Формирователь стереоскоических изображений (варианты) - RU2531557C2

Чертежи

Показать все 13 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к формирователю стереоскопических изображений, более точно, к формирователю стереоскопических изображений, который способен достоверно воспроизводить стереоскопические изображения на стороне отображения без корректировки даже при использовании формирователей стереоскопических изображений различных типов.

Уровень техники

Была предложена, продемонстрирована и предлагается для продажи традиционная система формирования и отображения стереоскопических изображений на основе двухобъективной стереоскопической видеосистемы. Кроме того, насколько известно, в некоторых странах, уже началось стереоскопическое телевизионное вещание.

Поскольку в этих традиционных электронных системах формирования и отображения стереоскопических изображений для устройств каждого из типов используются различные системы, необходима корректировка изображений с целью смещения изображений и т.п. на стороне отображения (смотри, например, патентный документ 1).

За последние годы была предпринята попытка создания компьютеризированной системы даже для гиперстереоскопической камеры, которая является одним из побочных продуктов на рынке электронной стереоскопической фотоаппаратуры, и был предложен способ получения оптимальных стереоскопических изображений путем корректировки расстояния между правым и левым объективом в зависимости от расстояния до объекта в момент захвата изображений (смотри, например, патентный документ 2).

Кроме того, также была предложена микростереоскопическая камера для получения изображения объекта крупным планом, в которой, в отличие от упомянутой "гиперстереоскопической камеры", предусмотрено меньшее расстояние между оптическими осями, чем межзрачковое расстояние человека (смотри, например, патентный документ 3).

Список ссылок

Патентная литература

патентный документ 1: выложенная патентная заявка Японии 08-275207;

патентный документ 2: выложенная патентная заявка Японии 5-197045;

патентный документ 3: национальная публикация международной патентной заявки 2009-047894.

Краткое изложение сущности изобретения

Техническая задача

Традиционный способ корректировки, включающий методику, описанную в патентном документе 1, является неудовлетворительным и сложным для практического применения.

В патентном документе 2 описана методика, применяемая в стереоскопической камере, в которой расстояние между оптическими осями формирующего изображения объектива увеличено по сравнению с межзрачковым расстоянием человека в соответствии с фокусным расстоянием формирующего изображения объектива. Тем не менее хотя на чертежах патентного документа 2 показана зависимость расстояния между оптическими осями формирующего изображения объектива и расстояния до объекта, а также расстояния между оптическими осями и фокусного расстояния формирующего изображения объектива, в нем не описано взаимное расположение формирующего изображения объектива и формирующих изображение элементов, в результате чего, не ясно, как устроен "формирователь изображений". Кроме того, не пояснено, как изображение объекта зрительно выверяется с использованием видоискателя и т.п. в момент захвата изображений.

В патентном документе 3 описана стереоскопическая камера, в которой предусмотрено меньшее расстояние между оптическими осями формирующего изображения объектива, чем межзрачковое расстояние человека, с целью применения для получения изображений с близкого расстояния. Тем не менее описание патентного документа 3 относится исключительно к механизму, применимому для уменьшения расстояния между оптическими осями, и не дается пояснений оптического характера, касающихся регистрации данных оптимального стереоскопического изображения для стереоскопического просмотра.

Таким образом, существует необходимость в достоверном воспроизведении стереоскопических изображений на стороне отображения без корректировки даже при использовании формирователей стереоскопических изображений различных типов. Кроме того, для одновременного представления на стороне отображения всех изображений как стереоскопических изображений требуется решить некоторые технические задачи с целью приведения стереоскопических изображений в соответствие с методами формирования изображений (например, методами формирования изображений в телескопических объективах или при формировании макроизображений и т.п.), применяемыми в настоящее время в телевизионном, киносъемочном оборудовании и т.д. (традиционными монометодами), и назначением настоящего изобретения является решение этих задач.

Средства решения задач

Для решение упомянутых задач в настоящем изобретении предложен формирователь стереоскопических изображений по п.1, содержащий: блок формирования изображений, имеющий формирующие изображения объективы и формирующие изображения элементы, при этом оптические оси формирующих изображения объективов разнесены параллельно друг другу в поперечном направлении на расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека, в поле обзора изображений блока формирования изображений в качестве виртуального кадра поля обзора задано одно эталонное окно, а заданное расстояние до эталонного окна определяется как произвольная величина, составляющая от 30- до менее 50-кратного межзрачкового расстояния, отличающийся тем, что левый и правый формирующие изображения элементы соответствуют ширине левого и правого проецируемых в эталонном окне изображений в состоянии, в котором эталонное окно проецируется с целью формирования уменьшенных изображений посредством левого и правого формирующих изображения объективов на левом и правом формирующих изображения элементах, в результате чего данные левого и правого изображений считываются и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения.

За счет того, что в блоке формирования изображений, таком как стереоскопическая камера, задается эталонное окно, передаваемые данные изображения масштабируются (приводятся к масштабу) и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения. Соответственно, даже при использовании блока формирования изображений, то есть стереоскопической камеры в отдельности расстояние до захваченного изображения и его размер могут правильно воспроизводиться устройством на стороне воспроизведения, в результате чего данные захваченного изображения могут совместно использоваться как стандартные данные стереоскопического изображения независимо от типов и размеров устройства.

В изобретении по п.2 предложен формирователь стереоскопических изображений, содержащий: блок формирования изображений, имеющий формирующие изображения объективы и формирующие изображения элементы, при этом оптические оси формирующих изображения объективов разнесены параллельно друг другу в поперечном направлении на меньшее расстояние, чем межзрачковое расстояние человека, а в поле обзора изображений блока формирования изображений в качестве виртуального кадра поля обзора задано одно эталонное окно, отличающийся тем, что при условии, что заданное расстояние до эталонного окна составляет L_W, расстояние между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов составляет D_R, фокусное расстояние формирующего изображения объектива составляет f, а величина корректировки резкости составляет Δf, заданное расстояние L_W до эталонного окна и расстояние D_R между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов выбирают таким образом, чтобы их соотношение составляло 50>(L_W/D_R)>30, а расстояние D_S между левым и правым формирующими изображения элементами выбирают таким образом, чтобы получить соотношение D_S=D_R(1+(f+Δf)/L_W), в результате чего данные левого и правого изображения считываются и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения.

Даже в случае формирования изображений крупным планом с небольшим расстоянием до объекта при условии, что заданное расстояние до эталонного окна составляет L_W, а расстояние между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов составляет D_R, расстояние D_S между левым и правым формирующими изображения элементами конкретно определяют на основании зависимости величинами L_W, D_R и т.д. Кроме того, эталонное окно W_ref уменьшается левым и правым формирующими изображения объективами и проецируется на левый и правый формирующие изображения элементы S в виде изображения при заданном таким способом расстоянии D_S, в результате чего получаемое изображение передается как стандартные данные стереоскопического изображения.

В изобретении по п.3 предложен формирователь стереоскопических изображений, содержащий: формирующие изображения объективы и формирующие изображения элементы в блоке формирования изображений, при этом оптические оси формирующих изображения объективов разнесены параллельно друг другу в поперечном направлении на большее расстояние, чем межзрачковое расстояние человека, а в поле обзора изображений блока формирования изображений в качестве виртуального кадра поля обзора задано одно эталонное окно, отличающийся тем, что при условии, что заданное расстояние до эталонного окна составляет L_W, расстояние между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов составляет D_E, фокусное расстояние формирующего изображения объектива составляет f, а величина корректировки резкости составляет Δf, заданное расстояние L_W до эталонного окна и расстояние d_e между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов выбирают таким образом, чтобы их соотношение составляло 50>(L_S/D_E)>30, а расстояние D_S между левым и правым формирующими изображения элементами выбирают таким образом, чтобы получить соотношение D_S=D_E(1+(f+Δf)/L_W), в результате чего данные левого и правого изображения считываются и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения.

Обычно при захвате изображения объекта на дальнем расстоянии ощущение дальней и ближней перспективы становится недостаточным; тем не менее, поскольку в описанной конструкции расстояние d_l объектива устанавливают таким образом, чтобы оно превышало межзрачковое расстояние В человека, то есть удовлетворяло условию D_E>В, процесс захвата изображения объекта на дальнем расстоянии может осуществляться с усиленным ощущением дальней и ближней перспективы.

В изобретении по п.4 предложен формирователь стереоскопических изображений (режим 1), отличающийся тем, что, если в качестве эталона (нулевого режима) исходить из конструкции формирователя стереоскопических изображений, в котором блоки формирования изображений имеют формирующие изображения объективы и формирующие изображения элементы, оптические оси формирующих изображения объективов разнесены параллельно друг другу в поперечном направлении на расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека, в поле обзора изображений каждого из блоков формирования изображений в качестве виртуального кадра поля обзора задано одно эталонное окно, а левое и правое формирующие изображения элементы соответствуют ширине проецируемых изображений эталонных окон, уменьшенных и проецируемых соответствующими левым и правым формирующими изображения объективами с целью формирования изображений на соответствующих левом и правом формирующих изображения элементах, в результате чего данные левого и правого изображения считываются и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения, расстояние между левым и правым блоками формирования изображений увеличивается, и между оптическими осями устанавливается произвольное расстояние, превышающее межзрачковое расстояние человека.

Что касается левого и правого блоков формирования изображений, в этой конструкции при расстоянии между левым и правым формирующими изображения элементами, установленном таким образом, чтобы незначительно превышать на постоянную величину расстояние между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов (то есть, когда сами блоки формирования изображений установлены в состояние нулевого режима), расстояние между левым и правым блоками увеличивается до произвольной величины (режим 1), при этом расстояние между оптическими осями превышает межзрачковое расстояние; эталонное окно автоматически устанавливается пропорционально расстоянию между оптическими осями на большем расстоянии, чем при эталонном расстоянии между оптическими осями (в нулевом режиме).

В изобретении по п.5 предложен формирователь стереоскопических изображений (режим 2), отличающийся тем, что, если в качестве эталона (нулевого режима) исходить из конструкции формирователя стереоскопических изображений, в котором блоки формирования изображений имеют формирующие изображения объективы и формирующие изображения элементы, оптические оси формирующих изображения объективов разнесены параллельно друг другу в поперечном направлении на расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека, в поле обзора изображений каждого из блоков формирования изображений в качестве виртуального кадра поля обзора задано одно эталонное окно, а левое и правое формирующие изображения элементы соответствуют ширине проецируемых изображений эталонных окон, уменьшенных и проецируемых соответствующими левым и правым формирующими изображения объективами с целью формирования изображений на соответствующих левом и правом формирующих изображения элементах, в результате чего данные левого и правого изображения считываются и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения, расстояние между левым и правым блоками формирования изображений уменьшается, и между оптическими осями устанавливается произвольное расстояние, меньшее, чем межзрачковое расстояние человека.

Что касается левого и правого блоков формирования изображений, в этой конструкции при расстоянии между левым и правым формирующими изображения элементами, установленном таким образом, чтобы превышать на постоянную величину расстояние между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов (то есть, когда сами блоки формирования изображений установлены в состояние нулевого режима), расстояние между левым и правым блоками уменьшается, в результате чего между оптическими осями устанавливается расстояние, меньшее, чем межзрачковое расстояние (режим 2); таким образом, эталонное окно автоматически устанавливается пропорционально расстоянию между оптическими осями на меньшем расстоянии, чем при эталонном расстоянии между оптическими осями (в нулевом режиме).

В изобретении по п.6 предложен формирователь стереоскопических изображений, имеющий конструкцию, в которой на левом и правом парных блоках формирования изображений формирователя стереоскопических изображений установлены соответствующие объективы с переменным фокусным расстоянием, при этом оптические оси объективов с переменным фокусным расстоянием параллельны друг другу, а расстояние между блоками формирования изображений является переменным, в результате чего после определения скорректированного значения кратности масштабирования объектива с переменным фокусным расстоянием с помощью датчика положения, такого как потенциометр, кодер и т.д. серводвигатель автоматически корректирует расстояние между левым и правым блоками в соответствии со скорректированным значением.

