WO2014065773A2 - Автостереоскопическая система - Google Patents

Автостереоскопическая система Download PDF

Info

Publication number
WO2014065773A2
WO2014065773A2 PCT/UA2013/000150 UA2013000150W WO2014065773A2 WO 2014065773 A2 WO2014065773 A2 WO 2014065773A2 UA 2013000150 W UA2013000150 W UA 2013000150W WO 2014065773 A2 WO2014065773 A2 WO 2014065773A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
raster
image
visualization surface
screen
visualization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/UA2013/000150
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2014065773A3 (ru
Inventor
Василий Борисович ОДНОРОЖЕНКО
Вениамин Гургенович СТЕПАНЯН
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to EP13848499.3A priority Critical patent/EP2910996B1/en
Priority to KR1020157009701A priority patent/KR20160089860A/ko
Priority to JP2015537669A priority patent/JP6326678B2/ja
Priority to CN201380049364.2A priority patent/CN104871071B/zh
Priority to US14/428,991 priority patent/US20150229914A1/en
Priority to RU2015110598A priority patent/RU2643917C2/ru
Publication of WO2014065773A2 publication Critical patent/WO2014065773A2/ru
Publication of WO2014065773A3 publication Critical patent/WO2014065773A3/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/305—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using lenticular lenses, e.g. arrangements of cylindrical lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/30—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving parallax barriers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/1323—Arrangements for providing a switchable viewing angle

Definitions

  • the invention relates to techniques for demonstrating stereoscopic images and can be used in television, in computing, in monitoring and control systems, CAD, gaming equipment, to create simulators, in avionics and instrumentation, in science, education, medicine and etc., - for volumetric modeling and visual representation of static and dynamic processes in the ZO-format for an arbitrary number of freely located viewers.
  • CAD computerized CAD
  • gaming equipment to create simulators, in avionics and instrumentation, in science, education, medicine and etc., - for volumetric modeling and visual representation of static and dynamic processes in the ZO-format for an arbitrary number of freely located viewers.
  • 3D imaging continues to be a major technical challenge.
  • the method of color anaglyphs is known, which consists in obtaining a stereoscopic image using two image-angles painted in additional (complementary) colors that make up a stereo pair, which is then viewed using glasses with different color filters.
  • stereopairs are examined through such glasses, each eye perceives only its own angle / image.
  • due to the effect of binocular mixing of angles a three-dimensional image is formed. Development of this method It is limited by the user's discomfort regarding the need to use glasses and the presence of color distortions.
  • Gabriel Lippman proposed a technology for recording and reproducing three-dimensional images using embossed optical plates consisting of ordered microlenses and laid the foundation for the development of a multicomponent approach to three-dimensional graphics.
  • Lippman's raster-based idea was developed by Maurice Bonnet. Further development of this approach includes technical solutions with variations of lens reliefs or lattice structures, for obtaining stereo images using a stereo pair specially prepared for separation.
  • the indicated preparation consists in graphically transforming the stereopair angles so that when combining the image and the raster, taking into account the refraction of the rays in it, both angles are restored separately for each eye - the so-called Lippmann-Bonet diagram.
  • the autostereoscopic system is known - according to patent RU 2168192 dated 05.27.2001 IPC 7 G 02 B 27/22, H 04 N 13/00 “Visual display device and method for forming a three-dimensional image”.
  • This technical solution is based on the use of a mask mask consisting of individual optical elements with a variable focal length mounted on top of a field of discrete micrographic elements - pixels (images) so that each pixel is positioned on the optical axis of a separate optical element.
  • External control of the focal length of individual optical elements makes it possible to simulate differences in the depth of visual perception of the corresponding pixels, i.e. show the stereo effect of the image as a whole.
  • This technical solution is complex and cumbersome in the number of constituent elements and their organization into a single design. Technical complexity reduces the reliability of the device and will inevitably affect its cost.
  • the technical solution of the autostereoscopic system is known - according to the patent US JV2 4729017 dated 02.25.1986, MP N 04 N 13/00.
