СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СТЕРЕОПРОСТРАНСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (СТЕРЕОМОНИТОР)
STEREOSPACE FORMATION METHOD AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD (STEREOMONITOR)

Изобретение относится к оптике и предназначено для формирования перед оператором объемного стереоскопического изображения, наблюдаемого без специальных очков, и может быть использовано в стереотелевидении, системах дистанционного управления различных объектов (беспилотные самолеты и танки), лапароскопии и т.п.
Известен способ формирования стереопространства, реализованный фирмой Dimension Technologies в виде стереомонитора DTI-15, информация опубликована на сайте www:dti3d.com, основанный на использовании в качестве подсветки жидкокристаллического экрана (далее ЖКИ) матричной световой панели, которая располагается за экраном. Положения светящихся точек матричной световой панели выбраны таким образом, чтобы свет от определенной точки матричной световой панели, проходя через определенный пиксель жидкокристаллического экрана, попадал в определенный глаз наблюдателя. Таким образом, в пространстве перед монитором создается несколько зон наблюдения стереоизображения.
К недостаткам этого способа стоит отнести фиксированное положение зон, где может наблюдаться стереоизображение, при этом в пространстве присутствует такое же количество зон, где отсутствует стереоизображение, что приводит к необходимости держать голову наблюдателя (оператора) в жестко установленном районе по горизонтали ±30 мм, что в свою очередь ведет к физическому и психологическому напряжению наблюдателя.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ формирования стереопространства, реализованный фирмой Sharp в виде стереомонитора Sharp LL-151-3D, информация опубликована на сайте www:sharp-world.com, основанный на использовании двух жидкокристаллических экранов расположенных параллельно друг за другом. Основной - цветной ЖКИ не отличается от обычного экрана и формирует цветные изображения на своей поверхности. За основным экраном располагается черно-белый ЖКИ, который выполняет функцию матричной световой панели, с той лишь разницей, что осветитель исполняется в виде обычной светодиодной или иной подсветки, а черно-белый ЖКИ перекрывает свет для того или иного пикселя основного экрана. Включение пикселей черно-белого ЖКИ осуществляется поочередно вертикальными столбцами расположенными рядом (например, если включены пиксели четного ряда, то пиксели нечетного ряда выключены). Свет от излучателя, проходя через пространственную пару пиксели двух ЖКИ, попадает на определенный глаз наблюдателя, что приводит к формированию зоны, где можно наблюдать стереоизображение.
К недостаткам этого способа стоит отнести фиксированное положение зон, где может наблюдаться стереоизображение, при этом в пространстве присутствует такое же количество зон, где отсутствует стереоизображение, что приводит к необходимости держать голову наблюдателя (оператора) в жестко установленном районе по горизонтали ±30 мм, что в свою очередь ведет к физическому и психологическому напряжению наблюдателя.
Задача, на решение которой направлено изобретение, это создать такой способ формирования стереоизображения, при котором независимо от положения головы наблюдателя в пространстве наблюдалось стереоизображение.
Технический результат направлен на создание устройства (стереомонитора), формирующего стереоизображение, которое может наблюдаться несколькими людьми независимо от положения их голов (пар глаз) в пространстве.
В предлагаемом способе и устройстве технический результат достигается использованием осветителя и двух ЖКИ (цветного и черно-белого), при этом на основной ЖКИ устанавливается линзовый растр, состоящий из множества параллельных положительных цилиндрических линз, а за пространством, где находятся наблюдатели, следит видеокамера, с помощью которой определяется положение пар глаз наблюдателей, и в соответствии с чем, корректируется включение пикселей черно-белого ЖКИ, расположенных в фокальной плоскости линзового экрана.
Способ формирования стереопространства и устройство для его осуществления (стереомонитор) поясняется фигурами 1-2.
На фигуре 1 показан ход лучей, объясняющий способ формирования стереопространства.
На фигуре 2 показана блок-схема способа и устройства формирования стереопространства.