Путем корректировки кратности масштабирования в этой конструкции автоматически корректируется расстояние между левым и правым блоками, в результате чего при эксплуатации устройства пользователь испытывает такие же ощущения, как при работе с нормальной монокамерой.

В изобретении по п.7 предложен формирователь стереоскопических изображений по п.6, имеющий конструкцию, в которой величина корректировки фокусной точки левого и правого формирующих изображений объективов составляет фиксированное расстояние на большем удалении от эталонного окна.

В этой конструкции не требуется корректировка фокусной точки, и положение фокусной точки формирующего изображения объектива может быть зафиксировано (иными словами, взаимное расположение формирующего изображения объектива и камеры на оптической оси может быть зафиксировано в постоянном положении).

В изобретении по п.8 предложен формирователь стереоскопических изображений по пп.4, 5 и 6, имеющий конструкцию, в которой в соответствующих положениях по длине основного корпуса сформированы эталонные установочные поверхности блоков формирования изображений, образующие симметричную в продольном направлении конструкцию.

При использовании этой конструкции может быть изготовлен любой из двух блоков, т.е. левый или правый блок, а другой блок получают путем его перестановки в продольном направлении в положение для использования, за счет чего может снижаться стоимость изготовления.

В изобретении по п.9, которое относится к изобретению по любому из пп.1-6, предложен формирователь стереоскопических изображений, в котором за счет использования формирующих изображения элементов большей ширины, чем ширина проецируемого изображения эталонного окна, данные левого и правого стереоскопических изображений, соответствующих ширине проецируемого изображения эталонного окна, и т.п., избирательно считываются и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения.

В этой конструкции используются формирующие изображения элементы, ширина которых фактически незначительно превышает ширину проецируемого изображения эталонного окна, и путем счет выбора диапазона показаний в момент считывания могут надежно передаваться стандартные данные стереоскопического изображения.

В изобретении по п.10, которое относится к изобретению по любому из пп.1-6, дополнительно предложена конструкция, в которой на дисплейном экране стереоскопического монитора, установленного на формирователе стереоскопических изображений, или на дисплейном экране стереоскопического монитора, соединенного с формирователем стереоскопических изображений посредством радиосвязи или проводной связи, в одних и тех же левых и правых положениях левого и правого изображений отображаются одинаковые левый и правый эталонные образцы, каждый из которых главным образом состоит из продольных линий, таким образом, чтобы перекрываться с отображаемыми изображениями посредством программного обеспечения (когда кадры на дисплейном экране аналогичным образом перекрывают друг друга, левый и правый эталонные образцы перекрывают друг друга и наблюдаются как один образец), при этом для дисплея монитора используется только сигнал эталонных образцов, и передаются только данные стереоскопического изображения.

В этой конструкции даже при расстоянии между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов, превышающем межзрачковое расстояние человека, или даже меньшем, чем межзрачковое расстояние человека, эталонный образец в поле стереоскопического обзора всегда наблюдается в заданном положении эталонного окна в поле стереоскопического обзора. Иными словами, положение эталонного окна может зрительно выверяться эталонным образцом, и всегда может захватываться оптимальное стереоскопическое изображение.

Достижения изобретения

В соответствии с изобретением по п.1 передаваемые данные изображения автоматически масштабируются (приводятся к масштабу) на стороне формирователя изображений и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения, что позволяет правильно воспроизводить на дисплее расстояние до захваченного изображения и его размер, что позволяет преимущественно достоверно воспроизводить стереоскопическое изображение на стороне отображения даже при использовании дисплеев различных типов.

В соответствии с изобретением по п.2 расстояние между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов является меньшим, чем межзрачковое расстояние человека, на основании установленного расстояния L_W до эталонного окна, расстояния D_R между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов и т.д. определяют расстояние D_S между левым и правым формирующими изображения элементами, и путем считывания данных левого и правого изображений с левого и правого формирующих изображения элементов, установленных на расстоянии D_S, можно успешно передавать соответствующие стандартные данные стереоскопического изображения даже при формировании изображений с близкого расстояния.

В соответствии с изобретением по п.3 путем выбора расстояния D_L объектива (расстояния между оптическими осями), превышающего межзрачковое расстояние В человека, то есть D_E>В, становится возможным осуществлять захват изображений объекта на дальнем расстоянии с усиленным ощущением дальней и ближней перспективы. Обычно при захвате изображения объекта на дальнем расстоянии ощущение дальней и ближней перспективы становится недостаточным (когда человек нормально различает объект на дальнем расстоянии, ощущение дальней и ближней перспективы становится недостаточным, что также относится к наблюдению увеличенного объекта через бинокль); тем не менее, путем выбора расстояния между оптическими осями, превышающего межзрачковое расстояние, достигается эффект, когда даже при захвате изображения объекта на дальнем расстоянии может быть получено стереоскопическое изображение с усиленным ощущением дальней и ближней перспективы.

Изобретение по п.4 эффективно используется для захвата изображений объекта на дальнем расстоянии при недостаточном ощущении дальней и ближней перспективы с тем, чтобы усилить ощущение дальней и ближней перспективы, и в соответствии с его конструкцией необходимо просто отделить левый и правый блоки формирования изображений с сохранением их параллельности друг другу (при этом величина смещения между центром формирующих изображений элементов и оптической осью остается постоянной), чтобы расстояние между оптическими осями превышало межзрачковое расстояние человека, а поскольку в этом случае расстояние между оптическими осями может быть выбрано произвольно, за счет использования очень простой конструкции могут быть полностью решены оптические и зрительные проблемы.

Изобретение по п.5 эффективно используется для захвата изображений объекта на близком расстоянии с возможностью получения данных стереоскопических изображений с улучшенным совместным состоянием левого и правого полей обзора (изображений) даже при формировании изображений с близкого расстояния, и в соответствии с его конструкцией необходимо просто приблизить друг к другу левый и правый блоки формирования изображений с сохранением их параллельности друг другу (при этом величина смещения между центром формирующих изображений элементов и оптической осью остается постоянной), чтобы расстояние между оптическими осями составляло произвольную величину, меньшую, чем межзрачковое расстояние человека, и тем самым за счет использования очень простой конструкции могут быть полностью решены оптические и зрительные проблемы.

В соответствии с изобретением по п.6 на левом и правом блоках формирования изображений, которые параллельно установлены на направляющей с возможностью регулирования расстояния между ними, установлены соответствующие объективы с переменным фокусным расстоянием, а путем определения скорректированного значения установленной кратности увеличения объектива с переменным фокусным расстоянием с помощью датчика положения, такого как потенциометр, кодер и т.д. расстояние между левым и правым блоками автоматически корректируется путем приведения в действие серводвигателя в соответствии с определенным значением, и корректируется кратность увеличения формирующих изображения объективов; таким образом, расстояние между оптическими осями устанавливается автоматически в соответствии со скорректированным значением кратности увеличения (кратности масштабирования) формирующего изображения объектива. Соответственно, в момент захвата изображений могут выполняться очень простые операции.

В соответствии с изобретением по п.7 в формирователе стереоскопических изображений по п.6 величина корректировки фокусной точки составляет фиксированное расстояние на большем удалении от эталонного окна, что позволяет эффективно улучшать удобство использования в момент захвата изображений путем фиксации корректировки фокусной точки.

В соответствии с изобретением по п.8 блоки формирования изображений имеют симметричную в продольном направлении конструкцию, в которой без необходимости изготавливать блоки левого и правого типов могут использоваться одинаковые левые и правые блоки, один из которых переставлен в продольном направлении, за счет чего может снижаться стоимость изготовления и транспортировки, а также исключаться необходимость иметь блоки левого и правого типов в качестве запасных частей; таким образом, выгодно улучшается техническое облуживание и эксплуатация.

В изобретении по п.9 помимо эффектов изобретений по пп.1-6 используются формирующие изображения элементы несколько большей ширины, и путем выбора диапазона показаний в момент считывания может увеличиваться степень свободы при конструировании устройств, и могут легко с высокой точностью осуществляться производственные процессы.

В изобретении по п.10 помимо эффектов изобретений по любому из пп.1-6 может быть заметно улучшен обзор стереоскопического отображения, в результате чего после захвата изображений может осуществляться формирование изображений с одновременным просмотром изображений с таким же стереоскопическим восприятием, как и у зрителя действительно стереоскопической телевизионной программы на стороне отображения.

Краткое описание чертежей

На чертежах проиллюстрирован формирователь стереоскопических изображений согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

На фиг.1 концептуально показаны технические особенности стереоскопического отображения в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения,

на фиг.2(а) и 2(б) показана зависимость между дисплейным экраном эталонного размера (стереоскопическим телевизионным приемником с большого размера) и стереоскопической камерой для передачи стандартных данных стереоскопического изображения, проиллюстрированного на фиг.1; при этом на фиг.2(а) показан дисплейный экран эталонного размера, а на фиг.2(б) показана стереоскопическая камера,

на фиг.3 показан подробный чертеж, поясняющий изображение на фиг.1,

на фиг.4 показан пояснительный чертеж, иллюстрирующий широкоугольный объектив, установленный на стереоскопической камере, показанной на фиг.2(б),

на фиг.5 показан пояснительный чертеж, иллюстрирующий длиннофокусный объектив, установленный на стереоскопической камере, показанной на фиг.2(б),

на фиг.6 показан пояснительный чертеж, иллюстрирующий режим (режим 1), в котором между оптическими осями формирователя стереоскопических изображений установлено большее расстояние, чем межзрачковое расстояние человека,

на фиг.7 показан пояснительный чертеж, иллюстрирующий режим (режим 2), в котором между оптическими осями формирователя стереоскопических изображений установлено меньшее расстояние, чем межзрачковое расстояние человека,

на фиг.8 показан пояснительный чертеж, иллюстрирующий режим (режим 10), в котором между оптическими осями формирователя стереоскопических изображений установлено большее расстояние, чем межзрачковое расстояние человека (фиг.6), и на формирователе стереоскопических изображений дополнительно установлен длиннофокусный объектив (телескопический объектив),

на фиг.9 показан пояснительный чертеж, иллюстрирующий режим (режим 20), в котором между оптическими осями формирователя стереоскопических изображений установлено меньшее расстояние, чем межзрачковое расстояние человека (фиг.7), и на формирователе стереоскопических изображений дополнительно установлен короткофокусный объектив (широкоугольный объектив),

на фиг.10 показан один из примеров формирователя стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению,

на фиг.11 показан один из вариантов осуществления телевизионной камеры, оснащенной стереоскопическим монитором,

на фиг.12 показан другой вариант осуществления стереоскопического монитора,

на фиг.13 показан вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий разделяющие поле обзора очки и компенсирующие обзор очки для стереоскопического монитора,

на фиг.14 проиллюстрирован один из примеров эталонных образцов для отображения на стереоскопических мониторах, показанных на фиг.11 и 12.

Варианты осуществления изобретения

Для решения задачи достоверного отображения стереоскопических изображений на стороне отображения без корректировки даже при использовании формирователей стереоскопических изображений различных типов оптические оси блока формирования изображений, имеющего формирующие изображения объекты и формирующие изображения элементы, разнесены в поперечном направлении параллельно друг другу на расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека, в поле обзора изображений блока формирования изображений задано одно эталонное окно, служащее виртуальным кадром поля обзора, и в состоянии, когда эталонное окно проецируется с целью формирования уменьшенных изображений на формирующих изображения элементах соответствующих левой и правой сторон посредством левого и правого формирующих изображений объективов, ширина левого и правого формирующих изображения элементов соответствует ширине левого и правого проецируемых изображений эталонного окна, в результате чего данные левого и правого изображения считываются и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения.

