CZ288672B6 - Způsob vytváření trojrozměrného obrazu a zařízení pro provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Trojrozm rn² obraz se z sk z dvojrozm rn ho zobrazen m n n m zd nliv vzd lenosti obrazu od pozorovatele na ·rovni obrazov ho bodu. Tohoto se dos hne um st n m soustavy optick²ch prvk na ·rovni obrazov ho bodu zcentrovan²ch s obrazov²mi body obrazu. Ve v²hodn m form tu je ka d² z optick²ch prvk obecn podlouhl² a m ohniskovou vzd lenost, kter se m n pod l jeho d lky s t m v²sledkem, e bod pod l jeho d lky, v n m sv tlo vstupuje do optick ho prvku, ur uje zd nlivou vizu ln vzd lenost p°idru en ho obrazov ho bodu od pozorovatele. V p° pad pou it v obrazovce se ° zen polohy vstupu sv tla prov d ° zen m elektronov ho svazku tak, e tento prov d nepatrn² vertik ln pohyb p°i horizont ln m rozm t n . P°i pou it v televizi m e b²t vertik ln vzd lenost ur ena hloubkovou slo kou zahrnutou do vys lan ho sign lu p°ij man ho televizn m p°ij ma em. Aplikace a p° kladn proveden t²kaj c se po ta ov²ch monitor , filmu a tiÜt n²ch obraz jsou zde rovn pops ny.\

Description

Způsob vytváření trojrozměrného obrazu a zařízení pro provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká techniky zobrazování trojrozměrného obrazu, a to zejména takové techniky, při níž se nevyžaduje používání speciálních helem nebo brýlí. Zvláště se vynález týká způsobu vytváření trojrozměrného obrazu ze zobrazení dvojrozměrného obrazu, vytvořeného diskrétními obrazovými prvky, obsahující zajištění soustavy optických prvků, zcentrovaných před obrazovými prvky, a měnění efektivní ohniskové vzdálenosti každého optického prvku pro změnu zdánlivé vizuální vzdálenosti obrazového bodu od pozorovatele, nacházejícího se před zobrazovačem, na němž je znázorněn každý jednotlivý obrazový bod.

Dosavadní stav techniky

Vytvoření plného trojrozměrného obrazu bylo vážným technologickým cílem po značnou část dvacátého století. Již v roce 1908 Gabriel Lippman vynalezl způsob vytváření pravdivého trojrozměrného obrazu scény používajícího fotografickou desku exponovanou přes „muší oko“ vytvořené čočkovou fólií z malých pevných čoček. Tato technika se stala známou jako integrální fotografie a zobrazování takto vytvořených obrazů se provádělo přes čočkovou fólii z fixních čoček téhož druhu. Lippmanův vývoj a jeho pokračování v následujících letech, viz např. US patent č. 3,878,329, však nedokázalo vytvořit technologii, která by byla přímo použitelná pro vytváření obrazů, které by šlo jednoduše vyrábět, které by byly adaptovatelné na pohyblivou prezentaci nebo by byly schopné přímo reprodukovat elektronicky generované obrazy, což je převládající formát této poslední části tohoto století.

V průběhu času docházelo k dalšímu rozpracovávání trojrozměrného zobrazování formou vytváření obrazu ze soustavy obrazových složek, což vyústilo do různých technických zlepšení, která zahrnují různá provedení žebrových, čočkových nebo mřížkových fólií optických prvků pro výrobu stereoobrazů z jediného speciálně zpracovaného obrazu, viz např. US patent č. 4,957,311 nebo US patent č. 4,759,017, aby byly citovány pouze poslední relevantní příklady. Většina z těchto řešení trpí společnými soustavami nedostatků, které zahrnují přísná omezení fyzické polohy pozorovatele vůči pozorovacímu stínítku, sníženou kvalitou obrazu způsobenou rozdělením intenzity vytvářeného obrazu mezi dva oddělené obrazy a v mnoha řešeních paralaxa pozorovatelná v pouze jednom směru.

Další dosud známé techniky pro generování skutečných trojrozměrných obrazů zahrnují rastrování fyzikálního objemu, a to buď mechanickým rastrováním laserového paprsku přes rotující spirálové stínítko, nebo difuzní oblak par, sekvenčním aktivováním soustavy vnitřních fosforových stínítek v obrazovce nebo fyzikálním odchylováním zakřiveného zrcadla pro vytvoření verze konvenčního zařízení pro vytváření obrazu s proměnným ohniskem. Všechny tyto techniky jsou však neohrabané, obtížné jak z hlediska výroby, tak z hlediska pozorování, a celkově je není možno upravit tak, aby je bylo možno umístit na běžný trh.

V průběhu téže časové periody se objevila soustava technologií týkajících se zařízení, která na sobě nesl pozorovatel, a to včetně brýlí používajících dvoubarevných nebo křížově polarizovaných filtrů pro oddělení současně zobrazovaných duálních obrazů, a helmy zobrazující virtuální realitu, z nichž všechny se vztahují na výrobu stereopsie, to jest příjmu vjemu hloubky prostřednictvím spojení odděleného obrazu levého a pravého oka. Některé z těchto technik vytvářely stereoobrazy pozoruhodné kvality, ačkoliv obecně na účet pohodlí pozorovatele, napětí očí, jasu obrazu a akceptovatelnosti částí pozorující populace, která nemůže přímo a pohodlně přijímat takové stereozobrazení. Toto je prokázáno v nedávno se objevivších oftalmonologických a neurologických studiích, které hovoří o škodlivých a potenciálně dlouho trvajících účincích

-1 CZ 288672 B6 dlouhého používání stereozobrazovacích systémů, ať už je na sobě má pozorovatel nebo jsou jiného typu.

Podstata vynálezu

Tento vynález je zamýšlen k zajištění zlepšeného trojrozměrného zobrazovacího přístroje, který je kompaktní, konstrukčně jednoduchý a který na pozorovateli nevyžaduje používání jakýchkoliv brýlí, helem se zobrazováním virtuální reality nebo jakýchkoliv jiných pozorovatelem nošených 10 přístrojů.

Pro zajištění tohoto zlepšeného trojrozměrného zobrazování vytváří tento vynález trojrozměrný obraz změnou vzdálenosti obrazu od pozorovatele od jednoho obrazového bodu k druhému. Vynález používá soustavu extrémně malých, specielně vytvořených optických prvků, které jsou 15 vytvořeny tak, že ohnisková délka takového prvku se mění podél povrchu tohoto optického prvku. Nepatrným posuvem bodu kterým světlo vstupuje do těchto optických prvků pro různé obrazové prvky obrazuje pozorovateli představován kompletní obraz, v němž určité prvky jsou pozorovateli blíže a jiné jsou mu vzdálenější, stejně jako je tomu ve scéně ze skutečného světa. Prezentovaná scéna ortoskopická a oko pozorovatele zaostřuje blíže pro bližší části obrazu 20 a vzdáleně pro vzdálenější části tohoto obrazu.

Tento vynález nepoužívá pro zajištění vjemu hloubky prezentaci oddělených pohledů do levého a pravého oka pozorovatele a tím překonává některé z trvalejších a vážnějších nedostatků, které neodlučitelně patří ke stereoskopickému zobrazování podle dosavadního stavu techniky.

Těchto účinků se podle vynálezu dosahuje způsobem vytváření trojrozměrného obrazu ze zobrazení dvojrozměrného obrazu, vytvořeného diskrétními obrazovými prvky, obsahující zajištění soustavy optických prvků, zcentrovaných před obrazovými prvky, a měnění efektivní ohniskové vzdálenosti každého optického prvku pro změnu zdánlivé vizuální vzdálenosti 30 obrazového bodu od pozorovatele, nacházejícího se před zobrazovačem, na němž je znázorněn každý jednotlivý obrazový bod, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že každý optický prvek má ohniskovou délku, která se mění progresivně podél ploch orientovaných obecně rovnoběžně s obrazem, přičemž měnění efektivní ohniskové délky každého optického prvku se provádí posuvem místa, na němž je světlo emitováno z dvourozměrného obrazu uvnitř každého 35 obrazového prvku, a převáděním emitovaného světla k optickým prvkům, kde místo, na nějž emitované světlo na optických prvcích dopadá, určuje zdánlivou hloubku obrazového bodu.

Ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu je posuv místa, na němž je světlo emitováno z dvourozměrného obrazu uvnitř každého obrazového prvku, řízen signálem hloubky, 40 zakódovaným do televizního vysílacího signálu pro každý obrazový bod. Přitom signál hloubky je možno generovat několika výhodnými způsoby, a to tak, že se generuje triangulační technikou za použití dvou prostorově oddělených kamer, nebo se generuje za použití neoptických čidel hloubky, nebo se generuje podle hodnoty hloubky přiřazené dvourozměrnému obrazu zobrazované scény po digitalizaci této scény a po určení jednotlivých předmětů této scény 45 ajejich hloubky ve scéně. Přitom je výhodné, jestliže se signál hloubky do televizního vysílacího signálu zakóduje před vysíláním televizního vysílacího signálu, případně jestliže je signál hloubky v televizním vysílacím signálu vytvořen jako dekódovatelný v místě příjmu televizního vysílacího signálu.

Ve výhodném provedení vynálezu se zdánlivé hloubky obrazového bodu dosahuje buď dopadem světla na lomovou plochu optického prvku, vytvořeného ve tvaru lomového prvku, nebo dopadem světla na odrazovou zrcadlovou plochu optického prvku vytvořeného ve tvaru zrcadla. U takového provedení je výhodné, jestliže posuv místa, na němž je světlo emitováno z dvourozměrného obrazu, obsahuje lineární posuv bodu, na němž je světlo emitováno 55 z dvourozměrného obrazu, a jestliže zobrazení místa, na němž je světlo emitováno

-2CZ 288672 B6 z dvourozměrného obrazu, obsahuje radiální posuv místa, na němž je světlo emitováno z dvourozměrného obrazu.

