Автостереоскопічна система “stereostep-multicolor”

Корисна модель відноситься до техніки демонстрації/показу стереоскопічних зображень і може бути використаний в телебаченні, рекламі, в компьютінзі, в системах контролю і управління, САПР, ігровій техніці, для створення тренажерів/симуляторів, в авіоніці і приладобудуванні, в науці, освіті, медицині для об'ємного моделювання і візуального представлення статичних образів і динамічних процесів 2D-формату в 3D-форматі. Оскільки в даний час основні виробники і споживачі відеопродукції використовують 2D-формат її візуалізації, можливість сумісності і використовування 2D-pecypciв для їх трансформації в 3D-формат є актуальною технічною задачею. Створення тривимірного зображення продовжує залишатися серйозною технічною проблемою. Відомий метод кольорових анагліфів, який полягає в отриманні стереоскопічного зображення з використанням двох забарвлених в додаткові/комплементарні кольори зображень-ракурсів, що становлять стереопару, яку потім розглядають за допомогою окулярів з світлофільтрами різного кольору для кожного ока. При розгляді стереопари через такі окуляри кожне око сприймає тільки свій ракурс/зображення. При цьому, завдяки ефекту бінокулярного поєднання ракурсів (конвергенції), формується об'ємне зображення. Широке використання цього технічного рішення обмежене дискомфортом користувача в частині необхідності носіння/використовування світлофільтровальних окулярів. У 1908 році Габріель Ліппман запропонував технологію запису і відтворення тривимірного зображення з використанням рельєфних оптичних пластин, що складаються з впорядковано розміщених мікролінз, і поклав початок розвитку багатокомпонентного підходу до тривимірної графіки. Ідею Ліппмана на растровій основі розвинув Моріс Бонне. Подальший розвиток даного підходу включає технічні рішення з варіаціями лінзових рельєфів або ґратчастих структур, - для отримання стереозображень за допомогою спеціально підготовленої для сепарації стереопари. Вказана підготовка полягає в графічному перетворенні ракурсів стереопари так, щоб при поєднанні зображення і растру, з урахуванням заломлення в ньому проміння, - обидва ракурси відновилися роздільно для кожного ока. Відоме технічне рішення - згідно [заявки WO 99/09750 від 25.02.1999p. МПК 7 G 02 В 27/22, Н 04 N 13/00 «Стереоскопічна система перегляду»]. Відоме технічне рішення включає підготовку початкової стереопари методом Ліппмана-Бонне, який полягає у тому, що ракурси стереопари перемежаються інвертованими вертикальними смугами із збереженням порядку їх проходження - по числу лінзових елементів лентікулярного растру, який, при накладенні на стисле смугове зображення, роздільно відновлює обидва ракурси - для лівого і правого ока. Практична реалізації даної стереоскопічної системи перегляду вимагає прецизійного позиціонування оптичних елементів лентікулярного растру щодо смужок підготовленого зображення. Відома автостереоскопічна система - згідно [патенту RU №2168192 від 27.05.2001p. МПК 7 G 02 В 27/22, Н 04 N 13/00 «Візуальний пристрій відображення і спосіб формування тривимірного зображення»]. Дане технічне рішення засноване на застосуванні гратчастої маски, що складається з окремих оптичних елементів із змінною фокусною відстанню, встановленої поверх поля дискретних мікрографічних елементів - пікселів (зображення) так, що кожен піксель позиціонується на оптичній осі окремого оптичного елементу. Зовнішнє управління фокусною відстанню окремих оптичних елементів дозволяє імітувати відмінності в глибині зорового сприйняття відповідних пікселів, тобто проявляти стерео ефект від зображення в цілому. Таке технічне рішення є складним і громіздким по кількості становлячих елементів і їх організації в єдину конструкцію. Головною проблемою реалізації технічних рішень, які розглянуті вище, є неусувна вимога прецизійного позиціонування оптичних елементів щодо елементів спеціально підготовленого