Пример 1

Далее будет рассмотрен один из предпочтительных примеров осуществления настоящего изобретения. Формирователь стереоскопических изображений согласно примеру осуществления настоящего изобретения отличается тем, что данные стереоскопических изображений совместимы для использования даже при различных размерах формирующих изображения элементов стереоскопической камеры и различных интервалах отображения и размерах экрана формирователей стереоскопических изображений, а для совместимого распознавания ощущаемого расстояния и размера всевозможных стереоскопических изображений в момент формирования изображений задается эталонное окно. Кроме того, это эталонное окно захватывается в качестве отображаемого кадра (кадров левого и правого изображений) и передается как необходимое для отображения данных стереоскопического изображения. Затем стереоскопическое изображение может быть достоверно воспроизведено на стороне отображения путем отображения стандартных данных стереоскопического изображения на экране эталонного размера, эквивалентного эталонному окну на стороне формирования изображений.

Например, как показано на фиг.2(а) и 2(б), если принять ширину эталонного окна W_ref за W_W, ширину (ширину формирующего изображения элемента) изображения I_ref в эталонном окне, проецируемом на формирующий изображения элемент S, за W_S, a ширину дисплейного экрана E_ref эталонного размера за w_d, коэффициент масштабирования при формировании изображений будет задан уравнением r=W_S/W_W, а коэффициент масштабирования дисплея будет задан уравнением R=w_d/w_s, при этом r×R=1. Из приведенных уравнений следует, что независимо от ширины W_Sформирующего изображения элемента S данные изображений, передаваемые от стереоскопической камеры, могут быть легко преобразованы в стандартные данные стереоскопического изображения.

На фиг.1 концептуально показано стереоскопическое отображение. При условии, что стереоскопическим телевизионным приемником большого размера (с дисплеем шириной 1800 мм), показанным на чертежах, является телевизионный приемник с дисплейным экраном эталонного размера, проиллюстрированная зависимость применима для дисплейных экранов соответствующих размеров и форматов.

На фиг.3 более подробно показана проиллюстрированная на фиг.1 зависимость размеров и форматов, при этом размер на фиг.3 отображен соотношением размеров, которое с приближением к местоположению наблюдателя увеличивается относительно фактического соотношения размеров. Этот способ используется для упрощения изображения на чертежах.

Как показано на фиг.3, расстояние L_X от глаз наблюдателя до границы между образованным соседними левой и правой частями интервалом отображения и перекрывающимся интервалом отображения представлено следующим уравнением:

Согласно этому уравнению при условии, что L₀=2500 мм, a W_P0=1800 мм, L_X=2500/(1+1800/58)=78,04 мм при межзрачковом расстоянии (расстоянии между левым и правым глазами) В=58, и L_X=2500/(1+1800/72)=96,15 мм при межзрачковом расстоянии В=72.

В пределах образованного соседними левой и правой частями интервала отображения необходима перегородка для разделения левого и правого полей обзора, при этом фактическое расстояние от зрителя до экрана по существу не превышает около 75 мм. Расстояние 75 мм является очень небольшим расстоянием различения деталей, и в этом случае требуется корректирующая обзор лупа, а поскольку используется лупа с фокусным расстоянием, незначительно превышающим расстояние от зрителя до экрана, желательно, чтобы фокусное расстояние используемой в этом случае лупы составляло около 80 мм. Кроме того, хотя межзрачковое расстояние (стереоскопический базис) В незначительно различается в зависимости от соответствующих наблюдателей, незначительным различием между межзрачковым расстоянием В и поперечным расстоянием между соответствующими точками изображения в бесконечности можно пренебречь при дальнем расстоянии от зрителя до экрана (в случае перекрывающегося интервала отображения).

Кроме того, хотя в образованном соседними левой и правой частями интервале отображения предел отличия от межзрачкового расстояния В является небольшим, это отличие может быть уменьшено путем корректировки расстояния между корректирующими обзор объективами.

Расстояние до левого и правого экранов стереоскопического изображения (стереоскопического фотоснимка), то есть расстояние до изображения представлено следующей зависимостью между межзрачковым расстоянием В, показанным на фиг.3, и расстоянием L₀ до дисплея D₀ эталонного размера. Расстояние D_PN до изображения на дисплее D_N, находящемся на произвольном расстоянии L_N, представлено величиной, выведенной из следующего уравнения:

Хотя на фиг.3 показано, что соответствующие величины ширины W_P1 и W_P2экрана пропорциональны расстоянию от глаз наблюдателя, световые лучи, попадающие на левый и правый глаза, имеют показанный на чертежах угол α обзора, при котором дисплей D₀ находится в пределах эталонного размера, при этом соответствующие видимые величины ширины экрана на фиг.3 находятся в следующей зависимости и кажутся одинаковыми:

W_P0=W_P1=W_P2.

Как описано выше, при отображении стандартных данных стереоскопического изображения на эталонном дисплейном экране телевизионного приемника (телевизионного приемника большого размера на фиг.1) таким образом, чтобы получить зависимость расположения, показанную на фиг.1, совместимые данные могут использоваться во всех интервалах отображения от перекрывающегося интервала отображения, в котором левое и правое изображения отображаются путем наложения друг на друга, до образованного соседними левой и правой частями интервала отображения с отдельными левой и правой поверхностями отображения. В этом случае необходимо лишь, чтобы соответствующие дисплеи, показанные на чертежах, располагали (по месту и ширине) и отображали стандартные данные стереоскопического изображения согласно условиям, соответствующим образом заданным на левой и правой сторонах.

На фиг.2(а) и 2(б) показаны пояснительные чертежи, иллюстрирующие стереоскопическую камеру, служащую средством получения данных стереоскопического изображения, которая находится в относительном положении, показанном на фиг.1. На фиг.2(а) показано точно такое же состояние, как и состояние стереоскопического отображения на фиг.1, а на фиг.2(б) показан случай применения стереоскопической камеры. При условии, что дисплей E_ref соответствующего эталонного окна на фиг.2(а) задан как эталонный дисплейный экран телевизионного приемника (стереоскопического телевизионного приемника большого размера на фиг.1), в стереоскопической камере на фиг.2(б) задано эталонное окно W_ref, а расстояние между левым и правым формирующими изображения объективами камеры равно межзрачковому расстоянию В, между расстоянием от дисплея E_ref соответствующего эталонного окна на фиг.2(а) до левого и правого глаз E_L и E_R наблюдателя и расстоянием от эталонного окна W_ref шириной W_W на фиг.2(б) до левого и правого формирующих изображений объективов L_L и L_R существует сопряженная взаимосвязь. Следовательно, данные изображения формирующих изображения элементах, расположенных в пределах угла α обзора между левой и правой сторонами, соответствуют данным изображения, когда наблюдатель действительно смотрит на эталонный дисплейный экран телевизионного приемника (стереоскопического телевизионного приемника большого размера, показанного на чертежах) на фиг.1. Кроме того, размер (ширина) каждого из формирующих изображения элементов, расположенных в пределах угла α обзора, определяется положением в направлении световой оси, в котором находится формирующий изображения элемент.

Как показано на фиг.2(б), ширина W_S формирующего изображения элемента вычисляется согласно следующему уравнению:

Кроме того, при условии, что расстояние (расстояние объектива) между левой и правой оптическими осями формирующего изображения объектива составляет D_L, расстояние (расстояние до изображения в перевернутом положении) между левым и правым формирующими изображения элементами, то есть D_S, на чертежах вычисляется согласно следующему уравнению, при этом D_S>D_L.

Что касается стереоскопического изображения, фокусная точка должна корректироваться таким образом, чтобы она обеспечивала хороший обзор во всем интервале от изображения удаленного объекта до изображения крупного плана. С этой целью апертура (диафрагма) формирующего изображения объектива должна быть уменьшена, и захват изображений осуществляется в режиме панорамирования с изменением фокусного расстояния. В случае захвата изображений в режиме панорамирования с изменением фокусного расстояния приведенный выше член f+Δf может быть преобразован в f+Δf≒f.

Изображение, проецируемое на формирующие изображения элементы, находится в перевернутом положении, и при повороте на 180° в левом и правом положениях для установки в прямое положение расстояние до левого и правого экранов, то есть расстояние до изображения (дисплейная сторона = прямое положение изображения), становится меньшим, чем межзрачковое расстояние В человека. Кроме того, два треугольника (два треугольника, участки которых перекрывают друг друга), образованные линиями, которые проходят через показанное на фиг.2(б) эталонное окно W_ref и основные точки соответствующих левого и правого формирующих изображения объективов и между которыми находится эталонное окно W_ref шириной W_W, и два треугольника, образованные линиями, которые проходят через основные точки соответствующих левого и правого формирующих изображения объективов и между которыми находятся два конца левого и правого формирующих изображения элементов S и поверхности самих формирующих изображения элементов, образуют подобные фигуры, при этом основные точки левого и правого формирующих изображений объективов служат центрами симметрии. Помимо этого, левый и правый блоки являются латерально-симметичными, а осью симметрии служит показанная на чертеже осевая линия 0; соответственно, если сложить чертеж вдоль его осевой линии 0 в качестве линии сгиба, левая и правая оптические оси Ф(L) и Ф(R) совпадут друг с другом, и левая и правая стороны перекроют друг друга. Соответственно, когда стереоскопические изображения, захваченные стереоскопической камерой, показанной на фиг.2(б), попеременно в режиме разделения времени или одновременно в режиме наложения путем использования поляризации и т.п. отображаются в одном и том же положении на эталонном дисплейном экране телевизионного приемника (стереоскопического телевизионного приемника большого размера, показанного на чертежах), показанного на фиг.1, и когда их просматривают на соответствующих левом и правом экранах через разделяющие поле обзора очки, соответствующие точки изображении в бесконечности автоматически отображаются на расстоянии, равном межзрачковому расстоянию человека. Следовательно, может воспроизводиться стереоскопическое изображение в оптимальном состоянии. Кроме того, для проецирования изображений в одинаковых положениях на эталонном экране не требуются конкретные средства, и лишь необходимо отображать изображения, находящиеся на формирующих изображения элементах S, показанных на фиг.2(б), на дисплее, показанном на фиг.2(а), в масштабе согласно простому соотношению W_D/W_S между шириной W_d экрана и шириной W_W формирующего изображения элемента дисплея D.

Помимо этого, ширина левого и правого экранов соответствующих размеров, показанных на фиг.1, определяется соотношением заданного расстояния до каждого из дисплеев и расстояния до эталонного дисплейного экрана телевизионного приемника (L₁/L₀=W_P1/W_P0 на фиг.3); соответственно, поскольку ширина левого и правого экранов представлена простым соотношением, она может быть легко вычислена.

Как показано на фиг.1, поскольку соответствующие точки стереоскопического изображения в бесконечности должны отображаться на межзрачковом расстоянии человека во всех интервалах, действуют уравнения "бесконечность равна межзрачковому расстоянию, равному расстоянию между оптическими осями левого и правого формирующих изображения объективов", а поскольку световые лучи из соответствующих точек изображения в бесконечности, падающие на левый и правый формирующие изображения объективы стереоскопической камеры, параллельны друг другу, соответствующие точки изображения в бесконечности, проецируемого на формирующие изображения элементы, находятся на расстоянии, равном расстоянию между оптическими осями. Соответственно, когда при любых размерах дисплея левый и правый дисплейные экраны настраивают таким образом, что расстояние между соответствующими точками изображения в бесконечности было равно межзрачковому расстоянию человека, необходимо лишь задать средние положения оптических осей левого и правого формирующих изображения объективов на соответствующих левом и правом формирующих изображения элементах, при которых расстояние от левой стороны до правой стороны дисплейного экрана будет равным межзрачковому расстоянию человека. Иными словами, на стереоскопических дисплеях с экраном любого размера расстояние, соответствующее расстоянию между левой и правой оптическими осями блока формирования изображений, между левой и правой сторонами экрана должно отображаться с учетом соответствующих левой и правой оптических осей стереоскопической камеры как расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека.

