Автостереоскопічна система

Автостереоскопічна система, що включає поверхню візуалізації з підготовленою до сепарації стереопарою і знімний екран з растровою оптичною структурою, розташований перед поверхнею візуалізації, яка відрізняється тим, що стереопара виконана у формі анагліфа, а знімний екран складається з двох растрів, розташованих по різні сторони загальної фокальної площини, яка розсіює світловий потік, кожний з яких складається з лінзових елементів і/або їхніх оптичних еквівалентів, розташованих на поверхні без проміжків, з утворенням співвісних пар лінзових елементів, кожна з яких містить анагліфічний фільтр. (19) (21) a200601040 (22) 03.02.2006 (24) 10.10.2007 (72) ОДНОРОЖЕНКО ВАСИЛЬ БОРИСОВИЧ, UA, СТЕПАНЯН БЕНИАМИН ГУРГЕНОВИЧ, UA (73) ОДНОРОЖЕНКО ВАСИЛЬ БОРИСОВИЧ, UA, СТЕПАНЯН БЕНИАМИН ГУРГЕНОВИЧ, UA (56) SU 1054819, 28.05.1982 RU 2164702, 27.03.2001 RU 2168192, 27.05.2001 WO 9909750, 25.02 1999 US 4929017, 01.03.1988 US 2004263970, 30.12.2004 EP 1423979, 02.06.2004 JP 5100204, 23.04.1993 JP 62077794, 09.04.1987 3 роздільно відновлюються обидва ракурси - для лівого і правого ока. Практична реалізації відомої стереоскопічної системи перегляду вимагає прецизійного позиціювання оптичних елементів лентикулярного растра щодо смужок підготовленого зображення. Відома автостереоскопічна система - згідно [патенту RU №2168192 від 27.05.2001p. МПК 7 G02В27/22, Н04N13/00 "Візуальний пристрій відображення і спосіб формування тривимірного зображення"]. Відоме технічне рішення засноване на застосуванні ґратчастої маски, що складається з окремих оптичних елементів з перемінною фокусною відстанню, установленої поверх поля Дискретних мікрографічних елементів зображення - пікселів так, що кожен піксель позиціонований на оптичній осі окремого оптичного елемента. Зовнішнє керування фокусною відстанню окремих оптичних елементів дозволяє імітувати розходження в глибині зорового сприйняття відповідних пікселів, тобто виявляти стерео ефект від зображення в цілому. Відоме технічне рішення є складним і громіздким по числу складових елементів і їхньої організації в єдину конструкцію. Головною проблемою реалізації вищерозглянутих технічних рішень є вимога прецизійного позиціювання оптичних елементів щодо елементів спеціально підготовленого зображення на поверхні візуалізації. Практичне використання таких систем забезпечується жорстким закріпленням їхніх оптичних елементів відносно пікселів зображення, що виключає взаємний дрейф (зсув) оптичних елементів, і тому подібні рішення практично виключають 2D/3Dконвертування. Оскільки в даний час основні виробники і споживачі відеопродукції використовують 2Dформат її візуалізації, можливість сумісності і використання наявних 2D-ресурсів для їхньої трансформації в 3D-формат є актуальною технічною задачею. Відомо 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 зі спеціально підготовленим зображенням, що поділяється на пікселі. Елементи оптичних фат позиційовані відносно пікселів зображення й об'єднані в автономну з'ємну ґратчасту пластину. На поверхні візуалізації через ґратчасту пластину глядач бачить стереоскопічне зображення. Таким чином, з'ємна ґратчаста пластина повинна забезпечити 2D/3D-конвертацію зображення. Однак, на практиці точне позиціювання ґратчастої пластини на дисплеї відносно пікселів зображення є складною оптико-механічною задачею, що не вирішена у відомому технічному рішенні, й у цьому випадку неминучі викривлення зображення, яке проектується скрізь пластину, і втрата стерео ефекту. Відомо технічне рішення автостереоскопічної системи - відповідно до [патенту US 2004263970 від 30.12.2004р. МПК G 02 В 27/22 "Convertible autostereoscopic flat panel display" (найближчий аналог)]. Відома система включає плоский екран 80627 4 монітора - поверхня візуалізації, на якій знаходиться піксельне зображення стереопари, підготовленої до сепарації методом ЛиппманаБонне, а також з'ємний екран у виді лентикулярного растра розташованого паралельно поверхні візуалізації. Відома автостереоскопічна система включає засоби для юстування у формі оптичного тесту, реалізованого у виді орієнтованого щілинного растра на екрані монітора разом із пристроєм механічного зсуву з'ємного екрана з оптичними елементами щодо підготовленого зображення на поверхні візуалізації. Очевидним обмеженням відомої системи є вимога плоского моніторного