  • This technical solution includes a display surface of a visualization with a specially prepared image, which is divided into pixels. Elements of the optical lattice are positioned relative to the pixels of the image and combined into an autonomous lattice plate. When viewing images on a visualization surface through a grating thawed plate - a stereoscopic image appears.
  • a removable grid plate provides 20/30 image conversion.
  • the practical preservation of the position of the grating plate on the display relative to the image pixels is a complex optical-mechanical problem, solved with the help of special devices, otherwise distortions of the graphics projected through the plate and the loss of the stereo effect are inevitable.
  • IPC G02N 27/22 Convertible autostereoscopic flat panel display.
  • This system includes a flat monitor screen — a visualization surface on which there is a pixel image of a stereo pair prepared for separation by the Lippmann – Bonnet method, as well as a removable screen in the form of a lenticular raster located plane-parallel to the visualization surface.
  • This autostereoscopic system includes means (an optical test in the form of an oriented slit raster on the monitor screen together with a mechanical offset device for the removable screen on the monitor) for adjusting (moving / rotating) the position of the removable screen / its optical elements relative to the prepared image on the visualization surface.
  • means an optical test in the form of an oriented slit raster on the monitor screen together with a mechanical offset device for the removable screen on the monitor
  • adjusting moving / rotating the position of the removable screen / its optical elements relative to the prepared image on the visualization surface.
  • Auto-stereoscopic system“ Stereo-Step "” which includes a visualization surface with a stereo pair prepared for separation in the form of anaglyph, removable screen with a raster optical structure located in front visualization surface.
  • the removable screen consists of two rasters located on different sides of the common focal plane, which scatters the luminous flux.
  • Each raster consists of lens elements located on the surface without gaps, with the formation of coaxial pairs, each of which contains an anaglyphic filter.
  • the separation of anaglyphically prepared stereo pair is carried out by a birastr structure, which does not require precise positioning relative to the visualization surface.
  • This provides a stable stereo effect with the quality of anaglyphic technology, and the 2D / 3D conversion for the viewer is reduced only to connecting the removable screen to the visualization surface, excluding the process of precise adjustment of the position of the removable screen, since the bi-optical optical structure has the property of automatically adjusting the stereo image .
  • the anaglyphic representation of the stereo pair due to the peculiarities of formation, ensures the placement of each angle on the entire visualization surface, which ensures high quality representation of each angle of the stereo image and, as a result, high accuracy, clarity and contrast of the stereo image.
  • color distortions are characteristic. This is a significant disadvantage of the known technical solution of the autostereoscopic system.
  • Step-EclipsMethod The autostereoscopic system “Stereo Step-EclipsMethod” is known, according to UA JVe 22927 U IPC G 02 on 27/22, H 04 N 13/00 of January 24, 2007 (the closest analogue), which includes a visualization surface prepared for separation image and a removable screen located in front of the visualization surface, consisting of two screens located on different sides relative to the common focal plane, which scatters the light flux, each of which consists of lens elements located on the surface without gaps with the formation of coaxial pairs, moreover, the image consists of a sequence of m angles, and their repetition rate is no less physiologically determined by the sensitivity of the human eye (in order to prevent flickering of the image), and each pair is equipped with m eclipse shutters, each of which each of the corresponding angles opens simultaneously with the frequency of their repetition.
  • the essence of the known technical solution is that the eclipse method is used to separate the image angles, for the implementation of which m eclipse shutters (according to the number of image angles) are required for each pair of lens elements, each of which opens each of the angles in sequence leaving the rest of the camera angles darkened.
  • the synchronization of opening angles with the frequency of their follow-up is a prerequisite for the implementation of the method.
  • the follow-up frequency should be no less than the lower limit of the sensitivity of the viewer's eye to the rate of change of images.
  • a biraster structure, as a multicomponent carrier of an integrated image does not require precise positioning with respect to the possibility of shifting along the visualization surface. This provides the system with 20 compatibility and eliminates the need for costly accurate screen alignment with consistent stereo effect quality.
