WO2021034218A2 - Stereo display and video camera for filming 3d images for said stereo display - Google Patents

Stereo display and video camera for filming 3d images for said stereo display Download PDF

Info

Publication number
WO2021034218A2
WO2021034218A2 PCT/RU2020/000425 RU2020000425W WO2021034218A2 WO 2021034218 A2 WO2021034218 A2 WO 2021034218A2 RU 2020000425 W RU2020000425 W RU 2020000425W WO 2021034218 A2 WO2021034218 A2 WO 2021034218A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
video
stereo
matrix
angle
frame
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000425
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Other versions
WO2021034218A3 (en
Inventor
Святослав Иванович АРСЕНИЧ
Original Assignee
Святослав Иванович АРСЕНИЧ
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 Святослав Иванович АРСЕНИЧ filed Critical Святослав Иванович АРСЕНИЧ
Publication of WO2021034218A2 publication Critical patent/WO2021034218A2/en
Publication of WO2021034218A3 publication Critical patent/WO2021034218A3/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00

Definitions

  • Stereo display and video camera for shooting 3D images for this stereo display are very different.
  • the invention relates to the field of 3 D-technology and ZV-technologies and is intended for mass use in the fields: in cinematography, television, video communication, in computer technology and in 3 D-games, in navigation systems, automatic and remote control of land, water and air and space transport, in blind take-off and landing systems of air transport, in video simulators and training systems, in surgery and microsurgery, in telemedicine, in science, and industry in video surveillance systems and video advertising and in other fields.
  • Mainly the invention is intended for industrial mass production of full-comfort: ZO-displays, ZV-TVs, 3 D-video cameras, ZO-monitors of computers, 3 D-laptops, ZO-tablets, 3 D-smartphones and other devices for the formation and display of visual ZO-information.
  • An analogue of the claimed stereo display is a stereo display containing a single-screen stereo screen made of a spherical or ellipsoid-concave mirror to form in this mirror a screen image of the left and right frames of a horizontal stereo pair observed by the user's eyes of the same name.
  • the S'Stereodisplay contains a liquid crystal transmissive video matrix with a back LED illumination for forming the video image of the left and right frames of a horizontal stereo pair.
  • the front side of the video matrix is located in front of this mirror at a distance of clear reflection of the full-screen images of these stereo frames from the video matrix for subsequent reflection by this mirror of the light rays of this screen image into the calculated area of the focal zone of direct vision in the mirror of these left and right frames by the user's eyes of the same name.
  • the backlight contains one condenser, in the form of a positive plastic lens or a Fresnel lens, covering the back side of the area of all light-modulating pixels of the video matrix that form a stereo image. From the back side of any condenser, at a calculated distance, an LED matrix illuminator is installed for directional illumination of the input window of this condenser with a controller to programmatically turn on and off the required LEDs.
  • the backlight contains a plurality of condensers to reduce its depth, each of which is made in the form of a positive optical lens or a Fresnel lens. All condenser output windows are fixed on the rear side of the video matrix with full coverage of its entire area to form a video image.
  • Any illuminator is located at the calculated distance from the back side of the video matrix and at the calculated distance from the optical axis of this condenser with the possibility of forming by the LEDs of the illuminator a light beam of illumination of all pixel elements under this condenser directed to the area of the output window of the condenser, for light modulation of these rays in terms of chromaticity and brightness with these pixel elements with the subsequent optical focusing of these rays into the calculated area of a certain focal zone of vision of the left frames with the left eye and the focal zone of vision of the right frames with the right eye of one or several users.
  • honeycomb absorber of parasitic rays is installed, directed by the LEDs outside its condenser.
  • the honeycomb absorber is made in the form of a plurality of honeycomb tubular cells with thin black antiglare walls, forming each one honeycomb cell in the form of a telescopically extendable tube of rectangular or square cross section.
  • Each such tube with one side optically tightly closes the contour of its condenser from parasitic rays and closes the calculated area of the illuminator matrix with the other side.
  • the backlight matrix contains a controller for the programmed alternate switching on of the required LEDs of the illuminator with a control signal and is fixed on electromechanical drives for constant automatic control of the distance of the LED matrix from the video matrix by the control signal.
  • the stereo display contains an optoelectronic tracking system containing two video cameras for video recording of users' left and right eyes.
  • a video processor is connected to each video camera to generate signals with information about the spatial coordinates of the location of the pupils of the user's left and right eyes relative to the same-named point focal zones of stereo vision.
  • a digital software processor is connected to the video processor to generate control signals fed to the controller and to the electromechanical automatic drive of the LED matrix of the backlight illuminator for automatic adjustment of the concentration of backlight light rays and light pixel rays of the video matrix in the specified focal zones of the stereo vision of the left and right stereo frames with the same eyes of each user.
  • the positive effect of the stereo display is the constant automatic dynamic software optical pairing of the focal zones with the eyes of one or several users, which provides full-comfortable individual or collective simultaneous stereo observation at different distances from the general stereo screen, taking into account the different stereo bases of the eyes of these users and taking into account the instantaneous individual angles of convergence of the eyes of each user, author and applicant Arsenich Svyatoslav Ivanovich).
  • the disadvantage of the analogue is the uncomfortable use of such a stereo display at short distances of stereo observation, without the possibility of the stereo display forming point focal zones of stereo vision of one-angle two-angle and three-angle stereo frames, observed simultaneously by the left and right eyes of each user at different distances of their eyes from the stereo screen.
  • the disadvantages are associated with the use of a concave mirror stereo screen.
  • the prototype of the claimed stereo display is a stereo display containing a two-screen stereo screen formed from the left frame screen and the right frame screen.
  • the screen of the left frame contains a video matrix system for forming a screen image of a one-angle or two-angle or three-angle left frame of a horizontal stereopair, directly observed by the user's left eye.
  • the screen of the left and the screen of the right frame contain a video-matrix system for forming a screen image, respectively, of one-angle or two-angle or three-angle stereopair of the left and right frame directly and simultaneously observed by the eyes of the same name of the user.
  • an optical raster is installed on the front side of the video matrix of the left frame screen for collimating the light beams of pixel elements of screen images of different angle left frames, focused into the area of the pupil of the left eye in the corresponding point focal zones of vision with this eye of one-angle, or two-angle or three-angle left frames, and on the front to the side of the video matrix of the screen of the right frame, an optical raster is installed for collimating light beams of pixel elements of screen video images, different-angle right frames, focused into the area of the pupil of the right eye in the corresponding point focal zones of vision with this single-angle eye, or two-angle or three-angle right frames.
  • Each such raster is made of one layer of plano-convex ellipsoidal positive microlenses.
  • the exit pupil of each one such microlens covers from the rear side one or more light-modulating elements of the corresponding matrix, located at calculated points relative to the optical axis of this microlens for capturing, collimating the light beam of each light-modulating element with this lens, followed by selectively directing the light beam of each specific light-modulating element to a point the focal zone of vision of the corresponding frame of this stereopair is installed in the stereo display with an automatic drive, on which both screens are fixed.
  • a tracking system is installed in the stereo display
  • An optoelectronic tracking system is installed in the stereo display, which contains two video cameras for video recording of users' left and right eyes.
  • a video processor is connected to each video camera to generate signals with information about the spatial coordinates of the location of the pupils of the user's left and right eyes relative to the same-named point focal zones of stereo vision.
  • a digital software processor is connected to the video processor to generate control signals fed to this autodrive for automatic orientation of the main optical axis of the left frame screen to the center of the left eye pupil, and the main optical axis of the right frame screen to the center of the right frame pupil.
  • the positive effect of the tax is to provide glasses-free individual full-comfort long-term stereo observation without fatigue of the eyes and brain with the perception of the real depth of the stereo effect, provided by direct stereo observation of screen stereo images formed from collimated beams automatically focused into the pupils of the user's eyes when the user's head and pupils are displaced.
  • the disadvantage of the analogue is the ability to use such a stereo display only as a head stereo display. This is due to the structurally non-automatically adjustable focusing distance from the screens to the pupils of the user's eyes. (See international patent application PCT / RU2018 / 000030, filed on January 25, 2018, author and applicant Arsenich S.I.
  • An analogue of a digital ZO-video camera is a digital video camera for filming objects and registering an image on a system of matrices of light-sensitive elements for converting analog signals of photo data from matrices into digital video signals transmitted to external devices, or to a network or to a digital carrier.
  • the camcorder contains a filming camera with an opaque casing, in which the specified lens and matrix system are installed.
  • Matrix system contains an electronic shutter and a reader for sequential reading of analog signals from video matrices and an analog-to-digital converter for converting these signals into digital form.
  • the camcorder contains a codec for compressing these digital video signals and audio signals, a digital software processor for generating video signal files of monochromatic frames and audio signal files, for generating sync signals recorded at the beginning and end of these files and then generating a continuous recording of a complete video frame from a sequence of these files.
  • the video camera contains a viewfinder with a video monitor for visual control and management of video filming and video recording, a microphone for generating audio signals, and a memory card with a digital video recording medium.
  • the complete video signal is fed by this video processor to this viewfinder, to video recordings on memory cards for video recording to digital media, and / or to a video communication network and / or to a computer for video editing, or to a transmitter of this video signal or to other external devices.
  • a 3 D-video camera contains two structurally combined similar video cameras with synchronization of video filming of the left and right frames of a horizontal stereopair of the image and the formation of analog electrical signals of the photo data of this image.
  • a three-frame video camera uses one light-sensitive matrix. To register an image of a color frame, three exposures are performed, each time registering the image through a separate light filter (red, blue, green).
  • the disadvantage of the camera is its low resolution.
  • color information is recorded through a mosaic filter, which consists of RGB elements, applied to the matrix surface.
  • a mosaic filter which consists of RGB elements
  • the disadvantage is the lower quality than three-frame video cameras.
  • a single-camera video camera with three matrices contains optical prisms with dichroic mirrors for optical splitting of a color image into red, blue and green components.
  • the light entering the video camera falling on a pair of dichroic systems is divided into three primary colors: red, green and blue.
  • Each monochrome component of the image is recorded by its own matrix.
  • the advantage of three-matrix video cameras is better color transitions, higher resolution and light sensitivity and lower noise level. Therefore, these camcorders are medium and high class camcorders.
  • the prototype of the claimed stereoscopic video camera is a stereoscopic three-frame video camera for video recording of three-dimensional images and recording video signals of these images for subsequent stereoscopic observation of these images on known and declared stereo displays, which are technically and programmatically compatible with this video camera.
  • the video camera contains an optoelectronic system with two photosensitive matrices: one of which is intended for video recording of the left frame of a horizontal stereo pair, and the other is for video recording of the right frame of this stereo pair.
  • Each sensor is covered with a mosaic filter with red, green and blue elements for one-frame shooting of monochromatic frames.
  • a video processor is connected to any such video matrix for processing video data from this photo matrix and generating video data signals of captured images to generate video signals for video recording of stereo frames on a digital medium connected to this video processor.
  • Each optical unit of the left frame and the optical unit of the right frame of the optical video filming system is made with one or two or three microlens objectives, or with one or two or three aperture inlets, similar to diaphragm openings in shooting microlens or diaphragm holes for forming a hole camera such as a pinhole camera ...
  • an electronic automatic photo shutter is installed for time-lapse video shooting on a common photo matrix of the left or right frame using synchronous aperture in both blocks of these micro-lenses or outlets for alternate simultaneous single-frame opening of one micro lens or one hole in each block with the other micro-lenses or holes closed, respectively. in these blocks for sequential video filming of two or three different-angle frames of the same name on this common photomatrix or on these two photosensitive matrices. This ensures simultaneous video recording of signals from one-angle left and right frames of a horizontal stereopair or, respectively, different-angle left and right frames of a horizontal stereopair with alternate video recording of these two or three different-angle frames of the same name.
  • these micro lens objectives or the entrance holes are located in the area of the left and right entrance pupils of the video shooting optical system in the zones of the vertices of an equilateral triangle located in the area of the corresponding entrance pupil.
  • the indicated arrangement of microlenses or lens inlets is made taking into account the possibility of the claimed stereo displays forming similar single-angle left and right frames formed and observed in the corresponding point focal zones of vision of single-angle left and right frames of a horizontal stereopair or vision of similar different-angle left and right frames of a horizontal stereopair focal zones of simultaneous vision of two-angle or three-angle left and right frames of the same name, which are automatically aligned with the calculated points in the area of the pupils of the user's eyes of the same name.
  • See international patent application PCT / RU2018 / 000030 filed on January 25, 2018, author and applicant Arsenich Svyatoslav Ivanovich).
  • the objective of the invention is to create an arsenal of 3O-displays for stereo observation at distances, providing more comfortable stereo observation of single-angle or multi-angle stereo frames from point focal zones when changing the distance from the user's eyes to the stereo screen, and professional 3D video cameras and high-end video cameras for shooting 3O-video images, the possibility of stereo observation of these video images in these stereo displays and other compatible with this video camera for mass and widespread use of these stereo displays and video cameras in cinematography, television, in computer technologies in video communication, in video advertising, for video education, in medicine and in production and in many other areas
  • the purpose and a single technical result of the invention is a significant expansion of the arsenal of technically and software compatible declared ZO-display and 31> video cameras and well-known ZB-displays, ZB-video cameras and computer methods of 3D graphics for forming and stereo observation in the format of two-angle and three-angle left and right frames stereo pairs, taking into account the possibility of their compatibility and use with options for stereo displays, 3 D-video cameras described in the specified international patent application PCT / RU2018 / 000030.
  • the stereo display contains a stereo screen for the formation of screen images of the left and right frames of a horizontal stereo pair, directly observed on this stereo screen by the user's eyes of the same name; contains the form. matrix electronic-optical system for forming an image of a single-angle, OR two-angle OR three-angle left frame with collimated light beams of pixel elements of a horizontal stereopair and focusing these beams, respectively, into a point focal zone or two point focal zones or into three point focal zones of the left side of the eye in the area of the eye user, as well as to form an image of a single-angle, or two-angle or three-angle right frame of this stereopair with collimated light beams of pixel elements of the right frames, focusing these beams, respectively, into one point focal zone, or two point focal zones or three point focal zones of stereo vision in the area the pupil of the right eye of this user, the video matrix is formed of autonomous video matrices combined in a common area with their own controller for receiving the corresponding
  • the stereo display differs from the prototype in that the stereo screen is made in the form of a general video matrix screen for the formation of a full-screen stereo image in the form of left and right frames of a horizontal stereo pair, directly observed by one or several users without auxiliary stereo glasses.
  • the video matrix is made of a color LCD video matrix with a back matrix LED backlight to form a screen image of the left and right frames of a horizontal stereo pair on the total area of this video matrix.
  • the specified backlight is made with an optical condenser in the form of a convex lens or a Fresnel lens, optically densely superimposed on the entire area of the video matrix.
  • a matrix LED illuminator is installed to form a directional one. Backlighting of pixel elements of the video matrix with collimated beams.
  • the backlight is made in the form of a honeycomb structure of light-insulated cells for separate illumination of each specific part of the video matrix area with a corresponding matrix LED illuminator.
  • Each backlight cell is made of antiglare black lateral telescopic tubular walls or elastic side antiglare black walls, fixed on one side to the back side of the video matrix area illuminated by this illuminator, and on the other side on the LED backlight matrix.
  • the optical condenser In the area of the back side of the video matrix illuminated by the honeycomb illuminator, the optical condenser is optically densely superimposed in the plano-convex Fresnel lenses to form collimated rays by the pixel elements of the screen image of the left and right frames of the horizontal stereopair.
  • the backlight forms collimated beams that shine through the transmissive pixel elements under the condenser through the condenser illuminated by them and focus these beams that have passed through these elements into the corresponding point focal zones in the pupil area of the user's eyes for stereo observation of one-angle or two-angle or three-angle of the corresponding frame of the stereo pair.
  • all LED illuminators are movably mounted on auto drives for automatic displacement of LED matrices at the appropriate distances from the illuminators to the video matrix, and, if necessary, for displacement of these illuminators parallel to this video matrix.
  • a tracking electro-optical system with one 3 D-video camera or with two video cameras is installed in the stereo display for video monitoring of constant video monitoring of the eyes of each user.
  • a video processor is connected to each video camera to form signals with information about the spatial coordinates of the location of the pupils of the user's left and right eyes relative to the point focal zones of stereo vision formed by the stereo display.
  • a digital software processor is connected to each video processor to generate control signals fed to the specified mechanical automatic drive for constant automatic alignment of all point focal zones of vision of the left frames and right frames with calculated points in the area of the pupils of the users' eyes of the same name, taking into account the stereo base of the eyes, tilt and spatial position of the head each user relative to the stereo screen of the stereo display.
  • the stereo display is installed on the device for its automatic positioning and angular orientation of this stereo display relative to the eyes of the user or users
  • this device is made in the form of an outer and inner frame, each of which is made in the form of four strips fastened in the corners of these frames, the outer frame is designed to hold it by the user's hands, another frame is installed inside the first frame pivotally on the central horizontal side axes, pivotally fixed in the middle of the side strips of the first frame, on the second frame in the center of the upper and lower strips there are rotationally vertical axes with latches for fixing the stereo display;
  • the specified device for automatic arrangement of the stereo display is made in the form of a table support or a wall or ceiling suspension or a clothespin to flat objects or a floor support, on any such device the specified frame device is fixed in which the stereo display is fixed; in any frame device, an autodrive is installed, connected to the specified tracking system to receive control signals supplied to these autodrives for constant or programmed auto-correction of the optimal and
  • a positive technical effect of the stereo display is the constant automatic provision of full-comfort stereo observation of screen images on the stereo display at variable and constant screen distances from the user's eyes with the possibility of shifting and tilting the user's head relative to the horizontal line of the screen stereo image, taking into account the instantaneous stereo base of the user's eyes when the visual axes of his eyes converge.
  • a stereoscopic video camera for video recording of three-dimensional objects and video recording of these video images contains a shooting camera with an opaque body, in which a lens for shooting the left frame is installed, a lens for shooting the right frame and a system of light-sensitive matrices for forming video signals of a horizontal stereo pair.
  • Each lens is made in the form of one or two or three microlens objectives, or one, or two or three hole inlets, similar to the diaphragm holes in shooting microlens or hole lenses of a pinhole camera.
  • the matrix system contains electronic gates and readers for sequential reading of analog signals from video matrices. Analog-to-digital converters are connected to these readers to convert these signals into digital form. If necessary, the video camera contains a microphone with an audio codec connected to it for generating audio signals.
  • One or more software digital video processors with codecs for compressing video signals and generating mono-color frame files with sync signals are connected to the analog-to-digital converters and to the audio codec to form a composite video signal by this processor.
  • An electro-optical viewfinder is connected to these video processors for video control of video filming and control of the modes of operation of a video camera and a memory card with a digital medium for video recording of these video signals to a digital medium.
  • the processor has video outputs for transmitting video signals to a computer compatible with software and technology with a video camera for video editing of these video recordings and stereo display for playback and stereo observation of these video recordings or for transmitting these video signals to other external devices.
  • Two microlenses or two input holes of each lens in a video camera for filming two-angle stereo frames are mutually located in the area of the left and right entrance pupils of their lens at the same calculated distance from the center of their lens through which the line of the shooting stereo base conditionally passes and symmetrically to the line passing in the center and perpendicular to the line of this stereobases, with oblique diagonal lines at an angle of preferably 90 degrees.
  • three microlenses or three entrance holes in each lens are mutually located at a calculated distance in the area of the left and right entrance pupils of their lens, preferably located at the apex of an equilateral triangle, with a symmetrical arrangement of these triangles relative to the line passing through the center and perpendicular line filming stereo base. All micro lenses or entry holes are closer to the contour the area of each lens is equal to the area of the user's eye pupil.
  • the indicated arrangement of microlenses or lens inlet holes is made taking into account the possibility of the declared stereo displays forming similar single-angle left and right frames formed and observed in the corresponding point focal zones of vision of single-angle left and right frames of a horizontal stereo pair or vision of similar of different-angle left and right frames of a horizontal stereopair in the corresponding point focal zones of simultaneous vision of two-angle or three-angle left and right frames of the same name, automatically aligned with the calculated points in the area of the pupils of the user's eyes of the same name.
  • the camcorder differs in that for one-frame shooting of monochromatic frames of the left stereo frame and one-frame shooting of monochromatic frames of the right stereo frame, from any one angle of shooting one-angle or two-angle or three-angle stereo frames in each specified shooting camera, they are installed in front of each microlens or in front of each system inlet light-sensitive matrices with a light-splitting prism.
  • the first three-matrix system is located opposite the microlens or entrance lens, in front of each other microlens or entrance aperture, a micromirror inclined at an angle of 45 degrees is installed. In front of this mirror, another three-matrix system is installed for autonomous single-frame shooting from a shooting angle through this lens or an entrance hole.
  • the relative position of all matrix systems in space is made taking into account the free passage of all light projections for shooting different-angle frames and taking into account the provision of alternate video filming by all matrix systems for the possibility of alternate display of multi-angle stereo frames by a common color video matrix in the declared stereo display.
  • the main positive technical effect of the proposed video camera is the possibility of one-frame video recording of two-angle or three-angle stereo frames of a stereo pair with the maximum color rendering quality with minimum noise and maximum resolution for appropriate professional video cameras and camcorders of middle and high class, for stereo surveillance of video from this video camera in stereo displays compatible with this video camera and programmatically.
  • Variants of the claimed stereo displays are intended for direct glasses-free stereo observation of 3O-video images on a stereo screen, are identical to the design described in clause 1 of the claims and differ in the dimensions of the stereo screen for creating 3O-visual devices such as: ZO-smartphones, ZO-tablets, ZO-laptop screens, 3D displays and TV-sets of portable, desktop, chair, wall-mounted, suspended, fixed on a floor support or on a ceiling suspension and for 30-indicators.
  • the claimed stereo display of any type contains: a stereo screen with a color transmissive LCD video matrix for the formation of screen ZO-images, in the form of left and right frames, partially combined in the total area of the screen in the form of a horizontal stereo pair.
  • the stereo display contains a matrix of LEDs with a matrix sweep controller for turning on the required LEDs.
  • An LED array is mounted on an autodrive to automatically adjust the distance between this LED array and the LCD video array.
  • the stereo display contains an electronic optical tracking system with a video camera located on the upper edge of the stereo display screen.
  • the stereo display contains a single-channel video input for receiving a composite video signal of only one-angle left and one-angle right frames of a stereo pair or contains a multichannel video input for separate simultaneous reception of a complete video signal of the left and right frames of a stereo pair for each video input separately, captured simultaneously (in a single-angle shooting mode) by the corresponding input from the corresponding angle a hole or microlens of the corresponding lens and a three-matrix video recording unit of the video camera.
  • the stereo display is fixed pivotally in two frames mutually rotating along the central axes for manually holding the stereo display in the hands by the outer frame. In another embodiment, the stereo display is fixed in such frames, which are fixed movably on an external support.
  • Steppeodiepl works as follows.
  • each channel receiving device of the stereo display After decoding of this complete video signal, separate video signals of mono-color frames of red, blue and green colors are formed in each channel receiving device of the stereo display, which are recorded in separate sectors of the frame buffer memory. From these specific sectors of the buffer memory, using a sync signal of simultaneous reading, video signals of RGB mono-color frames, for example, the left frame of a certain shooting angle for simultaneous supply of each such video signal via a separate channel to the corresponding video matrix controller, which forms an image of a mono-color frame of the corresponding color for simultaneous playback of all three mono-color frames the left frame of the corresponding video angle. Then, the mono-color frames of the right frame of the corresponding video shooting angle are decoded and reproduced in the same way.
  • RGB mono-color frames for example, the left frame of a certain shooting angle for simultaneous supply of each such video signal via a separate channel to the corresponding video matrix controller, which forms an image of a mono-color frame of the corresponding color for simultaneous playback of all three mono-color frames the left
  • the left and right frames of other video shooting angles are also alternately reproduced by the same video matrix in accordance with the sequence of their video shooting by a video camera.
  • This ensures clear visibility on the stereo display of rapidly changing multi-angle stereo frames.
  • the stereo display is automatically and programmatically oriented in front of the user's eyes, taking into account the constant dynamic alignment of its optical axis with the center of the stereo base line of the user's eyes or with the software center of the space between the eyes of two or more users.
  • the digital software processor constantly generates control signals fed to the controllers and the drive of the LED backlight matrix for the automatic formation of collimated pixel screen images by these LEDs and condensers, which are automatically dynamically focused into certain point focal zones of stereo vision by the user's eyes of the same name, one-angle or two-angle or three-angle frame left and right stereopairs.
  • stereo displays An additional technical result of the claimed stereo displays is the ability to create, on the basis of these stereo displays, compact and convenient mobile smartphones, tablets, and laptops, as well as compact desktop, floor-standing wall-mounted and portable stereo displays and ZE TVs for direct full-comfortable long-term stereo observation of ZE images on a stereo screen.
  • ZO-video camera can be made in different versions:
  • 3 D-camcorder contains: left frame lens and right frame lens. Each lens contains one or two or three entry holes or micro lenses and the corresponding number of shooting units. In front of a certain entrance hole or microlens, there is one video recording unit for single-frame shooting of mono-color left or right frames of red, blue and green colors, containing three light-sensitive matrices installed on a light-splitting prism with dichroic mirrors for projection onto these matrices by this entrance hole or this light lens. beam from one appropriate angle. Electronic gates and reading devices are connected to the matrices, and also serially connected: analog-to-digital converters, digital program processors with encoders and memory cards with digital carriers for video recording of digital complete video signals.
  • a universal camcorder can be multi-channel. Each channel has a three-matrix system with an optical splitting prism for one-frame video filming of mono-color RGB frames with a reader, an analog-to-digital signal converter, a video processor with an encoder and a video memory card with outputs from the video processor for supplying control signals to the electronic shutter connected in series to these matrices video matrices to a reader and feed a composite video signal to a memory card, to a video monitor, to a stereo display, to a computer for video editing of video recording and other external devices or to a video communication network.
  • the universal video camera works as follows.
  • each video matrix registers the signals of the pixel elements of the corresponding monochromatic frame, which are recorded by the reader in the form of an analog video signal file of this monochromatic frame, and then, by an analog-digital device, the analog signals of this video file are converted into a digital video signal file of this frame. Then the encoder compresses this video signal in the required compression format.
  • a digital software processor in each channel all three compressed files of monochromatic frames of red, blue and green colors constituting a color frame, constituting a color frame taken from one angle of video recording, are sequentially recorded by a video processor with sync signals of the beginning and end of each such file in the format of a complete digital video signal.
  • a video processor and audio files with sync signals for sound accompaniment of video recording are recorded into a composite video signal by a video processor.
  • the complete video signal from the video outputs of the corresponding channel is fed to the inputs of the video memory card or to the computer for digital video recording to the electronic shutter of the video matrixes to the reader and feed the composite video signal to the memory card, to the video monitor, to the video monitoring or external stereo display or to the transmitter of wired or wireless video communication or to an external playback device, to a computer for video editing, or to other external devices.
  • Other channels of a video camera for video shooting work similarly for single-frame or sequential 3 D-video shooting of frames from different angles, taking into account the subsequent playback of these stereo frames from different angles in the format of simultaneous or sequential synchronous playback.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)