Uvedených účinků se podle vynálezu dosahuje rovněž zobrazovacím zařízením pro provádění výše uvedeného způsobu, na němž je vytvořen obraz z diskrétních obrazových bodů, kde toto zařízení je opatřeno soustavou optických prvků, zcentrovaných před obrazovými body, a prostředky pro individuální měnění efektivní ohniskové délky každého optického prvku pro změnu zdánlivé vizuální vzdálenosti obrazového bodu od pozorovatele, nacházejícího se před zobrazovacím zařízením, na němž se pro vytvoření trojrozměrného obrazu zobrazuje každý jednotlivý obrazový bod. Podstatou vynálezu přitom je, že toto zařízení je opatřeno prostředky pro posuv místa emise světla v obrazovém bodě podle požadované hloubky pro dosažení odpovídajícího posuvu místa vstupu světla podél vstupní plochy optického prvku, čímž se účinná ohnisková délka optického prvku dynamicky mění a zdánlivá vizuální vzdálenost obrazového bodu od pozorovatele se mění podle posuvu místa vstupu světla.

Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu jsou optické prvky lomovými prvky a vstupní plocha světlaje lomová plocha, přičemž lomové plochy jsou s výhodou tvarovány pro zajištění proměnné ohniskové délky.

Optické prvky jsou s výhodou vyrobeny z optického materiálu s proměnným indexem lomu, v němž se index lomu mění progresivně podél optického prvku pro vytvoření proměnné ohniskové délky, přičemž vztah mezi posuvem místa vstupu světla a ohniskovou délkou může být lineární nebo nelineární. Každý optický lomový prvek u takového provedení zařízení podle vynálezu může mít ohniskovou délku měnící se radiálně vůči optické ose optického lomového prvku a posouvací prostředek může být vytvořen pro radiální posuv místa v obrazovém bodu, na němž je světlo emitováno. Každý optický lomový prvek však může být i podlouhlý a mít ohniskovou vzdálenost měnící se podél jeho délky od jednoho konce, a posouvací prostředek může být vytvořen pro lineární posuv místa v obrazovém bodě, v němž je emitováno světlo.

V dalším výhodném provedení obsahuje zobrazovací zařízení podle vynálezu jako světelný zdroj jedno zařízení ze skupiny tvořené zobrazovacím zařízením na bázi tekutých krystalů, zobrazovacím zařízením na bázi elektroluminiscence a zobrazovacím zařízením na bázi plasmového zobrazení.

Takové zařízení pak může zahrnovat obrazovku, opatřenou soustavou podlouhlých fosforových obrazových bodů, a prostředek pro lineární posun místa, na němž je světlo v obrazovém bodě emitováno, a může obsahovat prostředek pro generování elektronového svazku, přičemž prostředek pro lineární posun místa, na němž je světlo v obrazovém bodě emitováno, může obsahovat prostředek posuv elektronového svazku podél každého fosforového obrazového bodu. Prostředek pro generování elektronového svazku může být vytvořen pro generování elektronového svazku s pravoúhlým průřezem nebo s oválným průřezem. Ve výhodném provedení takového zařízení podle vynálezu jsou obrazové body uspořádány v řadách, přičemž toto zařízení je tvořeno televizním přijímačem majícím prostředek pro vybrání hloubkové složky pro každý obrazový bod z přijímaného signálu a prostředek pro přidání hloubkového signálu ke konvenčnímu horizontálnímu rozmítanému řádku pro řízení vertikální úrovně horizontálního rozmítaného řádku bod po bodu, čímž se dosáhne stupňovitého rozmítaného řádku. Výhodné je, je-li mezi jednotlivými optickými prvky vytvořena malá mezilehlá štěrbina, která může být vyplněna černým neprůhledným materiálem. Optické prvky jsou s výhodou vytvořeny ve formě desky vylisované z plastického materiálu, která může být vytvořena injekčním litím.

Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu je každý optický prvek složeným přístrojem obsahujícím alespoň dvě jednotlivé optické složky, které mohou být vytvořeny jako alespoň dvě desky vylisované z plastického materiálu, které jsou k sobě přitmeleny nebo které jsou navzájem spojené u svých okrajů.

-3CZ 288672 B6

Ve zvláště výhodném provedení zařízení podle vynálezu je toto zařízení vytvořeno ve formě prohlížečky nebo projektoru pro fotografický film a prostředek pro posuv bodu, na němž je světlo emitováno, obsahuje masku, přiloženou ke každému obrazovému bodu fotografického filmu pro zajištění předvoleného průsvitného bodu.

V jiném příkladném provedení zařízení podle vynálezu jsou optické prvky zrcadla a vstupní plocha je odrazová plocha. Každý optický prvek pak s výhodou obsahuje rovinné zrcadlo a konkávní zrcadlo. V takovém případě je každé rovinné zrcadlo s výhodou vytvořeno jako jedna plocha kombinovaného prvku, jejíž další plochu vytváří konkávní zrcadlo sousedního obrazového bodu.

Ve zvláště výhodném provedení zařízení podle vynálezu pak je toto zařízení vytvořeno jako počítačový monitor s počítačovým obrazovým budičem, mající prostředky pro výběr hloubkové složky každého obrazového bodu z dat přijatých z počítače a prostředky pro přidání hloubkové 15 složky k běžnému řádku horizontálního rastru, obrazový bod za obrazovým bodem, pro dosažení stupňového rastru.

Ve všech těchto příkladných provedeních je zobrazování pohybu představováno rozmítáním celých obrazů následně zhruba stejným způsobem jako u běžných dvourozměrných zobrazování 20 pohybu. V tomto způsobu zobrazování pohybu může být představováno na četnostech rámců omezených pouze schopností rozmítaného světelného paprsku být nepatrně vertikálně manipulován pro každý obrazový bod. Ačkoliv v žádném případě technologie není tímto limitována, příkladné provedení tohoto vynálezu tak jak je zde popsáno bylo úspěšně prováděno v laboratořích přihlašovatele na četnostech rámců v rozsahu až 111 rámců za sekundu.

V ještě dalším výhodném provedení vynálezu může celé osvětlení obrazu na úrovni obrazových bodů přijít ze speciálně připraveného filmu zachycujícího pohyblivý obraz nebo ze speciálně připraveného nehybného fotografického filmu, v němž každý rámec nebo film je osvětlován zezadu běžným způsobem, ale pozorován soustavou optik téhož typu na úrovni obrazových bodů.

V tomto příkladném provedení každý přenášený světelný obrazový bod v každém průsvitném rámci je umístěn specificky podél povrchu lineárního vstupu optik tak, že jeho vertikální vstupní bod generuje světelný bod umístěný ve specifické vzdálenosti od pozorovatele, v níž se požaduje příjem tohoto daného obrazového bodu, stejně tak jako v elektronicky osvětlených příkladných provedeních, které byly popsány výše. Takové běžně známé systémy zahrnují promítání 35 trojrozměrného zobrazení do volného prostoru odrazem od konkávního zrcadla nebo optiky s podobným promítáním obrazu. Tato technika je značně přesvědčivější než promítání konvenčního plochého dvojrozměrného zobrazení v tom, že promítaný trojrozměrný zobrazovaný obraz ve volném prostoru má ve skutečnosti reálnou pozorovatelnou hloubku. Doposud byla úspěšně použita konkávní zrcadla se zakřiveným sférickým, parabolickým a hyperbolickým, ale 40 i j iné konkávní tvary jsou zřejmě možné.

Ve všech těchto příkladných provedeních může být trojrozměrný obraz pozorován přímo nebo použit jako zdroj reálného obrazu pro jakýkoliv běžně známý systém promítání reálného obrazu.

Přehled obrázků na výkresech

Tyto a další předměty a význaky tohoto vynálezu budou zjevnější z následujícího popisu ve spojení s připojenými výkresy. V těchto výkresech budou podobné součásti označeny podobnými 50 vztahovými značkami. Na obrázku 1 (a) je zobrazení jednoho příkladného provedení optického přístroje na úrovni obrazového bodu v pohledu zešikma zezadu, obrázek l(b) je zobrazením odlišného příkladného provedení téhož typu optické soustavy na úrovni obrazového bodu, obsahujícího tři optické prvky, obrázek 2 znázorňuje způsob, kterým změna bodu vstupu kolimovaného světelného paprsku do zadní strany optické přístroje (vstupní konec) mění 55 vzdálenost v prostoru od pozorovatele, v níž se tento světelný bod objevuje, obrázek 3(a)

-4CZ 288672 B6 znázorňuje, jak toto proměnné vstupní osvětlení optického přístroje na úrovni obrazového bodu může být v jednom příkladném provedení zajištěno obrazovkou, obrázek 3 (b) znázorňuje odlišný pohled na proměnné vstupní osvětlení a scentrování optiky na úrovni obrazového bodu s obrazovými body na fosforové vrstvě obrazovky, obrázek 3(c) zobrazuje vztah mezi velikostí 5 a poměrem stran kolimovaného vstupního světelného paprsku k velikosti a poměru stran optického přístroje na úrovni obrazového bodu, obrázek 4 (a) znázorňuje, jak je soustava optik na úrovni obrazového bodu představována před zdrojem osvětlení, jakým je obrazovka monitoru počítače, televizor nebo jiný v podstatě plochý stínítkový zobrazovací přístroj, obrázek 4 (b) znázorňuje druhé výhodné příkladné provedení vzorce obrazových bodů obrazovky, které může 10 být použito pro tento účel, obr. 5 znázorňuje způsob jakým je signál hloubky přidáván do horizontálně rozmítaných rastrových řádků v obrazu televizního nebo počítačového monitoru, obr. 6 znázorňuje jak může být specifický bod vstupu světla do optiky na úrovni obrazových bodů měněn za použití filmu s pohyblivými obrazy nebo nějaké jiné formy osvětleného průsvitného předmětu jako zdroje osvětlení, obr. 7 znázorňuje, jak lze použít soustavu optik na 15 úrovni obrazového bodu pro sledování průběžného pásku filmu s pohyblivými obrazy pro sledování následných rámců filmu v zobrazení trojrozměrných pohyblivých obrazů, obr. 8 zobrazuje způsob v němž hloubková složka zaznamenaného obrazu může být odvozena prostřednictvím zachycení obrazu používajícího jednu hlavní zobrazovací kameru a jednu sekundární kameru, obrázek 9 (a) znázorňuje proces, kterým signál hloubky může být 20 retroaktivně odvozen pro konvenční dvourozměrné zobrazení, čímž je tento obraz schopen trojrozměrného zobrazení na vhodném zobrazovacím přístroji, obrázek 9 (d) znázorňuje propojení a činnost obraz zpracujících přístrojů, které lze použít pro přidání hloubky do videozobrazení podle postupu znázorněného na obrázku 9(a), obr. 10 znázorňuje aplikaci technik hloubkového zobrazení na úrovni obrazového bodu odvozenou v průběhu tohoto vývoje na 25 trojrozměrné zobrazení tištěných obrazů, obr. 11 znázorňuje rozložení energie běžného obrazového signálu NTSC indikující nosné jasu a barvy, obr. 12 znázorňuje totéž rozložení energie obrazového signálu NTSC, ale se signálem hloubky zakódovaným do spektra, obrázek 13 (a) znázorňuje funkční návrh obvodu v běžném televizním přijímači, který typicky řídí vertikální vychýlení rozmítaného elektronového svazku v obrazovce, obrázek 13 (b) znázorňuje tytéž 30 obvody s přidáním obvodů požadovaných pro dekódování hloubkové složky z videosignálu se zakódovaným třetím rozměrem pro vhodnou změnu chování vertikálního vychýlení rozmítaného elektronového paprsku pro vytvoření trojrozměrného efektu, obrázek 14 znázorňuje výhodné příkladné provedení elektronických obvodů na bázi televize, které provádí funkci výběru hloubky a zobrazení, které jsou znázorněny na obr. 13 (b), obr. 15 znázorňuje alternativní optickou 35 strukturu na úrovni obrazového bodu, v níž se poloha vstupního světla mění radiálně spíše než lineárně, obr. 16 je podobný obrázku 2, ale zobrazuje alternativní prostředky pro měnění vizuální vzdálenosti světla emitovaného z jednotlivého obrazového bodu od pozorovatele, obrázek 17 znázorňuje, jak je uspořádání znázorněného na obr. 16 dosaženo v praktickém příkladném provedení.