Тем не менее, хотя приведенное выше уравнение "бесконечность равна межзрачковому расстоянию" теоретически выполняется, в действительности межзрачковое расстояние человека во многих случаях изменяется (будучи по существу постоянным у всех людей независимо от расы, межзрачковое расстояние является меньшим у детей); соответственно, на стереоскопическом дисплее расстояние до изображения в бесконечности должно быть установлено таким образом, чтобы соответствовать наименьшему межзрачковому расстоянию человека (немного меньше, чем наименьшее межзрачковое расстояние). Это объясняется тем, что при нормальном наблюдении объекта человек не способен (не полностью, но с трудом) видеть его, когда линии зрения левым и правым глазом взаимно расходятся относительно параллельных линий. По этой причине, когда расстояние до изображения в бесконечности для отображения на стереоскопическом дисплее устанавливают таким образом, чтобы оно соответствовало наибольшему межзрачковому расстоянию человека (расстояние до изображения в бесконечности устанавливают равным межзрачковому расстоянию человека), человеку с узким межзрачковым расстоянием сложно видеть его. По этой причине, чтобы обеспечить естественное стереоскопическое восприятие, расстояние до изображения в бесконечности на стереоскопическом дисплее оптимально устанавливают таким образом, чтобы удовлетворить уравнению "межзрачковое расстояние равно расстоянию между оптическими осями стереоскопической камеры"; тем не менее, как описано выше, оптимальная установка не всегда приемлема для всех при просмотре. Соответственно, необходимо определять, какое расстояние следует использовать между соответствующими точками изображения в бесконечности на левом и правом экранах стереоскопического дисплея, например, с учетом возраста (в случае детей) зрителей, просматривающих такое стереоскопическое изображение.

Кроме того, при просмотре стереоскопических изображений обоими глазами предельное значение виртуальной ближайшей точки ясного видения, при котором можно видеть как изображение в бесконечности, так и изображение крупного плана, равно примерно 30-кратному межзрачковому расстоянию. Иными словами, предельное значение в ближнем направлении установки расстояния до эталонного окна устанавливают на уровне 30-кратного межзрачкового расстояния, а в случае установки меньшего расстояния, становится сложным одновременно видеть изображение удаленного объекта и изображение крупного плана. В отличие от этого, предельное значение в дальнем направлении эталонного окна устанавливают практически на уровне 50-кратного межзрачкового расстояния человека. Казалось бы, что в дальнем направлении может быть установлено любое желаемое расстояние, тем не менее, при просмотре изображения (обычно известного как выступающее стереоскопическое изображение) объекта, расположенного ближе к эталонному окну, кадры изображения (эталонное окно) левого и правого полей обзора не совпадают друг с другом, в результате чего изображение объекта выглядит как нежелательные раздвоенные изображения со смещением.

При условии, что межзрачковое расстояние человека составляет 65 мм, 30-кратное межзрачковое расстояние составляет 65×30=1950 мм, то есть предельное значение виртуальной ближайшей точки ясного видения практически равно 2 метрам, и в случае захвата изображений на расстоянии в пределах 2 метров или менее между левой и правой оптическими осями формирователя изображений устанавливают меньшее оптимальное расстояние, чем межзрачковое расстояние человека. В этом случае, как описано ранее, предельное значение в направлении дальнего расстояния задаются практически как 50-кратное межзрачковое расстояние, то есть 65×50=3250 мм. Хотя эти расстояния незначительно изменяются в зависимости от заданного значения межзрачкового расстояния, и не входят в интервал от 30- до 50-кратного межзрачкового расстояния в случае замены формирующего изображения объектива, реальные условия стереоскопического отображения (просмотр должен осуществляться при ближайшей точке ясного видения, установленной в интервале от 30- до 50-кратного межзрачкового расстояния) зависят от условий на фактической стороне просмотра; соответственно, даже когда таким способом установлено небольшое расстояние между оптическими осями (расстояние объектива) левого и правого формирующих изображений объективов, или даже когда установлено большое расстояние, к расстоянию между левым и правым формирующими изображения элементами применимо описанное уравнение 4. Следовательно, расстояние между оптическими осями (расстояние объектива) левого и правого объективов формирователя изображений может отображаться на стороне отображения как межзрачковое расстояние человека.

Помимо этого, расстояние объектива, соответствующее размеру формирователя изображений, оптимально отображается на стороне отображения как межзрачковое расстояние человека; тем не менее, в большинстве случаев предпочтительнее, чтобы на стороне отображения было задано немного меньшее расстояние, чем межзрачковое расстояние. Причина состоит в том, что при получении изображения объекта со слишком малым расстоянием захвата изображения относительно расстояния объектива формирователя изображении усиливается ощущение дальней и ближней перспективы (в этом случае, разумеется, также становится невозможным сформировать совместное представление с изображением удаленного объекта). В этом случае путем уменьшения межзрачкового расстояния на стороне отображения (путем уменьшения расстояния до левого и правого изображений в бесконечности) подавляются эффекты дальней и ближней перспективы на стороне отображения, и обеспечиваются приемлемые эффекты дальней и ближней перспективы. В то же время, как описано ранее, существуют люди с малым межзрачковым расстоянием. В этом случае стереоскопические изображения предпочтительно просматривать с использованием устройства для просмотра стереодиапозитивов, поскольку путем корректировки расстояния между линзами обеспечивается просмотр в широком интервале. Тем не менее, поскольку в реальных условиях расстояние от зрителя до экрана является сравнительно большим в случае телевизионных экранов и т.п., незначительное различие в межзрачковом расстоянии не должно создавать сложностей.

В том случае, когда при формировании изображений крупным планом установлено расстояние D_L объектива, меньшее, чем межзрачковое расстояние В человека, разумеется, что установленное расстояние L_W до эталонного окна W_refявляется меньшим расстоянием, чем показано на фиг.2(б). Тем не менее на стороне отображения без создания каких-либо сложностей может использоваться состояние дисплея, показанное на фиг.2(а) (L₀=2,5 метра). В отличие от этого, при получении изображения объекта на дальнем расстоянии ощущение дальней и ближней перспективы становится недостаточным (когда человек нормально наблюдает объект на дальнем расстоянии, ощущение дальней и ближней перспективы становится недостаточным, что также относится к наблюдению увеличенного объекта через бинокль); соответственно, при попытке получения изображения объекта на дальнем расстоянии с усиленным ощущением дальней и ближней перспективы может быть установлено большее расстояние D_L объектива, чем межзрачковое расстояние В человека, то есть, D_E>В, таким же способом, как описано ранее. В этом случае таким же способом, как описано ранее, также может быть получено состояние дисплея, показанное на фиг.2(а).

На фиг.4 показан пояснительный чертеж, на котором вместо формирующего изображения объектива на фиг.2(б) используется широкоугольный объектив, при этом для захвата изображения объекта такой же ширины под широким углом уменьшено расстояние до объекта, а для формирования изображения на формирующих изображения элементах такого же размера уменьшено фокусное расстояние формирующего изображения объектива. Как показано на фиг.4, при использовании формирующего изображения короткофокусного объектива также уменьшается расстояние, на котором левое и правое поля обзора совпадают друг с другом при стереоскопическом отображении. При наблюдении реального изображения невооруженным глазом с близкого расстояния, если изображение в бесконечности (изображение в бесконечности применительно к фотосъемке) входит в кадр W_ref поля обзора в положении, обозначенном пунктирной линией на фиг.4, при стереоскопическом отображении невозможно одновременно видеть объект, снятый крупным планом, и объект на дальнем расстоянии (при наблюдении реального изображения человек в одно и то же время видит узкое поле обзора, и его мозг обрабатывает изображение; таким образом, одновременное наблюдение этих объектов вызывает утомление зрительного нерва). Тем не менее, при просмотре стереоскопического изображения, захваченного камерой в этом состоянии (изображения, захваченного короткофокусным формирующим изображения объективом, когда левое и правое поля обзора совпадают друг с другом на малом расстоянии), на стереоскопическом телевизионном приемнике большого размера, показанном на фиг.1 (стереоскопическом телевизионном приемнике с дисплейным экраном эталонного размера), достигается желаемое состояние стереоскопического отображения. Причина состоит в том, что, если установлено эталонное окно W_ref, обозначенное пунктирной линией на фиг.4, при условии действительного существования окна и наблюдении с близкого расстояния реального изображения в окне, при стереоскопическом отображении становится невозможным одновременно видеть левое и правое поля обзора из-за значительного параллакса между изображением крупного плана и изображением удаленного объекта; тем не менее, при просмотре этого стереоскопического изображения посредством каждого из дисплеев при соответствующих установленных состояниях, как показано на фиг.1, поскольку эталонное окно W_ref, обозначенное пунктирной линией на фиг.4, выглядит находящимся на удалении от положения эталонного окна W_ref, обозначенного сплошной линией, обеспечивается нормальное стереоскопическое отображение. Соответственно, использование широкоугольного формирующего изображения объектива становится выгодным, поскольку при захвате изображения в условиях ограниченного пространства процесс получения изображения осуществляется вблизи объекта.

В противоположность тому, что показано на фиг.4, на фиг.5 проиллюстрирован пример применения длиннофокусного объектива. В случае большого фокусного расстояния формирующего изображения объектива левое и правое поля обзора изображения совпадают друг с другом в положении вдали от стандартного расстояния от зрителя до экрана (в положении, обозначенном пунктирной линией на фиг.5); тем не менее, и в этом случае при просмотре изображения посредством каждого из дисплеев, показанного на фиг.1, поскольку эталонное окно W_ref”, которое, как предполагается, реально находится в положении, обозначенном пунктирной линией, выглядит находящимся вблизи положения кадра W_ref поля обзора, обозначенного сплошной линией.

Разумеется, что согласно пояснениям со ссылкой на фиг.4 и 5, возможно применение объектива с переменным фокусным расстоянием, и в случае изменения фокусного расстояния формирующего изображения объектива на любую величину, могут использоваться ширина W_S и расстояние D_S между левым и правым формирующими изображения элементами S, которые соответствуют значениям, вычисленным на основании приведенных выше уравнений 3 и 4 (что касается ширины формирующего изображения элемента, может использоваться несколько большая ширина с тем, чтобы задать диапазон показаний, при этом могут быть получены такие же результаты). Даже при изменении фокусного расстояния формирующего изображения объектива стереоскопической камеры для стереоскопического телевизионного приемника на стороне наблюдателя возможна лишь фиксированная настройка при различных условиях, например, показанных на фиг.1. Причина состоит в том, что световые лучи из соответствующих точек изображения в бесконечности, падающие на левый и правый формирующие изображения объективы, параллельны друг другу, при этом одновременно устанавливается расстояние между оптическими осями формирующего изображения объектива, равное межзрачковому расстоянию человека. По этой причине расстояние между соответствующими точками изображения в бесконечности, проецируемого на левый и правый формирующие изображения элементы, становится равным межзрачковому расстоянию человека.

В случае замены формирующего изображения объектива, то есть, например, при использовании длиннофокусного или короткофокусного объектива расстояние, на котором поля обзора совпадают друг с другом, то есть заданное расстояние до "эталонного окна" автоматически изменяется этим способом и значительно отклоняется от величины, равной 30-50-кратному межзрачковому расстоянию между оптическими осями; тем не менее, поскольку величина, равная 30-50-кратному межзрачковому расстоянию, является исходной расчетной величиной, используемой для размещения формирующих изображения элементов, а не величиной, задаваемой объективом, используемым для захвата изображений, и, например, допуская, что наблюдатель реально видит эталонное окно, на основании зависимости (эквивалентной зависимости) между эталонным окном и эталонным размером, поясненной на фиг.2, могут быть осуществлены установки таким же способом, как в случае наблюдения с расстояния, равного 30-50-кратному межзрачковому расстоянию, а при изменении заданного значения расстояния между оптическими осями или фокусного расстояния формирующего изображения объектива, несмотря на изменение положения эталонного окна со значительным отклонением от величины, равной 30-50-кратному межзрачковому расстоянию, могут применяться приведенные пояснения и уравнения, поскольку на стороне наблюдателя имеют место реальные зрительные эффекты.