екрана і дискомфортність від непереборних спеціальних дій користувача по підстроюванню положення з'ємного екрана, що вимагають часу і супроводжуються неминучою утратою відеоінформації. Задачею технічного рішення, що заявляється, є створення комфортної автостереоскопічної системи, що забезпечує високу якість стереоскопічного зображення при конвертуванні 2D-формата у 3D-формат. Поставлена задача вирішується тим, що в автостереоскопічній системі, що включає поверхню візуалізації з підготовленою до сепарації стереопарою і з'ємний екран з растровою оптичною структурою, розташований перед поверхнею візуалізації, відповідно до технічного рішення, що заявляється, підготовлена до сепарації стереопара виконана у виді анагліфа, а з'ємний екран складається з двох растрів, розташованих по різні сторони загальної фокальної площини, що розсіює світловий потік, кожний з яких складається з лінзових елементів і/або їхніх оптичних еквівалентів, покладених на поверхні без проміжків, з утворенням співвісних пар лінзових елементів, кожна з яких містить анагліфічний фільтр. Суть винаходу полягає в тім, що сепарація ракурсів стереопари анагліфічно підготовленого зображення здійснюється передбаченою в технічному рішенні, що заявляється, растровою структурою з анагліфічною фільтрацією, що не вимагає прецизійного позиціювання щодо поверхні візуалізації. Це забезпечує конвертацію 2Dформата в 3D-формат, виключає необхідність підстроювання з'ємного екрана в процесі його установки і використання, а також забезпечує відтворення стерео ефекту зі стійкою якістю анагліфічної технології. Таким чином, конвертація 2D-формата в 3Dформат для користувача зводиться тільки до приєднання з'ємного екрана до поверхні візуалізації з підготовленим зображенням. При цьому, представлення стереопари у виді анагліфа забезпечує розміщення кожного її ракурсу на всій поверхні візуалізації, що забезпечує високу якість представлення кожного ракурсу стереозображення за рахунок виключення втрати точності - чіткості і контрастності, непереборну в найближчому аналогу, де використовується тільки половина кінцевого числа пікселів на поверхні візуалізації. 5 Крім відзначеного, представлення стереопари у виді анагліфа на поверхні візуалізації інваріантно відносно: поліграфічної, що не передбачено найближчим аналогом, або екранної (телевізійні, комп'ютерні або спеціальні монітори/індикатори) поверхонь візуалізації; топології і організації кольоровосвітлоформуючих пікселів; цей режим не підтримується найближчим аналогом при нерозмірності мікрографічної геометрії екрана й елементів растра, а також у випадку горизонтального розміщення кольоровоутворюючих піксельних елементів; цифрового або аналогового, включаючи ЕПТ, відтворення зображень на поверхні візуалізації; найближчий аналог, через локальну нестабільність зображення на ЕПТ- екрані, не підтримує такий режим; Крім того слід зазначити, що анагліфічне представлення стереопари, у силу особливостей його формування, зберігає повне (без топологічних деформацій) відтворення кожного її ракурсу; це дозволяє пряме (без з'ємного екрана) візуальне сприйняття зображення, що неможливо в найближчому аналогу, а також виключає непереборну в найближчому аналогу половинну втрату освітленості (світловіддачі для випромінюючих екранів) кожного ракурсу стереопари, оскільки зображення в рішенні найближчого аналога займає лише половину поверхні візуалізації; Растрова структура технічного рішення, що заявляється, успадковує і розвиває відомий багатокомпонентний підхід у побудові автостереоскопічної системи. Два растри, кожний з яких складається з лінзових елементів і/або їхніх оптичних еквівалентів, покладених на поверхні без проміжків, з утворенням співвісних пар лінзових елементів, і симетрично розташованих щодо загальної фокальної площини, що розсіює світловий потік, - забезпечують кодуваннядекодування об'ємної сцени, що неспотворює зображення з боку об'єктива і його стереовідтворення для глядача з боку окуляра, як якби він спостерігав об'ємну сцену через прозорий екран. Ця функціональна прозорість растрової конструкції технічного рішення, що заявляється, означає можливість його позиціювання на довільному місці між об'єктом і глядачем. Як наслідок, виключається обмеження найближчого аналога на використання з'ємного екрана тільки для плоских поверхонь візуалізації, на примикання з'ємного екрана, а також можливий вплив товщини зовнішнього матеріалу монітора і його оптичних властивостей. Допускається також визначене зрушення (поворот/зсув у власній площині) растрової' конструкції технічного рішення, що заявляється. Крім того, за рахунок можливої роздільноїзміни кривизни лінз у растрівкомпонентів, - маємо відсутню в аналогах можливість оптичного регулювання стерео ефекту в частині зміни паралакса й опто-зффектів у формі наближення-віддалення об'єктної сцени. 