito disparador, que genera un pulso inverso del periodo de 1.5 milisegundos producido por el circuito (26), por lo que la señal de RE-INICIO se genera también si el periodo de barrido termina.
Luego de que es así interrumpido el pulso generado en la compuerta 3 del circuito integrado (26), la señal regresa al nivel lógico bajo (de 0 voltios). Para aquellos transductores que no registraron una señal detectada de eco, y los pulsos detectados por el contador y comparador de señales de eco no llegan a ser 20 cuando se termine el tiempo de 1.5 milisegundos, se asignará el valor máximo de tiempo a estos, es decir, la duración de 1.5 milisegundos, indicando así que ocupan una posición al fondo o más lejana en la profundidad de la imagen filmada. Para repetir el ciclo, el circuito integrado (26) producirá un nuevo pulso de 1.5 milisegundos, que enviará nuevamente hacia el nivel alta de voltaje a la compuerta INIT de los módulos de sonar (20), produciéndose así el inicio de una nueva transmisión de 16 pulsos de sonar en cada transductor.
Cuenta de pulsos de sonar para la determinación de las distancias:
Como se muestra en la Figura 6, cuando el pulso INIT de 1.5 milisegundos es generado por la compuerta 3 del circuito integrado (24), se permite que la frecuencia constante de 2.5 KHz se reciba por una de las compuertas del circuito AND (26). En cada compuerta de salida de los circuitos AND, se tienen las ondas separadas en una serie de pulsos de forma de onda cuadrada (pulsos de sincronía), que se pueden contar. Los pulsos resultantes de cada compuerta AND son conectadas a la compuerta de entrada 2 de del circuito integrado Contadores de Década de 4 bits (38), que con otro circuito igual (39), conectados en paralelo mediante las respectivas compuerta del identificadas como CARRIER, conectado a la compuerta 15 del circuito integrado (38), a la compuerta 2 del circuito integrado (39), para que juntos cuenten en números de 8 bits, todos los pulsos en que fue dividido el periodo con el tiempo el que se recibió la señal de eco, en donde a mayor cantidad de pulsos contados, indicarán que ese punto del objeto está más lejos, y si la cuenta es menor, lo indicarán más cerca. La cuenta de cada pulso es representada en números binarios de 8 dígitos. Todos los cálculos del sistema de sonar están realizados con una aritmética de 8 bits, pero puede realizarse al aparato con otra cantidad de bites en su lógica. En los contadores, el resultado de cada cuenta de pulsos es transferido a uno de los 20 respectivos circuitos integrados (40), que operan como memoria del topo conocido como "Latch" con salida de 3er. estado, para ser guardado como un número en datos binario de ocho dígitos, hasta que sea habilitada la compuerta 1 y se transmitan, como se describe a continuación.
Sincronía entre el vídeo y la distancia:
En la Figura 8 se muestra el diagrama de otra sección de la configuración electrónica cuyos componentes se instalan en la tarjeta de circuito impreso de múltiples capas (10), representando un circuito en arreglo conocido como "Registrador por Turnos" ("Shift Register"), formado por 10 circuitos integrados (41), que cada uno contiene 2 circuitos conocidos como "Flip/Flop" JK.