Даже в случае изменения фокусного расстояния формирующего изображения объектива при использовании той же самой стереоскопической камеры, поскольку ширина левого и правого парных формирующих изображения элементов и расстояние между ними являются фиксированными, при изменении фокусного расстояния формирующего изображения объектива изменяется расстояние, на котором левое и правое поля обзора совпадают друг с другом, то есть расстояние до эталонного окна. Обычно при формировании стереоскопических изображений в любых условиях нежелательным является состояние, когда в поле обзора изображений попадает объект, находящийся на более близком расстоянии, чем расстояние (до эталонного окна), на котором совпадают левое и правое поля обзора. Например, даже при стереоскопическом отображении посредством видоискателя (монитора) стереоскопической камеры очень сложно распознать, попадает ли в поле обзора изображений какой-либо объект, находящийся на более близком расстоянии, чем расстояние (до эталонного окна), на котором совпадают левое и правое поля обзора; тем не менее, обзор можно улучшить путем отображения на левом и правом экранах монитора в режиме наложения эталонного образца, показанного на фиг.14.

В телевизионной вещательной стереоскопической камере желательно непосредственно видеть реальное изображение одновременно с наблюдением поля обзора изображений, захваченного в стереоскопическом видоискателе (стереоскопическом мониторе). В качестве системы для реализации такого стереоскопического видоискателя (стереоскопического монитора), например, используется показанный на фиг.1 жидкокристаллический дисплей шириной 12 дюймов, установленный на стереоскопической телевизионной камере. Размер в 12 дюймов считается большим для монитора камеры; тем не менее показано, что возможна точка просмотра на расстоянии 350 мм. В этом случае левое и правое изображения отображаются попеременно в режиме разделения времени. Одновременно передатчик синхросигналов (не показанный), который установлен на дисплее, передает синхронизирующий инфракрасный луч. Кроме того, на левой и правой линзе очков для просмотра стереоскопических изображений установлены одинаковые левая и правая поляризующие пластины для разделения левого и правого полей обзора. Более того, к их передней стороне прикреплены жидкокристаллические пластины. На очках установлен датчик угла наклона. Левый и правый световые лучи, попеременно испускаемые ЖКД, представляют собой свет с одинаковой поляризацией в постоянном направлении. Когда поляризующие пластины очков расположены в ортогональном направлении, то есть в направлении, блокирующем поляризованный свет, испускаемый ЖКД, левое и правое поля обзора закрываются и становятся темными. В активном состоянии поля обзора направление поляризации падающего от ЖКД света повернуто на 90° или 270° жидкокристаллической пластиной, прикрепленной к передней стороне каждой из линз очков, в результате чего как левое, так и правое поля обзора открываются и обеспечивают обзор. За счет попеременного приложения напряжения к жидкокристаллической пластине, прикрепленной к передней стороне каждой из линз очков, с помощью инфракрасных лучей, передаваемых синхронно с отображаемым на ЖКД изображением, жидкокристаллическая пластина приводится в состояние напряжения, за счет чего сохраняется существующее направление поляризации испускаемого ЖКД поляризованного света, который блокируется поляризующими пластинами, в результате чего поле обзора затемняется. Одновременно за счет попеременного приложения напряжения к жидкокристаллической пластине каждой из линз очков с помощью инфракрасных лучей, синхронизированных с ЖКД, левое и правое поля обзора попеременно открываются и закрываются, и левое и правое поля обзора, через которые наблюдают ЖКД, разделяются, в результате чего может быть получено стереоскопическое отображение. Кроме того, при наклоне очков нарушается взаимозависимость ориентации ЖКД и направления поляризации очков, что вызывает перекрестные помехи; тем не менее, за счет датчика угла наклона приложенное напряжение регулируется и компенсируется, чтобы предотвратить перекрестные помехи. Помимо этого, видоискатель в электронном формирователе изображений необязательно встроен в камеру. Например, стереоскопическая камера, состоящая из парных левого и правого формирующих изображения объективов и парных левого и правого формирующих изображения элементов, может быть подключена USB-кабелем и т.п. к персональному компьютеру типа ноутбук, в результате чего сам компьютер может действовать как видоискатель.

На фиг.11 проиллюстрирован конкретный пример упомянутой стереоскопической телевизионной камеры, при этом штрих-пунктирной линией 110 обозначено эталонное окно, поясненное выше в описании. Это эталонное окно преимущественно формируют как поле обзора камеры, соответствующее кадру поля обзора, который виртуально задается на реальном изображении, захватываемом стереоскопической камерой. Этот виртуальный кадр поля обзора формирует состояние, сходное, например, с рассматриванием вида через окно дома. Тем не менее, поскольку реальное изображение не находится внутри кадра, посредством стереоскопической телевизионной камеры 112 оператор 114 через очки 113 для просмотра стереоскопических изображений непосредственно видит не только поле обзора изображений (эталонное окно 110 на чертежах), но также то, что находится вне поля обзора изображений. На расположенном ниже мониторе 111 (внутри него) отображается стереоскопическое изображение, создающее ощущение такого же размера и такого же расстояния (которое выглядит так, хотя реальный отображаемый размер отличается), как у эталонного окна 110.

В зависимости между шириной дисплея и соответствующим расстоянием от зрителя до монитора 111 на фиг.11 при условии, что L₁=350 мм на фиг.3, ширина W_P1левого и правого дисплейных экранов на чертежах равна W_P1=W_P0×L₁/L₀, а при условии, что W_P0=1800 мм и L₀=2500 мм, ширина W_P1 левого и правого дисплейных экранов становится равной W_P1=1800×350/2500=252 мм. Расстояние между левым правым экранами, то есть расстояние до изображения, обозначенное как D_P1 на фиг.3, составляет D_P1=65(350/2500)=55,9 при условии, что межзрачковое расстояние равно В=65 мм при D_P1=B(1-L₁/L₀) согласно уравнению 2, а расстояние между центрами правого и левого дисплейных экранов, то есть расстояние до изображения отображается как расстояние согласно уравнению 2, при этом расстояние до соответствующих точек изображения в бесконечности составляет 65 мм, что равно межзрачковому расстоянию человека. На фиг.3 D_P1(R) означает правый экран, a D_P1(L) означает левый экран. На данном этапе размер (общая ширина) дисплея D₁ равна сумме W_P1 и D_P1, то есть W_P1+D_P1=252+55,9=307,9 мм, и эта величина незначительно превышает 12 дюймов, то есть 12×25,4=304,8 мм; тем не менее, она выведена из численных представлений, полученных путем обработки расстояния от зрителя до экрана на основании численных величин для каждого 10-мм интервала, и при фактическом расстоянии от зрителя до экрана не возникает сложностей даже при нахождении на несколько большем расстоянии.

Когда расстояние L₁ от зрителя до экрана вычисляется на основании размера дисплея обратным способом, как показано на фиг.3, расстояние L₁=L₀(W_P1+D_P1-B)/(W_P0-В), и при условии, что W_P1+D_P1=12”=304,8 мм, В=65 мм, W_P0=1800 мм и L₀=2500 мм, расстояние L₁ от зрителя до экрана составляет L₁=2500 (304,8-65)/(1800-65)=345,53 мм.

Кроме того, для обеспечения хорошего обзора стереоскопическое отображения на мониторе стереоскопической телевизионной камеры на левом и правом изображениях в режиме наложения с помощью программного обеспечения отображается эталонный образец, в основном образованный продольными линиями. На фиг.14 показан конкретный вид монитора 111 стереоскопической телевизионной камеры 112, показанной на фиг.11, при этом эталонные образцы СР отображаются на мониторе 111 (дисплее D₁) в таких положениях, чтобы накладываться на соответствующие левое и правое изображения. Разумеется, что эталонные образцы отображаются только на видоискателе, а данные изображения, передаваемые стереоскопической камерой, содержат только данные захваченного изображения.

При просмотре жидкокристаллического монитора 111 описанной выше стереоскопической телевизионной камеры 112 в стереоскопическом режиме через очки 113 для просмотра стереоскопических изображений может зрительно распознаваться состояние корректировки стереоскопического восприятия. Так, при просмотре стереоскопического изображения на мониторе этой стереоскопической телевизионной камеры создается точно такое же стереоскопическое восприятие, как у наблюдателя, просматривающего на стереоскопическом телевизионном приемнике стереоскопическое изображение, снятое этой стереоскопической телевизионной камерой.

Кроме того, при захвате динамических изображений независимо от того, являются ли они моно- или стереоизображениями, важно видеть ход события одновременно с захватом изображения. Соответственно, телевизионная камера, позволяющая оператору всегда видеть реальное изображение вместе с изображением на мониторе, обеспечивает отличные функциональные эффекты.

Пример 2

Пример 2 настоящего изобретения отличается тем, что даже при значительном изменении дальности объекта в зависимости от отображаемых объектов (сцен) путем лишь корректировки расстояния между левым и правым парными блоками формирования изображений, которые параллельно друг другу установлены на направляющей, могут быть получены данные стереоскопического изображения с компенсацией недостаточного стереоскопического восприятия при формировании изображений на дальнем расстоянии и сохранением общего оптимального состояния левого и правого изображений при формировании изображений крупным планом.

В Примере 1 проиллюстрирована базовая структура настоящего изобретения, позволяющая наблюдателю испытывать такие ощущения, как и при наблюдении реального изображения собственными глазами. Стереоскопической камеры этого типа достаточно для просмотра нормального стереодиапозитива/фотоснимка или электронного стереоскопического неподвижного изображения; тем не менее, в кинофильмах, телевизионных программам и т.п. во многих случаях содержатся изображения, которые не встречаются в реальной жизни. Например, при наблюдении реальной сцены, когда человек вдали едет верхом на лошади, всадник и лошадь выглядят величиной с горошину, и невозможно различить, кто и в каком направлении движется; тем не менее, в кинофильме, телевизионной программе и т.п. (с традиционным моноизображением) для съемки такой сцены часто применяется метод с использованием изображения объекта крупным планом наподобие изображения, которое видно в бинокль. Из-за небольших левого и правого параллаксов (недостаточного расстояния между оптическими осями) даже при рассматривании такого изображения дальнего плана в бинокль реальное изображение выглядит как двухмерное изображение (плоское изображение); тем не менее, в стереоскопическом телевидении и т.п. существует насущная потребность в реальном стереоскопическом восприятии даже при формирований изображений крупным планом.

С учетом этой потребности была предложена стереоскопическая камера (гиперстереоскопическая камера), в которой левый и правый блоки формирования изображений разнесены друг от друга таким образом, что расстояние между их оптическими осями превышает межзрачковое расстояние человека; тем не менее, еще не решены задачи захвата изображений, проецируемых левым и правым значительно разнесенными объективами, и совместного отображения левого и правого изображений (стереоскопического отображения).

В отличие от гиперстереоскопической камеры при формировании изображения объекта на близком расстоянии параллаксы имеют тенденцию становиться чрезмерными даже при расстоянии между оптическими осями, равном межзрачковому расстоянию человека, в результате чего затрудняется совместное отображение левого и правого изображений в виде стереоскопического отображения. Известна микростереоскопическая камера для формировании таких изображений с близкого расстояния, в которой расстояние между оптическими осями формирующих изображения объективов является меньшим, чем межзрачковое расстояние человека; тем не менее, в микростереоскопической камере также еще не полностью решены задачи совместного отображения левого и правого изображений.

На фиг.6 показан пояснительный чертеж, на котором сплошной линией проиллюстрирован один из примеров формирователя стереоскопических изображений по п.4 настоящего изобретения, а пунктирной линией показано устройство, которое создано согласно принципам, проиллюстрированным на фиг.2(б), и в котором расстояние d_l между оптическими осями установлено равным межзрачковому расстоянию В человека, то есть D_L=В, при этом для удобства пояснений это состояние именуется нулевым режимом (обозначаемым символом то на чертежах). Как показано на фиг.2(б), в эталонном окне, расположенном на продолжении осевой линии камеры, расстояние до левого и правого изображений I_ref, проецируемых двумя формирующими изображения объективами, разнесенными на расстояние D_L, равное межзрачковому расстоянию В, превышает расстояние D_L между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов. При условии, что заданное расстояние до эталонного окна W_ref составляет L_w, расстояние между оптическими осями левого и правого формирующих изображений объективов составляет D_L, фокусное расстояние формирующего изображения объектива составляет f, а величина корректировки резкости составляет Δf, расстояние между левым и правым проецируемыми изображениями I_ref (равное расстоянию D_S между формирующими изображения элементами) вычисляется согласно приведенному выше уравнению 4, то есть D_S=D_L(1+(f+Δf)/L_w). Поскольку в этом случае захват стереоскопического изображения осуществляется в режиме панорамирования с изменением фокусного расстояния, в указанное уравнение может быть подставлен член f+Δf≒f.