Příklady provedení vynálezu

Obrázek l(a) znázorňuje ve značně zvětšeném tvaru jedno možné příkladné provedení optického 45 prvku 2 použitého pro měnění vzdálenosti od pozorovatele, v níž se kolimovaný bod vstupu světla do tohoto přístroje může jevit. Pro jasnost výkladu, velikost takového optického prvku 2 se může značně měnit, ale je zamýšlena, aby byla přizpůsobena velikosti zobrazovaného obrazového bodu a jako taková bude pro televizní monitor typicky v řádu jednoho milimetru šířky a tří milimetrů výšky. Optiky tak malé jako 0,5 mm x 1,5 mm byly demonstrovány pro 50 monitor počítače, který je konstruován pro pozorování z větší blízkosti, a tak velké jako 5 mm široké a 15 mm vysoké, což je velikost zamýšlená pro aplikaci ve velkorozměrových komerčních zobrazovačích, navržených pro pozorování ze značné vzdálenosti.

Materiály, z nichž byly tyto optiky na úrovni obrazového bodu vyrobeny, byly až doposud buď 55 tavené křemíkové sklo s indexem lomu 1,498043, nebo jeden ze dvou plastů, a to

-5CZ 288672 B6 polymetylmetakrylát s indexem lomu 1,498 nebo metylmetakrylát s indexem lomu 1,558. Tímto se však nenaznačuje, že toto jsou jediné nebo ani výhodné optické materiály, z nichž mohou být takové optiky na úrovni obrazového bodu vyráběny.

Na obrázku 1 (a) je optický prvek na úrovni obrazového bodu pozorován šikmo zezadu, a jak je zřejmé, zatímco čelní plocha 1 tohoto optického přístroje je průběžně konvexní odshora až dolů, zadní povrch je tvarově proměnný postupně od konvexního nahoře ke konkávnímu dole. Úspěšně byly použity jak lineární, tak nelineární průběhy změn optických vlastností. Kolimovaný světelný paprsek je promítán přes optický přístroj ve směru optické osy 3, a jak je zřejmé, sběrné optické lomové plochy přístroje jimiž tento kolimovaný světelný paprsek prochází, se budou měnit s pohybem vstupního bodu paprsku odshora dolů na tomto přístroji.

Ačkoliv příkladné provedení zobrazené na obrázku 1 (a) obsahuje jednu pevnou plochu a jednu proměnnou plochu, jsou možné i variace tohoto návrhu, v nichž jsou proměnné obě plochy nebo v nichž jsou více než dvě optické lomové plochy. Obrázek l(b) například znázorňuje druhé příkladné provedení, v němž optiky na úrovni obrazového bodu jsou složené optické přístroje sestávající ze tří optických prvků. Laboratorní testy naznačují, že složené přístroje optiky na úrovni obrazového bodu mohou zajišťovat zlepšenou kvalitu obrazu a zlepšený pozorovací úhel oproti optickým zařízením sestávajícím z jednoho prvku, a ve skutečnosti nej úspěšnější příkladné provedení této technologie dnes používá tříprvkovou optiku. Ovšem za účelem jasnosti výkladu se zde uvedené optické soustavy na úrovni optického prvku budou znázorňovat jako soustavy sestávající z jediného prvku.

Obr. 2 znázorňuje ve zhuštěné formě pro jasnost představy oči 4 pozorovatele v odstupu před optickým prvkem 2 na úrovni optického bodu. Kolimovaný světelný paprsek může vstoupit do zadní části optického přístroje 2 na různých bodech, z nichž tři jsou znázorněny jako světelné paprsky 5, 6, a 7. Poněvadž ohnisková vzdálenost přístroje 2 se mění v závislosti na vstupním bodě světelného paprsku, obrázek 2 znázorňuje, jak bude výsledný světelný bod představován pozorovateli na různých zdánlivých bodech 5a, 6a. nebo 7a v prostoru, odpovídajících jednotlivým dříve popsaným a očíslovaným místům vstupních paprsků. Ačkoliv body 5a. 6a, 7a jsou ve skutečnosti vertikálně vzdáleny jeden od druhého, tento vertikální posun není detekovatelný pozorovatelem, který vidí pouze zdánlivý posun v hloubce.

Obrázek 3 (a) znázorňuje, jak v jednom příkladném provedení tohoto vynálezu každý jednotlivý optický přístroj na úrovni obrazového bodu může být umístěn proti ploše obrazovky použité jako zobrazovací zdroj. V tomto obrázku optický prvek 2 leží na skleněném čelu 8 obrazovky, za nímž je běžná vrstva fosforů 9, která svítí, když na ní dopadne emitovaný a kolimovaný svazek elektronů znázorněný v různých polohách v tomto obrázku jako svazky 5b, 6b, 7b. Pro každou z těchto tří příkladných poloh elektronového svazku a pro každou další polohu elektronového svazku v prostorových mezích optického přístroje na úrovni optického bodu bude světelný bod vstupovat na jedinečném bodě zadní části optiky na úrovni obrazového bodu. Vertikální poloha elektronového svazku se může měnit za použití zcela běžných vychylovacích cívek elektromagnetického svazku, jak se používají v běžných obrazovkách, podle specielně připraveného signálu, ačkoliv pokusy podniknuté v laboratoři naznačily, že zobrazování na vysoké četnosti rámců, to jest podstatně nad sto rámců za sekundu, mohou vyžadovat vychylovací cívky elektronového svazku, které jsou konstruovány tak, aby lépe reagovaly na vyšší vychylovací kmitočty, které jsou nezbytné při vysoké četnosti rámců. Vzorek fosforů na obrazovce však musí souhlasit s uspořádáním optik na úrovni obrazového bodu, a to jak v délce, tak v prostorovém uspořádání, to jest optika musí být schopna být osvětlena pod ní ležícím fosforem v celé své navržené lineární vstupní ploše. Obrázek 3 (b) znázorňuje toto uspořádání přes šikmý zadní pohled na optiku 2 na úrovni optického bodu. V tomto schématu sousední fosforové obrazové body 35. z nichž devět je zobrazeno, budou mít tři různé barvy jako v běžné barevné obrazovce a budou mít v podstatě pravoúhlý tvar. Je třeba si všimnout, že velikost a poměr stran, to jest poměr délky a šířky každého fosforového obrazového bodu, v podstatě souhlasí s poměry stran na vstupním konci optiky na úrovni obrazového bodu, k níž je fosforový

-6CL 288672 B6 obrazový bod přivrácený. Jak je zřejmé při pozorování vystínovaného fosforového obrazového bodu, elektronový svazek rastrující přes fosforový obrazový bod může být zaostřen na jakémkoliv bodě podle délky fosforového obrazového bodu, znázorněného zde týmiž třemi příkladnými elektronovými svazky 5b, 6b, 7b. Výsledkem je, že bod, na němž se emituje světlo, je mírně posunut v rozmezí tohoto obrazového bodu.

Obrázek 3 (c) znázorňuje důležitost velikosti a poměru stran světelného paprsku, který vstupuje do optického přístroje 2 na úrovni optického prvku, který je zde znázorněn zezadu. Vizuální zobrazení hloubky v televizní obrazovce je v požadavcích na rozlišení podobnější zobrazení ío chrominance či barvy než zobrazení luminance, to jest jasu, či černobílé složky videozobrazení.

Tímto je míněno, že většina z přijímaného jemného detailu ve videozobrazení je přenášena jasovou složkou obrazu s relativně vysokým rozlišením, nad níž je zobrazena chrominanční složka s nižším rozlišením. Je možné mít mnohem nižší rozlišení v chrominanci, poněvadž oko odpouští mnohem více pokud jde o příjem barvy než pokud jde o příjem detailu obrazu. Výzkum 15 v laboratoři naznačil, že oko podobně odpouští pokud jde o příjem hloubky v televizním obrazu.

Poté, co bylo toto řečeno, je však zobrazení pozorovatelné hloubky stále generováno fyzikálním pohybem světelného paprsku, který vstupuje do lineárního optického přístroje na úrovni optického bodu, a bude zřejmé, že čím větší je rozsah pohybu tohoto vstupního světelného 20 paprsku, tím větší bude příležitost ovlivnit pozorovatelnou hloubku.