Para la sincronización y correspondencia de los 20 pulsos que se generan del arreglo de "Shift Register" y los pulsos del vídeo, se tiene un pulso (de reloj) generado por la división de la frecuencia de las señales identificadas respectivamente como de vertical (V) y de horizontal (H), tomadas del circuito Decodificador de RGB (42) de la cámara de vídeo), de los pines 46 y 47, respectivamente, que son conectados a las terminales del cable flexible (43), que se divide y ramifica en el interior de la cámara en tres secciones (44) para conectar los diferentes componentes con la parte de interfaz (5) del lado de la cámara, y que del lado del sistema de sonar se conecta mediante el cable flexible (13) a la tarjeta de circuito impreso (10), y de ahí a los componentes electrónicos, como se muestra en la Figura 9. La señal de Horizontal (H) producida en la electrónica de la cámara, es transmitida a un arreglo electrónico divisor de frecuencias (45), formado por 2 circuitos integrados contador tipo BCD en cascada, y que con el arreglo adecuado, dependiendo del barrido en cada cámara, divide la señal las veces necesarias para obtener una señal llamada (Hp) que en este ejemplo resulta en 5 pulsos por barrido Horizontal de la cámara, y corresponden respectivamente a los 5 transductores de cada hilera horizontal. Del mismo modo, utilizando otro arreglo divisor de frecuencias (46) formado de 2 circuitos integrados contadores tipo BCD, la señal interna de Vertical (V) tomada de la cámara, es divida hasta obtener una señal (Vp) formada por 4 pulsos correspondes a (V), y que corresponden a los 4 transductores verticales de cada hilera, con lo que se tendrá la correspondencia de una determinada imagen en forma matricial dada por la posición de cada pixel de la imagen para un determinado valor de la distancia al objeto, y la posición vertical y horizontal de los pixeles de vídeo se sincronizan con las señales de vídeo.
Cuando es recibido el pulso de RE-INICIO por la compuerta 4 del primer circuitos integrados (41 ), cada uno de los puertos de salida de los demás circuitos, puertos identificados como Q, (de Q1 a Q20), pasan de un estado lógico bajo a uno alto, generándose 20 señales en secuencia, una detrás de otra, que se transmiten a los circuitos integrados Latch, y estos pulsos controlan la habilitación de la respectiva compuerta 1 , llamada de 3er. estado (alta impedancia), que les permiten transferir los datos almacenados en los circuitos de memoria (40) con la misma secuencia en que sus compuertas 1 son habilitadas. La secuencia de habilitación para cada memoria Latch, es de acuerdo al orden del barrido de las imágenes de vídeo.
Conversión de los pulsos en señales analógicas sincronizadas: Cuando las 20 señales que resultan del arreglo de "Registrador por Turnos", habilitan a cada compuerta 1 (de 3er. estado) en los circuitos de memoria (40), la información de cada segmento contado, almacenados como números binarios de 8 bits, se transmiten ordenadamente y en turnos hasta un camino ("Bus") de datos, que se conecta con las compuertas de entrada de datos (pines del 64 al 71) del circuito convertidor D/A - Digital a Analógico (47 de la Figura 6), utilizando un circuito integrado que funciona con los pulsos sincronía (de reloj) de la cámara, teniendo en la compuerta (pin) 165 la salida de una forma de onda analógica que corresponde a cada barrido, con la información de los distintos nivel de profundidad, logrando completar con la aproximación analógica aquellos valores de profundidad intermedios entre las 20 posiciones. Los puntos en la onda analógica corresponden a cada uno de los pixeles de la imagen de vídeo en formato RGB obtenido del circuito Decodificador RGB (42) de la cámara, y su señal es transferida al sistema de sonar por la interfaz (5).
Lógica de despliegue:
En la Figura 9 se muestra otra sección del diagrama de la configuración electrónica para la reproducción de las imágenes filmadas. Según se seleccione con el interruptor (48), identificado como INT-3, instalado sobre el circuito impreso (9) y colocado en el tablero de control (8), se selecciona la fuente de los datos para el despliegue de las imágenes de vídeo y de profundidad, ya sea en el modo de grabación o de reproducción. Para el modo de grabación, seleccionado por el interruptor (STAR/STOP) (49) en la cámara de vídeo, la señal de 8 bites producida por el circuito convertidor Digital/Analógico (47) D/A, se transmite directamente a un circuito electrónico convertidor Analógico a Digital A D (50). Al seleccionar con el interruptor (44) INT-3 el modo de reproducción de vídeo, conocido como modo "Play" en la cámara de vídeo, las señales de vídeo y distancias provienen de la lectura de las imágenes almacenadas en cinta magnética, y se transmiten directamente al circuito electrónico convertidor A/D (50). En adelante, la circuitería funciona igual, tanto para el modo de reproducción como en el modo de grabación. En cualquiera de los casos anteriores, la señal con la información de la profundidad es sincronizada con las imágenes de vídeo mediante el convertidor A/D, empleando las señales de Vertical (V) y Horizontal (H) generados por la electrónica interna de cámara, y posicionando los datos correspondiendo a las señales vertical (dado por la señal Vp) y horizontal (dado por la señal Hp). El circuito electrónico convertidor Analógico a Digital A/D (50), cambia nuevamente a cada forma de onda analógica a números binarios de 8 bits en sus compuertas de salida, de los cuales en esta descripción son utilizados solo los tres bits más significativos, para obtener la pantallas de despliegue (6 en este ejemplo), pero es posible utilizar más bits para considerar más pantallas.