зображення на поверхні візуалізації. Практичне використовування таких систем забезпечується жорстким закріпленням їх оптичних елементів щодо пікселів зображення, що виключає взаємний дрейф/зсув оптичних елементів, тому подібні рішення практично виключають 2D/3D-конвертування. Відоме технічне рішення автостереоскопічної системи - згідно [патенту US №4729017 від 25.02.1986р. МПК Н 04 N 13/00]. Відоме технічне рішення включає дисплейну поверхню візуалізації із спеціально підготовленим зображенням, яке ділиться на пікселі. Елементи оптичних грат позиціонуються щодо пікселів зображення і об'єднані в автономну знімну гратчасту пластину. На поверхні візуалізації через гратчасту пластину глядач бачить стереоскопічне зображення. Таким чином, знімна гратчаста пластина повинна забезпечити 2D/3Dконвертацію зображень. Проте, на практиці точне позиціонування гратчастої пластини на дисплеї щодо пікселів зображення є складною оптико-механічною задачею, яка не вирішена у відомому технічному рішенні, і в цьому випадку неминучі спотворення проектованого крізь пластину зображення і неминуча втрата стерео ефекту. Відоме технічне рішення автостереоскопічної системи - згідно [патенту US 2004263970 від 30.12.2004г. МПК G 02 В 27/22 "Convertible autostereoscopic flat panel display"] (найближчий аналог). Відома система включає плоский екран монітора - поверхня візуалізації, на якій знаходиться піксельне зображення стереопари, підготовленої до сепарації методом Ліппмана-Бонне, а також знімний екран у вигляді лентікулярного растру розташованого плоско-паралельно поверхні візуалізації. Відома автостереоскопічна система включає засоби для юстирування у формі оптичного тесту, реалізованого у вигляді орієнтованого щілистого растру на екрані монітора разом з пристроєм механічного зсуву знімного екрану з оптичними елементами щодо підготовленого зображення на поверхні візуалізації. Очевидним обмеженням даної системи є вимога плоского моніторного екрану і дискомфортність від неусувних спеціальних дій глядача по підстроюванню положення знімного екрану, які вимагають часу і супроводжуються неминучою втратою відеоінформації. Відоме технічне рішення автостереоскопічної системи - згідно [патенту України UA 14885 U, МПК G 02 В 27/22, Н 04 N 13/00 «Автстереоскопічна система (StereoStep)»], яка включає поверхню візуалізації з підготовленою до сепарації стереопарою і знімний екран з растровою оптичною системою, розташований перед поверхнею візуалізації. Стереопара виконана у формі анагліфу, а знімний екран складається з двох растрів, розташованих по різні сторони щодо загальної розсіюючої світловий потік фокальної площини, кожний з яких складається з лінзових елементів і/або їх оптичних еквівалентів, укладених на поверхні без проміжків, з утворенням співвісних пар лінзових елементів, кожна з яких містить анагліфічний фільтр (найближчий аналог). Суть відомого винаходу полягає у тому, що сепарація ракурсів стереопари анагліфічно підготовленого зображення здійснюється передбаченою в технічному рішенні, що заявляється, растровою структурою з анагліфічною фільтрацією, що не вимагає прецизійного позиціонування щодо поверхні візуалізації. Це забезпечує 2D-сумісність, виключає необхідність підстроювання знімного екрану в процесі його установки і використовування, а також забезпечує відтворення стереоефекту із стійкою якістю анагліфічної технології на будь-якій поверхні, а не тільки на плоскому екрані. Таким чином, конвертація 2D/3D-формату для користувача зводиться тільки до під'єднання знімного екрану до поверхні візуалізації з підготовленим зображенням. Проте відома автостереоскопічна система використовує анагліфічний принцип представлення тривимірної сцени (предмету), який обмежений лише двома ракурсами (однією стереопарою), оскільки використовує для кольорокодування тільки два комплементарні кольори. Два ракурси не можуть забезпечити можливість для користувача одержати