СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
METHOD OF OBTAINING THREE-DIMENSIONAL IMAGES

Изобретение относится к оптике, в частности к способам управления направлением света, к оптическим системам с отражающими поверхностями. Кроме того, изобретение относится к декоративному искусству, в частности к средствам для получения декоративного эффекта, и может быть использовано для получения трехмерных изображений.
Аналоги отсутствуют.
Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке способа получения трехмерных изображений. Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в качественном повышении уровня визуализации изображений.
Указанный технический результат достигается реализацией способа получения трехмерных изображений, заключающегося в том, что в заданные моменты времени в области между двумя зеркальными поверхностями, расположенными друг напротив друга, генерируют импульсы света такой длительности, что вследствие многократного отражения света формируются несколько мнимых изображений, после чего осуществляют перевод одной из поверхностей из зеркального состояния в прозрачное и наблюдают мнимые изображения, удаленные на различные расстояния, причем степень удаления сформированных мнимых изображений зависит от интервала времени от момента появления импульса света до перехода одной из зеркальных поверхностей в прозрачное состояние.
Кроме того, через заданный интервал времени после перевода одной из поверхностей из зеркального состояния в прозрачное осуществляют перевод данной поверхности обратно из прозрачного состояния в зеркальное для последующего повторения цикла для получения изображения.
При этом в качестве зеркальных поверхностей используют параллельные зеркальные плоскости.
На чертеже представлен один из вариантов реализации способа получения трехмерных изображений на примере двух параллельных зеркальных плоскостей, расположенных друг напротив друга, и излучающего во всех направлениях источника света, находящегося между ними.
При наличии одной зеркальной плоскости и расположенного вблизи нее излучающего во всех направлениях источника света наблюдается сам источник света за счет распространения света в направлении наблюдателя и только одно мнимое изображение данного источника света за счет отражения части света от зеркальной плоскости. Мнимое изображение визуально воспринимается как более удаленное по сравнению с действительным, поскольку формируется светом, прошедшим больший оптический путь. При наличии двух параллельных зеркальных плоскостей 1 и 2, расположенных друг напротив друга, и излучающего во всех направлениях источника света 3, находящегося между ними, при подаче от него импульса света, будет также происходить формирование мнимого изображения 4 данного источника света за счет отражения части света от зеркальной плоскости 2. Но также в результате отражения части света источника 3 от зеркальной плоскости 1 формируется мнимое изображение 5, причем часть света, отразившаяся от плоскости 1, будет далее претерпевать отражение от плоскости 2, тем самым формируя мнимое изображение 6, поскольку изображение 5 зеркально отображается в плоскости 2. Таким же образом мнимое изображение 4 источника света 3 формирует уже свое мнимое изображение 7 в зеркальной поверхности 1, и т.д. Данное явление является следствием многократного поочередного отражения света источника 3 от зеркальных поверхностей 1 и 2. При непрерывном излучении света источником 3 формируется бесконечное множество мнимых изображений с постепенным удалением их от зеркальных поверхностей. Однако данный процесс происходит немгновенно. Процесс протекает со скоростью света. При рассмотрении процесса только в одну из сторон сначала формируется мнимое изображение 4, затем 6, 8, 9, 10 и т.д. до бесконечности. Формирование мнимых изображений происходит аналогично и в другую сторону. При прекращении излучения света источником 3 все мнимые изображения также исчезают немгновенно. Сначала исчезают изображения 4 и 5, затем 6 и 7, далее при рассмотрении процесса в одну из сторон 8, 9, 10 и т.д.
Рассмотрим случай, при котором длительность импульса света от источника 3 является таковой, что происходит формирование только нескольких мнимых изображений в каждом из направлений. Рассмотрим процесс только в одном из направлений. В первоначальный момент времени начинается излучение света источником 3 - формируется действительное изображение источника света 3. Далее происходит формирование мнимого изображения 4, затем 6, 8. В данный момент излучение света источником 3 прекращается. Т.е. зададимся условием, при котором формируется по три мнимых изображения в каждом из направлений. Поскольку происходит дальнейшее поочередное отражение данного импульса света от зеркальных поверхностей 1 и 2, то происходит при рассмотрении процесса в одном из направлений формирование мнимого изображения 9 с исчезновением мнимого изображения 4. Далее появляется изображение 10, а исчезает изображение 6. Происходит якобы удаление сформированных изображений источника света 3 от зеркальных поверхностей. В реальности полученные мнимые изображения могут наблюдаться лишь при наличии выхода части света от данных мнимых изображений в направлении наблюдающего. Данная цель достигается путем перевода одной из зеркальных поверхностей в прозрачное состояние в определенное время после формирования импульса света. Степень удаления сформированных мнимых изображений зависит от интервала времени от момента появления импульса света до перехода одной из зеркальных поверхностей в прозрачное состояние и геометрического расположения элементов системы (зеркальные поверхности, источник света). При увеличении интервала времени от момента появления импульса света до перехода одной из зеркальных поверхностей в прозрачное состояние полученные мнимые изображения будут восприниматься более удаленными, при уменьшении интервала времени - менее удаленными, поскольку длина оптического пути импульса света в данных случаях различна.