A fin de obtener una correspondencia numérica de cada nivel de profundidad para cada pantalla, se diseña para esta invención un arreglo de un convertidor de BCD a Decimal compuesto por compuertas lógicas AND de 2 circuitos integrados y en la compuerta de salida de cada compuerta AND, se dispone un diodo (53), que sirve en cada compuerta de protección contra retornos de voltaje de las otras compuertas. También se tiene un segundo arreglo formado con 4 diodos (54) dispuestos entre las salidas de las compuertas AND, con lo que las señales de los bits menos significativos se acumulan para mantener las pantallas más lejanas con imagen. Las tres señales que forman cada imagen completa en el formato RGB, son tomadas de la cámara directamente del circuito electrónico de vídeo Decodificador de RGB (42), que las genera las tres señales en formato RGB para desplegar una imagen.
Para utilizar una lógica negativa, requerida por algunos de los componentes electrónicos empleados en esta invención, las señales de las 5 compuertas de salida del arreglo de diodos (54), son invertidas mediante un circuito integrado inversor (55), y utilizado en todas las compuertas inversoras requeridas en esta invención. Cada una de estas señales habilitarán o no la secuencia de activación de cada uno de los transistores PNP (56), que sirven de interruptor a las señales en formato BGR controlado por las señales resultantes del arreglo de diodos. A cada serie de tres transistores, llegan a su correspondiente terminal P las 3 señales que forman la imagen en formato BGR, con la información de la imagen completa, y sirven de interruptores controlados por las señales del arreglo lógico de compuertas AND, que permiten o impiden a que las señales del formato BGR que activen o no a los pixeles de su respectiva pantalla de LCD. Esta separación de imágenes según su posición de vertical y horizontal, forma una copia de la imagen original y la separa de las demás imágenes producidas en la misma forma, para cada pantalla de LCD. Con este arreglo lógico y por medio de los transistores, la activación controlada de los pixeles que corresponde en la misma posición de vertical y horizontal en cada imagen en formato BGR, que resulta en que los pixeles de cada imagen que corresponde a un determinado nivel de profundidad, permanecen desactivados. Cada imagen diferente corresponde a un determinado nivel de profundidad. Como se muestra en la Figura 3, las señales con las diferentes imágenes en formato BGR son transmitidas desde la tarjeta de circuito impreso (10), conectada mediante el cable flexible (13) a la interfaz (5). Al estar acoplado el sistema de sonar con la cámara, quedan conectando ambos lados de la interfaz (5), y en extremo de la cámara se conecta con el cable flexible (43), que pasa por el interior de la cámara y se ramifica en tres partes (44).
Despliegue en el monitor de múltiples pantallas de LCD:
Para desplegar las imágenes de vídeo captadas por la cámara y las producidas por la separación y filtración de los pixeles en las diferentes pantallas, el típico monitor convencional de una sola pantalla plana de LCD que acompaña normalmente a la cámara, se remueve de la cámara de vídeo original y se intercambia por un novedoso monitor externo de múltiples pantallas (57), formado exteriormente por la carcasa plástica (58) y las tapas anterior (59) y posterior (60) que sirven de protección como se muestra en la Figura 10, donde se detallan las partes separadas que lo forman, instalada fuera de la cámara y mecánicamente abatible mediante la misma técnica que se utiliza en el monitor original de la cámara. A este monitor llegan las señales del correspondiente cable conector flexible (44), que son transmitidas dentro del monitor de múltiples pantallas (57), mediante los cables flexibles (61 ) y (62), respectivamente al par de conectores que tiene cada una de las tarjetas electrónicas convencionales controladoras de despliegue para pantallas (63) de LCD (que en este caso se consideran como ejemplo 6 pantallas), alojadas en el interior de la carcasa (58).