Abstract

The invention relates to 3D video cameras for filming and video recording 3D video images and to 3D displays for glasses-free direct stereo viewing of 3D video images on a stereo screen of a stereo display. The present stereo display comprises: a stereo screen with a colour liquid-crystal translucent video matrix for generating screen images pertaining to a left frame and a right frame of a horizontal stereo pair, said images being directly viewable by a user. The stereo display comprises an LED matrix with a controller for the programmed matrix scanning of activatable LEDs for backlighting said video matrix. The LED matrix is mounted on an automatic drive for automatically adjusting the distance between the LED matrix and the video matrix. The stereo display contains an electronic optical tracking system for video monitoring the position of the centre of the user's pupils and generating control signals to be sent to said controller and to said automatic drive for the automatic generation of collimated pixel beams of a screen image by means of the LEDs and condensers, said beams being automatically and dynamically focused in specific pinpoint focal zones for the stereo viewing of single-angle or dual-angle or triple-angle left and right frames of a stereo pair by the left and right eyes of the user accordingly. A 3D video camera comprises a left frame lens and a right frame lens. Each lens comprises one or two or three inlet apertures or microlenses, in front of each of which is mounted an optoelectronic filming system having a light-splitting prism with dichroic mirrors and having three light-sensitive matrices for the single-frame video filming of monochromatic left or right frames in red, blue or green. Connected to said matrices are electronic shutters and reading devices, as well as the following components connected in series: analog-digital converters, digital software processors with coders, and memory cards with digital storage media for video recording digital composite video signals. The shutters and reading devices and, likewise, a video monitor for observing and controlling video filming are connected to video processors. The technical result is that of creating a range of thin stereo displays for smartphones, tablets, notebooks, and for desktop, floor-mounted, wall-mounted and portable stereo displays and 3D televisions for comfortable sustained stereo viewing.