глибинне об'ємне зображення об'єкту, яке можна розглядати під різними кутами в різних напрямах - так званий «ефект огляду» -, що функціонально обмежує відому систему. Задачею технічного рішення, яке заявляється, є створення автостереоскопічної системи, що забезпечує багаторакурсний огляд тривимірної сцени (предмету). Поставлена задача вирішується тим, що в автостереоскопічній системі, що включає поверхню візуалізації з підготовленим до сепарації кольорозакодованим зображенням і розташований перед поверхнею візуалізації знімний екран, що складається з двох растрів, розташованих по різні сторони щодо загальної фокальної площини, яка розсіює світловий потік, кожний з яких складається з лінзових елементів і/або їх оптичних еквівалентів, розміщених по поверхні без проміжків з утворенням співвісних пар лінзових елементів і/або їх еквівалентів, кожна з яких містить фільтр, згідно корисної моделі, кольорозакодоване зображення є багаторакурсною паралакс-стереограмою, виконаною в певному наборі і певній послідовності комплементарних кольорів, а фільтр виконаний у формі мультіколорного фільтру з відповідними паралакс-стереограмі набором і послідовністю кольорів. Суть корисної моделі, що заявляється, полягає у тому, що оскільки багаторакурсне паралакс-стереограмне зображення є серією сполучених зображень, кожна суміжна пара яких складає певну стереопару (ракурс), користувач, переміщаючись, має нагоду оглядати зображення з різних ракурсів (ефект огляду). Набір комплементарних кольорів може бути як стандартним фотографічним - червоно-синьо-зеленим, так і більш розширеним, наприклад, доповненим іншими комплементарними кольорами, а крім того, для технічного зору (роботів, наприклад) набір може включати кольори невидимого спектру - наприклад ультрафіолетовий і/або інфрачервоний. Обов'язковою умовою є точна відповідність послідовності кольорів мультіколорного фільтру з набором комплементарних кольорів багаторакурсної паралакс-стереограми. Таким чином, сепарація окремих ракурсів, представлених багаторакурсною паралакс-стереограмою, здійснюється передбаченою в технічному рішенні, що заявляється, растровою структурою з вбудованими світлофільтрами, що включають повний набір фільтрів, які декодують кольорозакодоване зображення кожного окремого ракурсу, - унаслідок чого (як і в анагліфі), не потрібне прецизійне позиціонування щодо поверхні візуалізації і забезпечується 20/30-конвертація мультіколорного формату, тобто надійне і стійке відтворення стерео-ефекту з якістю анагліфічної технології. Оскільки кольорозакодоване зображення є багаторакурсним, проявляється панорамний багаторакурсний огляд зображення, що передається . Це підтверджується прикладом виконання технічного рішення автостереоскопічної системи, що заявляється. На Фіг.1 показана автостереоскоігічна система (загальний вигляд); На Фіг.2 показана растрова конструкція знімного екрану (варіант лентікулярних растрів), (а) - растрова конструкція в зборі, (б) - компоненти знімного екрану; На Фіг.3 показана пара лінзових елементів із загальною оптичною віссю; На Фіг.4 показана схема прояву стереоефекту; Автостереоскопічна система, включає поверхню (1) візуалізації з підготовленим до сепарації зображенням і знімний екран (2) з растровою оптичною системою, розташований перед поверхнею (1) візуалізації. Багаторакурсна паралакс-стереограмма виконана колірним кодуванням ракурсів в базисі з сукупнокомплементарних кольорів, а знімний екран (2) складається з двох растрів (3), (4), розташованих по різні сторони щодо загальної розсіюючої світловий потік фокальної площини (5). Кожний з двох растрів (3), (4), - складається з лінзових елементів (6) і/або їх оптичних еквівалентів, укладених на поверхні без проміжків, з утворенням лінзових пар (7) із загальною оптичною віссю (8), і мультіколорного фільтру (9), який утворений локальними мультіколорнимі фільтрами (10) окремих пар (7) лінзових елементів (6). Кожен