В соответствии с приведенным уравнением расстояние D_S между формирующими изображения элементами в условиях нулевого режима формирователя изображений, обозначенного пунктирной линией на фиг.6, определяется расстоянием D_L между оптическими осями и проекционным соотношением f/L_w эталонного окна. Иными словами, расстояние D_S между формирующими изображения элементами увеличивается на величину D_L×f/L_W (L_W в уравнении является расстоянием в состоянии нулевого режима) по сравнению с расстоянием D_L между оптическими осями. Кроме того, расстояние D_SE между формирующими изображения элементами в условиях режима 1 формирователя изображений, обозначенного сплошной линией на фиг.6, вычисляется на основании размера D_SE=D_L(D_E/D_L)+D_L×f/L_W (L_W в уравнении является расстоянием в состоянии нулевого режима), поскольку расстояние D_SE просто параллельно смещено на протяжении всего блока формирования изображений.

При сохранении исходной величины смещения формирующих изображения элементов относительно оптических осей левого и правого блоков формирования изображений формирователя стереоскопических изображений в условиях обозначенного пунктирной линией нулевого режима отображения состояние (обозначенное на чертежах как d_e), при котором расстояние между оптическими осями левого и правого блоков формирования изображений увеличено и превышает межзрачковое расстояние человека, именуется режимом 1 (обозначенным на чертежах символом mi), и это состояние обозначено сплошной линией. В примере, проиллюстрированном на чертежах, расстояние D_E между оптическими осями, увеличенное в режиме 1, обозначено как 3-кратное расстояние D_L между оптическими осями в нулевом режиме, иными словами, D_E=3D_L. Теоретически эта величина не ограничена 3-кратным расстоянием, и даже в случае 10- или свыше 10-кратного расстояния не возникает проблем; тем не менее, для удобства отображения на бумаге проиллюстрировано 3-кратное расстояние.

Блок формирования изображений в режиме 1, обозначенном сплошной линией, сформирован путем параллельного смещения блока в нулевом режиме, обозначенном пунктирной линией, при этом сохраняется описанная исходная величина смещения формирующих изображения элементов, и расстояние между оптическими осями увеличивается до величины D_E, обозначенной на чертежах. Поскольку даже при увеличении расстояния между оптическими осями величина смещения формирующих изображения элементов относительно формирующего изображения объектива не изменяется, угол между линиями, соединяющими основную точку формирующего изображения объектива и два конца формирующих изображения элементов, не изменяется, и каждая из пунктирных линий, обозначающих нулевой режим, и каждая из сплошных линий, обозначающих режим 1, проходят параллельно друг другу.

Соответственно, как показано на чертежах, в режиме 1 автоматически генерируются ширина W_W(m₁) эталонного окна W_ref(m₁) и расстояние L_W(m₁), которые увеличиваются пропорционально величинам в нулевом режиме.

В случае отображения стереоскопического изображения, захваченного в условиях режима 1, на стереоскопическом телевизионном приемнике большого размера с дисплейным экраном эталонного размера, показанным на фиг.1, ширина W_Sформирующих изображения элементов, показанных на фиг.2(б), отображается как ширина W_D на дисплее D, показанном на фиг.2(а). Соответственно, хотя ширина W_W(m₁) эталонного окна W_ref(m₁) в режиме 1 увеличена на кратную D_E/D_L (3-кратную в примере, проиллюстрированном на фиг.6) величину расстояния между оптическими осями относительно ширины в нулевом режиме, на дисплейном экране она выглядит как ширина, вернувшаяся к ширине в нулевом режиме, и в этом случае положение эталонного окна W_ref также выглядит как положение (на стереоскопическом телевизионном приемнике большого размера, показанном на фиг.1) в нулевом режиме. Кроме того, поскольку расстояние между оптическими осями увеличено (3-кратно в проиллюстрированном примере), изображение соответствующих точек объекта в бесконечности захватывается на пропорциональном расстоянии (3-кратном) и всегда отображается на стороне отображения в состоянии, показанном на фиг.1, в результате чего соответствующие точки изображения в бесконечности отображаются на расстоянии, равном межзрачковому расстоянию человека, независимо от расстояния между оптическими осями на стороне захвата изображения. Соответственно, поскольку даже в случае изменения расстояния между блоками формирования изображений при переходе из нулевого режима в режим 1 наблюдатель всегда видит изображения в бесконечности параллельно друг другу, объект в бесконечности выглядит как находящийся в бесконечности, а в случае изображения крупного плана положение L_W(m₁) эталонного окна W_ref(m₁) в режиме 1 выглядит как положение L_W(m₀) эталонного окна в нулевом режиме; соответственно, поскольку находящийся на (сравнительно) небольшом расстоянии объект выглядит находящимся ближе (в проиллюстрированном на чертежах примере расстояние в 7,5 метров (m₁) выглядит как расстояние в 2,5 метра (m₀)), с учетом того, что объект отображается таким же образом, как при большом относительном расстоянии между соответствующими дальней и ближайшей точками ясного видения объекта, усиливается ощущение дальней или ближней перспективы, но не возникает проблем стереоскопического отображения, что позволяет легко обеспечивать совместное отображение левого и правого изображений.

Кроме того, в отличие от описанной гиперстереоскопической камеры, даже при расстоянии между оптическими осями, установленном в пределах межзрачкового расстояния человека, расстояние между оптическими осями становится чрезмерным относительно объекта, находящегося на очень близком расстоянии. Это создает серьезную проблему в том случае, когда делается попытка захвата изображения на очень близком расстоянии. Причина состоит в том, что при захвате изображения крупного плана при очень малом расстоянии до объекта левый и правый объективы захватывают изображения абсолютно различных участков объекта. В таком случае становится невозможным обеспечивать совместное стереоскопическое отображение левого и правого изображений. В частности, эта проблема усугубляется в случае стереоскопической эндоскопии.

С учетом упомянутой проблемы в проиллюстрированном на фиг.7 примере осуществления по п.5 настоящего изобретения состоянием, обозначенным пунктирной линией, является нулевой режим, а расстояние d_l между оптическими осями в нулевом режиме приближено к расстоянию между блоками формирования изображений, в результате чего расстояние между оптическими осями уменьшено до D_R, как показано на чертежах; соответственно, этим состоянием, обозначенным сплошной линией, является режим 2. В проиллюстрированном примере расстояние между оптическими осями D_R в режиме 2 отображается как 1/3 расстояния D_L между оптическими осями в нулевом режиме, иными словами, D_R=D_L/3. И в этом случае таким же (противоположным) способом, как и режиме 1, все участки уменьшаются пропорционально друг другу, и в положении (L_W(m₂) на чертежах), обозначенном сплошной линией на чертежах, автоматически генерируется эталонное окно. Затем, как и в режиме 1, при проецировании изображений, захваченных формирующими изображения элементами, на стереоскопический телевизионный приемник большого размера (дисплейный экран эталонного размера), показанный на фиг.1, в режиме 2 наблюдается обозначенное сплошной линией на фиг.5 эталонное окно W_ref(m₂) соответствующего размера в положении обозначенного пунктирной линией эталонного окна W_ref(m₀) в нулевом режиме.

Выше была описана попытка усилить стереоскопическое восприятие (ощущение дальней и ближней перспективы) (фиг.6) путем увеличения расстояния между оптическими осями при формировании изображений на дальнем расстоянии или попытка облегчить совмещение левого и правого полей обзора путем уменьшения расстояния между оптическими осями (фиг.7) при формировании изображений на близком расстоянии, и, как показано на фиг.6, при условии, что изображения объектов одинакового размера захватываются путем их размещения в положении эталонного окна W_ref(m₁) согласно режиму 1 и положении эталонного окна W_ref(m₀) согласно нулевому режиму, объект, помещенный в положении эталонного окна W_ref(m₁) согласно режиму 1, образует на формирующих изображения элементах проецируемое изображение размером в 1/3 размера согласно нулевому режиму, в результате чего, несмотря на усиление ощущения дальней и ближней перспективы, наименьшее расстояние, на котором может формироваться изображение, иными словами, расстояние до эталонного окна W_ref(m₁), увеличивается, и в некоторых случаях форма изображения (например, лица человека и т.п.) становится неразличимой. Тем не менее, допускается другое применение. Иными словами, например, при воздушной съемке вида сверху большого города и т.п. делается попытка включить в поле обзора определенный интервал (ширину видов). В отличие от этого, существует другая потребность в получении увеличенного вида объекта на дальнем расстоянии. В таком случае фокусное расстояние формирующего изображения объектива может быть просто увеличено (путем замены формирующих изображения объективов или с помощью функции увеличения изображения при использовании объектива с переменным фокусным расстоянием), и, как показано на фиг.8, в случае увеличения фокусного расстояния формирующего изображения объектива в режиме 1 в положении окна W_ref(m₁₀), показанного на чертежах, генерируется эталонное окно W_ref(m₁) в режиме 1, а при просмотре эталонное окно W_ref(m₁₀) выглядит находящимся в положении эталонного окна W_ref(m₀) в нулевом режиме. Поскольку в этом случае окно, находящееся на дальнем расстоянии, приближается с сохранением размера, изображение объекта также выглядит увеличенным с ощущением дальней и ближней перспективы. В случае увеличения расстояния между оптическими осями формирующих изображения объективов, как описано выше, и также изменения фокусного расстояния каждого из формирующих изображения объективов расстояние до генерированного эталонного окна получают путем умножения кратности увеличения расстояния между оптическими осями на кратность увеличения формирующего изображения объектива, и, как показано в примере, проиллюстрированном на фиг.8, когда на формирователь стереоскопических изображений с расстоянием между оптическими осями, увеличенным до 3-кратного межзрачкового расстояния, устанавливают формирующий изображение объектив с фокусным расстоянием, в 3 раза превышающем расстояние в нулевом режиме, получаемое эталонное окно W_ref(m₁₀) генерируется на в 9 раз большем расстоянии (2,5×9=22,5 метра).

Помимо этого, как пояснено на фиг.6 и 8, даже при увеличении расстояния между оптическими осями или даже увеличении фокусного расстояния формирующего изображения объектива заданная величина расстояния до генерированного "эталонного окна" увеличивается пропорционально соответствующему расстоянию. По этой причине даже при использовании длиннофокусного формирующего изображения объектива захват изображений должен осуществляться в положении на соответствующем большем расстоянии, из-за чего в некоторых случаях не удается получить изображение достаточного размера. Таким образом, в зависимости от целей формирования изображений захват изображений осуществляется с увеличением расстояния между оптическими осями при необходимости усиления стереоскопического восприятия, или предпочтительно с увеличением фокусного расстояния формирующего изображения объектива (путем его замены на формирующий изображение объектив с большим фокусным расстоянием или корректировки кратности масштабирования) без значительного увеличения расстояния между оптическими осями при необходимости увеличенного изображения.