En esta invención se incluyen dos formas de construir un monitor de múltiples pantallas de LCD. A continuación se describe la primer forma incluida en esta invención: Cada controlador de vídeo (60) se conecta mediante el cable conector flexible (64), que trasmite cada señal con la información de vídeo en formato BGR, a las pantallas (65), instaladas frente a las tarjetas controladoras de despliegue para pantallas de LCD (63) quedando entre estas la placa de luz iluminada por una lámpara floreciente (66), que sirve de fuente de luz posterior para las pantallas del monitor, como se muestra en la Figura 10. Las pantallas de LCD se colocan una de tras de la otra alineadas muy juntas entre sí y guardando la menor distancia posible para formar un solo monitor compacto, como un volumen o "bloque" de varias pantallas. Cada pantalla ocupa un lugar especificado por la distancia registrada y corresponde a un determinado nivel de profundidad, desplegando una imagen particular en cada una de estas y representando los diferentes planos que forman los objetos filmados. Cuando el monitor funciona, se despliegan simultáneamente en las diferentes pantallas consecutivas de LCD, un conjunto como imágenes de vídeo separadas e independientes unas de las otras, donde cada una forma una parte de la imagen original, posicionada según el determinado plano o nivel de profundidad que le corresponden y representan a las diferentes capas en niveles de profundidad del objeto filmado. Al tener una pantallas tras de otra, cada pantalla podrá considerarse como una capa que corresponde a un rango de profundidad en el de despliegue del monitor de múltiples pantallas. De modo que al desplegarse las imágenes simultáneamente en las diferentes pantallas consecutivas de LCD, se presenta un efecto de percepción visual de profundidad o relieve formado con las diferentes capas de imágenes, obteniendo imágenes de vídeo con una percepción visual de bajo relieve o tridimensional.
La cantidad de pantallas empleadas será directamente proporcional a la cantidad de "capas" o niveles de profundidad que se desee diferenciar, y así, esa cantidad de pantallas será directamente proporcional a su resolución de profundidad o del relieve en vídeo que se obtenga. En este monitor de múltiples pantallas, la pantalla que queda al fondo, siempre desplegará la imagen completa, tal como es producida comúnmente por la cámara, a fin de tenerla como fondo de las imágenes; mientras que en las demás pantallas, desplegarán una imagen diferente que corresponde al nivel de profundidad que ocupa. Las restantes señales electrónicas que requieren las tarjetas controladoras de despliegue, son iguales para todas las tarjetas y son suplidas por la cámara de vídeo a través de la interfaz convencional para ser usado en el monitor de múltiple pantallas.
La segunda forma de tener el monitor de múltiples pantallas de LCD, está relacionado con la técnica de producción de pantallas de LCD actualmente conocida, que consiste en la colocación de una placa de electrodos entre dos placas de substrato de vidrio, que se colocan muy próximas y sellan al cristal líquido en el espacio que quede entre estas placas. Basado en esta técnica, en esta invención se propone como una segunda forma de construir el monitor de múltiples pantallas, la fabricación de un bloque de cierto espesor formada por varias pantallas independientes transparentes de LCD, colocadas como diferentes capas de cristal líquido separadas, que funcionan en conjunto como un solo dispositivo monitor de múltiples pantallas, y que entre más cerca estén entre sí las capas de cristal líquido, se reproducen más próximas las distintas imágenes y se obtiene una mejor resolución en las imágenes con aspecto de bajo relieve en el vídeo; además de ocupar menos espacio dentro de la carcasa (58).