  • the eclipse method involves the consistent use of each angle with its placement on the entire surface of the visualization, thereby ensuring the completeness, clarity, contrast and transmission of the entire gamut of image colors.
  • a stereo effect with stable quality can be reproduced, which can be compared with direct observation of the screen.
  • all the necessary transformations of a 2D device into a 3D device are reduced only to connecting (application) a removable screen to the visualization surface, where video content is transmitted in a structured format, i.e. in the form of a sequence of angles that follow with a frequency of at least physiologically determined sensitivity of the human eye.
  • the known technical solution does not take into account the sensitivity of the distant placement of the bi-raster screen relative to the 20-surface of the visualization, which can lead to a decrease in the quality of the stereo image.
  • the distance between the bi-raster screen and the visualization surface — the 20-screen demo screen — depends on the optical characteristics of the raster optical structure and the number of angles forming the stereo image.
  • the adjacent bands of each angle in the Lippmann-Bonnet diagram may include parts of their graphics and parts of the graphics of adjacent angles or lose part of their graphics. Both possible defects of distantness ultimately lead to a deterioration of the stereo effect. This circumstance should be especially taken into account when performing a visualization surface and a birast screen in the form of one rigidly fixed structure.
  • the basis of the invention is the task of creating a comfortable autostereoscopic system that provides high quality stereoscopy and 20 compatibility.
  • an autostereoscopic system that includes a visualization surface with an image prepared for separation, which consists of a sequence of m angles, each of which alternates with a frequency no less physiologically determined by the sensitivity of the human eye and a biraster screen located in front of the visualization surface consisting of two rasters located on different sides relative to a common focal plane that scatters the light flux, each raster is of lenticular elements disposed on a surface without gaps to form a coaxial pairs, wherein each pair is provided with m eklipsnymi gates, each of which opens in synchronism with serial-
  • the essence of the invention lies in the fact that based on the interconnection of the parameters of the optical structure of the autostereoscopic system, the distance between the biraster screen and the visualization surface, determined by these parameters, is determined, as a result of which all possible defects associated with the violation of distance are eliminated. and thus, a high quality stereo image is reliably ensured.
  • the set of essential features of the technical solution which is claimed, solves the problem - the creation of a comfortable autostereoscopic system that provides high quality stereoscopy and 20-compatibility.
  • the inventive autostereoscopic system has undergone model and laboratory tests at the AntenNet Engineering Agency, which is confirmed by specific examples.
  • FIG. 1 shows an autostereoscopic system (general view);
  • FIG. 2 shows the design of the birast shield (variant of the lenticular raster), (a) the raster assembly, (b) the components of the birast screen;
  • An autostereoscopic system includes a visualization surface (1) with an image prepared for separation and a screen (2) with a scanning optical system located in front of the visual surface (1) lizings.
  • Screen (2) consists of two rasters (3), (4) located on different sides relative to the common scattering light flux of the focal plane (5).
  • Each of the two rasters (3), (4), - consists of lens elements (6) laid on the surface without gaps, with the formation of pairs of lens elements with a common optical axis.
  • the frame rate of the sequence of m angles is no less than the physiologically determined sensitivity of the human eye (12 Hz).
  • Each pair of coaxial lens elements is equipped with m eclipse shutters, combined into a matrix, and is controlled by an electronic circuit (7) which ensures the sequence and synchronism of its work with changing frames and angles.
  • the matrix of eclipse shutters is located in the common focal plane (5) of the biratra system. The focus and orientation of each angle is provided by the optical raster system, and the eclipse shutter ensures that the corresponding angles appear in the corresponding parts of the raster system.
  • the matrix of eclipse gates is controlled by any known method, for example, if a matrix of liquid crystal elements is used as the matrix of eclipse gates, the voltage is controlled by electric voltage.