В отличие от упомянутого выше случая на фиг.9 пояснен случай, когда даже при нахождении показанного на фиг.7 формирователя изображений в режиме 2 на очень близком расстоянии от объекта захват изображения иногда осуществляется на еще более близком расстоянии. Причина состоит в том, что в некоторых случаях физически невозможно обеспечить большое расстояние от объекта (например, одним из типичных примеров служит эндоскопия), и в таком случае путем замены формирующего изображения объектива с фокусным расстоянием, заданным в режиме 2, как показано на чертежах, на объектив с меньшим фокусным расстоянием может быть обеспечено меньшее расстояние от объекта. И в этом случае генерированное положение эталонного окна W_ref(m₂₀), показанного на фиг.9, определяют путем умножения кратности увеличения расстояния между оптическими осями на кратность увеличения фокусного расстояния и, например, в результате установки расстояния D_R между оптическими осями на уровне 1/3 межзрачкового расстояния на фиг.9 с заменой формирующего изображения объектива на объектив с фокусным расстоянием f, составляющим 1/3 фокусного расстояния объектива в нулевом режиме, в положении показанного на фиг.9 эталонного окна W_ref(m₂₀) согласно режиму 2 генерируется показанное на фиг.7 эталонное окно W_ref(m₂) согласно режиму 2, и в этом случае расстояние до эталонного окна составляет 1/9 расстояния (2,5×1/9=0,278 метра). При наблюдении эталонного окна W_ref(m₂₀), генерированного в положении L_w(m₂₀), показанном на фиг.9, оно выглядит находящимся в положении эталонного окна W_ref(m₀). Поскольку в этом случае окно, расположенное на очень близком расстоянии, выглядит имеющим такой же размер в результате его возврата в положение эталонного окна согласно нулевому режиму, достигается естественное ощущение дальней и ближней перспективы при стереоскопическом отображении, и не создается трудностей для совместного отображения.

В случае стереоскопической эндоскопии и т.п. расстояние при формировании изображения является чрезвычайном малым с тем, чтобы можно было наблюдать внутренние стенки кишечника и т.п., и поскольку само устройство должно иметь сверхмалые размеры, расстояние между оптическими осями неизбежно должно быть чрезвычайно малым. По этой причине, в качестве левого и правого формирующих изображений объективов требуются объективы очень небольшого диаметра и с очень небольшим фокусным расстоянием. Соответственно, требуются формирующие изображения элементы очень небольших размеров. При чрезвычайно малом расстоянии между блоками левый и правый формирующие изображения элементы обычно создают взаимные помехи (сталкиваются друг с другом); соответственно, левый и правый блоки предпочтительно объединяют в одной конструкции. Кроме того, в таком случае фокусное расстояние f формирующего изображения объектива на фиг.2(б) предпочтительно является чрезвычайно малым (в нулевом режиме). Когда угол обзора α, показанный на фиг.2(б) является постоянным, ширина W_S каждого формирующего изображения элемента также может быть уменьшена в случае уменьшения фокусного расстояния формирующего изображения объектива, что позволяет миниатюризировать все устройство.

Когда в такой конструкции дополнительно уменьшается расстояние между оптическими осями, например, до 1/10 с уменьшением фокусного расстояния формирующего изображения объектива до 1/10, расстояние L_W=2500 мм до эталонного окна в нулевом режиме уменьшается до 1/100 в режиме 2 и окно устанавливается в положении L_W=2500/200=25 мм. Как описано выше, изобретение по п.5 применимо в сверхмалой стереоскопической камере, такой как стереоскопический эндоскоп.

Как описано ранее, настоящее изобретение может применяться при формировании изображений в широких пределах от изображений на дальнем расстоянии до изображений крупным планом в качестве формирователя стереоскопических изображений, при этом в современных телевизионных (моно) камерах чаще используются объективы с переменным фокусным расстоянием, чем системы со сменными формирующими изображения объективами. Это объясняется в основном тем, что в случае захвата динамических изображений их захват невозможен во время замены объективов, и тем, что во время захвата изображений часто применяется метод непрерывного увеличения изображения, и к формирователю стереоскопических изображений предъявляются такие же требования. Как пояснено на примере формирователя стереоскопических изображений в режиме 1 с увеличенным расстоянием между оптическими осями и формирователя стереоскопических изображений в режиме 2 с уменьшенным расстоянием между оптическими осями, даже при любом изменении расстояния между оптическими осями в результате изменения расстояния между левым и правым блоками формирования изображений не требуется изменение положения (на величину смещения) формирующих изображения элементов относительно оптических осей формирующих изображения объективов; соответственно, упомянутые требования выполняются посредством установки на направляющей левого и правого блоков формирования изображений, к которым прикреплены объективы с переменным фокусным расстоянием, задания расстояния между левым и правым блоками формирования изображений с помощью серводвигателя, определения кратности увеличения объектива с переменным фокусным расстоянием с использованием датчика положения, такого как потенциометр, кодер и т.д., и определения положения привода серводвигателя на основании установленных величин; таким образом, расстояние между левым и правым блоками может автоматически устанавливаться просто путем корректировки кратности увеличения объектива с переменным фокусным расстоянием (п.6).

В этом случае, заданное значение расстояния между оптическими осями относительно кратности масштабирования (соотношение заданных значений фокусных расстояний) может определяться согласно одному из способов как величина, пропорциональная кратности масштабирования относительно расстояния dl между оптическими осями в нулевом режиме; тем не менее, это заданное значение не должно быть ограничено, и кратность масштабирования и расстояние между оптическими осями может корректироваться по отдельности без согласованных манипуляций (переключения между автоматическими и ручными операциями).

На фиг.10 показана конструктивная схема, иллюстрирующая режим 1, режим 2, режим 10 и режим 20 формирователя стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению. Формирователь 100 изображений имеет левый и правый бегунки 102, на которых установлены левый и правый блоки 105 формирования изображений и которые закреплены на направляющей 101 с возможностью скольжения по ней в положении зацепления. С левым и правым бегунком 102 соединены соответствующие зубчатые рейки 106, которые входят в зацепление с ведущими шестернями 107, симметрично установленными по центру. Соответственно, при повороте ведущих шестерен 107 вручную или с помощью серводвигателя левый и правый блоки 105 формирования изображений перемещаются по направляющей в противоположных друг другу направлениях с сохранением взаимно параллельного расположения и свободной корректировкой расстояния между ними.

Если в режиме 1 и режиме 10, в которых левый и правый блоки формирования изображений раздвинуты, не возникает проблем, в режиме 2 и режиме 20, в которых расстояние между оптическими осями уменьшено, из-за механических помех между левым и правым блоками формирования изображений становится сложным задать небольшое расстояние между оптическими осями. Соответственно, как показано на фиг.10, за счет создания конструкции, в которой каждый из формирующих изображения объективов смещен относительно каждого из наружных корпусов блоков формирования изображений, обеспечивается сравнительно выгодное расположение при уменьшении расстояния между оптическими осями. Тем не менее, поскольку изготовление по отдельности отличающихся левого и правого блоков является затруднительным, блоки 105 формирования изображений, соприкасающиеся с бегунком 102, могут быть снабжены фиксирующими поверхностями, которые симметрично закреплены сверху и снизу блоков формирования изображений с возможностью обратного поворота на 180°. Возникающая в этом случае проблема состоит в том, что верхняя и нижняя стороны формирующих изображения элементов также меняются местами. Казалось бы, что даже при повороте цифровой камеры вокруг оптической оси изображение на мониторе не поворачивается (всегда отображается в как изображение в вертикальном положении); тем не менее, причина состоит в том, что сам монитор поворачивается вокруг оптической оси формирующего изображения объектива, и, поскольку на передаваемые данные изображения влияет ориентация камеры, следует принимать во внимание эту особенность; кроме того, казалось бы, что поворот на 180° осуществляется путем инверсии только на вторичной стороне; тем не менее, поскольку направление считывания также всегда симметрично изменяется на обратное как продольно, так и поперечно, не обеспечивается одновременность левого и правого изображения, и они не могут использоваться. По этой причине, переключение левого и правого блоков должно осуществляться таким образом, чтобы направления считывания левого и правого формирующих изображения элементов проходили параллельно друг другу в поперечном направлении.

Как описано ранее, объективы с переменным фокусным расстоянием могут быть установлены на соответствующих левом и правом блоках формирования изображений формирователя стереоскопических изображений с возможностью согласованной корректировки левого и правого блоков в соответствии с корректировками кратности масштабирования; тем не менее, объектив с переменным фокусным расстоянием неизбежно имеет большой размер по сравнению с объективом с одинарной фокусировкой. По этой причине, в некоторых случаях левый и правый формирующие изображения объективы задевают друг друга, не позволяя уменьшать расстояние между оптическими осями до требуемой величины. Следовательно, иногда предпочтительнее использовать другую стереоскопическую камеру исключительно для захвата микроизображений с установленным на ней объективом небольшого размера только для формирования изображений крупным планом.

Даже при свободной корректировке расстояния между левым и правым блоками формирования изображений в момент просмотра изменяется лишь стереоскопическое восприятие, и не возникает проблем, связанных с раздвоенными изображениями левого и правого кадров изображения или неспособностью обеспечить совместное отображение изображений на дальнем и близком расстояниях. Тем не менее, существует другая проблема, состоящая в том, что при захвате стереоскопического изображения в любом из случаев не должно захватываться изображение объекта перед эталонным окном W_ref. В режиме 1 расстояние L_W(m₁) до эталонного окна W_ref(m₁) значительно изменяется в результате корректировки расстояния между оптическими осями. Кроме того, в режиме 2 само абсолютное значение величины изменения расстояния до генерированного эталонного окна становится меньшим, чем в режиме 1; тем не менее, величина изменения значения при таком малом расстоянии, как в режиме 2, является не такой уж небольшой. Следовательно, в случае расчете заданного расстояния до эталонного окна в момент захвата изображения и измерения расстояния до объекта зрительно и т.п., исходя из заданного значения, с целью захвата изображения, возникает проблема недоступности расчета. Эта проблема может быть решена за счет расположения, при котором, как показано на фиг.11, в одних и тех же левых и правых положениях на левой и правой сторонах дисплейного экрана стереоскопического видоискателя (монитора 111) с помощью программного обеспечения отображаются одинаковые левый и правый эталонные образцы CP_R и CP_L,каждый из которых главным образом состоит из продольных линий, таким образом, чтобы перекрываться с левым и правым изображениями, в результате чего образцы всегда могут наблюдаться в положениях эталонных окон даже при любой корректировке расстояния между оптическими осями формирователя изображений, что получает достигать ощущения расстояния в момент захвата изображения.

Кроме того, как описано ранее, стереоскопическое изображение должно захватываться путем панорамирования с изменением фокусного расстояния с тем, чтобы четко видеть все объекты на дальнем и ближнем расстояниях, и при сужении диафрагмы до малого диаметра с целью достижения состояния панорамирования с изменением фокусного расстояния количество света становится недостаточным. В частности, поскольку в случае динамических изображений время экспонирования каждого изображения ограничено фиксированным периодом, затемнение создает неудобства. Это также относится к быстро перемещающемуся объекту. При захвате изображений в формирователе стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению необходимо, чтобы объект всегда наблюдался за эталонным окном и находился с другой стороны. Это выгодно с точки зрения корректировка фокусной точки. Причина состоит в том, что фокусная точка всегда может корректироваться таким образом, чтобы находиться на другой стороне эталонного окна.

При условии, что в конструкции (в нулевом режиме), показанной на фиг.2(б), ширина W_W эталонного окна W_ref составляет 1800 мм, а фокусное расстояние формирующего изображения объектива составляет f=25 мм, поскольку фокусное расстояние, иными словами, расстояние (L_W на чертежах) от основной точки формирующего изображения объектива до эталонного окна f становится равным 1/100 от 2500 мм, изображение уменьшается до 1/100 и проецируется. Соответственно, ширина W_W=1800 эталонного окна на формирующих изображения элементах уменьшается до 1/100, и оно проецируется с уменьшенной шириной 18 мм. Тем не менее, из-за корректировки фокусной точки расстояние от основной точки формирующего изображения объектива до поверхности каждого формирующего изображения элемента увеличивается на величину Δf, как показано на чертежах. Согласно анализу величины Δf в уравнении Δf=f²/(L_W-f)=25²/(2500-25)=0,2525=0,25 мм фактическое проекционное соотношение составляет: (Δf+f)/L_W=(0,25+25)72500=1/99; тем не менее, эта величина является пренебрежимо малой.