80627 6 Растри-компоненти можуть бути не тільки лентикулярними, як у найближчому аналогу, але також кусочно-лінійними (зі східчастим зсувом лінзових елементів, - для згладжування розривів між фронтальними зонами перегляду) і іншими мультилінзовими, або їх оптичними еквівалентами (френелєвскими, щілинними, голограмними). Параметри растрів-компонентів (кривизна лінзових елементів, крок/геометрія розміщення, матеріал) технологічно визначаються завданням дистанції фронтального видалення глядача від поверхні візуалізації і кутами перегляду цієї поверхні. Таким чином, оптичні властивості растрової конструкції технічного рішення, що заявляється, допускають: - не тільки паралельне або щільне розташування з'ємного екрана щодо поверхні візуалізації (як у найближчому аналогу), але також його нееквідістантне розташування щодо цієї поверхні; - не тільки плоску поверхню візуалізації (як у найближчому аналогу), але також кривизну цієї поверхні в діапазоні стандартних значень для зовнішніх поверхонь телевізійних, комп'ютерних і спеціальних моніторів; повне виключення прецизійного горизонтально-вертикального настроювання положення растрової конструкції технічного рішення, що заявляється, за рахунок відзначеної інваріантості оптичних ефектів при вертикальному і/або горизонтальному зсуві з'ємного екрана щодо поверхні візуалізації; - повне виключення кутового настроювання положення з'ємного екрана, за рахунок інваріантості оптичних ефектів при поворотах растрової конструкції технічного рішення, що заявляється, щодо поверхні візуалізації на кути в діапазоні припустимих поворотів світлофільтровальної пари в анагліфічній технології; оптичне регулювання паралакса і наближення/віддалення об'єктної сцени за рахунок можливості реалізації різної кривизни лінзових елементів на растрах-компонентах растрової конструкції технічного рішення, що заявляється. Анагліфічні фільтри, створені так, що їхня оптична проекція на фокальну площину лінзової пари заповнює цю площину й утворює дві суцільні різнобарвні зони, що симетрично примикають до оптичної площини циліндричної лінзи, або до діаметра заданої орієнтації в проекції сферичної лінзи на фокальну площину. Сукупність анагліфічних фільтрів окремих лінзових пар, створюють інтегральний анагліфічний фільтр-сепаратор системи. При фокальному розміщенні локальних анагліфічних фільтрів утвориться суцільний анагліфічний фільтр системи. У суцільному анагліфічному фільтрі системи, наприклад на базі лентикулярного растра, суміжні локальні анагліфічні фільтри примикають один до одного областями різних кольорів і утворюють регулярну структуру з паралельних смуг однакової ширини (розміром h/2), з чергуванням фарбування, кожна пара позиційована під 7 циліндричними лінзами растра. При цьому, парні смуги пофарбовані одним кольором, непарні іншим; а одноколірні смуги чергуються з кроком растра h. Для інших мультилінзових растрів суцільні фокальні анагліфічні фільтри також мають регулярну структуру, визначену щільною геометрією розміщення, наприклад, сферичних лінз і примиканням їхніх фокальних областей. Функціональне поєднання растрової конструкції й анагліфічного сепаратора ракурсів у з'ємний екран забезпечує прояв автостереоскопічного ефекту при зручному користуванні - вільному навішенні з'ємного екрана на анагліфічне зображення на поверхні візуалізації. Це підтверджується прикладом виконання технічного рішення автостереоскопічної системи , що заявляється. На Фіг.1 показана автостереоскопічна система (загальний вид); На Фіг.2 показана растрова конструкція з'ємного екрана (варіант лентикулярних растрів); (а) - растрова конструкція в зборі, (б) компоненти з'ємного екрана; 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 підготовленою до сепарації стереопарою і з'ємний екран 2 з растровою оптичною системою, розташованою перед поверхнею 1 візуалізації. Стереопара виконана у