Para ilustrar esta segunda forma de construir el monitor de múltiples pantallas, en la Figura 11 , se sustituye a la serie de pantallas (65) mostradas en la Figura 10, por la placa formada de múltiples pantallas (67), y cada una de estas se conecta al respectivo controlador de despliegue (63) con el cable conector (64). Al ocuparse menos espacio con el uso de la placa de múltiples pantallas, se puede reducir el tamaño de las paredes que forman la carcasa (58), o bien, aumentar la cantidad de pantallas. En la Figura 12 se muestra en el dibujo de un acercamiento para detallar, al nivel de los pixeles, un corte de la placa de múltiples pantallas de LCD (67) con al que se describe su construcción. Se forma una placa compacta de pantallas independientes de LCD, donde la fabricación puede realizarse aplicando la tecnología conocida como TFT. Igualmente que en forma conocida actualmente para la construcción de una pantalla transparente de cristal líquido, la primera parte de la fabricación de un bloque de múltiples pantallas, comienza en la forma convencional, que es colocando tras una película polarizada (68), una placa de substrato de vidrio (69) para una pantalla, y una placa de electrodos transparente (70), y sobre este se junta otra placa de substrato de vidrio (71 ), dejando en medio al cristal líquido (72) que queda sellado en el angosto espacio entre estas placas. Una vez obtenida la primera pantalla de LCD, para la construcción la placa de múltiples pantallas, se coloca otra de electrodos transparentes (73) sobre la anterior placa de substrato de vidrio (71 ), para luego colocar otra capa de cristal líquido (74) se sella con otra placa más de substrato de vidrio (75), con lo que se tiene una segunda pantalla independiente de la anterior.
La agregación de capas de cristal líquido entre las placas de substrato de vidrio, se repite hasta formar un bloque compuesto por una serie de pantallas independientes de cristal líquido (67) de tandas capas como se desee, y que en el caso de esta descripción se ejemplifica de seis capas de cristal líquido (72, 74, 76, 77, 78 y 79 respectivamente, en la Figura 12), que cubren a los respectivos electrodos transparentes (70, 73, 80, 81 , 82 y 83) entre las placas de substrato de vidrio (69, 71 , 75, 84, 85, 86 y 87). La última placa de substrato de vidrio es también cubierta con películas polarizadas (88). Para la obtención de imágenes en color, es suficiente usar un solo filtro de color (89) colocado al frente de la primera pantalla, es decir, la más cerca del espectador en el monitor de múltiples pantallas.
Con un marco de metal (90) que sirve también de protección, se fija y mantiene firme el bloque de armado con las placas. La lámpara fluorescente (66) instalado en la parte posterior del bloque de múltiples pantallas, ilumina uniformemente a todas las pantallas. La luz que se emite, cruza todas las pantallas, y pasa por cada delgado difusor transparente de luz que se encuentran en las pantallas, dejando pasar la luz hacia el frente del monitor, y permitiendo ver solamente la luz de pixeles los que se activan en cada pantalla. El monitor resulta de este modo es de mayor espesor comparado con el monitor de una sola pantalla plana, por lo que el bloque de placas pueden ser sujetado con un marco de metal. Las tarjetas controladoras de despliegue para pantalla de cristal líquido (63) son fijadas en un marco dentro de una carcasa de protección y montaje, detrás del bloque de pantallas, como se muestra en la Figura 11.
Sistema de grabación y reproducción de tres pistas: Para grabar la información de las imágenes de vídeo y de la distancia o profundidad registrada con el sonar, se modifica el sistema de grabación y reproducción convencional, agregando un arreglo electrónico (91) compuesto por circuitos montados sobre la tarjeta de circuito impreso (10), formando un arreglo igual al utilizado por la cámara de vídeo para gravar las señales de sonido y vídeo, pero este dedicados a grabar la señal de la distancia para transmitirlas al dispositivo electromagnético de grabación. Agregando una cabeza magnética (92) alrededor del mismo cilindro (93), como se describe en el dibujo de la Figura 13, para grabar y leer en una pista separada e independiente la información de la distancia correspondiente a cada pixel, contenida en la forma de onda analógica proveniente del circuito convertidor Digital a Analógico (D/A), es conectada mediante otra ramificación (44) del cable flexible (43) al dispositivo de grabación (91 ).