В режиме 10, например, при использовании объектива с переменным фокусным расстоянием, когда фокусное расстояние формирующего изображения объектива составляет f=25×5=125 мм, иными словами, в 5 раз превышает упомянутую выше величину f=25 мм, а расстоянии между оптическими осями согласованно увеличено в 5, раз заданное расстояние L_W(m₁₀) до эталонного окна составляет L_W(m₁₀)=2500×5×5=62500 мм (62,5 метра). В этом случае, величина Δf корректировки фокусной точки, настроенной на эталонное окно, составляет:

Δf=f²/(L_W-f)=125²/(62500-125)=0.25050≒25 мм.

В отличие от упомянутого режима 10, например, в режиме 20, в котором расстояние между оптическими осями составляет меньшую величину, чем межзрачковое расстояние, когда фокусное расстояние формирующего изображения объектива составляет f=25/5=5 мм, иными словами, 1/5 расстояния в нулевом режиме, при расстоянии между оптическими осями, составляющим 1/5, заданное расстояние L_W(m₂₀) до эталонного окна составляет L_W(m₂₀)=2500/25=100 мм, иными словами, расстояние в (1/5)=1/25, и в этом случае, при настройке фокусной точки на эталонное окно величина Δf корректировки фокусной точки составляет:

Δf=f²/(L_W-f)=5²/(100-5)=0,2632≒0,26 мм.

Несмотря на увеличение величины Δf на стороне режима 20, в этом случае различие составляет чрезвычайно малую величину. Кроме того, поскольку величина, составляющая около 0,25 мм, входит в интервал фокуса формирующего изображения объектива, может быть задана величина Δf=0, и, например, при попытке точной настройки фокусной точки на положение эталонного окна формирующий изображение фокусное расстояние объектива может отклоняться (в направлении объекта) на 0,25 мм от величины f, и фиксируется на этом уровне. Соответственно, когда при установке объектива с переменным фокусным расстоянием фокусное расстояние и расстояние между оптическими осями согласованно корректируются таким образом, что каждое из них соответствует расстоянию нулевом режиме, наилучшим способом является фиксация величины Δf, полученной в результате корректировки фокусной точки объектива, в пределах от 0 до 0,25 мм, иными словами, установка постоянного фокусного расстояния.

На фиг.12 проиллюстрирован другой вариант осуществления стереоскопического монитора согласно настоящему изобретению, в котором показанный на фиг.12 стереоскопический монитор 120 может быть установлен на формирователе стереоскопических 100 изображений, показанном на фиг.10, или может использоваться отдельно, и может быть соединен с ним проводной связью или радиосвязью. Как показано на фиг.12, на левом и правом изображениях дисплея 121 стереоскопического монитора 120 с помощью программного обеспечения отображаются показанные на фиг.14 левый и правый эталонные образцы CP_R и CP_L,перекрывающиеся с ними, в результате чего могут обеспечиваться такие же эффекты обзора, как и в случае монитора 111, описанного со ссылкой на фиг.11. Дисплей 121 стереоскопического монитора 120 и объективная стойка 122 для фиксации разделяющих поле обзора очков 130 установлены в корпусе 123. Дисплеем 121, является, например, ЖКД, на котором в режиме разделения времени попеременно отображаются левое и правое изображения, при этом левое изображение отображается на участке P_L а правое изображение отображается на участке pr по ширине W_D дисплея, показанного на чертежах, в результате чего линзы разделяющих поле обзора очков 130 синхронизируются друг с другом и разделяют поле обзора, обеспечивая стереоскопическое отображение. Поскольку поле обзора закрыто корпусом 123 с целью защиты от поступающего извне света изображения, на стереоскопическом мониторе можно легко наблюдать даже в условиях яркого естественного дневного освещение. Кроме того, поскольку разделяющие поле обзора очки прикреплены к дисплею, не возникает перекрестных помех, даже когда наблюдатель наклоняет голову.

Дисплей стереоскопического монитора можно просматривать таким же образом, как и дисплейный экран эталонного размера независимо от того, имеет ли он большой или малый размер, как пояснено на фиг.3, в том, что касается способа отображения и расстояний от зрителя до экрана; тем не менее, с точки зрения портативность, чем меньше размер дисплея, тем лучше. В случае малого размера дисплея даже наблюдателю, смотрящему прямо перед собой (невооруженным глазом при фокусе, настроенном на расстояние различения деталей), необходимо использовать компенсирующую обзор линзу (с положительными диоптриями), показанную на фиг.13, и путем смещения компенсирующей обзор линзы 133 (не показанной) в направлении оптической оси может осуществляться корректировка в соответствии с обзором наблюдателя.

На фиг.13 показана конструктивная схема, иллюстрирующая разделяющие поле обзора очки 130 показанного на фиг.12 стереоскопического монитора 120, которые состоят в основном из поляризующей пластины 132 и жидкокристаллической пластины 131. Когда дисплеем 121 показанного на фиг.12 стереоскопического монитора 130 является LCD, излучаемым дисплеем светом является поляризованный свет, а поляризующая пластина 132, показанная на фиг.13, проходит в направлении, ортогональном направлению амплитуды колебаний света, излучаемого дисплеем (как с левой, так и правой сторон), излучаемый дисплеем свет блокируется, и поле обзора закрывается. Когда напротив поляризующей пластины 132, показанной на чертежах, расположена жидкокристаллическая пластина 131, направления поляризации излучаемого ЖКД света повернуто на 90° или 270°, в результате чего поле обзора открывается. При приложении напряжения к жидкокристаллической пластине 131 в этом состоянии скрученный жидкий линейно деформируется, в результате чего жидкокристаллическая пластина 131 может пропускать излучаемый дисплеем свет без поворота направления его поляризации; соответственно, он блокируется поляризующей пластиной 132, в результате чего поле обзора закрывается. В результате приложения напряжения к жидкокристаллической пластине 131, показанной на фиг.130, синхронно с изображением, отображаемым на дисплее 121, показанном на фиг.12, левое и правое поля обзора разделяются, и обеспечивается стереоскопическое отображение. Помимо этого, как описано выше, в результате приложении напряжения к показанной на фиг.13 жидкокристаллической пластине 131 поле обзора закрывается; тем не менее, когда поляризующая пластина 132 проходит в том же направлении, что и поляризующая пластина на поверхности дисплея (ЖКД) 121, показанного на фиг.12, в результате приложении напряжения к жидкокристаллической пластине поле обзора открывается.

Помимо этого, при использовании в дисплее неполяризованного материала, такого как органический EL, такие же характеристики могут достигаться за счет применения так называемых обтюрирующих очков с дополнительной поляризующей пластиной на передней стороне жидкокристаллической пластины 131. Кроме того, при просмотре включающейся и выключающейся разрядной лампы промышленной частоты через обтюрирующие очки обычно возникает мерцание; тем не менее, поскольку в стереоскопическом мониторе 120, показанном на фиг.12, блокируется поступающий извне свет, а световыми лучами, просматриваемыми через разделяющие поле обзора очки 130, являются только световые лучи, излучаемые дисплеем, мерцание не возникает, даже если разделяющими поле обзора очками 130 являются обтюрирующие очки.

В настоящее изобретение могут быть внесены различные изменения, не выходящие за пределы объема изобретения, и излишне говорить, что эти изменения входят в настоящее изобретение.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение позволяет достоверно воспроизводить стереоскопическое изображение на стороне отображения без необходимости каких-либо корректировок даже при использовании формирователей стереоскопических изображений различных типов. Кроме того, при захвате стереоскопических изображений в зависимости от условий формирования изображений обычно возникает недостаточное или избыточное ощущение дальней и ближней перспективы; тем не менее, путем корректировки расстояния между блоками формирования изображений в любых условиях могут регистрироваться оптимальные для стереоскопического отображения данные стереоскопического изображения, за счет чего настоящее изобретение применимо для захвата изображений, в частности, в стереоскопическом кинематографе, стереоскопическом телевидении и т.д.

Пояснение ссылочных позиций

W_ref Эталонное окно

W_W Ширина эталонного окна

O_∞ Объект в бесконечности

Φ Оптическая ось

D_L Расстояние между оптическими осями

I_ref Изображение эталонного окна, проецируемое на формирующие изображения элементы

S Формирующий изображения элемент

f Фокусное расстояние

Δf Величина корректировки фокусной точки

α Угол обзора

W_S Ширина формирующего изображения элемента

D_S Расстояние между формирующими изображения элементами

D Дисплей

W_D Ширина дисплея

E_ref Эквивалентное эталонное окно

В Межзрачковое расстояние человека

E_L Левый глаз

E_R Правый глаз

D₀ Дисплей эталонного размера

D₁ Дисплей в перекрывающемся интервале отображения

d₂ Дисплей в образованном соседними левой и правой частями интервале отображения

W_P0 Ширина дисплея эталонного размера

W_P1 Ширина дисплея в перекрывающемся интервале отображения

W_P2 Ширина дисплея в образованном соседними левой и правой частями интервале отображения

D_P1 Расстояние до дисплея в перекрывающемся интервале отображения

D_P2 Расстояние до дисплея в образованном соседними левой и правой частями интервале отображения

L_X Граница (принципиальная) между образованным соседними левой и правой частями интервалом отображения и перекрывающимся интервалом отображения

L_W Расстояние до эталонного окна

L₀ Расстояние до дисплея эталонного размера

L₁ Расстояние до дисплея в перекрывающемся интервале отображения

L₂ Расстояние до дисплея в образованном соседними левой и правой частями интервале отображения

W_ref Совпадающая точка левого и правого полей обзора изображения при использовании широкоугольного объектива

W_ref” Совпадающая точка левого и правого полей обзора изображения при использовании длиннофокусного объектива

m₀ Нулевой режим

m₁ Режим 1

m₁₀ Режим 10

m₂ Режим 2

m₂₀ Режим 20

D_E Увеличенное расстояние между оптическими осями, превышающее межзрачковое расстояние

D_SE Расстояние между формирующими изображения элементами при расстоянии D_E, установленном между оптическими осями

D_R Увеличенное расстояние между оптическими осями, меньшее, чем межзрачковое расстояние

D_SR Расстояние между формирующими изображения элементами при расстоянии D_R, установленном между оптическими осями

100 Формирователь стереоскопических изображений

101 Направляющая

102 Бегунок

103 Формирующий изображения элемент

104 Формирующий изображение объектив

105 Блок формирования изображений

106 Зубчатая рейка

107 Ведущая шестерня

110 Эталонное окно

111 Стереоскопический монитор стереоскопической телевизионной камеры

112 Стереоскопическая телевизионная камера

113 Очки для просмотра стереоскопических изображений

114 Оператор

120 Стереоскопический монитор

121 Дисплей

122 Объективная стойка

123 Корпус

130 Разделяющие поле обзора очки

P_L Дисплейный экран (левый)

P_R Дисплейный экран (правый)

131 Жидкокристаллическая пластина

132 Поляризующая пластина

133 Компенсирующая обзор линза

СР Эталонный образец.

Реферат

Изобретение относится к формированию стереоскопических изображений. Формирователь стереоскопических изображений, в котором оптические оси блока формирования изображений, имеющего формирующие изображения объективы и формирующие изображения элементы, разнесены в поперечном направлении параллельно друг другу на расстояние, равное межзрачковому расстоянию человека. В поле обзора изображений блока формирования изображений в качестве виртуального кадра поля обзора задано эталонное окно. Когда эталонное окно проецируется с целью формирования уменьшенных изображений на формирующих изображения элементах посредством левого и правого объективов, ширина левого и правого формирующих изображения элементов соответствует ширине левого и правого проецируемых изображений эталонного окна, в результате чего данные левого и правого изображения считываются и передаются как стандартные данные стереоскопического изображения. Также описан формирователь стереоскопических изображений на основе упомянутого формирователя стереоскопических изображений, в котором расстояние между оптическими осями увеличено или уменьшено до величины, большей или меньшей, чем межзрачковое расстояние, и который рассчитан на широкий интервал формирования изображений от изображений на дальнем расстоянии до изображений крупным планом. Технический результат - обеспечение совместимости на системном уровне во всем интервале формирования изображений от изображений на дальнем расстоянии до изображений крупным планом, и способные достоверно воспроизводить стереоскопические изображения на стороне отображения без корректировки. 6 н. и

Формула