Na obrázku 3 (c) optický přístroj 2 na úrovni optického prvku je přibližně 3x tak vysoký jak široký. Kolimovaný vstupní světelný paprsek 66a, který je zde znázorněn v řezu, je kruhový a má průměr aproximující šířku optického přístroje 2. Kolimovaný vstupní světelný paprsek 66b je 25 rovněž kruhový ale má průměr přibližně jednu pětinu délky optického přístroje 2. Toto na jedné straně umožňuje kolimovanému vstupnímu světelnému paprsku větší rozsah pohybu než je tomu u kolimovaného vstupního světelného paprsku 66a pro zajištění většího rozsahu pozorovatelné hloubky ve výsledném obraze, ale na druhé straně toto je na úkor plochy průřezu osvětlujícího paprsku, která je pouze 36 % plochy paprsku 66a. Pro udržení srovnatelného jasu ve výsledném 30 obrazu by intenzita vstupního paprsku 66b musela být asi 2,7x vyšší než intenzita vstupního paprsku 66a, což je nárůst, který je zcela dosažitelný.

Světelný paprsek 66c je stejně široký jako optický přístroj na úrovni optického prvku, ale je to horizontální ovál o výšce světelného paprsku 66b, to jest pouze jedna pětina výšky optického 35 přístroje 2. Výsledný průřez oválu osvětlovacího paprsku je méně jasný než kruhový paprsek 66a, ale téměř 2x tak jasný než menší kruhový paprsek 66b. Tento návrh je vysoce funkční a zaostává pouze za perfektně pravoúhlým průřezem světelného paprsku 66d. To je ve skutečnosti průřez paprsku použitého v nejnovějším a nejvýhodnějším příkladném provedení tohoto vynálezu.

Obrázek 4(a) znázorňuje, jak jsou optiky 2 na úrovni obrazového bodu uspořádány do soustavy řad, z nichž dvanáct je zobrazeno za účelem ilustrace, a jak jsou tyto umístěny na čele zdroje osvětlení zde zobrazeného jako obrazovka 10 v jednom příkladném provedení. Jak je řízený elektronový svazek rastrován přes řadu optik na úrovni obrazového bodu, jeho vertikální posuv 45 se mění individuálně pro každý obrazový bod a vytváří tak horizontální rastrovací řádek, který je za účelem ilustrace znázorněn jako řádek 15, zobrazený jednak čárkovaně za soustavou obrazových bodů a odděleně pro jasnost pevnou čárou uvnitř elipsy nalevo. Jak je zřejmé, horizontální rastrovací řádek, který je v běžných zobrazeních obrazovky přímý, je pro každý jednotlivý obrazový bod mírně posunut od středové čáry rastru, čímž se vytváří obraz, který, 50 měníce svou vzdálenost od pozorovatele jak je to provedeno obrazový bod od obrazového bodu, obsahuje podstatné rozlišení v příjmu vjemu hloubky.

Zkušenosti ukázaly, že malá vmezeřená štěrbina mezi jednotlivými optickými prvky na úrovni optického bodu minimalizuje vzájemné pronikání signálů mezi optické prvky, což má za 55 následek zvýšenou jasnost obrazu a že tato izolace optik může být dále zvýrazněna vložením

-7CZ 288672 B6 černého neprůhledného materiálu do těchto mezilehlých prostorů. Vmezeřené štěrbiny řádu 0,25 mm se ukázaly být zcela úspěšnými, ale byly demonstrovány i štěrbiny o šířce 0,10 mm a i tyto štěrbiny fungovaly perfektně jako optické izolátory, zejména když byly vyplněny výše zmíněným neprůhledným materiálem.

Soustavy těchto optik na úrovni optického bodu byly vytvořeny v procesu ručního připojování každé individuální optiky k povrchu vhodné obrazovky za použití opticky neutrálního tmelu. Tento proces je samozřejmě pracný a je náchylný k chybám umístění vzhledem k omezením přesnosti ruční mechaniky. Soustavy optik však byly velmi úspěšně vyráběny procesem vytváření io kovových předloh kompletních soustav optik v negativu a pak vylisováním použitelných soustav optik do termoplastických materiálů pro vytvoření lisované repliky předlohy, která je pak přilepena ve své celosti k povrchu obrazovky. Provádění replik s velmi jemnými detaily na povrchu vylisování bylo pozvednuto na vysokou úroveň v posledních letech vzhledem k technickým požadavkům na vytváření replik médií s velmi jemnými detaily a bohatými na 15 informace, jako jsou laserové disky a kompaktní disky, což jsou média, z nichž se s vysokou přesností a za nízké náklady vytvářejí repliky do laciných plastických materiálů. Předpokládá se, že výhodné výrobní techniky pro generování masově vyráběných soustav optik na úrovni optického prvku budou i nadále procesem vylisování do termoplastických materiálů. Vynálezci rovněž úspěšně vytvořili v laboratoři soustavy optik na úrovni obrazového bodu technikou 20 injekčního lití. Doposud byly tři vrstvy různých optik na úrovni optického bodu, z nichž každá představuje optický prvek, úspěšně scentrovány pro vytvoření soustavy tříprvkových mikrooptik. V některých výhodných provedeních jsou tyto vrstvy slepeny, aby se pomohlo udržet scentrování, ale v jiných jsou upevněny na svých okrajích a nejsou vzájemně slepeny.

Při umístění optik na úrovni obrazových bodů na plochu obrazovky nebo jiného světlo emitujícího přístroje je přesné scentrování optik s podložními obrazovými body kritické. Vertikální rozcentrování způsobuje, že výsledný obraz má permanentní zkreslení v zobrazované hloubce, zatímco horizontální rozcentrování způsobuje omezení příčného pozorovacího rozsahu umožňovaného třídimenzionálním zobrazovacím přístrojem. Optické napojení mezi světlo 30 generujícími optickými body a vstupní plochou optik na úrovni obrazového bodu je také zvýrazněna minimalizováním fyzické vzdálenosti mezi osvětlujícím fosforem a vstupní plochou optik tam, kde je to možné. V prostředí obrazovky toto implikuje, že sklo čelní plochy obrazovky, k níž jsou optiky přiloženy, by mělo být o minimální tloušťce, kterou je možno si dovolit při odpovídající strukturální integritě. Ve velkých obrazovkových monitorech může být 35 tato čelní plocha tlustá až 8 mm, ale bylo úspěšně ukázáno použití těchto optik se speciálně konstruovanou obrazovkou s tloušťkou čelní stěny 2 mm. Bylo zkonstruováno vysoce úspěšné příkladné provedení obrazovky, v němž byly optiky na úrovni obrazových bodů ve skutečnosti vytvořeny z čelní plochy obrazovky.

Obrázky 3 (b) a 4 (a) znázorňují v podstatě pravoúhlý vzorek obrazových bodů 35 zobrazovací obrazovky a lineární optické prvky 2 na úrovni obrazových prvků, to jest matici, v níž jsou řady přímé a scentrované obrazový bod za obrazovým bodem, a to s řadami jak nahoře, tak dole. Tento vzorek obrazových bodů a optik vytváří vysoce přijatelný trojrozměrný obraz, ale nelze předpokládat, že je to jediný takový vzorek, který je v rozsahu vynálezu možný.

Obrázek 4 (b) znázorňuje druhý příkladný vzorek obrazových bodů 35 v němž horizontální skupiny tří obrazových bodů jsou vertikálně posunuty vůči těm, které jsou nalevo a napravo od této skupiny, čímž se vytváří taškový vzorek skupin trojic obrazových bodů. Poněvadž tato konfigurace byla vytvořena v laboratoři, skupiny trojic obrazových bodů obsahují vždy jeden 50 červený obrazový bod 35r, jeden zelený obrazový bod 35g a jeden modrý obrazový bod Š5b. Tak jako v běžné dvourozměrné televizní obrazovce, barevné obrazy se vytvářejí z relativního osvětlení skupin nebo triád obrazových bodů z těchže samých tří barev. Odlišné uspořádání tří barev je v každé triádě možné, ale uspořádání zobrazené na obrázku 4(b) je příkladné provedení, které bylo doposud v laboratoři vytvořeno.

-8CZ 288672 B6

Obrázek 5 znázorňuje malou modifikaci signálu hloubky horizontálních rastrovacích čar v rastrovaném obrazu jako je běžný televizní obraz. V běžné televizní obrazovce nebo monitoru počítače znázorněném vpravo nahoře na obr. 5, každý individuální obraz v pohybové sekvenci je vytvářen elektronovým svazkem rastrujícím horizontálně řádek za řádkem směrem dolů na stínítku znázorněném na obrázku 5 čtyřmi representativními rastrovými čarami 17. Toto vysoce pravidelné rastrování je řízenou elektronikou televizního přístroje nebo počítačového monitoru, a to generátorem 16 horizontálního rastrovacího řádku, a ani variace v luminanční nebo barvonosné složce signálu nevytvářejí variace v pravidelném postupu horizontálním rastrovacích řádků shora dolů.

Tento vynález přidává k tomuto pravidelnému postupu variaci ve formě malého posuvu od přímého horizontálního rastru, který vytváří hloubkový účinek. Taková variace je fyzikálně uskutečněna použitím generátoru 18 signálu hloubky, kde signál hloubky se přidává prostřednictvím sčítačky 19 k přímému horizontálnímu řádku pro vytvoření malých variací ve vertikální poloze každého horizontálního rastrovacího řádku, čímž se vytvářejí řádky, které representativně připomínají řádky 20. Generátor signálu hloubky, znázorněný na obr. 5, je generické funkční vyjádření. V televizním přístroji je generátor signálu hloubky běžný dekodér obrazového signálu, který v současnosti vybírá luminanční, barvonosnou a časovači informaci z přijatého obrazového signálu a který je nyní doplněn jak je popsáno níže pro vybírání informací o hloubce, která byla zakódována do tohoto signálu zcela analogickým způsobem. Podobně v počítači je generátor hloubkové složky softwérem řízená obrazová karta, jako je obrazová karta VGA, která v současné době zajišťuje luminanční, barvonosnou a časovači informaci pro monitor počítače a která rovněž zajistí programem řízenou informaci o hloubce pro tento monitor.