Description

Стереодисплей и видеокамера для съёмки 3D- изображений для этого стереодисплея. Stereo display and video camera for shooting 3D images for this stereo display.
Область использования изобретения Scope of the invention
Изобретение относится к области 3 D-техники и ЗВ-технологий и предназначено для массового использования в областях: в кинематографе, телевидении, в видеосвязи, в компьютерных технологиях и в 3 D-играх, в системах навигации, автоматического и дистанционного управления наземного, водного и воздушного и космического транспорта, в системах слепого взлёта и посадки авиатранспорта, в видеотренажорах и обучающих системах, в хирургии и микрохирургии, в телемедицине, в науке, и промышленности в системах видеонаблюдения и видеорекламе и в других областях. Преимущественно изобретение предназначено для промышленного массового изготовления полнокомфортных: ЗО-дисплеев, ЗВ-телевизоров, 3 D-видеокамер, ЗОмониторов компьютеров, 3 D-ноутбуков, ЗО-планшетов, 3 D-смартфонов и других устройств формирования и отображения визуальной ЗО-информации. The invention relates to the field of 3 D-technology and ZV-technologies and is intended for mass use in the fields: in cinematography, television, video communication, in computer technology and in 3 D-games, in navigation systems, automatic and remote control of land, water and air and space transport, in blind take-off and landing systems of air transport, in video simulators and training systems, in surgery and microsurgery, in telemedicine, in science, and industry in video surveillance systems and video advertising and in other fields. Mainly the invention is intended for industrial mass production of full-comfort: ZO-displays, ZV-TVs, 3 D-video cameras, ZO-monitors of computers, 3 D-laptops, ZO-tablets, 3 D-smartphones and other devices for the formation and display of visual ZO-information.
Уровень техники State of the art
Аналогом заявленного стереодисплея, является стереодисплей, содержащий одноэкранный стереоэкран, выполненный из сферически, или эллипсоидно вогнутого зеркала, для формирования в этом зеркале экранного изображения левого и правого кадров горизонтальной стереопары наблюдаемых одноимёнными глазами пользователя. С'тереодисплей содержит жидкокристаллическую просветную видеоматрицу с задней светодиодной подсветкой для формирования видеоизображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары. Лицевая сторона видеоматрицы расположена перед этим зеркалом на расстоянии чёткого отражения полноэкранных изображений этих стереокадров с видеоматрицы для последующего отражения этим зеркалом световых лучей этого экранного изображения в расчетную площадь фокальной зоны прямого видения в зеркале этих левых и правых кадров одноимёнными глазами пользователя. В первом варианте задняя подсветка содержит один конденсор, в виде положительной пластиковой линзы или линзы Френеля, покрывающие тыльную сторону площади всех светомодулирующих пикселей видеоматрицы, формирующих стереоизображение С тыльной стороны любого конденсора на расчётном расстоянии установлен светодиодный матричный осветитель для направленной подсветки входного окна этого конденсор с контроллером для программного включения и выключения требуемых светодиодов. An analogue of the claimed stereo display is a stereo display containing a single-screen stereo screen made of a spherical or ellipsoid-concave mirror to form in this mirror a screen image of the left and right frames of a horizontal stereo pair observed by the user's eyes of the same name. The S'Stereodisplay contains a liquid crystal transmissive video matrix with a back LED illumination for forming the video image of the left and right frames of a horizontal stereo pair. The front side of the video matrix is located in front of this mirror at a distance of clear reflection of the full-screen images of these stereo frames from the video matrix for subsequent reflection by this mirror of the light rays of this screen image into the calculated area of the focal zone of direct vision in the mirror of these left and right frames by the user's eyes of the same name. In the first version, the backlight contains one condenser, in the form of a positive plastic lens or a Fresnel lens, covering the back side of the area of all light-modulating pixels of the video matrix that form a stereo image. From the back side of any condenser, at a calculated distance, an LED matrix illuminator is installed for directional illumination of the input window of this condenser with a controller to programmatically turn on and off the required LEDs.
В другом варианте задняя подсветка для уменьшения её глубинны содержит множество конденсоров, каждый из которых выполнен в виде положительной оптической линзы или линзы Френеля. Все выходные окна конденсоров закреплены на тыльной стороне видеоматрицы с полным покрытием всей её площади для формирования видеоизображения. Любой осветитель расположен на расчётной дистанции от тыльной стороны видеоматрицы матрицы и на расчётном расстоянии от оптической оси этого конденсора с возможностью формирования светодиодами осветителя направленного на площадь выходного окна конденсора светового пучка подсветки всех пиксельных элементов под этим конденсором, для светомодуляции этих лучей по цветности и яркости этими пиксельными элементами с последующей оптической фокусировкой этих лучей в расчётную площадь определённой фокальной зоны видения левых кадров-левым глазом и фокальной зоны видения правых кадров-правым глазом одного или нескольких пользователей. Между матрицей и конденсорами установлен сотовый светопоглотитель паразитных лучей, направленных светодиодами за пределы своего конденсора. Сотовый поглотитель выполнен в виде множества сотовых трубчатых ячеек с тонкими черными антибликовым стенками, формирующими каждую одну сотовую ячейку в виде телескопически раздвижной трубки прямоугольного или квадратного сечения. Каждая такая трубка одной стороной закрывает от паразитных лучей оптически плотно контур своего конденсора и другой стороной закрывает контуру расчётную площадь матрицы осветителя. Матрица подсветки содержит контролер для программного поочерёдного включения требуемых светодиодов осветителя управляющим сигналом и закреплена на электромеханических приводах для постоянного авторегулирования управляющим сигналом дистанции светодиодной матрицы от видеоматрицы. Стереодисплей содержит оптоэлектронную следящую систему, содержащую две видеокамеры для видеосъёмки левых и правых глаз пользователей. К каждой видеокамере подключён видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных координатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно одноимённых точечных фокальных зон стереовидения. К видеопроцессору подключён цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на контроллер и на электромеханический автопривод светодиодной матрицы осветителя задней подсветки для авторегулировки концентрации световых лучей задней подсветки и световых пиксельных лучей видеоматрицы в указанных фокальных зонах стереовидения левых и правых стереокадров одноименными глазами каждого пользователя. In another embodiment, the backlight contains a plurality of condensers to reduce its depth, each of which is made in the form of a positive optical lens or a Fresnel lens. All condenser output windows are fixed on the rear side of the video matrix with full coverage of its entire area to form a video image. Any illuminator is located at the calculated distance from the back side of the video matrix and at the calculated distance from the optical axis of this condenser with the possibility of forming by the LEDs of the illuminator a light beam of illumination of all pixel elements under this condenser directed to the area of the output window of the condenser, for light modulation of these rays in terms of chromaticity and brightness with these pixel elements with the subsequent optical focusing of these rays into the calculated area of a certain focal zone of vision of the left frames with the left eye and the focal zone of vision of the right frames with the right eye of one or several users. Between the matrix and the condensers, a honeycomb absorber of parasitic rays is installed, directed by the LEDs outside its condenser. The honeycomb absorber is made in the form of a plurality of honeycomb tubular cells with thin black antiglare walls, forming each one honeycomb cell in the form of a telescopically extendable tube of rectangular or square cross section. Each such tube with one side optically tightly closes the contour of its condenser from parasitic rays and closes the calculated area of the illuminator matrix with the other side. The backlight matrix contains a controller for the programmed alternate switching on of the required LEDs of the illuminator with a control signal and is fixed on electromechanical drives for constant automatic control of the distance of the LED matrix from the video matrix by the control signal. The stereo display contains an optoelectronic tracking system containing two video cameras for video recording of users' left and right eyes. A video processor is connected to each video camera to generate signals with information about the spatial coordinates of the location of the pupils of the user's left and right eyes relative to the same-named point focal zones of stereo vision. A digital software processor is connected to the video processor to generate control signals fed to the controller and to the electromechanical automatic drive of the LED matrix of the backlight illuminator for automatic adjustment of the concentration of backlight light rays and light pixel rays of the video matrix in the specified focal zones of the stereo vision of the left and right stereo frames with the same eyes of each user.
Положительным эффектом стереодисплея является постоянное автоматическое динамическое программное оптическое сопряжения фокальных зон с глазами одного или нескольких пользователей, обеспечивающее полнокомфортное индивидуальное или коллективное одновременное стереонаблюдение на разных дистанциях от общего стереоэкране с учётом различных стереобаз глаз этих пользователей и с учётом мгновенных индивидуальных углов конвергенции глаз каждого пользователя, автор и заявитель Арсенич Святослав Иванович). The positive effect of the stereo display is the constant automatic dynamic software optical pairing of the focal zones with the eyes of one or several users, which provides full-comfortable individual or collective simultaneous stereo observation at different distances from the general stereo screen, taking into account the different stereo bases of the eyes of these users and taking into account the instantaneous individual angles of convergence of the eyes of each user, author and applicant Arsenich Svyatoslav Ivanovich).
Недостатком аналога является дискомфортное использование такого стереодисплея на коротких дистанции стереонаблюдения, без возможности формирования стереодисплеем точечных фокальных зон стереовидения одноракурсных двухракурсных и трёхракурсных стереокадров, наблюдаемых одновременно левым и правым глазом каждого .пользователя на разных дистанциях их глаз от стереоэкрана . Недостатки связаны с-использованием вогнутого зеркального стереоэкрана. (Смотри международную патентную заявку PCT/RU2018/000030 поданную 25 января 2018 г, автор и заявитель Арсенич Святослав Иванович.) The disadvantage of the analogue is the uncomfortable use of such a stereo display at short distances of stereo observation, without the possibility of the stereo display forming point focal zones of stereo vision of one-angle two-angle and three-angle stereo frames, observed simultaneously by the left and right eyes of each user at different distances of their eyes from the stereo screen. The disadvantages are associated with the use of a concave mirror stereo screen. (See international patent application PCT / RU2018 / 000030 filed on January 25, 2018, the author and applicant Svyatoslav Ivanovich Arsenich.)
Прототипом заявленного стереодисплея является стереодисплей, содержащий двухэкранный стереоэкран, сформированный из экрана левого кадра и экрана правого кадра. Экран левого кадра содержит видеоматричную систему для формирования экранного изображения одноракурсного или двухракурсного или трёхракурсного левого кадра горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемого левым глазом пользователя Экран левого и экран правого кадра содержат видеоматричную систему для формирования экранного изображения соответственно одноракурсного или двухракурсного или трёхракурсного левого и правого кадра стереопары, прямо и одновременно наблюдаемые одноимёнными глазами пользователя. Для этого на лицевой стороне видеоматрицы экрана левого кадра установлен оптический растр для коллимирования пучков света пиксельных элементов экранных изображений разноракурсных левых кадров, сфокусированных в площадь зрачка левого глаза в соответствующие точечные фокальные зоны видения этим глазом одноракурсного, или двухракурсных или трёхракурсных левых кадров, а на лицевой стороне видеоматрицы экрана правого кадра установлен оптический растр для коллимирования пучков света пиксельных элементов экранных видеоизображений, разноракурсных правых кадров, сфокусированных в площадь зрачка правого глаза в соответствующие точечные фокальные зоны видения этим глазом одноракурсного, или двухракурсных или трёхракурсных правых кадров. Каждый такой растр выполнен из одного слоя плоско-выпуклых эллипсоидных положительных микролинз. Выходной зрачок каждой одной такой микролинзы покрывает с тыльной стороны один или несколько светомодулирующих элементов соответствующей матрицы, расположенных в расчётных точках относительно оптической оси этой микролинзы для захвата, коллимирования этой линзой пучка света каждого светомодулирующего элемента с последующим селективным направление пучка света каждого определённого светомодулирующего элемента в точечную фокальную зону видения соответствующего кадра этой стереопары в \стереодиспле установлен автопривод, на котором закреплены оба экрана. В стереодисплее установлена следящая система В стереодисплее установлена оптоэлектронная следящая система, содержащая две видеокамеры для видеосъёмки левых и правых глаз пользователей. К каждой видеокамере подключён видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных координатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно одноимённых точечных фокальных зон стереовидения. К видеопроцессору подключён цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на этот автопривод для автоматической ориентации главной оптической оси экрана левого кадра в центр зрачка левого глаза, а главной оптической оси экрана правого кадра в центр зрачка правого кадра. The prototype of the claimed stereo display is a stereo display containing a two-screen stereo screen formed from the left frame screen and the right frame screen. The screen of the left frame contains a video matrix system for forming a screen image of a one-angle or two-angle or three-angle left frame of a horizontal stereopair, directly observed by the user's left eye.The screen of the left and the screen of the right frame contain a video-matrix system for forming a screen image, respectively, of one-angle or two-angle or three-angle stereopair of the left and right frame directly and simultaneously observed by the eyes of the same name of the user. For this, an optical raster is installed on the front side of the video matrix of the left frame screen for collimating the light beams of pixel elements of screen images of different angle left frames, focused into the area of the pupil of the left eye in the corresponding point focal zones of vision with this eye of one-angle, or two-angle or three-angle left frames, and on the front to the side of the video matrix of the screen of the right frame, an optical raster is installed for collimating light beams of pixel elements of screen video images, different-angle right frames, focused into the area of the pupil of the right eye in the corresponding point focal zones of vision with this single-angle eye, or two-angle or three-angle right frames. Each such raster is made of one layer of plano-convex ellipsoidal positive microlenses. The exit pupil of each one such microlens covers from the rear side one or more light-modulating elements of the corresponding matrix, located at calculated points relative to the optical axis of this microlens for capturing, collimating the light beam of each light-modulating element with this lens, followed by selectively directing the light beam of each specific light-modulating element to a point the focal zone of vision of the corresponding frame of this stereopair is installed in the stereo display with an automatic drive, on which both screens are fixed. A tracking system is installed in the stereo display An optoelectronic tracking system is installed in the stereo display, which contains two video cameras for video recording of users' left and right eyes. A video processor is connected to each video camera to generate signals with information about the spatial coordinates of the location of the pupils of the user's left and right eyes relative to the same-named point focal zones of stereo vision. A digital software processor is connected to the video processor to generate control signals fed to this autodrive for automatic orientation of the main optical axis of the left frame screen to the center of the left eye pupil, and the main optical axis of the right frame screen to the center of the right frame pupil.
Положительным эффектом налога является обеспечение безочкового индивидуального полнокомфортного длительного стереонаблюдения без утомления глаз и мозга с восприятием реальной глубины стереоэффекта, обеспечиваемой прямым стереонаблюдением экранных стереоизображений, формируемого из коллимированных лучей, автоматически фокусируемых в зрачки глаз пользователя при смещении его головы и зрачков глаз. The positive effect of the tax is to provide glasses-free individual full-comfort long-term stereo observation without fatigue of the eyes and brain with the perception of the real depth of the stereo effect, provided by direct stereo observation of screen stereo images formed from collimated beams automatically focused into the pupils of the user's eyes when the user's head and pupils are displaced.
Недостатком аналога является возможность использование такого стереодисплея только в качестве головного стереодисплея. Это связано с конструктивно нерегулируемой автоматически дистанцией фокусировки от экранов до зрачков глаз пользователя. (Смотри международную патентную заявку PCT/RU2018/000030, поданную 25 января 2018 г, автор и заявитель Арсенич С. И.. The disadvantage of the analogue is the ability to use such a stereo display only as a head stereo display. This is due to the structurally non-automatically adjustable focusing distance from the screens to the pupils of the user's eyes. (See international patent application PCT / RU2018 / 000030, filed on January 25, 2018, author and applicant Arsenich S.I.
Аналогом цифровой ЗО-видеокамеры является цифровая видеокамера для видеосъёмки объектов и регистрации изображения на систему матриц светочувствительных элементов для преобразования аналоговых сигналов фотоданных с матриц в цифровые видеосигналы, передаваемые на внешние устройства, или в сеть или на цифровой носитель. Видеокамера содержит съёмочную камеру со светонепроницаемым корпусом, в котором установлены указанные объектив и система матриц. Система матриц содержит электронный затвор и считывающее устройство для последовательного считывания аналоговых сигналов с видеоматриц и аналогово-цифровой преобразователь для преобразования этих сигналов в цифровую форму. Видеокамера содержит кодек для сжатия этих цифровых видеосигналов и аудиосигналов, цифровой программный процессор для формирования файлов видеосигналов моноцветных кадров и файлов аудиосигналов, для формирования синхросигналов, записываемых в начале и конце этих файлов и последующего формирования непрерывной записи полного видеокадра из последовательности этих файлов. Дополнительно видеокамера содержит видоискатель с видеомонитором для визуального контроля пи управления процессами видеосъёмки и видеозаписи, микрофон для формирования аудиосигналов, и карту памяти с цифровым носителем видеозаписи. Полный видеосигнал подаётся этим видеопроцессором на этот видоискатель, на видеозаписи на карты памяти для видеозаписи на цифровой носитель, и/или в сеть видеосвязи и/или на компьютер для видеомонтажа, или на передатчик этого видеосигнала или на другие внешние устройства. Для видеосъёмки трёхмерных объектов 3 D-видеокамера содержит две конструктивно объединённые аналогичные видеокамеры с синхронизацией видеосъёмки левых и правых кадров горизонтальной стереопары изображения и формирования аналоговых электрических сигналов фотоданных этого изображения. An analogue of a digital ZO-video camera is a digital video camera for filming objects and registering an image on a system of matrices of light-sensitive elements for converting analog signals of photo data from matrices into digital video signals transmitted to external devices, or to a network or to a digital carrier. The camcorder contains a filming camera with an opaque casing, in which the specified lens and matrix system are installed. Matrix system contains an electronic shutter and a reader for sequential reading of analog signals from video matrices and an analog-to-digital converter for converting these signals into digital form. The camcorder contains a codec for compressing these digital video signals and audio signals, a digital software processor for generating video signal files of monochromatic frames and audio signal files, for generating sync signals recorded at the beginning and end of these files and then generating a continuous recording of a complete video frame from a sequence of these files. Additionally, the video camera contains a viewfinder with a video monitor for visual control and management of video filming and video recording, a microphone for generating audio signals, and a memory card with a digital video recording medium. The complete video signal is fed by this video processor to this viewfinder, to video recordings on memory cards for video recording to digital media, and / or to a video communication network and / or to a computer for video editing, or to a transmitter of this video signal or to other external devices. For video filming of three-dimensional objects, a 3 D-video camera contains two structurally combined similar video cameras with synchronization of video filming of the left and right frames of a horizontal stereopair of the image and the formation of analog electrical signals of the photo data of this image.