  • the control signal synchronized with the change of the frame-angle includes simultaneously the transparency mode for the selected: - Lips shutters in each pair of coaxial lens elements. At the same time, unselected eclipse shutters are opaque. Through transparent shutters, the focused image fragments from the corresponding lens elements of the object raster are restored by the lens elements of the ocular raster and combined for the viewer in a single visual field - the current full-screen image of the angle that is oriented for the corresponding (right or left) eye .
  • the next control signal simultaneously activates the transparency mode of the other the selected group of eclipse shutters (the number of groups depends on the number of angles), and all other eclipse shutters become / remain opaque.
  • a full-fledged image is formed for the second eye of the viewer, provided that the requirements for the frame rate of the camera angles are met.
  • a stereo pair of stereoscopic images is formed and the viewer sees a three-dimensional picture in the frame.
  • the distance d between the bi-raster screen and the visualization surface as a function of d f (h, m) is calculated on the basis of geometric optics in accordance with specific lenses - for example, when a lenticular is used as a raster:
  • I is the number of lenses per 1 inch of the raster
  • n is the number of angles
  • p is the refractive index of the raster material.
  • the birast plate is provided with a calibrating stop that determines this distance.
  • the calibrating stop can be made of any optically neutral material in the form of a plate of a given thickness, in the form of local stops of the same material, including as stiffeners for birastra.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)

Abstract

Автостереоскопическая система относится к технике демонстрации стереоскопических изображений и может быть использовано в телевидении, в компьютинге, в системах контроля и управления, САПР, игровой технике, для создания тренажеров, в авионике и приборостроении, в науке, образовании, медицине и т.д., - для объемного моделирования и визуального представления статических и динамических процессов в 3D- формате. Автостереоскопическая система, включает поверхность визуализации с подготовленным к сепарации изображением, которое состоит из последовательности m ракурсов, каждый из которых чередуется с частотой не менее физиологически обусловленной чувствительностью глаза человека и расположенный перед поверхностью визуализации бирастровый экран, состоящий из двух растров, расположенных по разные стороны относительно общей фокальной плоскости, которая рассеивает световой поток, каждый растр состоит из линзовых элементов, расположенных по поверхности без промежутков с образованием соосных пар, при этом каждая пара снабжена m эклипсными затворами, каждый из которых открывается синхронно с последовательностью ракурсов, бирастровый экран, расположенный перед поверхностью визуализации на расстоянии, при котором оптическая проекция части шага растра h m = h / m из общей фокальной плоскости бирастра на поверхность визуализации равна шагу растра h. Технический результат заявляемого изобретения, заключается в определении взаимосвязи параметров оптической структуры автостереоскопической системы, при которой качество стереоизображения будет наивысшей.

Description

АВТОСТЕРЕОСКОПИЧЕСКАЯ СИСТЕМА.
Область техники.
Изобретение относится к технике демонстрации стереоскопиче- ских изображений и может быть использовано в телевидении, в компью- тинге, в системах контроля и управления, САПР, игровой технике, для создания тренажеров, в авионике и приборостроении, в науке, образова- нии, медицине и т.д., - для объемного моделирования и визуального пред- ставления статических и динамических процессов в ЗО-формате для про- извольного количества свободно расположенных зрителей. Предшествующий уровень техники.
Создание трехмерного изображения продолжает оставаться серьез- ной технической проблемой. Известен метод цветных анаглифов, который заключается в получении стереоскопического изображения с использова- нием двух окрашенных в дополнительные (комплементарные) цвета изо- бражений-ракурсов, составляющих стереопару, которая затем просматри- вается с помощью очков со светофильтрами разного цвета. При рассмот- рении стереопары через такие очки каждый глаз воспринимает только свой ракурс/изображение. При этом, благодаря эффекту бинокулярного смеше- ния ракурсов, формируется объемное изображение. Развитие этого метода ограничено дискомфортом пользователя в части необходимости использо- вания очков и наличия цветовых искажений.