Obrázek 6 znázorňuje způsob, kterým lze použít zezadu osvětlený obraz z filmu 14 pro zajištění řízeného vstupního osvětlení pro optický přístroj na úrovni optického bodu v dalším výhodném příkladném provedení tohoto vynálezu. V tomto příkladu část filmu, která je umístěna za zobrazeným optickým prvkem je neprůhledná s výjimkou jediného průhledného bodu, vytvořeného pro umožnění vstupu světla do optického přístroje v požadovaném bodě. Filmový pásek je běžně osvětlen zezadu, ale pouze světelnému paprsku 5c je umožněno, aby průhledným bodem ve filmu prošel optickým prvkem 2. Jak je zřejmé, tato situace je analogická situaci na obr. 3, na níž řízený elektronový svazek v obrazovce byl použit pro výběr umístění osvětlovacího svazku. Použité zezadu osvětlené obrazy na filmu mohou být libovolné velikosti a byla postavena příkladná provedení používající průsvitných bodů velikých až 203 mm x 254 mm.

Obrázek 7 znázorňuje způsob, jakým může být soustava 11 optických prvků 2 na úrovni optického bodu, z nichž dvanáct je zobrazeno za účelem ilustrace, použito pro zobrazení obrazů ze speciálně připraveného filmového pásu 13. Optická soustava 11 je na svém místě držena držákem 12. Obraz na filmovém pásu 13 je běžným způsobem zezadu osvětlen a výsledný obraz zaostřen běžným systémem projekčních čoček, zde představovaným čárkovaným kruhem 22, na soustavu 11, která je koaxiální s filmovým pásem 13, a projekční čočkou 22 na optické ose 23. Generovaný trojrozměrný obraz může být pozorován přímo nebo může být použit jako generátor obrazu pro projektor trojrozměrného reálného obrazu známého typu. Generované trojrozměrné obrazy mohou být pozorovány jako nehybné obrazy nebo ve sledu jako skutečné trojrozměrné pohyblivé obrazy s toutéž četností rámců jako běžné filmy. V tomto příkladném provedení mohou být jednotlivé obrazové body ve filmovém pásu 13 značně menší než ty, které se používají pro televizní zobrazení, poněvadž výsledné obrazové body jsou zamýšleny pro zvětšení při projekci, přičemž výhoda rozlišení fotografického filmu vůči televiznímu zobrazení snadno stráví toto zmenšení velikosti obrazového bodu.

Obrázek 8 znázorňuje scénu v níž se používá dvou kamer pro určení hloubky každého objektu ve scéně, to jest vzdálenosti kteréhokoliv objektu ve scéně od hlavní zobrazovací kamery. Snímaná scéna zde v pohledu shora je představována pevným obdélníkem 24, pevným čtvercem 25 a pevnou elipsou 26, každý v různé vzdálenosti od hlavní zobrazovací kamery 27 a tím každý mající odlišnou hloubku ve snímané scéně. Hlavní zobrazovací kamera se používá ke snímání

-9CZ 288672 B6 scény v jejím základním detailu z umělecky preferovaného směru. Sekundární kamera 28 je umístěna v určité vzdálenosti od první kamery a snímá scénu zešikma a tím zachycuje odlišný pohled na tutéž scénu současně s hlavní zobrazovací kamerou. Dobře známé techniky geometrické triangulace mohou být pak použity pro určení skutečné vzdálenosti od hlavní zobrazovací kamery, v níž je každý objekt scény.

Výhodným způsobem, kterým takové výpočty mohou být prováděny a výsledný signál hloubky generován, je v postprodukčním stupni, v němž výpočty týkající se generování signálu hloubky jsou prováděny off-line, to jest po uskutečnění snímání obrazu a obecně na místě vzdáleném od ío místa snímání obrazu a při rychlosti generování signálu hloubky, která nemusí být vztažena k rychlosti snímání obrazu v reálném čase. Druhým preferovaným způsobem generování signálu hloubky je provádění tohoto potřebného výpočtu v reálném čase, to jest v podstatě při snímání obrazu. Výhodou generování signálu hloubky v reálném čase je, že umožňuje produkci živého trojrozměrného zobrazení. Výpočetní požadavky na výrobu v reálném čase jsou však podstatně 15 větší než požadavky na proces off-line, v němž rychlost může být snížena pro možnost použití nižší výpočetní schopnosti za nižší náklady. Pokusy prováděné v laboratoři naznačují, že pro provádění požadovaných výpočtů v reálném čase, které je výhodné z důvodu ceny a kompaktnosti elektronického designu, lze použít číslicových signálních procesorů určených pro zpracování obrazu, to jest číslicových obrazových procesorů, z nichž oba jsou specializované 20 procesory s úzkou funkcí, ale s vysokou rychlostí.

Poněvadž sekundární kamera 28 se používá pouze pro zachycení objektů z úhlu odlišného od úhlu hlavní zobrazovací kamery, tato sekundární kamera může mít poněkud nižší zobrazovací kvalitu než hlavní zobrazovací kamera a tím může být i levnější. Zejména při aplikacích 25 s pohyblivými obrazy, zatímco hlavní zobrazovací kamera bude nákladná a bude používat drahý film, sekundární kamera může být pevná kamera filmového typu nebo videokamera. Proto v kontrastu k běžným technikám stereoskopického filmování v nichž je třeba používat dvě kameiy, z nichž každá používá nákladný 35 mm nebo 70 mm film, poněvadž každá z nich je hlavní zobrazovací kamerou, technika podle vynálezu vyžaduje použití pouze jedné vysoce 30 kvalitní nákladné kamery, poněvadž je zde pouze jedna hlavní zobrazovací kamera.

Zatímco tato komparativní analýza dvou obrazů téže scény získaných z různých úhlů se ukázala být nejúspěšnější, je také možné získat poznatky o hloubce ve scéně použitím čelně umístěných aktivních nebo pasivních čidel, které nemusejí být inherentně zobrazovací čidla. V laboratoři 35 bylo úspěšně dosaženo kompletního přiřazení hloubky celé scény, obrazový bod po obrazovém bodu, které bylo v laboratoři pojmenováno jako hloubková mapa, použitím soustavy komerčně dostupných ultrazvukových detektorů pro zjištění odraženého ultrazvukového záření, které bylo použito pro osvětlení scény. Podobně byl úspěšně použit rastrující infračervený detektor pro postupné snímání odraženého infračerveného záření, které bylo použito pro osvětlení scény. 40 Konečně v laboratoři byly uskutečněny úspěšné pokusy s použitím mikrovlnného záření jako osvětlovacího zdroje a s mikrovlnnými detektory pro snímání odraženého záření. Tato technika může být zejména užitečná pro snímání trojrozměrných obrazů za použití radarového systému.

Obrázek 9 (a) znázorňuje základní kroky v procesu, jímž mohou být pro běžné dvourozměrné 45 zobrazení odvozeny signály hloubky, čímž se umožní proces zpětného nastavení trojrozměrného obrazu na běžné dvojrozměrné zobrazování jak filmu, tak videa.

Na obrázku 9 (a) jsou tytéž řady tří předmětů 24, 25, a 26, které byly znázorněny v pohledu shora na obrázku 8, nyní pozorovány na monitoru zepředu. Ve dvourozměrném monitoru 29 není 50 samozřejmě zřejmý podíl v hloubce pro pozorovatele.

V procesu přidání hloubkové složky k zobrazování dvourozměrných obrazů podle vynálezu je scéna nejdříve digitalizována v počítačové pracovní stanici za použití obrazové digitalizační desky. Kombinace softwéru definice předmětu, použití dobře známých technik detekce hrany 55 a jiných technik pak definuje každý jednotlivý předmět ve scéně tak, že s každým předmětem

-10CZ 288672 B6 může být zacházeno individuálně za účelem dodatečného přiřazení hloubky. Kde softwér není schopen adekvátně definovat a separovat objekty automaticky, lidský editor provádí vyjasnění podle svého úsudku za použití myši, světelného pera, dotykového stínítka a ukazovátka nebo podobných ukazovacích zařízení pro vyjasnění a definování předmětu. Jakmile je scéna oddělena 5 do individuálních předmětů, lidský editor podle svého úsudku postupně definuje pro softwér relativní vzdálenosti od kamery, to jest zdánlivou hloubku každého předmětu ve scéně. Tento proces zcela závisí na úsudku editora a bude zřejmé, že špatný úsudek bude mít za následek produkci zkreslených trojrozměrných scén.

ίο V následujícím kroku v procesu softwér postupně rastruje všechny obrazové body uvnitř scény a přiřazuje hloubkovou složku každému jednotlivému obrazovému bodu. Výsledkem procesu je složka hloubky na rastrovacím řádku 31 na monitoru 30, která představuje representativní hloubkový signál, který lze získat z řádky obrazových bodů přes střed monitorované scény 29, křížící každý předmět na stínítku. Pohled shora na umístění těchto předmětů znázorněných na 15 obrázku 8 bude korelovat s relativní hloubkou zjevnou v rastrovacím řádku 31 představujícím hloubkovou složku na obr. 9 (a).

Vzájemné propojení a činnost zařízení, které může být použito pro přidání hloubky zobrazení videa podle tohoto procesu, je znázorněno na obrázku 9 (b). V tomto obrázku obraz zpracující 20 počítačová pracovní stanice se zabudovaným obrazovým digitizérem 71 řídí vstupní videorekordér 72 a výstupní videorekordér 73 a přepínač 74 obrazových matric, kde řízení je znázorněno čárkovaně na obrázku 9(b), zatímco tok signálu je znázorněn pevnými čarami. Obrazový digitizér přijímá rámec obrazu ve vstupním videorekordéru přes matricový spínač na příkaz z pracovní stanice. Rámec je pak digitalizován a použije se proces definice předmětu 25 popsaný na obr. 9(a) pro výslednou digitální scénu. Když se vypočítá signál hloubky pro tento rámec, tentýž rámec je vložen do obrazového generátoru 75 NTSC spolu s vypočítanou hloubkovou složkou, která je přidána k obrazovému rámci ve správném místě v obrazovém spektru generátorem NTSC. Výsledný hloubkově zakódovaný obrazový rámec je pak zapsán do výstupního videorekordéru 73 a proces začne znova pro následující rámec.

Několik důležitých bodů týkajících se tohoto procesu se objevilo v průběhu jeho vývoje v laboratoři. Prvním takovým bodem je, že poněvadž složka hloubky se přidává generátorem NTSC, který injektuje pouze hloubkovou složku bez změny jakýchkoliv dalších aspektů signálu, může být původní obrazová část signálu zapsána do výstupního videorekordéru bez nutnosti 35 předchozí digitalizace obrazu. Toto pak zabraňuje vizuální degradaci způsobené digitalizací obrazu a jeho konvertováním do analogového tvaru a jedinou takovou degradací ke které dojde bude degradace, která je minimalizována použitím vysílacího formátu „component video“ analogových videorekordérů jako jsou přístroje M-II nebo Betacam. Je zřejmé, jak je dobře známo v průmyslu zobrazování, že při použití zcela digitálních záznamových zařízení, ať už 40 založených na počítači nebo na magnetické pásce, nedojde vůbec k žádné degradaci při převádění obrazu.