В трёхкадровой видеокамере используется одна светочувствительная матрица. Для регистрации изображения цветного кадра выполняются три экспозиции, регистрируя каждый раз изображение через отдельный светофильтр (красный, синий, зелёный). A three-frame video camera uses one light-sensitive matrix. To register an image of a color frame, three exposures are performed, each time registering the image through a separate light filter (red, blue, green).
Недостатком камеры является низкое разрешение. The disadvantage of the camera is its low resolution.
В однокадровой видеокамере с одной матрицей регистрация информации о цвете производится через нанесённый на поверхность матрицы мозаичный светофильтр, состоящий из RGB-элементов. Для регистрации изображения цветного кадра производится всего одна экспозиция. In a single-frame video camera with one matrix, color information is recorded through a mosaic filter, which consists of RGB elements, applied to the matrix surface. To register an image of a color frame, only one exposure is made.
Преимуществом видеокамеры заключается в возможности видеосъёмки движущихся объектов The advantage of a video camera is the ability to record video of moving objects
Недостатком является более низкое качество чем у трёхкадровых видеокамер. The disadvantage is the lower quality than three-frame video cameras.
Однокамерная видеокамера с тремя матрицами содержит оптические призмы с дихроичными зеркалами для оптическог о расщепления цветного изображения на красную, синюю и зелёную составляющие. Поступающий в видеокамеру свет попадая на пару дихроичных систем делится на три основных цвета: красный, зелёный и синий. Каждая монохромная составляющая изображения регистрируется своей матрицей. Преимуществом трёхматричных видеокамер является более лучшая передача цветовых переходов, более высокое разрешение и светочувствительноть и более низкий уровень шумов. Поэтому такие видеокамеры являются видеокамерами среднего и высокого класса. (Смотри книгу «Технические средства информатизации» стр. 227...237, авторы: Е. И Гребенюк, Н.А Гребенюк, Москва, издательский центр «Академия» 2016 г.). A single-camera video camera with three matrices contains optical prisms with dichroic mirrors for optical splitting of a color image into red, blue and green components. The light entering the video camera falling on a pair of dichroic systems is divided into three primary colors: red, green and blue. Each monochrome component of the image is recorded by its own matrix. The advantage of three-matrix video cameras is better color transitions, higher resolution and light sensitivity and lower noise level. Therefore, these camcorders are medium and high class camcorders. (See the book "Technical means of informatization" p. 227 ... 237, authors: E. I Grebenyuk, N. A. Grebenyuk, Moscow, publishing center "Academy" 2016).
Прототипом заявленной стереоскопической видеокамеры, наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является стереоскопическая трёхкадровая видеокамера для видеосъёмки трёхмерных изображений и записи видеосигналов этих изображений для последующего стереонаблюдения этих изображений на известных и заявленных стереодисплеях, совместимых технически и программно с этой видеокамерой. Видеокамера содержит оптоэлектронную систему с двумя фоточувствительными матрицами: одна из которых предназначена для видеосъёмки левого кадра горизонтальной стереопары, а другая - для видеосъёмки правого кадра этой стереопары. Каждая матрица покрыта мозаичным светофильтром с красными, зелёными и синими элементами для однокадровой съёмки моноцветных кадров. К любой такой видеоматрице подключён видеопроцессор для обработки видеоданных с этой фотоматрицы и формирования сигналов видеоданных снятых изображений для формирования видеосигналов для видеозаписи стереокадров на цифровом носителе, подключённом к этому видеопроцессору. Каждый оптический блок левого кадра и оптический блок правого кадра оптической видеосъёмочной системы выполнен с одним или двумя или тремя микролинзовыми объективами, или с одним или двумя или тремя дырочными входными отверстиями, аналогичными диафрагменным отверстиям в съёмочных микрообъективах или диафрагменным отверстиям для формирования дырочной камеры типа камеры обскуры. В этой оптической системе установлен электронный автоматический фотозатвор для покадровой видеосъёмки на общую фотоматрицу левого или правого кадра с помощью синхронного диафрагмирования в обоих блоках этих микрообъективов или выходных отверстий для поочередного одновременного покадрового открытия одного микрообъектива или одного отверстия в каждом блоке при закрытых соответственно других микрообъективах или отверстиях в этих блоках для поочерёдной видеосъёмки двух или трёх разноракурсных одноимённых кадров на эту общую фотоматрицу или на эти две фоточувствительные матрицы. Этим обеспечивается одновременная видеозапись сигналов одноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары или соответственно разноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары с поочерёдной видеозаписью этих двух или трёх разноракурсных одноимённых кадров. Для этого эти микро линзовые объективы или входные отверстия расположены в площади левого и правого входного зрачка видеосъёмочной оптической системы в зонах вершин равностороннего треугольника, расположенного в площади соответствующего входного зрачка. Указанное расположение микролинз или входных отверстий объективов выполнено с учётом возможности формирования заявленными стереодисплеями аналогичных одноракурсных левых и правых кадров, формируемых и наблюдаемых в соответствующих точечных фокальных зонах видения одноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары или видения аналогичных разноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары в соответствующих точечных фокальных зонах одновременного видения двухракурсных или трёхракурсных одноимённых левых и правых кадров совмещаемых автоматически с расчётными точками в площади зрачков одноимённых глаз пользователя. . (Смотри международную патентную заявку PCT/RU2018/000030, поданную 25 января 2018г., автор и заявитель Арсенич Святослав Иванович). The prototype of the claimed stereoscopic video camera, the closest in technical essence and the achieved result, is a stereoscopic three-frame video camera for video recording of three-dimensional images and recording video signals of these images for subsequent stereoscopic observation of these images on known and declared stereo displays, which are technically and programmatically compatible with this video camera. The video camera contains an optoelectronic system with two photosensitive matrices: one of which is intended for video recording of the left frame of a horizontal stereo pair, and the other is for video recording of the right frame of this stereo pair. Each sensor is covered with a mosaic filter with red, green and blue elements for one-frame shooting of monochromatic frames. A video processor is connected to any such video matrix for processing video data from this photo matrix and generating video data signals of captured images to generate video signals for video recording of stereo frames on a digital medium connected to this video processor. Each optical unit of the left frame and the optical unit of the right frame of the optical video filming system is made with one or two or three microlens objectives, or with one or two or three aperture inlets, similar to diaphragm openings in shooting microlens or diaphragm holes for forming a hole camera such as a pinhole camera ... In this optical system, an electronic automatic photo shutter is installed for time-lapse video shooting on a common photo matrix of the left or right frame using synchronous aperture in both blocks of these micro-lenses or outlets for alternate simultaneous single-frame opening of one micro lens or one hole in each block with the other micro-lenses or holes closed, respectively. in these blocks for sequential video filming of two or three different-angle frames of the same name on this common photomatrix or on these two photosensitive matrices. This ensures simultaneous video recording of signals from one-angle left and right frames of a horizontal stereopair or, respectively, different-angle left and right frames of a horizontal stereopair with alternate video recording of these two or three different-angle frames of the same name. To do this, these micro lens objectives or the entrance holes are located in the area of the left and right entrance pupils of the video shooting optical system in the zones of the vertices of an equilateral triangle located in the area of the corresponding entrance pupil. The indicated arrangement of microlenses or lens inlets is made taking into account the possibility of the claimed stereo displays forming similar single-angle left and right frames formed and observed in the corresponding point focal zones of vision of single-angle left and right frames of a horizontal stereopair or vision of similar different-angle left and right frames of a horizontal stereopair focal zones of simultaneous vision of two-angle or three-angle left and right frames of the same name, which are automatically aligned with the calculated points in the area of the pupils of the user's eyes of the same name. ... (See international patent application PCT / RU2018 / 000030, filed on January 25, 2018, author and applicant Arsenich Svyatoslav Ivanovich).
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Задачей изобретения является создание арсенала ЗО-дисплеев для стереонаблюдения на дистанциях, обеспечивающих более комфортное стереонаблюдение одноракурсных или разноракурсных стереокадров из точечных фокальных зон при изменении дистанций от глаз пользователя до стереоэкрана, и профессиональных 3D- видеокамер и видеокамер высокого класса для съёмки ЗО-видеоизображений, с возможностью стереонаблюдения этих видеоизображений в этих стереодисплеях и других совместимых с этой видеокамерой для массового и широкого использования этих стереодисплеев и видеокамер в кинематографе, телевидении, в компьютерных технологиях в видеосвязи, в видеорекламе, для видеообучения, в медицине ив производстве и во многих других областях The objective of the invention is to create an arsenal of 3O-displays for stereo observation at distances, providing more comfortable stereo observation of single-angle or multi-angle stereo frames from point focal zones when changing the distance from the user's eyes to the stereo screen, and professional 3D video cameras and high-end video cameras for shooting 3O-video images, the possibility of stereo observation of these video images in these stereo displays and other compatible with this video camera for mass and widespread use of these stereo displays and video cameras in cinematography, television, in computer technologies in video communication, in video advertising, for video education, in medicine and in production and in many other areas
Целью и единым техническим результатом изобретения является существенное расширение арсенала технически и программно совместимых заявленных ЗО-дисплея и 31>видеокамеры и известных ЗБ-дисплеев, ЗБ-видеокамер и компьютерных способов 3D- графики для формирования и стереонаблюдения в формате двухракурсных и трёхракурсных левых и правых кадров стереопары, с учетом возможности их совместимости и использования с вариантами стерео дисплеев, 3 D-видеокамер описанных в указанной международной патентной заявке PCT/RU2018/000030. с возможностью эффективного бытового и профессионального использования в различных областях науки, техники, производства или трёхракурсных стереокадров с использованием известных цифровых системных и программ средств обработки, сжатия, кодирования и декодирования видеосигналов в известных и в предлагаемых цифровых форматах для наблюдения двухракурсных или трехракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары; с использование проводной и беспроводной передачи и приёма этих видеосигналов, для отображения и стереонаблюдения этой 3 D-видеоинформации не только в заявленном стереодисплее, но и стереодисплеях, описанных в указанной международной патентной заявке PCT/RU2018/000030. The purpose and a single technical result of the invention is a significant expansion of the arsenal of technically and software compatible declared ZO-display and 31> video cameras and well-known ZB-displays, ZB-video cameras and computer methods of 3D graphics for forming and stereo observation in the format of two-angle and three-angle left and right frames stereo pairs, taking into account the possibility of their compatibility and use with options for stereo displays, 3 D-video cameras described in the specified international patent application PCT / RU2018 / 000030. with the possibility of effective domestic and professional use in various fields of science, technology, production or three-angle stereo frames using well-known digital system and programs of processing, compression, coding and decoding of video signals in known and offered digital formats for observing two-angle or three-angle left and right frames of a horizontal stereo pair; with the use of wired and wireless transmission and reception of these video signals, for display and stereo observation of this 3 D-video information not only in the claimed stereo display, but also in the stereo displays described in the said international patent application PCT / RU2018 / 000030.
Согласно п. 1 формулы стереодисплей, содержит стереоэкран для формирования экранных изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемых на этом стереоэкране одноимёнными глазами пользователя; содержит виде. матричную электронно-оптическую систему для формирования изображения однорикурсного, ИЛИ двухракурсного ИЛИ трёхракурсного левого кадра с коллимированными световыми лучами пиксельных элементов горизонтальной стереопары и фокусировки этих лучей соответственно в точечную фокальную зону или две точечные фокальные зоны или в три точечные фокальные зоны стереовидения в площади зрачка левого глаза пользователя, а также для формирования изображения одноракурсного, или двухракурсного или трёхракурсного правого кадра этой стереопары с коллимированными световыми лучами пиксельных элементов правого кадров, фокусировки этих лучей соответственно в одну точечную фокальную зону, или две точечные фокальные зоны или в три точечные фокальные зоны стереовидения в площади зрачка правого глаза этого пользователя, видеоматрица сформирована из совмещённых в общей площади автономных видеоматриц с о свои контроллером для приема соответствующих видеосигналов для матричной развёртки на этой своей видеоматрице изображения моноцветного кадра соответствующего ракурса стереовидения, в стереодисплее установлено приёмник полного видеосигнала с декодером и буферами памяти для декодирования этого видеосигнала и формирования и временного хранения в соответствующем буфере памяти видеосигналов для воспроизведения моноцветных кадров, каждый определённый буфер памяти подключен к указанному контроллеру соответствующей видеоматрицы для формирования моноцветного кадра; или стереодисплей содержит видеовходы для многоканального приема по каждому каналу декодированных видеосигналов для формирования моноцветных кадров, для прямой подачи видеосигнала определённого моноцветного кадра на контроллеры соответствующей видеоматрицы для формирования изображения этого мононветного кадра, и приема аудиосигналов для звукового сопровождения, для чего стереодисплей дополнительно содержит встроенную систему звукового сопровождения и аудиовходы для прямого приёма аудиосигналов или аудиовыходы для передачи аудиосигнала на внешние акустические системы звукового сопровождения. Стереодисплей отличается от прототипа тем, что стереоэкран выполнен в виде общего видеоматричного экрана для формирования полноэкранного стереоизображения в виде левого и правого кадров горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемого одним или несколькими пользователями без вспомогательных стереоочков. Видеоматрица выполнена из цветной ЖК-видеоматрицы с задней матричной светодиодной подсветкой для формирования на общей площади этой видеоматрицы экранного изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары. В первом варианте указанная задняя подсветка выполнена с оптическим конденсором в виде выпуклой линзы или линзы Френеля, оптически плотно наложенным на всю площадь видеоматрицы. С тыльной стороны этого конденсора установлен матричный светодиодный осветитель для формирования направленной. Задней подсветки пиксельных элементов видеоматрицы коллимированными лучами. В другом варианте задняя подсветка выполнена в виде сотовой конструкции из светоизолированных ячеек для раздельной подсветки каждой определённой части площади видеоматрицы соответствующим матричным светодиодным осветителем. Каждая ячейка подсветки выполнена из антибликовых чёрных боковых телескопически раздвижных трубчатых стенок или из эластичных боковых антибликовых чёрных стенок, закреплённых с одной стороны тыльной стороне освещаемой этим осветителем площади видеоматрицы, а с другой стороны на светодиодной матрице задней подсветки. В освещаемой сотовым осветителем сотовой ячейки площади тыльной стороны видеоматрицы оптически плотно наложен оптический конденсор в плоско выпуклые линзы Френеля для формирования коллимированных лучей пиксельными элементов экранного изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары. В обоих вариантах задняя подсветка формирует коллимированные лучи, просвечивающие через освещаемых ими конденсор просветные пиксельные элементы под конденсором и фокусируют эти лучи прошедшие сквозь эти элементы в соответствующие точечные фокальные зоны в площади зрачков соответствующих глаз пользователя для стереонаблюдения одноракурсных или двухракурсных или трёхракурсных соответствующего кадра стереопары. Для возможности динамического авторегулирования фокусировки световых лучей на разных дистанциях расположения стереоэкрана до глаз пользователя все светодиодные осветители подвижно закреплены на автоприводах для автоматического смещения светодиодных матриц на соответствующие расстояния от осветителей до видеоматрицы, а при необходимости и для смещения этих осветителей параллельно этой видеоматрице. Для этого в стерео дисплее установлена следящая электронно-оптическая система с одной 3 D-видеокамерой или с двумя видеокамерами для видеоконтроля постоянного видеоконтроля глаз каждого пользователя. К каждой видеокамере подключён видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных координатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно формируемых стереодисплеем точечных фокальных зон стереовидения. К каждому видеопроцессору подключён цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на указанный механический автопривод для постоянного автоматического совмещения всех точечных фокальных зон видения левых кадров и правых кадров с расчетными точками в площади зрачков одноимённых глаз пользователей с учётом стереобазы глаз, наклона и пространственного расположения головы каждого пользователя относительно стереоэкрана стереодисплея. According to clause 1 of the formula, the stereo display contains a stereo screen for the formation of screen images of the left and right frames of a horizontal stereo pair, directly observed on this stereo screen by the user's eyes of the same name; contains the form. matrix electronic-optical system for forming an image of a single-angle, OR two-angle OR three-angle left frame with collimated light beams of pixel elements of a horizontal stereopair and focusing these beams, respectively, into a point focal zone or two point focal zones or into three point focal zones of the left side of the eye in the area of the eye user, as well as to form an image of a single-angle, or two-angle or three-angle right frame of this stereopair with collimated light beams of pixel elements of the right frames, focusing these beams, respectively, into one point focal zone, or two point focal zones or three point focal zones of stereo vision in the area the pupil of the right eye of this user, the video matrix is formed of autonomous video matrices combined in a common area with their own controller for receiving the corresponding video signals for matrix scanning on this video matrix of image of a monochromatic frame of the corresponding perspective of stereo vision, a receiver of a composite video signal with a decoder and memory buffers is installed in the stereo display for decoding this video signal and forming and temporarily storing video signals in the corresponding memory buffer for reproducing monochromatic frames, each specific memory buffer is connected to the specified controller of the corresponding video matrix to form a monochromatic