La cámara seleccionado como ejemplo para describir esta invención, emplea un tipo específico de formato de cassette para la grabación, pero pueden usarse otros formatos de cinta, si se utilizan como base para aplicar las modificaciones de esta invención en otras cámaras digitales de vídeo que empleen otros formatos de cassette de cinta magnética.
Al momento de presionar el botón (STAR/STOP) (49) de la cámara para poner el funcionamiento en modo de grabación, las señales de sonido y el vídeo, así como el registro del sistema de sonar, son transmitidos al sistema de grabación modificado, que entra en funcionamiento para ser grabados simultáneamente en la cinta magnética, almacenando la información de la distancia en una pista separada, con la cabeza magnética colocada en el sistema de grabación, la información de profundidad, con lo que se tienen las señales de sonido, de vídeo y de profundidad grabadas en pistas independientes en un mismo dispositivo de almacenamiento.
Cuando la cámara está encendida, es alimentado eléctricamente también el sistema de sonar, con lo que se comienza la transmisión de señales ultrasónicas. El sistema de sonar cuenta con un interruptor (23) INT-1 en el tablero de control para interrumpir la alimentación y apagarlo, para el caso de que no se desee emplearlo. El interruptor selector (49) de la cámara define convencionalmente el modo de operación de esta, y al presionarlo (modo Recording), se graba en la cinta lo que se capta en la lente (17), y si no se presiona, solo se observa en la pantalla lo que registra la lente, sin grabarse en cinta. Al presionar el botón (44), comienza la filmación de un objeto con la cámara de vídeo, se inicia el registro y grabación de la señal de sonido con el micrófono (4) que ha sido reubicado al lado de la cámara, y la imagen de vídeo captada por la lente (17) en la forma convencional, mostrando una imagen plana por la pantalla de LCD dispuesta en el visor (94) de la cámara. Al momento de presionar el botón (STAR/STOP) (49) de la cámara, las señales de sonido, el vídeo y el sistema de sonar, entrarán en funcionamiento.
Las posibilidades de utilización o aplicación: Aplicaciones del monitor de múltiples pantallas para programas de vídeo: El aprovechamiento de las técnicas del sonar y de programación permite combinarlas con las imágenes de vídeo para tener información de los diferentes niveles de profundidad en una imagen, logrando imágenes compuestas por el despliegue en varias pantallas que corresponden a los diferentes planos de profundidad en un bloque formado por varias de Cristal Líquido en color, que forman un monitor de múltiples pantallas, donde se despliega la información para cada pantalla de acuerdo a la información de la profundidad específica, obteniendo finalmente la percepción visual de relieve tridimensional. Este monitor se puede emplear en diferentes aparatos que actualmente utilicen el despliegue de imágenes en una pantalla plana, como pueden ser monitores de computadoras, en telefonía (fija y/o celular) y la proyección de vídeo.
Debido a que los programas de computo están protegidos por la Ley Federal de Derechos de Autor, no se incluye como parte de esta invención que se pretende proteger con esta solicitud, pero considero que pueden aplicarse para una nueva forma de desplegar programas e imágenes de vídeo en este tipo de monitor, de acuerdo a lo siguiente: Ya que se trata de una nueva técnica de despliegue en un monitor de varios planos de pantallas compactas (múltiples pantallas de LCD), este invento también está relacionado con la edición visual de programas computarizados, creados con técnicas como la realidad virtual combinada con la animación por computadora, y en lugar de agregar a las figuras una perspectiva y sombreado, se desplegará en cada pantalla una diferente capa de profundidad del bajo relieve en correspondencia con la perspectiva deseada, o programando de la misma forma las imágenes computarizadas agregando color sobre cartones topográficos en bajo relieve, específicamente en su aplicación para el despliegue en un monitor de múltiples pantallas. Considerando lo anterior, es posible programar la información de la profundidad y agregarla a las filmaciones de formato plano existentes, mediante métodos de programación por computadora, con lo que se determina la separación de las imágenes y se direcciona el despliegue de cada pixel que forma la imagen de vídeo para que corresponda en diferentes planos del monitor de múltiples pantallas, o bien crear tanto las imágenes de vídeo y con datos de profundidad completamente por computadora, mediante técnicas la animación por computadora ó mediante formatos de animación y de realidad virtual.