Druhým takovým bodem je, že poněvadž proces se uskutečňuje rámec po rámci, jsou pro přidání hloubky požadovány videorekordéry nebo jiná záznamová zařízení nazývaná rámcově přesná. 45 Editor musí být v případě potřeby schopen na každý individuální rámec dosáhnout a nechat pak zpracovaný rámec zapsat na správné místo na výstupní pásce, a pouze přístroje konstruované pro přístup ke každému jednotlivému rámci, například podle časového kódu SMPTE, jsou vhodné pro takové použití.

Třetím takovým bodem je, že celý proces může být dán pod počítačové řízení a může být proto zpracováván nejpohodlněji z jediného počítačového stojanu spíše než z několika oddělených soustav ovladačů. Vzhledem k dostupnosti videorekordéru s počítačem řízenou úrovní vysílání a dalších záznamových zařízení jak analogových, tak digitálních, určité aspekty procesu přidávání hloubky mohou být poloautomatizovány použitím takových spojení počítače 55 s videorekordérem, jako jsou na čas náročné automatické převíjení a předvíjení.

-11CZ 288672 B6

Čtvrtým takovým bodem je, že softwér může být pro zvýšení kvality přidání hloubky na úrovni mikrorysů vybaven určitými aspekty toho, o čem se obecně hovoří jako o umělé inteligenci nebo strojní inteligenci. V laboratoři byla například vyvinuta a je dále zlepšována technika přidávající větší realitu přidání hloubky lidským tvářím za použití topologie lidské tváře, to jest faktu, že nos 5 vyčnívá dále než líce, které se svažují zpět kuším atd., kde každý rys má svou vlastní hloubkovou charakteristiku. Toto usnadní požadavky na mnoho vstupů editora při jednání s mnoha běžnými objekty nacházejícími se ve filmu a na videu, přičemž lidské tváře jsou zde použitým příkladem.

Pátým takovým bodem je, že řídicí softwér může být konstruován tak, aby pracoval poloautomatickým způsobem. Tím je míněno to, že pokud předměty ve scéně zůstávají relativně konstantní, řídicí pracovní stanice může zpracovávat následné rámce automaticky a bez přídavných vstupů do editora, čímž se pomáhá zjednodušení a zrychlení procesu. Proces bude samozřejmě znovu vyžadovat vstup editora, pokud na scénu vstoupí nový objekt nebo pokud se perspektiva scény nadměrně změní. V laboratoři byly vyvinuty a v současné době se vylepšují techniky založené na umělé inteligenci, která automaticky vypočítává změny hloubky pro individuální předměty ve scéně, založené na změnách v perspektivě a relativní velikosti objektu na aspekty, které jsou softwéru známy.

Šestým takovým bodem je, že při práci s nehybným nebo pohyblivým filmem jako vstupním a výstupním médiem mohou být vstupní videorekordér 72, výstupní videorekordér 74 a přepínač 74 obrazové matrice případně nahrazeny filmovým scannerem o vysokém rozlišení, číslicovým datovým přepínačem a filmovou tiskárnou a vysokém rozlišení. Zbytek procesu zůstává v podstatě tentýž jako u výše popsané situace zpracování obrazu. Za těchto okolností se vkládání signálu hloubky za použití generátoru NTSC obchází filmovým procesem znázorněným na obr.

8.

Sedmým takovým bodem je, že při práci v celodigitálním záznamovém prostředí, jako v ukládání obrazu na bázi počítače, jsou výstupní videorekordér 73, vstupní videorekordér 72 a přepínač 74 30 obrazové matrice účinně nahrazeny velkou pamětí počítače. Taková velká paměť je typicky magnetický disk, jak je tomu v editující pracovní stanici na bázi počítače, která se používá v laboratoři, ale stejně tak to může být nějaká jiná forma velké paměti. V tomto celodigitálním prostředí se vkládání signálu hloubky nahrazuje přidáním prvků hloubkové mapy na úrovni obrazových bodů k běžnému formátu obrazu uložené v počítači.

Jako doplněk A je připojena kopie softwérového programu použitého v laboratorních podmínkách pro dosažení dodatečného přizpůsobení diskutovaného výše s ohledem na obrázky 9(a)a9(b).

Obrázek 10 znázorňuje aplikaci technik zobrazení hloubky na úrovni obrazového bodu, odvozených v průběhu tohoto vývoje, na trojrozměrné zobrazení tištěných obrazů. Scéna 32 je běžná dvojrozměrná fotografie nebo tištěná scéna. Matrice 33 mikročoček na úrovni obrazového bodu, která je zde pro jasnost znázorněna přehnaně, je přiložena na dvourozměrný obraz tak, že každá mikročočka má odlišnou ohniskovou délku a proto představuje tento obrazový bod na 45 odlišné zdánlivé hloubce pro oko pozorovatele. Při velmi zvětšeném pozorování v průřezu 34 každá mikročočka může být viděna jako tvarově specifická a proto specifická z hlediska optické charakteristiky pro zajištění vhodného příjmu hloubky daného obrazového bodu pozorovatelem. Zatímco v laboratoři byly doposud používány mikročočky s průměry tak malými jako jeden milimetr, byly prováděny pokusy s mikročočkami o rozměrech ve zlomcích milimetru, což 50 dovozuje, že soustavy čoček těchto velikostí jsou zcela možné a že budou mít za následek trojrozměrné tištěné zobrazení s vynikajícím rozlišením.

Při hromadné výrobě se předpokládá, že zde popsané techniky generování signálu hloubky budou použity pro výrobu tištěných matric, z nichž mohou být opět vylisovány do lisovatelného nebo 55 termoplastického materiálu levné soustavy mikročoček pro daný obraz způsobem analogickým

-12CZ 288672 B6 lisování data nesoucích ploch kompaktních disků nebo hromadně či opakovaně vyráběných odrazových hologramů, typicky prováděných na kreditních kartách. Takové techniky slibují velkovýrobní levné třírozměrné tištěné zobrazení pro zahrnutí do časopisů, novin a dalších tištěných médií. Zatímco matrice 33 mikročoček je zobrazena v pravoúhlém vzoru, i další vzory jako koncentrické kruhy mikročoček se zdají fungovat docela dobře.

Je důležité poznamenat, že obrazová nebo luminanční nosná v běžném obrazovém signálu NTSC zaujímá značně větší šířku obrazového pásma než barvonosný signál nebo signál hloubky nesoucí pomocné nosné. Luminanční složka obrazu NTSC má relativně vysoké rozlišení a je často 10 charakterizována jako obraz kreslený jemnou tužkou. Barvonosný signál na druhé straně musí přenášet značně méně informací pro vytvoření akceptovatelného barevného obrazu v televizním obrazu a je často charakterizován jako široký štětec malující směs barev na černobílý obraz o vysokém rozlišení. Signál hloubky v tomto vynálezu je ve svém stylu podrobnější signálu barvy ve svém omezeném požadovaném obsahu informací než obrazové nosné s vysokým 15 rozlišením.

Jedním z kritických bodů řízení obrazového signálu je, jak zakódovat do signálu informaci, která nebyla přítomna, když byl konstruován originál, a jak to udělat, aniž by se zmátla nebo jinak učinila zastaralou instalovaná základna televizních přijímačů. Obrázek 11 znázorňuje distribuci 20 energie běžného obrazového signálu NTSC, znázorňující obrazovou nebo jasovou nosnou 36 a nosnou 37 chrominanční nebo barvonosné informace. Všechna informace v obrazovém spektru je nesena energií v oddělených kmitočtových intervalech, zde představovaných oddělenými vertikálními čarami. Zbytek spektra je prázdný a neužívaný. Jak je zřejmé z obrázku 11, tvůrci barevného obrazového signálu NTSC úspěšně zabudovali značné množství přídavné informace, 25 to jest informace o barvě, do zavedené konstrukce signálu použitím téže koncepce koncentrování energie signálu na odlišných kmitočtových bodech a pak prokládáním těchto bodů mezi ustanovenými body energie obrazové nosné tak, že se tyto nepřekrývají a spolu neinterferují.

Podobným způsobem tento vynález kóduje další přídavnou informaci ve formě požadovaného 30 signálu hloubky do existující struktury obrazového signálu NTSC za použití téhož prokládacího procesu, který se používá s barvonosným signálem. Obrázek 12 znázorňuje tento proces tak, že opět ukazuje tutéž nosnou 36 luminance a pomocnou nosnou 37 barvonosného signálu jako na obrázku 11 s přidáním pomocné nosné 38 hloubky. Pro informaci pomocná nosná barvonosného signálu zaujímá přibližně 1,5 MHz šířky pásma se středem na 3,579 MHz, zatímco pomocná 35 nosná hloubky zaujímá pouze přibližně 0,4 MHz se středem na 2,379 MHz. Takto pomocné nosné barvonosného signálu a signálu hloubky, každá proložená s nosnou luminančního signálu, jsou dostatečně odděleny tak, aby spolu neinterferovaly. Zatímco uvedený kmitočet pomocné nosné a uvedená zaujímaná šířka pásma pracují docela dobře, jsou ve skutečnosti možné i jiného hodnoty. Například v pokusech prováděných v laboratoři bylo úspěšně demonstrováno podstatné 40 zmenšení uvedeného pásma 0,4 MHz pro pomocnou nosnou hloubku použitím dobře známých zhušťovacích technik na signál hloubky před jeho vložením do signálu NTSC. Toto je následováno na straně příjmu signálu dekompresí a výběrem před použitím pro řízení hloubku zobrazujícího přístroje. Podobné přístupy pro usazení signálu hloubky do obrazových formátů PAL a SECAM byly rovněž testovány v laboratoři, ačkoliv specifika struktury a příslušné 45 kmitočty se mění vzhledem k měnící se struktuře těchto obrazových signálů. V celodigitálním prostředí, jako v obrazové paměti na bázi počítače, existuje široké spektrum formátů uchování obrazu a proto způsob přidávání bitů určených pro uložení hloubkové mapy se mění od formátu k formátu.