frame; or a stereo display contains video inputs for multichannel reception of decoded video signals for each channel to form mono-color frames, for direct supply of a video signal of a certain mono-color frame to the controllers of the corresponding video matrix to form an image of this mono-light frame, and receive audio signals for sound, for which the stereo display additionally contains a built-in sound system accompaniment and audio inputs for direct reception of audio signals or audio outputs for transmission of audio signals to external acoustic systems of sound accompaniment. The stereo display differs from the prototype in that the stereo screen is made in the form of a general video matrix screen for the formation of a full-screen stereo image in the form of left and right frames of a horizontal stereo pair, directly observed by one or several users without auxiliary stereo glasses. The video matrix is made of a color LCD video matrix with a back matrix LED backlight to form a screen image of the left and right frames of a horizontal stereo pair on the total area of this video matrix. In the first version, the specified backlight is made with an optical condenser in the form of a convex lens or a Fresnel lens, optically densely superimposed on the entire area of the video matrix. On the back side of this condenser, a matrix LED illuminator is installed to form a directional one. Backlighting of pixel elements of the video matrix with collimated beams. In another version, the backlight is made in the form of a honeycomb structure of light-insulated cells for separate illumination of each specific part of the video matrix area with a corresponding matrix LED illuminator. Each backlight cell is made of antiglare black lateral telescopic tubular walls or elastic side antiglare black walls, fixed on one side to the back side of the video matrix area illuminated by this illuminator, and on the other side on the LED backlight matrix. In the area of the back side of the video matrix illuminated by the honeycomb illuminator, the optical condenser is optically densely superimposed in the plano-convex Fresnel lenses to form collimated rays by the pixel elements of the screen image of the left and right frames of the horizontal stereopair. In both versions, the backlight forms collimated beams that shine through the transmissive pixel elements under the condenser through the condenser illuminated by them and focus these beams that have passed through these elements into the corresponding point focal zones in the pupil area of the user's eyes for stereo observation of one-angle or two-angle or three-angle of the corresponding frame of the stereo pair. To be able to dynamically automatically adjust the focusing of light beams at different distances from the stereo screen to the user's eyes, all LED illuminators are movably mounted on auto drives for automatic displacement of LED matrices at the appropriate distances from the illuminators to the video matrix, and, if necessary, for displacement of these illuminators parallel to this video matrix. For this, a tracking electro-optical system with one 3 D-video camera or with two video cameras is installed in the stereo display for video monitoring of constant video monitoring of the eyes of each user. A video processor is connected to each video camera to form signals with information about the spatial coordinates of the location of the pupils of the user's left and right eyes relative to the point focal zones of stereo vision formed by the stereo display. A digital software processor is connected to each video processor to generate control signals fed to the specified mechanical automatic drive for constant automatic alignment of all point focal zones of vision of the left frames and right frames with calculated points in the area of the pupils of the users' eyes of the same name, taking into account the stereo base of the eyes, tilt and spatial position of the head each user relative to the stereo screen of the stereo display.
Дополнительно стереодисплей установлен на устройстве для его автоматического расположения и угловой ориентации этого стереодисплея относительно глаз пользователя или пользователей, в первом варианте этой устройство выполнено в виде внешней и внутренней рамки, каждая из которых выполнены в виде четырёх полосок скрепленных в углах этих рамок, внешняя рамка предназначена для её удержания руками пользователя, другая рамка установлена внутри первой рамки поворотно на центральных горизонтальных боковых осях, закреплённых поворотно по средине боковых полосок первой рамки, на второй рамке по центру верхней и нижней полоски закреплены поворотно вертикальные оси с фиксаторами для закрепления стереодисплея; в другом варианте указанное устройство для автоматического расположения стереодисплея выполнено в виде настольной опоры или настенной или потолочной подвески или прищепки к плоским предметам или напольной опоры, на любом таком устройстве закреплено указанное рамочное устройство в котором закреплён стереодисплей; в любом рамочном устройстве установлен автопривод, подключённый к указанной следящей систем для получения управляющих сигналов подаваемых на эти автоприводы для постоянной или программной автокоррекции оптимального и быстрого постоянного расположения главной оптической оси и центра стереоэкрана стереодисплея относительно глаз одного или нескольких пользователей. Additionally, the stereo display is installed on the device for its automatic positioning and angular orientation of this stereo display relative to the eyes of the user or users, in the first version this device is made in the form of an outer and inner frame, each of which is made in the form of four strips fastened in the corners of these frames, the outer frame is designed to hold it by the user's hands, another frame is installed inside the first frame pivotally on the central horizontal side axes, pivotally fixed in the middle of the side strips of the first frame, on the second frame in the center of the upper and lower strips there are rotationally vertical axes with latches for fixing the stereo display; in another embodiment, the specified device for automatic arrangement of the stereo display is made in the form of a table support or a wall or ceiling suspension or a clothespin to flat objects or a floor support, on any such device the specified frame device is fixed in which the stereo display is fixed; in any frame device, an autodrive is installed, connected to the specified tracking system to receive control signals supplied to these autodrives for constant or programmed auto-correction of the optimal and fast constant location of the main optical axis and the center of the stereo screen of the stereo display relative to the eyes of one or more users.
Положительным технически эффектом стереодисплея постоянное автоматическое обеспечение полнокомфортного стереонаблюдения экранных изображений на стереодисплее на переменных и постоянных дистанциях экрана от глаз пользователя с возможностью смещения и наклона головы пользователя относительно горизонтальной линии экранного стереоизображения, с учётом мгновенной стереобазы глаз пользователя при конвергенции зрительных осей его глаз. Согласно п. 2 формулы стереоскопическая видеокамера для видеосъёмки трёхмерных объектов и видеозаписи этих видеоизображений содержит съёмочную камеру со светонепроницаемым корпусом, в котором установлены объектив для съёмки левого кадра, объектив для съёмки правого кадра и система светочувствительных матриц для формирования видеосигналов горизонтальной стереопары. Каждый объектив выполнен в виде одного или двух или трех микролинзовых объектива, или одного, или двух или трёх дырочных входных отверстий, аналогичных диафрагменным отверстиям в съёмочных микрообъективах или дырочным объективам камеры-обскуры. Система матриц содержит электронные затворы и считывающие устройства для последовательного считывания аналоговых сигналов с видеоматриц. К этим считывающим устройствам подключены аналогово-цифровые преобразователи для преобразования этих сигналов в цифровую форму. При необходимости видеокамера содержит микрофон с, подключённым к нему, аудиокодеком для формирования аудиосигналов. К аналогово-цифровым преобразователям и к аудиокодеку подключены один или несколько программных цифровых видеопроцессоров с кодеками для сжатия видеосигналов и формирования файлов моноцветных кадров с синхросигналами для формирования этим процессором полного видеосигнала. К этим видеопроцессорам подключён электронно-оптический видоискатель для видеоконтроля видеосъёмки и управления режимами работы видеокамеры и карту памяти с цифровым носителем для видеозаписи этих видеосигналов на цифровой носитель. Процессор имеет видеовыходы для передачи видеосигналов на совместимые программно и технически с видеокамерой компьютер для видеомонтажа этих видеозаписей и стереодисплей воспроизведения и стереонаблюдения этих видеозаписей или для передачи этих видеосигналов на другие внешние устройства. Две микролинзы или два входных отверстия каждого объектива в видеокамере для видеосъёмки двухракурсных стереокадров взаимно расположены в площади левого и правого входного зрачка своего объектива на одинаковом расчётном расстоянии от центра своего объектива через которые условно проходит линия съёмочной стереобазы и симметрично линии проходящей по центру и перпендикулярно линии этой стереобазы, с наклонной диагональных линий под углом предпочтительно 90 градусов. В видеокамере для съёмки трехракурсных стереокадров, три микролинзы или три входных отверстия в каждом объективе взаимно расположены на расчётном расстоянии в площади левого и правого входного зрачка своего объектива предпочтительно расположены в вершина равностороннего треугольника, с симметричным расположением этих треугольников относительно линии проходящей по центру и перпендикулярной линии съёмочной стереобазы,. Все микро линзы или входные отверстия расположены ближе к контуру площади каждого объектива равной площади зрачка глаза пользователя.. Указанное расположение микролинз или входных отверстий объективов выполнено с учётом возможности формирования заявленными стереодисплеями аналогичных одноракурсных левых и правых кадров, формируемых и наблюдаемых в соответствующих точечных фокальных зонах видения одноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары или видения аналогичных разноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары в соответствующих точечных фокальных зонах одновременного видения двухракурсных или трёхракурсных одноимённых левых и правых кадров совмещаемых автоматически с расчётными точками в площади зрачков одноимённых глаз пользователя. A positive technical effect of the stereo display is the constant automatic provision of full-comfort stereo observation of screen images on the stereo display at variable and constant screen distances from the user's eyes with the possibility of shifting and tilting the user's head relative to the horizontal line of the screen stereo image, taking into account the instantaneous stereo base of the user's eyes when the visual axes of his eyes converge. According to clause 2 of the formula, a stereoscopic video camera for video recording of three-dimensional objects and video recording of these video images contains a shooting camera with an opaque body, in which a lens for shooting the left frame is installed, a lens for shooting the right frame and a system of light-sensitive matrices for forming video signals of a horizontal stereo pair. Each lens is made in the form of one or two or three microlens objectives, or one, or two or three hole inlets, similar to the diaphragm holes in shooting microlens or hole lenses of a pinhole camera. The matrix system contains electronic gates and readers for sequential reading of analog signals from video matrices. Analog-to-digital converters are connected to these readers to convert these signals into digital form. If necessary, the video camera contains a microphone with an audio codec connected to it for generating audio signals. One or more software digital video processors with codecs for compressing video signals and generating mono-color frame files with sync signals are connected to the analog-to-digital converters and to the audio codec to form a composite video signal by this processor. An electro-optical viewfinder is connected to these video processors for video control of video filming and control of the modes of operation of a video camera and a memory card with a digital medium for video recording of these video signals to a digital medium. The processor has video outputs for transmitting video signals to a computer compatible with software and technology with a video camera for video editing of these video recordings and stereo display for playback and stereo observation of these video recordings or for transmitting these video signals to other external devices. Two microlenses or two input holes of each lens in a video camera for filming two-angle stereo frames are mutually located in the area of the left and right entrance pupils of their lens at the same calculated distance from the center of their lens through which the line of the shooting stereo base conditionally passes and symmetrically to the line passing in the center and perpendicular to the line of this stereobases, with oblique diagonal lines at an angle of preferably 90 degrees. In a video camera for shooting three-angle stereo frames, three microlenses or three entrance holes in each lens are mutually located at a calculated distance in the area of the left and right entrance pupils of their lens, preferably located at the apex of an equilateral triangle, with a symmetrical arrangement of these triangles relative to the line passing through the center and perpendicular line filming stereo base. All micro lenses or entry holes are closer to the contour the area of each lens is equal to the area of the user's eye pupil. The indicated arrangement of microlenses or lens inlet holes is made taking into account the possibility of the declared stereo displays forming similar single-angle left and right frames formed and observed in the corresponding point focal zones of vision of single-angle left and right frames of a horizontal stereo pair or vision of similar of different-angle left and right frames of a horizontal stereopair in the corresponding point focal zones of simultaneous vision of two-angle or three-angle left and right frames of the same name, automatically aligned with the calculated points in the area of the pupils of the user's eyes of the same name.
Видеокамера отличается тем, что для однокадровой съёмки моноцветных кадров левого стереокадра и однокадровой съёмки моноцветных кадров правого стереокадра, из любого одного ракурса съёмки одноракурсных или двухракурсных или трёхракурсных стереокадров в каждой указанной съёмочной камере установлены перед каждой микролинзой или перед каждым входным отверстием по одной системе из трех светочувствительных матриц со светорасщепительной призмой. В любой указанной видеокамере первая трёхматричная система расположена напротив микролинзы или входного объектива, перед каждой другой микролинзой или входным отверстием установлено наклонное под углом 45 градусов микрозеркало. Перед этим зеркалом установлена другая трёхматричная система для автономной однокадровой съёмки из ракурса съёмки через эту линзу или входное отверстие .Взаимное расположение всех матричных систем в пространстве, выполнен с учётом свободного прохождения всех проекций света для съёмки разноракурсных кадров и с учётом обеспечения поочерёдной видеосъёмки всеми матричными системами для возможности поочерёдного отображения разноракурсных стереокадров общей цветной видеоматрицей в заявленном стереодисплее. The camcorder differs in that for one-frame shooting of monochromatic frames of the left stereo frame and one-frame shooting of monochromatic frames of the right stereo frame, from any one angle of shooting one-angle or two-angle or three-angle stereo frames in each specified shooting camera, they are installed in front of each microlens or in front of each system inlet light-sensitive matrices with a light-splitting prism. In any specified video camera, the first three-matrix system is located opposite the microlens or entrance lens, in front of each other microlens or entrance aperture, a micromirror inclined at an angle of 45 degrees is installed. In front of this mirror, another three-matrix system is installed for autonomous single-frame shooting from a shooting angle through this lens or an entrance hole. The relative position of all matrix systems in space is made taking into account the free passage of all light projections for shooting different-angle frames and taking into account the provision of alternate video filming by all matrix systems for the possibility of alternate display of multi-angle stereo frames by a common color video matrix in the declared stereo display.
Главным положительным техническим эффектом предлагаемой видеокамеры является возможность однокадровой видеосъёмки двухракурсных или трёхракурсных стереокадров кадров стереопары с максимальным качеством цветопередачи с минимальным шумом и максимальным разрешением соответствующим профессиональным видеокамерам и видеокамерам среднего и высокого класса, для стереонаблюдения видеозаписи с этой видеокамеры в стереодисплеях, совместимых с этой видеокамерой технически и программно. Варианты осуществления изобретения The main positive technical effect of the proposed video camera is the possibility of one-frame video recording of two-angle or three-angle stereo frames of a stereo pair with the maximum color rendering quality with minimum noise and maximum resolution for appropriate professional video cameras and camcorders of middle and high class, for stereo surveillance of video from this video camera in stereo displays compatible with this video camera and programmatically. Embodiments of the invention
Варианты заявленных стереодисплеев предназначены для прямого безочкового стереонаблюдения ЗО-видеоизображений на стереоэкране, идентичны конструкции, описанной в п. 1 формулы изобретения и отличаются размерами стереоэкрана для создания ЗО-визуальных устройств типа: ЗО-смартфонов, ЗО-планшетов, ЗО-экранов ноутбуков, 3D дисплеев и ЗО-телевизоров носимых, настольных, кресельных, настенных, подвесных, закреплённых на напольной опоре или на потолочной подвеске и для ЗО-индикаторов. Заявленный стереодисплей любого типа содержит: стереоэкран с цветной просветной ЖК-видеоматрицей для формирования экранных ЗО-изображений, в виде левого и правого кадров, частично совмещённых в общей площади экрана в виде горизонтальной стереопары. На тыльной стороне видеоматрицы наложены один или множество оптических конденсоров в виде линз или линз Френеля. Стереодисплей содержит матрицу светодиодов с контроллером матричной развёртки включения требуемых светодиодов. Матрица светодиодов установлена на автоприводе для авторегулирования расстояния между этой светодиодной матрицей и ЖК-видеоматрицей. Стереодисплей содержит электронно оптическую следящую систему с видеокамерой, расположенной на верхнем крае экрана стереодисплея. Стерео дисплей содержит одноканальный видеовход для приёма полного видеосигнала только одноракурсного левого и одноракурсного правого кадров стереопары или содержит многоканальный видеовход для раздельного синхронного приёма по каждому видеовходу полного видеосигнала левого и правого кадров стереопары отдельно, снятых одновременно (в одноракурсном режиме съёмки) из соответствующего ракурса соответствующим входным отверстием или микролинзой соответствующего объектива и трёхматричным видеосъёмочным блоком видеокамеры. Стереодисплей закреплён поворотно в двух взаимно поворотных по центральным осям рамках для ручного удержания стереодисплея в руках за внешнюю рамку. В другом варианте стереодисплей закреплен в таких рамках, которые закреплены подвижно на внешней опоре. В рамках и на внешней опоре встроены автоприводы для автоматической ориентации главной оптической оси стереодисплея по центру линии стереобазы глаз пользования с помощью управляющего сигнала , подаваемого на эти автоприводы с указанной следящей системы стерео дисплея. Степеодиепл ей работает следующим образом. Variants of the claimed stereo displays are intended for direct glasses-free stereo observation of 3O-video images on a stereo screen, are identical to the design described in clause 1 of the claims and differ in the dimensions of the stereo screen for creating 3O-visual devices such as: ZO-smartphones, ZO-tablets, ZO-laptop screens, 3D displays and TV-sets of portable, desktop, chair, wall-mounted, suspended, fixed on a floor support or on a ceiling suspension and for 30-indicators. The claimed stereo display of any type contains: a stereo screen with a color transmissive LCD video matrix for the formation of screen ZO-images, in the form of left and right frames, partially combined in the total area of the screen in the form of a horizontal stereo pair. On the back side of the video matrix, one or many optical condensers are superimposed in the form of lenses or Fresnel lenses. The stereo display contains a matrix of LEDs with a matrix sweep controller for turning on the required LEDs. An LED array is mounted on an autodrive to automatically adjust the distance between this LED array and the LCD video array. The stereo display contains an electronic optical tracking system with a video camera located on the upper edge of the stereo display screen. The stereo display contains a single-channel video input for receiving a composite video signal of only one-angle left and one-angle right frames of a stereo pair or contains a multichannel video input for separate simultaneous reception of a complete video signal of the left and right frames of a stereo pair for each video input separately, captured simultaneously (in a single-angle shooting mode) by the corresponding input from the corresponding angle a hole or microlens of the corresponding lens and a three-matrix video recording unit of the video camera. The stereo display is fixed pivotally in two frames mutually rotating along the central axes for manually holding the stereo display in the hands by the outer frame. In another embodiment, the stereo display is fixed in such frames, which are fixed movably on an external support. Within the frame and on the external support there are built-in automatic drives for automatic orientation of the main optical axis of the stereo display in the center of the stereo base line of the user's eyes using a control signal supplied to these automatic drives from the specified tracking system of the stereo display. Steppeodiepl works as follows.