Способ формирования стереопространства поясняется фигурой 1 и заключается в следующем - перед жидкокристаллическим экраном (далее ЖКИ) 5, формирующим цветное изображение, устанавливается линзовый растр, состоящий из множества параллельных положительных цилиндрических линз, расположенных на одной плоскости 6 (на фигуре 1 изображена одна линза растра 6), который формирует изображение глаз наблюдателя вблизи фокальной плоскости линз 6 (расстояние до наблюдателя значительно больше фокального расстояния линз в плоскости фокусировки). Так как линзовый растр состоит из цилиндрических линз, то об изображении глаз в фокальной плоскости линз можно говорить только для одной оси изображения. В фокальной плоскости линз 6 располагается черно-белый ЖКИ 2, который, пропуская через себя линейно поляризованный свет от осветителя 1, освещает цветной ЖКИ 5. Как видно из фигуры 1, пиксель 3 черно-белого ЖКИ 2 участвует в формировании изображение на цветном ЖКИ 5 для глаза L наблюдателя 7, а пиксель 4 черно-белого ЖКИ 2 участвует в формировании изображение на цветном ЖКИ 5 для глаза R наблюдателя 7. Если попеременно включать пиксели 3 и 4 черно-белого ЖКИ 2 и синхронно с переключением пикселей 3 и 4 формировать изображение стереопары на цветном ЖКИ 5, то наблюдатель 7 будет наблюдать стереоизображение. Если глаз R наблюдателя 7 перемещается в положение R', то его изображение, построенное линзой 6, соответственно перемещается на пиксель 4' черно-белого ЖКИ 2, который должен начать работу вместо пикселя 4. Для того чтобы отслеживать процесс перемещения глаз наблюдателя в пространстве, необходимо использовать видеокамеру 8, фигура 2, и блок управления стереоизображений 9, который управляет пикселями черно-белого ЖКИ 2 в соответствии с информацией, полученной от видеокамеры 8. Это позволяет добиться отсутствия зон стереопространства, где отсутствует стереоизображение. Для того чтобы стереоизображение наблюдало несколько людей, необходимо чтобы поперечный размер каждой линзы растра 6 был как минимум в 10 раз больше величины одного пикселя черно-белого ЖКИ 2, а видеокамера фиксировала все глаза наблюдателей. Линзовый растр 6 не вносит оптических искажений (аберраций) в изображении, так как он располагается вплотную к цветному ЖКИ 5 (расстояние от ЖКИ экрана 5 до главной плоскости линзы 6 значительно меньше расстояния от ЖКИ экрана 5 до фокальной плоскости линз 6). Вместо линзового растра 6 можно использовать обычную положительную линзу Френеля. При использовании линзы Френеля увеличатся габаритные размеры всего устройства. Для удаления зон переключения, создающихся за счет пиксельной структуры черно-белого ЖКИ, нужно плоскость пикселей этого экрана немного вывести из фокальной плоскости линзового растра, при этом изображение глаз наблюдателя будет строится на нескольких пикселях экрана, что приведет к улучшению условий наблюдения стереоизображения. Линзовый растр 6 может располагаться как перед цветным ЖКИ 5, так и после него, так как это не влияет на формирование изображение глаз наблюдателей на поверхности черно-белого ЖКИ 2.
Способ формирования стереопространства состоит в освещении линейно поляризационным светом черно-белого жидкокристаллического экрана 2, который в свою очередь поочередно включает те пары пикселей 3 и 4, на которых с помощью линзового растра 6 строится изображение пары глаз наблюдателя 7, с помощью которых осуществляется освещение цветного жидкокристаллического экрана 5, который в свою очередь синхронно с переключением пикселей черно-белого жидкокристаллического экрана 2 формирует стереопару. Для определения пар пикселей черно-белого жидкокристаллического экрана 2, на которых строится изображение глаз наблюдателя и которые должны поочередно включаться, используется блок управления стереоизображением 9, который связан с видеокамерой 8, с помощью которой в свою очередь определяется положение глаз наблюдателей 7 в пространстве. Вместо линзового растра 6 может использоваться положительная линза Френеля.
Устройство для формирования стереопространства (стереомонитор) приведено на фигуре 2, состоит из последовательно установленных по ходу световых лучей осветителя 1, черно-белого жидкокристаллического экрана 2, цветного жидкокристаллического экрана 5, линзового растра 6, при этом черно-белый жидкокристаллический экран 2 расположен вблизи фокальной плоскости линзового растра 6, а цветной жидкокристаллический экран 5 расположен вплотную к линзовому растру 6, кроме этого используется видеокамера 8 и блок управления стереоизображением 9. Вместо линзового растра 6 можно использовать положительную линзу Френеля.
Устройство для формирования стереопространства (стереомонитор) работает следующим образом - с помощью осветителя 1 формируется линейно поляризационный свет 1, который падает на черно-белый жидкокристаллический экран 2, который в свою очередь поочередно включает те пары пикселей 3 и 4, на которых с помощью линзового растра 6 строятся изображения пары глаз наблюдателя 7. Пиксели 3 и 4 поочередно освещают цветной жидкокристаллический экран 5, который в свою очередь синхронно с переключением пикселей черно-белого жидкокристаллического экрана 2 формирует стереопару. Для определения пар пикселей черно-белого жидкокристаллического экрана 2, на которых строится изображение глаз наблюдателя и которые должны поочередно включаться, используется блок управления стереоизображением 9, который связан с видеокамерой 8, с помощью которой в свою очередь определяется положение глаз наблюдателей 7 в пространстве. Вместо линзового растра 6 может использоваться положительная линза Френеля.