В 1908 году Габриэль Липпман предложил технологию записи и воспроизведения трехмерного изображения с использованием рельефных оптических пластин, состоящих из упорядоченно размещенных микролинз, и положил начало развитию многокомпонентного подхода к трехмерной графике. Идею Липпмана на растровой основе развил Морис Бонне. Даль- нейшее развитие данного подхода включает технические решения с вариа- циями линзовых рельефов или решетчатых структур, - для получения сте- реоизображений с помощью специально подготовленной для сепарации стереопары. Указанная подготовка заключается в графическом преобразо- вании ракурсов стереопары так, чтобы при совмещении изображения и растра, с учетом преломления в нем лучей, - оба ракурса восстановились раздельно для каждого глаза - так называемая диаграмма Липпмана-Боне.
Известно техническое решение - согласно заявки WO 99/09750 от 25.02.1999 г. МПК 7 G 02 В 27/22, Н 04 N 13/00 «Стереоскопическая система просмотра». Данное решение включает подготовку исходной сте- реопары методом Липпмана-Бонне, который заключается в том, что ракур- сы стереопары перемежаются инвертированными вертикальными полоса- ми с сохранением порядка их следования - по числу линзовых элементов лентикулярного растра, который, при наложении на сжатое полосовое изо- бражение, раздельно восстанавливает оба ракурса - для левого и правого глаза. Практическая реализации данной стереоскопической системы про- смотра требует прецизионного позиционирования оптических элементов лентикулярного растра относительно полосок подготовленного изображе- ния.
Известна автостереоскопическая система - согласно патента RU » 2168192 от 27.05.2001 г. МПК 7 G 02 В 27/22, Н 04 N 13/00 «Ви- зуальное устройство отображения и способ формирования трехмерного изображения». Данное техническое решение основано на применении ре- шетчатой маски, состоящей из отдельных оптических элементов с пере- менным фокусным расстоянием, установленной поверх поля дискретных микрографических элементов - пикселей (изображения) так, что каждый пиксель позиционирован на оптической оси отдельного оптического эле- мента. Внешнее управление фокусным расстоянием отдельных оптических элементов позволяет имитировать различия в глубине зрительного воспри- ятия соответствующих пикселей, т.е. проявлять стерео-эффект от изобра- жения в целом. Данное техническое решение является сложным и гро- моздким по числу составляющих элементов и их организации в единую конструкцию. Техническая сложность понижает надежность устройства и неминуемо скажется на его стоимости.
Главной проблемой реализации вышерассмотренных технических решений является неустранимое требование прецизионного позициониро- вания оптических элементов относительно элементов специально подго- товленного изображения на поверхности визуализации. Практическое ис- пользование таких систем обеспечивается жестким закреплением их опти- ческих элементов относительно пикселей изображения, исключающим взаимный дрейф (смещение) оптических/графических элементов; поэтому подобные решения практически исключают съемность 20/30-конверторов.
Поскольку в настоящее время основные производители и потреби- тели видеопродукции используют 20-формат ее визуализации, - возмож- ность совместимости и использования имеющихся 2D-pecypcoB для их трансформации в ЗО-формат является актуальной технической задачей.
Известно техническое решение автостереоскопической системы - согласно патента US JV2 4729017 от 25.02.1986 г. МП Н 04 N 13/00. Дан- ное техническое решение включает дисплейную поверхность визуализации со специально подготовленным изображением, которое делится на пиксе- ли. Элементы оптической решетки позиционированы относительно пиксе- лей изображения и объединены в автономную решетчатую пластину. При рассмотрении изображения на поверхности визуализации через решетча- тую пластину, - проявляется стереоскопическое изображение. Таким обра- зом, съемная решетчатая пластина обеспечивает 20/30-конвертацию изо- бражения. Однако, практическое сохранение положения решетчатой пла- стины на дисплее относительно пикселей изображения является сложной оптико-механической задачей, решаемой с помощью специальных приспо- соблений, - в противном случае неизбежны искажения проецируемой сквозь пластину графики и потеря стерео-эффекта.