Obrázek 13 (s) znázorňuje funkční tvar obvodů v běžném televizním přijímači, kteiý typicky řídí vertikální vychýlení rastrovacího elektronového svazku v obrazovce za použití terminologie běžné v televizním průmyslu. Zatímco některé detaily se mohou měnit od druhu ke druhu a od modelu k modelu, podstatné rysy zůstávají stejné.

-13CZ 288672 B6

V tomto diagramu, představujícím běžný návrh televizního přijímače, je účelem generování rozmítání rastrovacího elektronového svazku, který je konzistentní a synchronizovaný s příchozím obrazovým signálem. Signál je přijímán tunerem 49 a zesílen obrazovým mezifrekvenčním zesilovačem 50. pak odeslán do obrazového detektoru 51 pro výběr obrazového signálu. Výstup obrazového detektoru 51 je zesílen ve výstupním zesilovači 52 detektoru, dále zesílen v prvním obrazovém zesilovači 53 a prochází zpožďovacím vedením 54.

V běžném obrazovém signálu jsou tři hlavní složky, jasová složka, to jest černobílá část signálu, barvonosná složka a časovači složka signálu, která se týká zajištění toho, že se všechno stane podle správně načasovaného plánu. Z těchto složek je synchronizační informace oddělena od zesíleného signálu v synchronizačním separátoru 55 a vertikální synchronizační informace je pak invertována ve vertikálním synchronizačním invertoru 56 a přivedena do generátoru 64 vertikálního rozmítání. Výstup tohoto generátoru rozmítání je přiveden do elektromagnetické cívky v obrazovce známé jako vychylovací jho 65. Toto vychylovací jho způsobuje rozmítání 15 elektronového svazku, který sleduje hladkou a přímou dráhu při protínání stínítka obrazovky.

Jak bylo popsáno dříve, v televizní obrazovce pro trojrozměrný obraz jsou do této přímé dráhy elektronového svazku vnášeny malé variace, které prostřednictvím optik na úrovni obrazového bodu vytvářejí trojrozměrný účinek. Obrázek 13 (b) znázorňuje v téže funkční formě přídavné 20 obvody, které musí být přidány k běžné televizi, aby vybraly hloubkovou složku vhodně zakódovaného obrazového signálu a přeložily tuto hloubkovou složku signálu do jemně proměnné dráhy rastrovacího elektronového svazku. V tomto schématu jsou funkce vně přerušované čáry funkcemi běžného televizního přijímače, jak je znázorněn na obrázku 13(a), a ty, které jsou uvnitř této přerušované čáry představují přídavky požadované pro vyjímání 25 hloubkové složky a generování trojrozměrného účinku.

Jak bylo popsáno na obr. 12, signál hloubky je zakódován do obrazového signálu NTSC způsobem v podstatě identickým se způsobem zakódování barvonosného signálu, ale prostě na odlišném kmitočtu. Poněvadž kódovací proces je týž, může být signál obsahující hloubkovou 30 složku zesilován na úroveň dostačující pro výběr za použití téhož zesilovače, který se používá v běžném televizním přijímači pro zesilování signálu barvy před jeho výběrem, který je zde označen jako první mezifrekvenční zesilovač 57 barvy.

Tato zesílená hloubková složka signálu se vybírá z obrazového signálu v procesu identickém 35 s procesem používaným pro výběr zakódované barvy v témže signálu. V tomto procesu je referenční signál generován televizním přijímačem na kmitočtu na němž by měl být signál hloubky. Tento signál se porovnává se signálem, který je skutečně přítomen na tomto kmitočtu a jakékoliv rozdíly od referenčního signálu se považují za signál hloubky. Tento referenční signál je generován tvarovačem 59 hradlového impulsu hloubky a tvarován na požadovanou úroveň 40 omezovačem 58 hradlového impulsu hloubky. Plně vytvořený referenční signál je synchronizován s příchozím zakódovaným signálem hloubky pro tentýž synchronizační separátor 55, používaný pro synchronizaci horizontálního rozmítání elektronového svazku v běžném televizním přijímači.

Když zesílený zakódovaný signál hloubky z prvního mezifrekvenčního zesilovače 57 barvy a referenční signál z omezovače 58 hradlového impulsu hloubky se smísí pro srovnání, jsou výsledky zesíleny s hradlovým synchronizačním zesilovačem 63 hloubky. Tento zesílený signál bude obsahovat jak složku barvy, tak složku hloubky, takže pouze ty signály, které se nacházejí v okolí kmitočtu 2,379 MHz kódovacího kmitočtu hloubkového signálu, jsou vybrány 50 extraktorem 62. Toto je pak vybraný signál hloubky, který je následně zesílen na užitečnou hladinu výstupním zesilovačem 61 extraktoru.

Po výběru hloubkové složky z kompozitního obrazového signálu obvod musí modifikovat hladké horizontální rozmítání elektronového svazku přes televizní stínítko pro umožnění zobrazení 55 hloubky ve výsledném obrazu. Pro modifikaci tohoto horizontálního rozmítání, vybraný

-14CZ 288672 B6 a zesílený signál hloubky se přidá ve sčítačce 60 hloubky ke standardnímu vertikálnímu synchronizačnímu signálu běžně generována v běžném televizním přijímači, jak bylo popsáno dříve na obr. 13(a). Modifikovaný vertikální synchronizační signál, který je výstupem ze sčítačky 60 hloubky, se nyní používá pro vytvoření vertikálního rozmítání elektronového svazku 5 v generátoru 64 vertikálního rozmítání, který jako v běžném přijímači řídí vychylovací jho 65, které řídí pohyb rozmítaného elektronového svazku. Konečným výsledkem je rozmítání elektronový svazek, který je nepatrně vychylován nahoru nebo dolů od své běžné středové čáry pro generování trojrozměrného účinku v obraze nepatrnými změnami vstupního světelného bodu na dříve popsané optiky na úrovni obrazového bodu.

Obrázek 14 znázorňuje elektronické obvody, které představují výhodné příkladné provedení přídavných funkcí popsaných uvnitř obdélníků z přerušované čáry z obr. 13.

Obrázek 15 znázorňuje alternativní prostředky pro změnu polohy světla, které vstupuje do jinak 15 vytvořené optické struktury na úrovni obrazového bodu. V této alternativě optická struktura 39 na úrovni obrazového bodu má vhodnou funkci optického přenosu, která zajišťuje ohniskovou délku, která se zvětšuje radiálně směrem ven od osy optického prvku 39 a je symetrická okolo své osy 43. Světlo, kolimované do válcového tvaru, vstupuje do optické struktury a poloměr válce kolimovaného světla se může měnit od 0 až do efektivního operačního poloměru optické 20 struktury. Jsou znázorněny tři takové možné válcové kolimace 40, 41 a 42, vytvářející z čelního pohledu prstencové vstupní světelné pásy 40a, 41a. případně 42a. z nichž každý vytváří podle specifické optické přenosové funkce zařízení generovaný světelný obrazový bod na různé zdánlivé vzdálenosti od pozorovatele.

Obrázek 16 znázorňuje ve zhuštěné formě pro jasnost výkladu ještě další alternativní prostředek měnění optické vzdálenosti od pozorovatele světla emitovaného z jednotlivého obrazového bodu. V tomto zobrazení je pozorovatelovo oko 4 v odstupu před optikou na úrovni obrazového bodu. Kolimovaný světelný paprsek může dopadat na šikmo umístěné zrcadlo 76 v proměnných bodech, z nichž tři jsou znázorněny jako světelné paprsky 5, 6 a 7. Zrcadlo 76 odráží vstupní 30 světelný paprsek na šikmý úsek konkávního zrcadla 77, které podle charakteristik vytváření obrazu konkávního zrcadla dává světelný paprsek o proměnné vizuální vzdálenosti od pozorovatele 5a, 6a, 7a odpovídající jednotlivým dříve popsaným a číslovaným umístěním vstupních paprsků. Konkávní zrcadlo může mít zakřivení, které lze popsat jako různé kuželosečky, přičemž v laboratoři se úspěšně používaly jak parabolická, tak hyperbolická 35 a sférická zakřivení. V tomto příkladném provedení experimentální výsledky naznačují, že lze použít jak planámí, tak zakřivená zrcadla.

Obrázek 17 znázorňuje, jak v jednom výhodném provedení uspořádání znázorněného na obr. 16 kombinace na úrovni obrazového bodu planámího zrcadla 76 a konkávního zrcadla 77 jsou 40 uspořádány proti povrchu obrazovky použité jako osvětlovací zdroj. Ve výkresu konkávní zrcadlo z jednoho obrazového bodu je kombinováno s planámím zrcadlem ze sousedního obrazového bodu, bezprostředně nad, pro vytvoření kombinovaného prvku 78, který je uložen proti skleněnému čelu 8 obrazovky, za nímž jsou běžné fosforové vrstvy 9, které září pro vytváření světla, když na ně dopadne emitovaný a kolimovaný svazek elektronů zobrazený 45 v různých polohách tohoto obrázku jako svazky 5b, 6b a 7b. Pro každou z těchto tří příkladných poloh a pro jakoukoli jinou polohu svazku v prostorových mezích optického přístroje na úrovni obrazového bodu světelný bod vstupuje v jedinečném bodě do sestavy a bude proto představován pozorovateli na odpovídajícím jedinečném bodě. Tak jako je tomu u lomových příkladných provedení tohoto vynálezu, je možno docela vhodně použít i jiné světelné zdroje než obrazovky.