Трехмерность получаемого изображения достигается тем, что каждый импульс света появляется в области между двумя зеркальными поверхностями в определенный момент времени, следовательно, каждый импульс света проходит свой оптический путь, и наблюдается картина разной удаленности получаемых мнимых изображений. Например, при наличии двумерной матрицы источников света между зеркальными поверхностями возможно появление трехмерного изображения, образованного слоями, каждый из которых является мнимым изображением определенных источников света данной матрицы, причем ближний слой есть результат наблюдения света от источников данной матрицы, который претерпел наименьшее количество отражений от зеркальных поверхностей, прошел меньший оптический путь, т.е. это импульс света (или часть импульса света), появившийся позже остальных. Наиболее удаленным, наоборот, будет наблюдаться слой, сформированный первыми импульсами света. Поскольку все импульсы света покидают область между двумя зеркальными поверхностями одновременно, оптический путь, который прошел данный импульс света, или его часть определяется моментом времени появления данного импульса света. Также возможен вариант, при котором импульс света имеет такую длительность, что разные его части проходят разные оптические пути, т.е. формируется несколько мнимых изображений подряд, друг за другом.
Вариант, при котором прозрачная поверхность возвращается вновь в зеркальное состояние, позволяет восстановить систему в исходное состояние для последующего повторения цикла, т.е. формирования импульсов света в области между зеркальными поверхностями с последующим переходом одной из поверхностей из зеркального состояния в прозрачное, с определенными исходными параметрами для получения требуемого изображения. Это позволяет получить трехмерное изображение, воспринимаемое как движущийся объект, поскольку при каждом цикле формируется свое изображение. При формировании одного и того же изображения при каждом цикле трехмерность изображения будет восприниматься при изменении угла, под которым ведется наблюдение. Реалистичность получаемого изображения приближается к уровню восприятия действительных трехмерных объектов.
Импульсы света требуемой длительности, спектрального состава, интенсивности могут быть получены с помощью светодиодов или лазера. Для поверхности, изменяющей свое состояние с зеркального на прозрачное и наоборот, может быть, например, использован вариант механического исключения отражающего элемента поверхности или технология зеркал, переключаемых посредством водорода с учетом, если это требуется, исключения контакта импульсов света с данной поверхностью, находящейся в промежуточном состоянии при переходе из одного состояния в другое, путем подбора соответствующих моментов времени появления импульсов света, их длительности и соответствующего геометрического расположения отдельных элементов системы.
Конкретный пример исполнения следующий. Требуется получить слово «МИР», буквы которого удалены на разные расстояния, что сформирует трехмерное изображение. Генерация импульсов осуществляется с помощью плоской матрицы прозрачных органических светодиодов, расположенных в центре между двумя параллельными зеркальными плоскостями, а также параллельно им. Расстояние между зеркальными поверхностями около 6000 км. В одной из зеркальных плоскостей отражающий элемент, например слой с напылением металла, исключается и возвращается вновь механически за время 0,01 с. В первоначальный момент две поверхности находятся в состоянии зеркал. Через время 0,0 с (начало отсчета) происходит генерация импульса света длительностью 0,001 с в форме буквы «Р». Через время 0,02 с от начала отсчета происходит генерация импульса в форме буквы «И» той же длительности. Через время 0,04 с от начала отсчета происходит генерация импульса в форме буквы «М» той же длительности. Через время 0,055 с от начала отсчета начинают осуществлять перевод одной из плоскостей из зеркального состояния в прозрачное. Окончание перевода 0,065 с. Далее с помощью телескопа с высокоскоростной камерой осуществляют фиксацию наличия мнимых изображений букв «М», «И», «Р», удаленных на разные расстояния. Причем буква «Р» воспринимается самой удаленной, поскольку импульс света, сформировавший ее, прошел больший оптический путь по сравнению с другими. Буква «М» воспринимается самой приближенной, поскольку импульс света, сформировавший ее, прошел меньший оптический путь по сравнению с другими. Действительное изображение на данный момент не фиксируется по причине неактивного состояния светодиодов. Через время 0,075 с от начала отсчета начинают осуществлять возврат плоскости из прозрачного состояния в зеркальное. Окончание перевода 0,085 с. Данные выдержки времени позволят исключить контакт светового пучка с поверхностью на время ее перевода из одного состояния в другое. Далее процесс повторяют заново, что позволяет зафиксировать устойчивое изображение. Данный способ показывает возможность его осуществления в настоящее время, несмотря на сложность. Указанное расстояние между зеркальными поверхностями определяется исходя из времени перевода плоскости из зеркального состояния в прозрачное. При его уменьшении возможно кардинальное сокращение расстояния.
Преимуществом изобретения является получение трехмерных изображений с высоким уровнем реалистичности.