Известно техническое решение автостереоскопической системы - согласно патенту US 2004263970 от 30.12.2004г. МПК G02N 27/22 "Convertible autostereoscopic flat panel display". Данная система включает плоский экран монитора - поверхность визуализации, на которой находит- ся пиксельное изображение стереопары, подготовленной к сепарации ме- тодом Липпмана-Бонне, а также съемный экран в виде лентикулярного растра расположенного плоскопараллельно поверхности визуализации. Данная автостереоскопическая система включает средства (оптический тест в виде ориентированного щелевого растра на экране монитора вместе с устройством механического смещения съемного экрана на мониторе) для юстирования (сдвиг/поворот) положения съемного экрана/его оптических элементов относительно подготовленного изображения на поверхности ви- зуализации. Очевидным ограничением данной системы являются диском- фортность от специальных действий зрителя по подстройке положения съемного экрана, требующей времени и сопровождающейся неизбежной потерей видеоинформации. Кроме того, аппаратурное обеспечение точно- сти юстировки (по горизонтали и вертикали) значительно повышает стои- мость изделий при использовании известного решения.
Известно техническое решение автостереоскопической системы - согласно патенту UA Jfe 14885 U МПК G 02 В 27/22, Н 04 N 13/00 «Авто- стереоскопическая система "Stereo-Step"» которая включает поверхность визуализации с подготовленным к сепарации стереопарой в виде анаглифа, съемный экран с растровой оптической структурой, расположенным перед поверхностью визуализации. Съемный экран состоит из двух растров, рас- положенных по разные стороны общей фокальной плоскости, которая рас- сеивает световой поток. Каждый растр состоит из линзовых элементов, расположенных на поверхности без промежутков, с образованием соосных пар, каждая из которых содержит анаглифический фильтр. В известном техническом решении сепарация анаглифически подготовленной стерео- пары осуществляется бирастровой структурой, которая не требует преци- зионного позиционирования относительно поверхности визуализации. Это обеспечивает стойкий стереоэффект с качеством анаглифической техноло- гии, при этом конвертация 2D/3D для зрителя сводится только к присоеди- нению съемного экрана к поверхности визуализации, исключая процесс прецизионной подстройки положения съемного экрана, поскольку бираст- ровая оптическая структура имеет свойство автоматической настройки стереоизображения. Кроме того, анаглифическое представление стереопа- ры, в силу особенностей формирования, обеспечивает размещение каждого ракурса на всей поверхности визуализации, что обеспечивает высокое ка- чество представления каждого ракурса стереоизображения и, как следст- вие, высокую точность, четкость и контрастность стереоизображения. Од- нако, в силу тех же особенностей анаглифического представления стерео- пары для стереоизображения, полученного известным техническим реше- нием, характерны цветовые искажения. Это существенный недостаток из- вестного технического решения автостереоскопической системы.