Claims (36)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu ze zobrazení dvojrozměrného obrazu, vytvořeného diskrétními obrazovými prvky, obsahující zajištění soustavy optických prvků, zcentrovaných před obrazovými prvky, a měnění efektivní ohniskové vzdálenosti každého optického prvku pro změnu zdánlivé vizuální vzdálenosti obrazového bodu od pozorovatele, nacházejícího se před zobrazovačem, na němž je znázorněn každý jednotlivý obrazový bod, vyznačující se tím, že každý optický prvek má ohniskovou délku, která se mění progresivně podél ploch orientovaných obecně rovnoběžně s obrazem, přičemž měnění efektivní ohniskové délky každého optického prvku se provádí posuvem místa, na němž je světlo emitováno z dvourozměrného obrazu uvnitř každého obrazového prvku, a převáděním emitovaného světla k optickým prvkům, kde místo, na nějž emitované světlo na optických prvcích dopadá, určuje zdánlivou hloubku obrazového bodu.
2. 2. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle nároku 1, vyznačující se tím, že posuv místa, na němž je světlo emitováno z dvourozměrného obrazu uvnitř každého obrazového prvku, je řízen signálem hloubky, zakódovaným do televizního vysílacího signálu pro každý obrazový bod.
3. 3. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle nároku2, vyznačující se tím, že signál hloubky se generuje triangulační technikou za použití dvou prostorově oddělených kamer.
4. 4. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle nároku 2, vyznačující se tím, že signál hloubky se generuje za použití neoptických čidel hloubky.
5. 5. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle nároku 2, vyznačující se tím, že signál hloubky se generuje podle hodnoty hloubky přiřazené dvourozměrnému obrazu zobrazované scény po digitalizaci této scény a po určení jednotlivých předmětů této scény a jejich hloubky ve scéně.
6. 6. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle nároku2, vyznačující se tím, že signál hloubky se do televizního vysílacího signálu zakóduje před vysíláním televizního vysílacího signálu.
7. 7. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle nároku 2, vyznačující se tím, že signál hloubky v televizním vysílacím signálu je vytvořen jako dekódovatelný v místě příjmu televizního vysílacího signálu.
8. 8. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle nároku 1,vyznačující se tím, že zdánlivé hloubky obrazového bodu se dosahuje dopadem světla na lomovou plochu optického prvku, vytvořeného ve tvaru lomového prvku.
9. 9. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle nároku 1, vyznačující se tím, že zdánlivé hloubky obrazového bodu se dosahuje dopadem světla na odrazovou zrcadlovou plochu optického prvku vytvořeného ve tvaru zrcadla.
10. 10. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle kteréhokoliv znároků 1 až 9, vyznačující se tím, ie posuv místa, na němž je světlo emitováno z dvourozměrného obrazu, obsahuje lineární posuv bodu, na němž je světlo emitováno z dvourozměrného obrazu.
11. 11. Způsob vytváření trojrozměrného obrazu podle kteréhokoliv znároků 1 až 9, vyznačující se tím, že zobrazení místa, na němž je světlo emitováno

    -16CZ 288672 B6 z dvourozměrného obrazu, obsahuje radiální posuv místa, na němž je světlo emitováno z dvourozměrného obrazu.
12. 12. Zobrazovací zařízení pro provádění způsobu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, na němž 5 je vytvořen obraz z diskrétních obrazových bodů, kde toto zařízení je opatřeno soustavou optických prvků, zcentrovaných před obrazovými body, a prostředky pro individuální měnění efektivní ohniskové délky každého optického prvku pro změnu zdánlivé vizuální vzdálenosti obrazového bodu od pozorovatele, nacházejícího se před zobrazovacím zařízením, na němž se pro vytvoření trojrozměrného obrazu zobrazuje každý jednotlivý obrazový bod, io vyznačující se t í m, že je opatřeno prostředky (18, 59, 58, 60, 65) pro posuv místa (5b, 6b, 7b) emise světla v obrazovém bodě (35) podle požadované hloubky pro dosažení odpovídajícího posuvu místa (5, 6, 7) vstupu světla podél vstupní plochy optického prvku (2), čímž se účinná ohnisková délka optického prvku (2) dynamicky mění a zdánlivá vizuální vzdálenost (5a, 6a, 7a) obrazového bodu (35) od pozorovatele se mění podle posuvu místa 15 (5, 6, 7) vstupu světla.
13. 13. Zobrazovací zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že optické prvky (2) jsou lomové prvky a vstupní plocha světlaje lomová plocha.

    20
14. 14. Zobrazovací zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že lomové plochy jsou tvarovány pro zajištění proměnné ohniskové délky.
15. 15. Zobrazovací zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že optické prvky (2) jsou vyrobeny z optického materiálu s proměnným indexem lomu, v němž se index lomu mění

    25 progresivně podél optického prvku (2) pro vytvoření proměnné ohniskové délky.
16. 16. Zobrazovací zařízení podle nároků 13, 14 nebo 15, vyznačující se tím, že optické prvky (2) jsou vyrobeny z optického materiálu s proměnným indexem lomu, v němž je vztah mezi posuvem místa (5, 6, 7) vstupu světla a ohniskovou délkou lineární.
17. 17. Zobrazovací zařízení podle nároků 13,14 nebo 15, vyznačující se tím, že optické prvky (2) jsou vyrobeny z optického materiálu s proměnným indexem lomu, v němž je vztah mezi posuvem místa (5, 6, 7) vstupu světla a ohniskovou délkou nelineární.

    35
18. 18. Zobrazovací zařízení podle kteréhokoliv z nároků 13 až 17, vyznačující se tím, že každý optický lomový prvek (39) má ohniskovou délku měnící se radiálně vůči optické ose optického lomového prvku (39) a posouvací prostředek je vytvořen pro radiální posuv místa (40a, 41a, 42a) v obrazovém bodu (35), na němž je světlo emitováno.

    40
19. 19. Zobrazovací zařízení podle kteréhokoliv z nároků 13 až 17, vyznačující se tím, že každý optický lomový prvek (2) je podlouhlý a má ohniskovou vzdálenost měnící se podél jeho délky od jednoho konce, a posouvací prostředek je vytvořen pro lineární posuv místa v obrazovém bodě (35), v němž je emitováno světlo.

    45
20. 20. Zobrazovací zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačuj ící se t í m , že obsahuje jako světelný zdroj jedno zařízení ze skupiny tvořené zobrazovacím zařízením na bázi tekutých krystalů, zobrazovacím zařízením na bázi elektroluminiscence a zobrazovacím zařízením na bázi plasmového zobrazení.

    50
21. 21. Zobrazovací zařízení podle nároku 19, v y z n a č u j í c í se t í m, že zahrnuje obrazovku (10), opatřenou soustavou podlouhlých fosforových obrazových bodů (35), a prostředek pro lineární posun místa, na němž je světlo v obrazovém bodě (35) emitováno, obsahuje prostředek (56, 64, 65) pro generování elektronového svazku, přičemž prostředek pro lineární posun místa, na němž je světlo v obrazovém bodě (35) emitováno, obsahuje prostředek (59, 58, 63, 60, 65) 55 posuv elektronového svazku podél každého fosforového obrazového bodu (35).

    -17CZ 288672 B6
22. 22. Zobrazovací zařízení podle nároku 21, vyznačuj ící se t í m , že prostředek (56, 64, 65) pro generování elektronového svazkuje vytvořen pro generování elektronového svazku (66d) s pravoúhlým průřezem.
23. 23. Zobrazovací zařízení podle nároku 21,vyznačující se tím, že prostředek (546, 64, 65) pro generování elektronového svazkuje vytvořen pro generování elektronového svazku (66c) s oválným průřezem.
24. 24. Zobrazovací zařízení podle nároku 21,vyznačující se tím, že obrazové body jsou uspořádány v řadách, přičemž toto zařízení je tvořeno televizním přijímačem mající prostředek (58, 59, 61, 62, 63) pro vybrání hloubkové složky pro každý obrazový bod (35) z přijímaného signálu a prostředek (60) pro přidání hloubkového signálu ke konvenčnímu horizontálnímu rozmítanému řádku pro řízení vertikální úrovně horizontálního rozmítaného řádku bod po bodu, čímž se dosáhne stupňovitého rozmítaného řádku (20).
25. 25. Zobrazovací zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že mezi jednotlivými optickými prvky (2) je vytvořena malá mezilehlá štěrbina.
26. 26. Zobrazovací zařízení podle nároku 25, vyznačující se tím, že mezilehlá štěrbina je vyplněna černým neprůhledným materiálem.
27. 27. Zobrazovací zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že optické prvky (2) jsou vytvořeny ve formě desky vylisované z plastického materiálu.
28. 28. Zobrazovací zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že optické prvky (2) jsou vytvořeny na desce z plastického materiálu vytvořené injekčním litím.
29. 29. Zobrazovací zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že každý optický prvek (2) je složeným přístrojem obsahujícím alespoň dvě jednotlivé optické složky (21).
30. 30. Zobrazovací zařízení podle nároku29, vyznačující se tím, že alespoň dvě individuální složené optiky (21) jsou vytvořeny jako alespoň dvě desky vylisované z plastického materiálu, které jsou k sobě přitmeleny.
31. 31. Zobrazovací zařízení podle nároku 29, vyznačující se tím, že alespoň dvě jednotlivé složené optiky (21) jsou vytvořeny jako alespoň dvě desky vylisované z plastického materiálu, které jsou navzájem spojené u svých okrajů.
32. 32. Zobrazovací zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že je ve formě prohlížečky nebo projektoru pro fotografický film (14) a prostředek pro posuv bodu, na němž je světlo emitováno, obsahuje masku, přiloženou ke každému obrazovému bodu fotografického filmu pro zajištění předvoleného průsvitného bodu (5c).
33. 33. Zobrazovací zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že optické prvky (2) jsou zrcadla (76, 77) a vstupní plocha je odrazová plocha.
34. 34. Zobrazovací zařízení podle nároku 33, vy z n a č uj í c í se t í m, že každý optický prvek (2) obsahuje rovinné zrcadlo (76) a konkávní zrcadlo (77).
35. 35. Zobrazovací zařízení podle nároku 34, vy zn ač u j ic í se t í m , že každé rovinné zrcadlo (76) je vytvořeno jako jedna plocha kombinovaného prvku (78), jejíž další plochu vytváří konkávní zrcadlo (77) sousedního obrazového bodu.

    -18CZ 288672 B6
36. 36. Zobrazovací zařízení podle nároků 21, 22 nebo 23, vyznačující se tím, že je vytvořeno jako počítačový monitor s počítačovým obrazovým budičem, mající prostředky pro výběr hloubkové složky (38) každého obrazového bodu (35) z dat přijatých z počítače a prostředky (19) pro přidání hloubkové složky (38) k běžnému řádku horizontálního rastru,

    5 obrazový bod za obrazovým bodem, pro dosažení stupňového rastru (20).

    23 výkresů