Una posibilidad que resulta de emplear conjuntamente las señales acústicas y las de imágenes, es que las velocidades de la luz y del sonido son diferentes, por lo que las imágenes el aparato resultan mejor para tomas con poco movimiento, pero esto se podrá superar utilizando circuitos más rápidos para las señales acústicas. Pero en el caso de programar las señales de profundidad en filmes de formato plano para separar las imágenes, o a la programación de imágenes con información de la profundidad, como es la realidad virtual, no se tendrá ninguna restricción para la velocidad de movimiento de los objetos que se filman.

Claims

Reivindicaciones:Habiendo descrito mi invento y como antecede, que considero una novedad y que reclamo de mi propiedad lo contenido en la siguiente cláusula:
1. El aparato para registrar las señales obtenidas con un sonar activo junto con las filmaciones obtenidas simultáneamente con una cámara de vídeo sobre los mismos objetos.
2. El aparato para transmitir, registrar y utilizar la información de profundidad, junto con la de vídeo, para convertir una imagen de vídeo en diferentes imágenes que corresponden a la información de distancia registrada o programada.
3. El aparato que tiene un monitor formado por varias pantallas independientes de cristal líquido para desplegar imágenes con aspecto o percepción tridimensional.
4. El aparato que graba y reproduce del dispositivo de almacenamiento, las señales de sonido y de vídeo, y la información registrada o programada de la distancia.
PCT/MX2003/000048 2002-11-29 2003-06-10 Aparato para producir imágenes con percepción tridimensional en un monitor de múltiples pantalla de cristal líquido. WO2004051309A1 (es)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004556976A JP2006513599A (ja) 2002-11-29 2003-06-10 多数の液晶スクリーンを有するモニタ上に３次元に知覚される画像を生成するための装置
AU2003241209A AU2003241209A1 (en) 2002-11-29 2003-06-10 Device for producing three-dimensionally-perceived images on a monitor with multiple liquid crystal screens
US10/536,893 US7903139B2 (en) 2002-11-29 2003-06-10 Device for producing three-dimensionally-perceived images on a monitor with multiple liquid crystal screens

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MXPA/U/2002/000341 2002-11-29
MXPA02000341 2002-11-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004051309A1 true WO2004051309A1 (es) 2004-06-17

Family

ID=32464650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/MX2003/000048 WO2004051309A1 (es) 2002-11-29 2003-06-10 Aparato para producir imágenes con percepción tridimensional en un monitor de múltiples pantalla de cristal líquido.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7903139B2 (es)
JP (1) JP2006513599A (es)
AU (1) AU2003241209A1 (es)
WO (1) WO2004051309A1 (es)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102654697A (zh) * 2012-04-25 2012-09-05 北京京东方光电科技有限公司 一种全息液晶显示器、立体显示方法及立体显示系统
CN103364786A (zh) * 2013-07-29 2013-10-23 河南中医学院 具有语音功能的便携式智能测距仪

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7479967B2 (en) 2005-04-11 2009-01-20 Systems Technology Inc. System for combining virtual and real-time environments
WO2008023742A1 (fr) * 2006-08-23 2008-02-28 Nikon Corporation Caméra électronique et procédé de transfert d'image utilisé dans la caméra électronique
JP4669482B2 (ja) * 2006-09-29 2011-04-13 セイコーエプソン株式会社 表示装置、画像処理方法並びに電子機器
JP4706638B2 (ja) * 2006-09-29 2011-06-22 セイコーエプソン株式会社 表示装置、画像処理方法並びに電子機器
US8587639B2 (en) * 2008-12-11 2013-11-19 Alcatel Lucent Method of improved three dimensional display technique
KR101709282B1 (ko) * 2011-11-15 2017-02-24 삼성전자주식회사 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 장치들