После декодирования этого полного видеосигнала в каждом канальном приёмном устройстве стереодисплея формируются отдельные видеосигналы моноцветных кадров красного, синего и зелёного цвета, записываемые в отдельные сектора буферной кадровой видеопамяти. Из этих определённых секторов буферной памяти с помощью синхросигнала одновременно считывания видеосигналы моноцветных кадров RGB цветов, например левого кадра определённого ракурса съёмки для одновременной подачи каждого такого видеосигнала по отдельному каналу на соответствующий контроллер видеоматрицы, формирующей изображение моноцветного кадра соответствующего цвета для одновременного воспроизведения всех трёх моноцветных кадров левого кадра соответствующего ракурса видеосъёмки. Затем аналогично декодируются и воспроизводятся моноцветные кадры правого кадра соответствующего ракурса видеосъёмки. И затем также поочерёдно воспроизводятся левые и правые кадры других ракурсов видеосъёмки этой же видеоматрицей в соответствие с очерёдностью их видеосъёмки видеокамерой. Этим обеспечивается чёткая видимость на стереодисплее быстро сменяющихся разноракурсных стереокадров. С помощью управляющего сигнала , подаваемого следящей системой стереодисплея на автоприводы рамок и опоры стереодисплей автоматически и программно ориентируется перед глазами пользователя с учётом постоянного динамического совмещения его оптической оси с центром линии стереобазы глаз пользования или с программным центром пространства между глазами двух или нескольких пользователей. Цифровым программным процессором постоянно формируется управляющие сигналы, подаваемые на контроллеры и привод светодиодной матрицы задней подсветки для автоматического формирования этими светодиодами и конденсорами коллимированных пиксельных экранного изображения, автоматически динамически фокусируемых в определённые точечные фокальные зоны стереовидения одноимёнными глазами пользователя одноракурсных или двухракурсных или трёхракурсных левых и правых кадров стереопары. After decoding of this complete video signal, separate video signals of mono-color frames of red, blue and green colors are formed in each channel receiving device of the stereo display, which are recorded in separate sectors of the frame buffer memory. From these specific sectors of the buffer memory, using a sync signal of simultaneous reading, video signals of RGB mono-color frames, for example, the left frame of a certain shooting angle for simultaneous supply of each such video signal via a separate channel to the corresponding video matrix controller, which forms an image of a mono-color frame of the corresponding color for simultaneous playback of all three mono-color frames the left frame of the corresponding video angle. Then, the mono-color frames of the right frame of the corresponding video shooting angle are decoded and reproduced in the same way. And then the left and right frames of other video shooting angles are also alternately reproduced by the same video matrix in accordance with the sequence of their video shooting by a video camera. This ensures clear visibility on the stereo display of rapidly changing multi-angle stereo frames. With the help of the control signal supplied by the tracking system of the stereo display to the automatic drives of the frames and supports, the stereo display is automatically and programmatically oriented in front of the user's eyes, taking into account the constant dynamic alignment of its optical axis with the center of the stereo base line of the user's eyes or with the software center of the space between the eyes of two or more users. The digital software processor constantly generates control signals fed to the controllers and the drive of the LED backlight matrix for the automatic formation of collimated pixel screen images by these LEDs and condensers, which are automatically dynamically focused into certain point focal zones of stereo vision by the user's eyes of the same name, one-angle or two-angle or three-angle frame left and right stereopairs.
Дополнительным техническим результатом заявленных стереодисплеев является возможность создание на базе этих стереодисплеев компактных и удобных мобильных смартфонов, планшетов, и ноутбуков, а также компактных настольных, напольных настенных и носимых стереодисплеев и ЗЭ-телевизоров за для прямого полнокомфортного длительного стереонаблюдения ЗЭ-изображений на стереоэкране. ЗО-видеокамера может быть выполнена в различных вариантах: An additional technical result of the claimed stereo displays is the ability to create, on the basis of these stereo displays, compact and convenient mobile smartphones, tablets, and laptops, as well as compact desktop, floor-standing wall-mounted and portable stereo displays and ZE TVs for direct full-comfortable long-term stereo observation of ZE images on a stereo screen. ZO-video camera can be made in different versions:
- Видеокамера для видеосъёмки одноракурсных левых и правых кадров стереопары.- Video camera for filming single-angle left and right frames of a stereo pair.
- Универсальная видеокамера для видеосъёмки как одноракурсных и/или двухракурсных левых и правых кадров стереопары. - Universal video camera for filming as single-angle and / or two-angle left and right frames of a stereo pair.
- Универсальная видеокамера для видеосъёмки одноракурсных, и/или двухракурсных, и/или трехракурсных левых и правых кадров стереопары. - Universal video camera for filming single-angle, and / or double-angle, and / or three-angle left and right frames of a stereo pair.
3 D-видеокамера содержит: объектив левого кадра и объектив правого кадра. Каждый объектив содержит одно, или два или три входных отверстия или микро линзы и соответствующее число съёмочных блоков. Перед определённым одним входным отверстием или микролинзой расположен один видеосъёмочный блок для однокадровой съёмки моноцветных левых или правых кадров красного, синего и зелёного цветов, содержащий три светочувствительных матрицы, установленных на светорасщепительной призме с дихроичными зеркалами для проекции на эти матрицы этим входным отверстием или этой линзой светового пучка из одного соответствующего ракурса съёмки. К матрицам подключены электронные затворы и считывающие устройства, а также последовательно подключены: аналогово-цифровые преобразователи, цифровые программные процессоры с кодерами и карты памяти с цифровыми носителями для видеозаписи цифровых полных видеосигналов. К видеопроцессорам подключены указанные затворы и считывающие устройства и видеомонитор для визуального контроля видеосъёмки и управления режимами видеокамерой и режимами съёмки. Универсальная видеокамере может быть выполнена многоканальной. В каждом канале установлены трёхматричная система с оптической светорасщепительной призмой для однокадровой видеосъёмки моноцветных кадров RGB цветов с последовательно подключёнными к этим матрицам, считывающим устройством, аналого-цифровым преобразователем сигналов, видеопроцессором с кодером и картой видеопамяти с выходами от видеопроцессора для подачи управляющих сигналов на электронный затвор видеоматриц на считывающее устройство и подачи полного видеосигнала на карту памяти, на видеомонитор, на стереодисплей, на компьютер для видеомонтажа видеозаписи и другие внешние устройства или в сеть видеосвязи. 3 D-camcorder contains: left frame lens and right frame lens. Each lens contains one or two or three entry holes or micro lenses and the corresponding number of shooting units. In front of a certain entrance hole or microlens, there is one video recording unit for single-frame shooting of mono-color left or right frames of red, blue and green colors, containing three light-sensitive matrices installed on a light-splitting prism with dichroic mirrors for projection onto these matrices by this entrance hole or this light lens. beam from one appropriate angle. Electronic gates and reading devices are connected to the matrices, and also serially connected: analog-to-digital converters, digital program processors with encoders and memory cards with digital carriers for video recording of digital complete video signals. The specified shutters and reading devices and a video monitor are connected to the video processors for visual control of video recording and control of the video camera and shooting modes. A universal camcorder can be multi-channel. Each channel has a three-matrix system with an optical splitting prism for one-frame video filming of mono-color RGB frames with a reader, an analog-to-digital signal converter, a video processor with an encoder and a video memory card with outputs from the video processor for supplying control signals to the electronic shutter connected in series to these matrices video matrices to a reader and feed a composite video signal to a memory card, to a video monitor, to a stereo display, to a computer for video editing of video recording and other external devices or to a video communication network.
Универсальная видеокамера работает следующим образом. The universal video camera works as follows.
Пользователем в видеокамере устанавливается режим одноракурсной, или двухракурсной или трёхракурсной или ЗО-видеосъёмки, а также частота кадров видеосъёмки. В каждом канале автономно и синхронно каждая видеоматрица регистрирует сигналы пиксельных элементов соответствующего моноцветного кадра, которые с помощью считывающего устройства записываются в виде файла аналогового видеосигнала этого моноцветного кадра, затем аналогово-цифровым устройством аналоговый сигналы этого видеофайла преобразуются в файл цифровых видеосигналов этого кадра. Затем кодером этот видеосигнал сжимается в требуемом формате сжатия. Затем в цифровом программном процессоре в каждом канале автономно все три сжатых файла моноцветных кадров красного, синего и зелёного цветов составляющих цветной кадр, составляющие цветной кадр снятый из одного ракурса видеосъёмки записываются последовательно видеопроцессором с синхросигналами начала и конца каждого такого файла в формате полного цифрового видеосигнала. В определённом канале в полный видеосигнал записываются видеопроцессором и аудиофайлы с синхросигналами для звукового сопровождения видеосъёмки. Полный видеосигнал с видеовыходов соотвествующего канала подаётся на входы карты видеопамяти или на компьютер для цифровой видеозаписи на электронный затвор видеоматриц на считывающее устройство и подачи полного видеосигнала на карту памяти, на видеомонитор, на видеоконтрольный или внешний стерео дисплей или на передатчик проводной или беспроводной видеосвязи или на внешнее воспроизводящее устройство, на компьютер для видеомонтажа, или на другие внешние устройства. Аналогично работают и другие каналы видеокамеры для видеосъёмки для однокадровой или поочерёдной 3 D-видеосъёмки кадров из разных ракурсов с учётом последующего воспроизведения этих стереокадров из разных ракурсов в формате одновременного или поочерёдного синхронного воспроизведения. The user in the video camera sets the mode of one-angle, or two-angle, or three-angle or ZO-video recording, as well as the frame rate of video recording. In each channel, autonomously and synchronously, each video matrix registers the signals of the pixel elements of the corresponding monochromatic frame, which are recorded by the reader in the form of an analog video signal file of this monochromatic frame, and then, by an analog-digital device, the analog signals of this video file are converted into a digital video signal file of this frame. Then the encoder compresses this video signal in the required compression format. Then, in a digital software processor in each channel, all three compressed files of monochromatic frames of red, blue and green colors constituting a color frame, constituting a color frame taken from one angle of video recording, are sequentially recorded by a video processor with sync signals of the beginning and end of each such file in the format of a complete digital video signal. In a certain channel, a video processor and audio files with sync signals for sound accompaniment of video recording are recorded into a composite video signal by a video processor. The complete video signal from the video outputs of the corresponding channel is fed to the inputs of the video memory card or to the computer for digital video recording to the electronic shutter of the video matrixes to the reader and feed the composite video signal to the memory card, to the video monitor, to the video monitoring or external stereo display or to the transmitter of wired or wireless video communication or to an external playback device, to a computer for video editing, or to other external devices. Other channels of a video camera for video shooting work similarly for single-frame or sequential 3 D-video shooting of frames from different angles, taking into account the subsequent playback of these stereo frames from different angles in the format of simultaneous or sequential synchronous playback.
Дополнительным техническим результатом является создание универсальных 3D- видеокамер профессиональных и высокого класса, совместимых программно и технически с заявленными стереодисплеями, с смартфонами, планшетами, ноутбуками, 3 D-телевизорами и индикаторами выполненными на базе этих стерео дисплеев и стереодисплеев, описанных в патентной заявке PCT/RU2018/000030. An additional technical result is the creation of universal 3D video cameras of professional and high class, programmatically and technically compatible with the claimed stereo displays, smartphones, tablets, laptops, 3 D TVs and indicators based on these stereo displays and stereo displays described in the PCT patent application / RU2018 / 000030.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Стереодисплей, содержит стереоэкран для формирования экранных изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемых на этом стереоэкране одноимёнными глазами пользователя; содержит видеоматричную электронно-оптическую систему для формирования изображения одноракурсного, или двухракурсного или трёхракурсного левого кадра с коллимированными световыми лучами пиксельных элементов горизонтальной стереопары и фокусировки этих лучей соответственно в точечную фокальную зону или две точечные фокальные зоны или в три точечные фокальные зоны стереовидения в площади зрачка левого глаза пользователя, а также для формирования изображения одноракурсного, или двухракурсного или трёхракурсного правого кадра этой стереопары с коллимированными световыми лучами пиксельных элементов правого кадров, фокусировки этих лучей соответственно в одну точечную фокальную зону, или две точечные фокальные зоны или в три точечные фокальные зоны стереовидения в площади зрачка правого глаза этого пользователя, видеоматрица сформирована из совмещённых в общей площади автономных видеоматриц со своим контроллером для приема соответствующих видеосигналов для матричной развёртки на этой своей видеоматрице изображения моноцветного кадра соответствующего ракурса стереовидения, для возможности динамического авторегулирования фоку дистанции фокусировки световых лучей на расчётных дистанциях расположения стереоэкрана до глаз пользователя все светодиодные осветители подвижно закреплены на автоприводах для автоматического смещения светодиодных матриц на соответствующие расстояния от осветителей до видеоматрицы, а при необходимости и для смещения этих осветителей параллельно этой видеоматрице. Для этого в стереодисплее установлена следящая электронно-оптическая система с одной 3 D-видеокамерой или с двумя видеокамерами для видеоконтроля постоянного видеоконтроля глаз каждого пользователя. К каждой видеокамере подключён видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных координатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно формируемых стереодисплеем точечных фокальных зон стереовидения. К каждому видеопроцессору подключён цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на указанный механический автопривод для постоянного автоматического совмещения всех точечных фокальных зон видения левых кадров и правых кадров с расчетными точками в площади зрачков одноимённых глаз пользователей с учётом стереобазы глаз, наклона и пространственного расположения головы каждого пользователя относительно стереоэкрана стереодисплея, в стереодисплее установлено приёмник полного видеосигнала с декодером и буферами памяти для декодирования этого видеосигнала и формирования и временного хранения в соответствующем буфере памяти видеосигналов для воспроизведения моноцветных кадров, каждый определённый буфер памяти подключен к указанному контроллеру соответствующей видеоматрицы для формирования моноцветного кадра; или стереодисплей содержит видеовходы для многоканального приема по каждому каналу декодированных видеосигналов для формирования моноцветных кадров, для прямой подачи видеосигнала определённого моноцветного кадра на контроллеры соответствующей видеоматрицы для формирования изображения этого моноцветного кадра, и приема аудиосигналов для звукового сопровождения, для чего стереодисплеи дополнительно содержит встроенную систему звукового сопровождения и аудиовходы для прямого приема аудиосигналов или аудиовыходы для передачи аудиосигнала на внешние акустические системы звукового сопровождения для возможности динамического авторегулирования фоку дистанции фокусировки световых лучей на расчетных дистанциях расположения стереоэкрана до глаз пользователя все светодиодные осветители подвижно закреплены на автоприводах для автоматического смещения светодиодных матриц на соответствующие расстояния от осветителей до видеоматрицы, а при неооходимости и для смещения этих осветителей параллельно этой видеоматрице для этого в стерео дисплее установлена следящая электронно-оптическая система с одной эи-видеокамерои или с двумя видеокамерами для видеоконтроля постоянного видеоконтроля глаз каждого пользователя, к каждой видеокамере подключен видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных лиординатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно армируемых стереодисплеем точечных фокальных зон стереовидения. каждому видеопроцессору подключён цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на указанный механический автопривод для постоянного автоматического совмещения всех точечных фокальных зон видения левых кадров и правых кадров с расчетными точками в площади зрачков одноимённых глаз пользователей с учётом стереобазы глаз, наклона и пространственного расположения головы каждого пользователя относительно стереоэкрана стереодисплея, стереодисплей отличается тем, что стереоэкран выполнен в виде общего видеоматричного экрана для формирования полноэкранного стереоизображения в виде левого и правого кадров горизонтальной стереопары, прямо наблюдаемого одним или несколькими пользователями без вспомогательных стереоочков. Видеоматрица выполнена из цветной ЖК-видеоматрицы с задней матричной светодиодной подсветкой для формирования на общей площади этой видеоматрицы экранного изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары. В первом варианте указанная задняя подсветка выполнена с оптическим конденсором в виде выпуклой линзы или линзы Френеля, оптически плотно наложенным на всю площадь видеоматрицы. С тыльной стороны этого конденсора установлен матричный светодиодный осветитель для формирования направленной. Задней подсветки пиксельных элементов видеоматрицы коллимированными лучами. В другом варианте задняя подсветка выполнена в виде сотовой конструкции из светоизолированных ячеек для раздельной подсветки каждой определённой части площади видеоматрицы соответствующим матричным светодиодным осветителем. Каждая ячейка подсветки выполнена из антибликовых чёрных боковых телескопически раздвижных трубчатых стенок или из эластичных боковых антибликовых чёрных стенок, закреплённых с одной стороны тыльной стороне освещаемой этим осветителем площади видеоматрицы, а с другой стороны на светодиодной матрице задней подсветки. В освещаемой сотовым осветителем сотовой ячейки площади тыльной стороны видеоматрицы оптически плотно наложен оптический конденсор в плоско выпуклые линзы Френеля для формирования коллимированных лучей пиксельными элементов экранного изображения левых и правых кадров горизонтальной стереопары. В обоих вариантах задняя подсветка формирует коллимированные лучи, просвечивающие через освещаемых ими конденсор просветные пиксельные элементы под конденсором и фокусируют эти лучи прошедшие сквозь эти элементы в соответствующие точечные фокальные зоны в площади зрачков соответствующих глаз пользователя для стереонаблюдения одноракурсных или двухракурсных или трёхракурсных соответствующего кадра стереопары; для возможности динамического авторегулирования фокусировки световых лучей на разных дистанциях расположения стереоэкрана до глаз пользователя все светодиодные осветители подвижно закреплены на автоприводах для автоматического смещения светодиодных матриц на соответствующие расстояния от осветителей до видеоматрицы, а при необходимости и для смещения этих осветителей параллельно этой видеоматрице; в стереодисплее установлена следящая электронно- оптическая система с одной 3 D-видеокамерой или с двумя видеокамерами для видеоконтроля постоянного видеоконтроля глаз каждого пользователя; к каждой видеокамере подключён видеопроцессор для формирования сигналов с информацией о пространственных координатах расположения зрачков левого и правого глаз пользователя относительно формируемых стереодисплеем точечных фокальных зон стереовидения; к каждому видеопроцессору подключён цифровой программный процессор для формирования управляющих сигналов, подаваемых на указанный механический автопривод для постоянного автоматического совмещения всех точечных фокальных зон видения левых кадров и правых кадров с расчетными точками в площади зрачков одноимённых глаз пользователей с учётом стереобазы глаз, наклона и пространственного расположения головы каждого пользователя относительно стереоэкрана стереодисплея; дополнительно стереодисплей установлен на устройстве для его автоматического расположения и угловой ориентации стереодисплея относительно глаз пользователя или пользователей, в первом варианте этой устройство выполнено в виде внешней и внутренней рамки, каждая из которых выполнены в виде четырёх полосок скрепленных в углах этих рамок, внешняя рамка предназначена для её удержания руками пользователя, другая рамка установлена внутри первой рамки поворотно на центральных горизонтальных боковых осях, закреплённых поворотно по средине боковых полосок первой рамки, на второй рамке по центру верхней и нижней полоски закреплены поворотно вертикальные оси с фиксаторами для закрепления стереодисплея; в другом варианте указанное устройство для автоматического расположения стереодисплея выполнено в виде настольной опоры или настенной или потолочной подвески или прищепки к плоским предметам или напольной опоры, на любом таком устройстве закреплено указанное рамочное устройство в котором закреплён стереодисплей; в любом рамочном устройстве установлен автопривод, подключённый к указанной следящей систем для получения управляющих сигналов подаваемых на эти автоприводы для постоянной или программной автокоррекции оптимального и быстрого постоянного расположения главной оптической оси и центра стереоэкрана стереодисплея относительно глаз одного или нескольких пользователей. 