формі анагліфу, а з'ємний екран 2 складається з двох растрів - 3, 4, розташованих по різні сторони загальної фокальної площини 5, що розсіює світловий потік, . Кожний із двох растрів 3, 4, складається з лінзових елементів 6 і/або їхніх оптичних еквівалентів, розташованих на поверхні без проміжків, з утворенням пар 7 лінзових елементів 6 с загальною оптичною віссю 8. Кожна пара 7 співвісних лінзових елементів постачена анагліфічним фільтром 9. Кожен анагліфічний фільтр 9 складається зі світлофільтровальної пари комплементарних кольорів - наприклад, фільтра червоного кольору 10 і фільтра синього кольору 11. Автостереоскопічна система функціонує таким чином: Прояв стереоефекту автостереоскопічної системи при використанні анагліфічного зображення стереопари і лентикулярної растрової структури (растри 3, 4, і фокальна площина 5) з анагліфічним мультифільтром, який в свою чергу складається з анагліфічних фільтрів 9 кожної пари 7 співвісних лінзових елементів 6 з фокальним розміщенням анагліфічного фільтра 9 включає наступні етапи: - випромінений (відбитий) анагліфічним зображенням інтегральний світловий потік самофокусується в фокальній площині 5 симетрично відносно оптичного центра 12 лінзиоб'єктива 13, тобто горизонтально-інвертований фрагмент лівого ракурсу відбивається в зоні розсіювання праворуч від оптичної віссі 8 лінзової пари 7. Аналогічно, інвертований фрагмент правого ракурсу відбивається в зоні розсіювання 80627 8 ліворуч оптичної віссі 8 лінзової пари 7. Відбулось автоматичне кодування зображення, аналогічне методу Липпмана-Бонне у зоні розсіювання лінзової пари 7; - змішані кольорові образи проекуються через світлофільтри 10,11 і розсіюються в тіло прилеглого окулярного растра 14. При цьому фільтр червоного кольору 10 виділяє лівий ракурс, а фільтр синього кольору 11 - правий ракурс початкової стереопари; - декодування інтегральних образів ракурсів відбувається автоматично на основі властивостей мультилінзового окулярного растра 14, у фокальній площині 5 якого , у зоні розсіювання, розташовується зображення, закодоване аналогічно методу Липпмана-Бонне, тобто параксіальні промені розсіяного випромінювання , а також нецентральні промені, які переломляються - для нефронтального огляду, забезпечують реінверсію ракурсних фрагментів та їх кутове орієнтування для бінокулярного (стереоскопічного ) сприйняття декодованого зображення глядачем на заданій дистанції перегляду. Таким чином, на прикладі показано, що сукупність суттєвих ознак технічного рішення, що заявляється, вирішує поставлену задачу створення комфортної автостереоскопічної системи, що забезпечує високу якість стереоскопічного зображення при конвертуванні 2D-формата в 3D-формат. Растрова структура з убудованим анагліфічним фільтром одночасно виконує дві функції: сепарацію ракурсів і їхнє кодування-декодування. Оптичні властивості з'ємного екрана, який включає растрову структуру і анагліфічний фільтр, забезпечують фрагментовану сепарацію окремими фільтрами ракурсів анагліфічного зображення з поверхні візуалізації растромоб'єктивом і упорядковане симетрироване оптичне самофокусування цих фрагментів у фокальній площині окулярного растра, що забезпечує глядачеві прояв автостереоскопічного ефекту для об'ємних сцен. Тим самим технічне рішення, що заявляється вирішує поставлену задачу забезпечує високий ступінь комфортності для користувача і належний ступінь якості стереоскопії при 2D/3D-конвертації вихідного зображення. Показано також, що можливості автостереоскопічної системи, що заявляється, інваріантні щодо аналогового або цифрового представлення зображень, для статичної або динамічної графіки. Реалізація автостереоскопічної системи, що заявляється, можлива в конструктивно простих, пасивному або активному, варіантах виготовлення растрової структури, допускає як її начіпне, так і убудоване застосування в засобах візуалізації, без обмежень, пов'язаних з вимогами прецизійності позиціювання на поверхні візуалізації. Система, що заявляється, придатна для будь-яких засобів індикації (включаючи різні моніторні екрани) і є повністю сумісною з довільними пристроями 2D-формату і поліграфією. При цьому використовується стандартне анагліфічне представлення 9 стереопари, освоєне і підтримуване в поліграфії, у компьютинзі і на телебаченні, - без яких-небудь медико-біологічних обмежень для глядачів. 80627 10