US10144138B2 (en) * 2011-12-30 2018-12-04 Diversey, Inc. Long-range sonar
JP6312227B2 (ja) * 2014-10-28 2018-04-18 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ Ｒｇｂ−ｄ画像化システム、ｒｇｂ−ｄ画像の生成方法、及びｒｇｂ−ｄ画像を生成する装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4396944A (en) * 1981-09-15 1983-08-02 Phillips Petroleum Company Video image size scaling
US6057898A (en) * 1997-08-29 2000-05-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Multipanel liquid crystal display device having a groove on the edge surface
WO2001023908A1 (en) * 1999-09-24 2001-04-05 Eyeweb Inc. Automated image scaling

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6597397B1 (en) * 1998-07-22 2003-07-22 Eastman Kodak Company Digital still camera with optical tape
KR20020073054A (ko) * 2001-03-14 2002-09-19 한국과학기술연구원 다층영상 표현시스템 및 그 방법
US7619585B2 (en) * 2001-11-09 2009-11-17 Puredepth Limited Depth fused display

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4396944A (en) * 1981-09-15 1983-08-02 Phillips Petroleum Company Video image size scaling
US6057898A (en) * 1997-08-29 2000-05-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Multipanel liquid crystal display device having a groove on the edge surface
WO2001023908A1 (en) * 1999-09-24 2001-04-05 Eyeweb Inc. Automated image scaling

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102654697A (zh) * 2012-04-25 2012-09-05 北京京东方光电科技有限公司 一种全息液晶显示器、立体显示方法及立体显示系统
WO2013159524A1 (zh) * 2012-04-25 2013-10-31 北京京东方光电科技有限公司 全息液晶显示器、立体显示方法及立体显示系统
CN102654697B (zh) * 2012-04-25 2015-04-15 北京京东方光电科技有限公司 一种全息液晶显示器、立体显示方法及立体显示系统
CN103364786A (zh) * 2013-07-29 2013-10-23 河南中医学院 具有语音功能的便携式智能测距仪

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006513599A (ja) 2006-04-20
US7903139B2 (en) 2011-03-08
US20050285962A1 (en) 2005-12-29
AU2003241209A1 (en) 2004-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3905736B2 (ja) ステレオ画像撮像装置及び自動輻輳調整装置
US6819869B2 (en) Three-dimensional image-capturing device and adapter for three-dimensional image-capturing
US7059733B2 (en) Display apparatus
EP1006386B1 (en) Range finder and camera
CN105942959A (zh) 胶囊内窥镜系统及其三维成像方法
US4561723A (en) Electronic stereoscopic viewing device
WO2004051309A1 (es) Aparato para producir imágenes con percepción tridimensional en un monitor de múltiples pantalla de cristal líquido.
CN106687850A (zh) 扫描激光平面性检测
WO2016182503A1 (en) Multi purpose mobile device case/cover integrated with a camera system & non-electrical 3d/multiple video & still frame viewer for 3d and/or 2d high quality videography, photography and selfie recording
CN108431583A (zh) 用于扫描投影仪中的反馈控制的系统和方法
US9753293B2 (en) Three-dimensional (3D) display apparatus and system comprising a two-dimensional (2D) display terminal, light-splitting device, and transflective device
CA2523061A1 (en) Digital stereo camera/digital stereo video camera, 3-dimensional display, 3-dimensional projector, and printer and stereo viewer
JPWO2004084560A1 (ja) 立体映像撮影表示システム
CN102117576A (zh) 电子相框
JPH0411484A (ja) 画像表示／撮像装置
WO2000031974A2 (en) Improved teleconferencing system
TW201346470A (zh) 顯示裝置（二）
JP2001251403A (ja) 電話装置
US1942748A (en) Method and apparatus for projecting two or more actions or scenes at the same time
CN101155318B (zh) 适配器以及具有该适配器的三维图像摄影设备
WO2004082297A1 (ja) 立体映像表示装置
WO2021027580A1 (zh) 终端
TW201826781A (zh) 投影單元及應用其的投影裝置
CN109587295B (zh) 终端、终端的控制方法及终端的控制装置
US20040169769A1 (en) Digital camera and photographing display for displaying images

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RO RU SD SE SG SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10536893

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004556976

Country of ref document: JP

122 Ep: pct application non-entry in european phase