1. Stereo display, contains a stereo screen for the formation of screen images of the left and right frames of a horizontal stereo pair, directly observed on this stereo screen by the user's eyes of the same name; contains a video matrix electronic-optical system for forming an image of a single-angle, or two-angle or three-angle left frame with collimated light beams of pixel elements of a horizontal stereopair and focusing these beams, respectively, into a point focal zone or two point focal zones or into three-point focal zones of the pupil left vision in the area the user's eyes, as well as for the formation of an image of a single-angle, or two-angle or three-angle right frame of this stereopair with collimated light beams of pixel elements of the right frames, focusing these beams, respectively, into one point focal zone, or two point focal zones or three point focal zones of stereo vision in area of the pupil of the right eye of this user, the video matrix is formed from autonomous video matrices combined in the total area with its own controller for receiving the corresponding video signals for matrix scanning on this to the image matrix of a monochromatic frame of the corresponding stereo vision angle, for the possibility of dynamic automatic adjustment of the focus of the focusing distance of light beams at the calculated distances of the location of the stereo screen to the user's eyes, all LED illuminators are movably mounted on auto drives for automatic displacement of the LED matrices at the appropriate distances from the illuminators to the video matrix, and, if necessary, for displacements of these fixtures parallel to this video matrix. For this purpose, a tracking electro-optical system with one 3 D-video camera or with two video cameras is installed in the stereo display for continuous video monitoring of the eyes of each user. A video processor is connected to each video camera to generate signals with information about the spatial coordinates of the location of the pupils of the user's left and right eyes relative to the point focal zones of the stereo vision formed by the stereo display. A digital software processor is connected to each video processor to generate control signals supplied to the specified mechanical automatic drive for constant automatic alignment of all point focal zones of vision of the left frames and right frames with the calculated points in the area of the pupils of the users' eyes of the same name, taking into account the stereo base of the eyes, tilt and the spatial location of the head of each user relative to the stereo screen of the stereo display, a receiver of a composite video signal with a decoder and memory buffers is installed in the stereo display for decoding this video signal and forming and temporarily storing video signals in the corresponding memory buffer for reproducing monochromatic frames, each specific memory buffer is connected to the specified controller of the corresponding video matrix for forming a monochromatic frame; or a stereo display contains video inputs for multichannel reception of decoded video signals for each channel for the formation of mono-color frames, for direct supply of a video signal of a certain mono-color frame to the controllers of the corresponding video matrix to form an image of this mono-color frame, and reception of audio signals for sound accompaniment, for which the stereo display additionally contains a built-in sound system tracking and audio inputs for the direct reception of the audio or audio output for transmitting an audio signal to an external speaker sound to the possibility of dynamic autoregulation Fok distance f Focusing light rays on the calculated distances arrangement stereoscreen up to the eyes user LED illuminators is movably mounted on the auto-drives for auto bias LED arrays to the corresponding distances from the illuminators to the video matrix, and if necessary, to displace these illuminators in parallel to this For this purpose, a tracking electro-optical system with one ei-video camera or with two video cameras is installed in the stereo display for video monitoring of constant video monitoring of the eyes of each user, a video processor is connected to each video camera to generate signals with information about the spatial coordinates of the location of the pupils of the user's left and right eyes relative to the point focal zones of stereo vision reinforced by the stereo display. each video processor is connected to a digital software processor for generating control signals fed to the specified mechanical automatic drive for constant automatic alignment of all point focal zones of vision of the left frames and right frames with calculated points in the pupil area of the users' eyes of the same name, taking into account the stereo base of the eyes, tilt and spatial position of the head of each user relative to the stereo screen of the stereo display, the stereo display differs in that the stereo screen is made in the form of a general video matrix screen for the formation of a full-screen stereo image in the form of left and right frames of a horizontal stereo pair, directly observed by one or more users without auxiliary stereo glasses. The video matrix is made of a color LCD video matrix with back matrix LED backlighting for forming a screen image of the left and right frames of a horizontal stereo pair on the total area of this video matrix. In the first version, the specified backlight is made with an optical condenser in the form of a convex lens or a Fresnel lens, optically densely superimposed on the entire area of the video matrix. On the back side of this condenser, a matrix LED illuminator is installed to form a directional one. Backlighting of pixel elements of the video matrix with collimated beams. In another version, the backlight is made in the form of a honeycomb structure of light-insulated cells for separate illumination of each specific part of the video matrix area with a corresponding matrix LED illuminator. Each backlight cell is made of antiglare black lateral telescopic tubular walls or elastic side antiglare black walls, fixed on one side to the back side of the video matrix area illuminated by this illuminator, and on the other side on the LED backlight matrix. In the area of the back side of the video matrix illuminated by the honeycomb illuminator, the optical condenser is optically densely superimposed in the plano-convex Fresnel lenses to form collimated rays by the pixel elements of the screen image of the left and right frames of the horizontal stereopair. In both versions, the backlight forms collimated beams that shine through the translucent pixel elements under the condenser through the condenser illuminated by them and focus these beams that have passed through these elements into the corresponding point focal zones in the area of the pupils of the respective user's eyes for stereo observation of one-angle or two-angle or three-angle of the corresponding frame of the stereo pair; for the possibility of dynamic automatic adjustment of the focusing of light beams at different distances from the stereo screen to the user's eyes, all LED illuminators are movably mounted on auto drives for automatic displacement of the LED matrices at the appropriate distances from the illuminators to the video matrix, and, if necessary, for displacement of these illuminators parallel to this video matrix; a tracking electronic-optical system with one 3 D-video camera or with two video cameras is installed in the stereo display for continuous video monitoring of the eyes of each user; a video processor is connected to each video camera for generating signals with information about the spatial coordinates of the location of the pupils of the user's left and right eyes relative to the point focal zones of the stereo vision formed by the stereo display; a digital software processor is connected to each video processor to generate control signals supplied to the specified mechanical automatic drive for constant automatic alignment of all point focal zones of vision of the left frames and right frames with the calculated points in the area of the pupils of the users' eyes of the same name, taking into account the stereo base of the eyes, the tilt and spatial position of the head of each user relative to the stereo screen of the stereo display; additionally, the stereo display is installed on the device for its automatic positioning and angular orientation of the stereo display relative to the eyes of the user or users; in the first version, this device is made in the form of an external and internal frame, each of which is made in the form of four strips fastened in the corners of these frames, the external frame is intended for holding it by the user's hands, another frame is installed inside the first frame pivotally on the central horizontal lateral axes, pivotally fixed in the middle of the side strips of the first frame, on the second frame in the center of the upper and lower strips there are rotationally vertical axes with clamps for fixing the stereo display; in another embodiment, the specified device for automatic arrangement of the stereo display is made in the form of a table support or a wall or ceiling suspension or a clothespin to flat objects or a floor support, on any such device the specified frame device is fixed in which the stereo display is fixed; in any frame device, an autodrive is installed, connected to the specified tracking system to receive control signals supplied to these autodrives for constant or programmed auto-correction of the optimal and fast constant location of the main optical axis and the center of the stereo screen of the stereo display relative to the eyes of one or more users.
2. Стереоскопическая видеокамера для видеосъёмки трёхмерных объектов и видеозаписи этих видеоизображений содержит съёмочную камеру со светонепроницаемым корпусом, в котором установлены объектив для съёмки левого кадра, объектив для съёмки правого кадра и систему светочувствительных матриц для формирования видеосигналов горизонтальной стереопары; каждый объектив выполнен в виде одного или двух или трех микролинзовых объектива, или одного, или двух или трёх дырочных входных отверстий; система матриц содержит электронные затворы и считывающие устройства для последовательного считывания аналоговых сигналов с видеоматриц; к этим считывающим устройствам подключены аналогово-цифровые преобразователи для преобразования этих сигналов в цифровую форму; при необходимости видеокамера содержит микрофон с, подключённым к нему, аудиокодеком для формирования аудиосигналов; к аналогово- цифровым преобразователям и к аудиокодеку подключены один или несколько программных цифровых видеопроцессоров с кодеками для сжатия видеосигналов и формирования файлов моноцветных кадров с синхросигналами для формирования этим процессором полного видеосигнала; к этим видеопроцессорам подключён электронно- оптический видоискатель для видеоконтроля видеосъёмки и управления режимами работы видеокамеры и карту памяти с цифровым носителем для видеозаписи этих видеосигналов на цифровой носитель; процессор выполнен с видеовыходами для передачи видеосигналов на совместимые программно и технически с видеокамерой компьютер для видеомонтажа этих видеозаписей и/или на стереодисплей для воспроизведения и стереонаблюдения этих видеозаписей; или для передачи этих видеосигналов на другие внешние устройства; в видеокамере для видеосъёмки двухракурсных стереокадров две микролинзы или два входных отверстия каждого объектива в видеокамере для видеосъёмки двухракурсных стереокадров взаимно расположены в площади левого и правого входного зрачка своего объектива на одинаковом расчётном расстоянии от центра своего объектива через которые условно проходит линия съёмочной стереобазы и симметрично линии проходящей по центру и перпендикулярно линии этой стереобазы, с наклонной диагональных линий под углом предпочтительно 90 градусов; в видеокамере для видеосъёмки трехракурсных стереокадров, три микролинзы или три входных отверстия в каждом объективе взаимно расположены на расчётном расстоянии в площади левого и правого входного зрачка своего объектива предпочтительно расположены в вершина равностороннего треугольника, с симметричным расположением этих треугольников относительно линии проходящей по центру и перпендикулярной линии съёмочной стереобазы; все микролинзы или входные отверстия расположены ближе к контуру площади каждого объектива равной площади зрачка глаза пользователя; указанное расположение микролинз или входных отверстий объективов выполнено с учётом возможности формирования заявленными стереодисплеями аналогичных одноракурсных левых и правых кадров, формируемых и наблюдаемых в соответствующих точечных фокальных зонах видения одноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары или видения аналогичных разноракурсных левых и правых кадров горизонтальной стереопары в соответствующих точечных фокальных зонах одновременного видения двухракурсных или трёхракурсных одноимённых левых и правых кадров совмещаемых автоматически с расчётными точками в площади зрачков одноимённых глаз пользователя; видеокамера отличается тем, что для однокадровой съёмки моноцветных кадров левого стереокадра и однокадровой съёмки моноцветных кадров правого стереокадра, из любого одного ракурса съёмки одноракурсных или двухракурсных или трёхракурсных стереокадров в каждой указанной съёмочной камере установлены перед каждой микролинзой или перед каждым входным отверстием по одной системе из трех светочувствительных матриц со светорасщепительной призмой, в любой указанной видеокамере первая трёхматричная система расположена напротив микролинзы или входного объектива, перед каждой другой микролинзой или входным отверстием установлено наклонное под углом 45 градусов микрозеркало а перед этим зеркалом установлена другая трёхматричная система для автономной однокадровой съёмки из ракурса съёмки через эту линзу или входное отверстие, с учётом взаимного расположения всех матричных систем в пространстве, свободном для проекций света для съёмки разноракурсных кадров с учётом обеспечения поочерёдной видеосъёмки всеми матричными системами для возможности поочерёдного отображения разноракурсных стереокадров общей цветной видеоматрицей в заявленном стереодисплее 2. A stereoscopic video camera for video recording of three-dimensional objects and video recording of these video images contains a shooting camera with an opaque casing, in which a lens for shooting the left frame is installed, a lens for shooting the right frame and a system of photosensitive matrices for forming video signals of a horizontal stereo pair; each objective is made in the form of one or two or three microlens objectives, or one or two or three hole inlets; the matrix system contains electronic gates and readers for sequential reading of analog signals from video matrices; analog-to-digital converters are connected to these readers to convert these signals into digital form; if necessary, the video camera contains a microphone with an audio codec connected to it for generating audio signals; one or more are connected to analog-to-digital converters and an audio codec software digital video processors with codecs for compressing video signals and generating files of mono-color frames with sync signals for forming a composite video signal by this processor; an electronic-optical viewfinder is connected to these video processors for video control of video filming and control of the modes of operation of a video camera and a memory card with a digital medium for video recording of these video signals to a digital medium; the processor is made with video outputs for transmitting video signals to a computer compatible software and technically with a video camera for video editing of these video recordings and / or to a stereo display for playback and stereo observation of these video recordings; or to transmit these video signals to other external devices; in a video camera for filming two-angle stereo frames, two microlenses or two inlets of each lens in a video camera for filming two-angle stereo frames are mutually located in the area of the left and right entrance pupils of their lens at the same calculated distance from the center of their lens through which the line of the filming stereo base and symmetrically passes. in the center and perpendicular to the line of this stereo base, with oblique diagonal lines at an angle of preferably 90 degrees; in a video camera for filming three-angle stereo frames, three microlenses or three entrance holes in each lens are mutually located at a calculated distance in the area of the left and right entrance pupils of their lens, preferably located at the apex of an equilateral triangle, with the symmetrical arrangement of these triangles relative to the line passing through the center and perpendicular line filming stereo base; all microlenses or entrance holes are located closer to the contour of the area of each objective equal to the area of the pupil of the user's eye; The indicated arrangement of microlenses or lens inlets is made taking into account the possibility of the claimed stereo displays forming similar single-angle left and right frames formed and observed in the corresponding point focal zones of vision of single-angle left and right frames of a horizontal stereopair or vision of similar different-angle left and right frames of a horizontal stereo pair focal zones of simultaneous vision of two-angle or three-angle left and right frames of the same name, which are automatically aligned with the calculated points in the area of the pupils of the user's eyes of the same name; the camcorder differs in that for one-frame shooting of mono-color frames of the left stereo frame and one-frame shooting of monochromatic frames of the right stereo frame, from any one angle of shooting one-angle or two-angle or three-angle stereo frames in each specified shooting camera are installed in front of each microlens or in front of each input a hole in one system of three light-sensitive matrices with a light-splitting prism, in any specified video camera the first three-matrix system is located opposite the microlens or entrance lens, in front of each other microlens or entrance aperture there is a micro-mirror inclined at an angle of 45 degrees, and in front of this mirror there is another three-matrix system for autonomous single-frame shooting from a shooting angle through this lens or an entrance hole, taking into account the relative position of all matrix systems in the space free for light projections for shooting different-angle frames, taking into account the provision of alternate video recording by all matrix systems for the possibility of alternating display of multi-angle stereo frames in a common color video matrix
PCT/RU2020/000425 2019-08-16 2020-08-12 Stereo display and video camera for filming 3d images for said stereo display WO2021034218A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019125966 2019-08-16
RU2019125966A RU2019125966A (en) 2019-08-26 2019-08-26 Stereo display and video camera for shooting 3D video images for this stereo display