локальний мультіколорний фільтр (10) складається з певного набору комплементарних кольорів - наприклад, як у фотографічному базисі: фільтру червоного кольору (11), фільтру зеленого (12) і фільтру синього кольору (13). Прояв стереоефекту автостереоскопічної системи при використовуванні багаторакурсної паралаксстереограми і растрової структури (растри (3), (4), і фокальна площина (5)) з мультіколорним фільтром (9) на прикладі трибарвного фотографічного базису і з фокальним розміщенням мультіколорного фільтру (9) включає наступні етапи: - випромінений або відбитий стереограмою інтегральний світловий потік фокусується у фокальній площині (5) симетрично щодо оптичного центру лінзи-об'єктиву (15), тобто горизонтально-інвертований фрагмент лівого ракурсу відображається у області розсіяння праворуч від оптичної осі (8) лінзової пари (7); аналогічно, інвертований фрагмент правого ракурсу відображається у області розсіяння - ліворуч оптичної осі (7) лінзової пари, а центральний ракурс відображається між ними, - тим самим відбулося автоматичне кодування зображення, відповідне методу Ліппмана-Бонне у області розсіяння даної лінзової пари; - змішані кольорові образи проектуються через світлофільтри і розсіваються в тіло примикаючого окулярного растру (14); при цьому, фільтр червоного кольору (11) виділяє лівий ракурс, фільтр зеленого кольору (12) середній ракурс, а синій фільтр (13) правий ракурс початкової стереограмми; - декодування інтегральних образів ракурсу відбувається також автоматично - на підставі властивостей мультилінзового окулярного растру, у фокальній площині якого (у зоні розсіяння) розташовується зображення, закодоване у відповідності методу Ліппмана-Бонне, тобто параксіальні проміні розсіяного випромінювання (а також нецентрально заломлені промені - для нефронтального огляду) забезпечують реінверсію фрагментів ракурсів і їх кутове орієнтування для бінокулярного (стереоскопічного) сприйняття глядачем на заданій дистанції перегляду. Оптична організація мультіколорного фільтру (9) допускає просту технологічну реалізацію - у вигляді композиту з окремих фільтрів-компонентів. Таким чином, растрова структура з вбудованим мультіколорним фільтром одночасно виконує дві функції сепарацію ракурсів і їх кодування-декодування. Оптичні властивості знімного екрану (2), що включає растрову структуру, яка складається з двох растрів (3), (4) і мультіколорний фільтр (9), забезпечують фрагментовану самофокусування багаторакурсної паралакс-стереограми з поверхні візуалізації растром-об'єктивом - у фокальній площині окулярного растру, сепарацію цих фрагментів ракурсів окремими фільтрами і впорядковане симетроване відтворення сепарованих фрагментів ракурсів окулярним растром, що забезпечує глядачу прояв автостереоскопічного «ефекту огляду» для об'ємних сцен. Тим самим, технічне рішення, що заявляється, вирішує поставлену задачу - забезпечення багаторакурсного огляду з високим ступенем комфортності для користувача і із забезпеченням належної якості стереоскопії при 2D/3D-конвертації початкового зображення. Слід зазначити, що можливості автостереоскопічної системи, що заявляється, інваріантні щодо аналогового або цифрового представлення зображень, для статичної або динамічної графіки. Вони забезпечуються в конструктивно-простих, пасивному або активному варіантах виготовлення растрової структури, допускають її навісне або вбудоване застосування в засобах візуалізації, без початкових обмежень на прецизійність позиціонування на поверхні візуалізації, тобто для будь-яких засобів індикації (включаючи різні моніторні екрани) і з повною сумісністю з довільними пристроями 2D-формату і поліграфією. При цьому може використовуватися стандартне представлення стереограми в освоєному і підтримуваному фотографічному базисі кольорів - для поліграфії, в компьютінзі і на телебаченні, - без яких-небудь медично-біологічних (окрім дальтонізму) обмежень для глядачів.