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2021034218A2 true WO2021034218A2 (en) 2021-02-25
WO2021034218A3 WO2021034218A3 (en) 2021-12-23

Family

ID=74660779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000425 WO2021034218A2 (en) 2019-08-16 2020-08-12 Stereo display and video camera for filming 3d images for said stereo display

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2019125966A (en)
WO (1) WO2021034218A2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2201310C2 (en) * 2000-01-27 2003-03-27 Открытое акционерное общество "Калужский завод автомобильного электрооборудования" Method for pressing out hollow polyhedral articles
US6511182B1 (en) * 2001-11-13 2003-01-28 Eastman Kodak Company Autostereoscopic optical apparatus using a scanned linear image source
RU2322771C2 (en) * 2005-04-25 2008-04-20 Святослав Иванович АРСЕНИЧ Stereo-projection system
RU2698919C2 (en) * 2017-07-18 2019-09-02 Святослав Иванович АРСЕНИЧ Stereo display (embodiments), video camera for stereoscopic shooting and method for stereoscopic images computer formation for such stereo display

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021034218A3 (en) 2021-12-23
RU2019125966A (en) 2021-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105549305B (en) Portable electronic equipment, camera shooting structure therein and method for acquiring image
US3670097A (en) Stereoscopic television system and apparatus
US7118228B2 (en) Image display system
US7171088B2 (en) Image input device
US5764280A (en) Display system including an image generator and movable scanner for same
KR101009706B1 (en) Imaging device and imaging method, and display unit and display method
JP5428378B2 (en) Image display system, image communication system
US20100045773A1 (en) Panoramic adapter system and method with spherical field-of-view coverage
KR20040028919A (en) An Image Projecting Device and Method
CN1247994A (en) Stereoscopic full views watching system
EP1510857A1 (en) Display device and display method
KR100351805B1 (en) 3d integral image display system
RU2698919C2 (en) Stereo display (embodiments), video camera for stereoscopic shooting and method for stereoscopic images computer formation for such stereo display
JP6907616B2 (en) Stereoscopic image imaging / display combined device and head mount device
WO2021034218A2 (en) Stereo display and video camera for filming 3d images for said stereo display
JP4332780B2 (en) Display device
JPH11331879A (en) Stereoscopic image projector and jig for stereoscopic vision of image
JPH09327042A (en) Video camera device for image pickup for three-dimension stereoscopic video signal converter and optical adaptor used for the video camera device
JPH08116555A (en) Stereoscopic still image pickup system
WO2000023842A1 (en) Anamorphic technique for filming and projecting images of 360 degree
WO2021143640A1 (en) All-solid-state holographic photographing device and all-solid-state holographic projector
CN220289940U (en) Image capturing apparatus
CN100407041C (en) Stereoscopic image projector
KR101359421B1 (en) Digital capturing device
US20240053662A1 (en) Modular action camera lens assembly and mounting system

Legal Events

Date Code Title Description
WA Withdrawal of international application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20855604

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2