Известна автостереоскопическая система « Stereo Step- EclipsMethod», согласно UA JVe 22927 U МПК G 02 в 27/22, H 04 N 13/00 от 24.01.2007 г. (ближайший аналог), которая включает поверхность визуали- зации с подготовленным к сепарации изображением и расположенный пе- ред поверхностью визуализации съемный экран, состоящий из двух рас- тров, расположенных по разные стороны относительно общей фокальной плоскости, которая рассеивает световой поток, каждый из которых состоит из линзовых элементов, расположенных по поверхности без промежутков с образованием соосных пар, при том, изображения состоит из последова- тельности m ракурсов, а частота их следования составляет не менее фи- зиологически обусловленным чувствительностью глаза человека (с целью исключения мерцания изображения), а каждая пара снабжена m эклипс- ными затворами, каждый из которых открывает каждый из соответствую- щих ему ракурсов синхронно с частотой их следования. Суть известного технического решения заключается в том, что для сепарации ракурсов изо- бражения используется эклипсный метод, для реализации которого необ- ходимы m эклипсных затворов (по количеству ракурсов изображения) для каждой пары линзовых элементов, каждый из которых открывает последо- вательно каждый из ракурсов, оставляя остальные ракурсы в затемненном состоянии. При этом синхронность открытия ракурсов с частотой их сле- дования является обязательным условием реализации метода. Частота сле- дования должна составлять не меньше нижней границы чувствительности глаза зрителя к скорости изменения образов. Бирастровая структура, как многокомпонентный носитель интегрального изображения не требует пре- цизионного позиционирования относительно возможности сдвига по по- верхности визуализации. Это обеспечивает системе 20-совместимость и исключает необходимость дорогостоящей точной юстировки экрана при устойчивом качестве воспроизведения стереоэффекта. Эклипсный метод предполагает последовательное использование каждого ракурса с разме- щением его на всей поверхности визуализации, тем самым обеспечивается полнота, четкость, контрастность и передача всей гаммы цветов изображе- ния. Одновременно обеспечивается для многих зрителей воспроизведение стереоэффекта с устойчивым качеством, которое можно сравнить с пря- мым наблюдением экрана. При этом для пользователя, все необходимые преобразования 2D устройства в 3D устройство сводятся только к присое- динению (приложению) съемного экрана к поверхности визуализации, где транслируется видео контент в структурированном формате, т.е. в форме последовательности ракурсов, которые следуют с частотой не менее фи- зиологически обусловленной чувствительностью глаза человека. Однако в известном техническом решении не учтена чувствительность дистантного размещения бирастрового экрана относительно 20-поверхности визуали- зации, что может привести к снижению качества стереоизображения. Рас- стояние между бирастровым экраном и поверхностью визуализации - де- монстрационным 20-экраном зависит от оптических характеристик рас- тровой оптической структуры и количества ракурсов, формирующих сте- реоизображение. Без учета этих параметров смежные полосы каждого ра- курса в диаграмме Липпмана-Бонне могут включать части своей графики и части графики смежных ракурсов или терять часть своей графики. Оба возможных дефекта дистантности приводят в итоге к ухудшению стерео- эффекта. Это обстоятельство особенно следует учитывать при выполнении поверхности визуализации и бирастрового экрана в форме одной жестко фиксированной конструкции
Раскрытие изобретения.
В основу изобретения поставлена задача создание комфортной авто- стереоскопической системы, обеспечивающей высокое качество стерео- скопии и 20-совместимость.
Поставленная задача решается тем, что в автостереоскопической системе, включающей поверхность визуализации с подготовленным к се- парации изображением, которое состоит из последовательности m ракур- сов, каждый из которых чередуется с частотой не менее физиологически обусловленной чувствительностью глаза человека и расположенный перед поверхностью визуализации бирастровый экран, состоящий из двух рас- тров, расположенных по разные стороны относительно общей фокальной плоскости, которая рассеивает световой поток, каждый растр состоит из линзовых элементов, расположенных по поверхности без промежутков с образованием соосных пар, при этом каждая пара снабжена m эклипсными затворами, каждый из которых открывается синхронно с последовательно- стью ракурсов, согласно заявляемому техническому решению, - бирастро- вый экран расположен перед поверхностью визуализации на расстоянии, при котором оптическая проекция части шага растра hm = h / m из общей фокальной плоскости бирастра на поверхность визуализации равна шагу растра h.
Суть изобретения заключается в том, что на основе учета взаимосвя- зи параметров оптической структуры автостереоскопической системы оп- ределяется обусловленная этими параметрами расстояние между бираст- ровым экраном и поверхностью визуализации, в результате чего обеспечи- вается устранение всех возможных дефектов, связанных с нарушением дистантности, и, таким образом, надежно обеспечивается высокое качество стереоизображения.
При выполнении условия, когда оптическая проекция части шага растра hm = h / m с общей фокальной плоскости бирастра на поверхность визуализации равно шагу растра h, автоматически определяется расстоя- ние d между бирастровым экраном и поверхностью визуализации как d=f(h, m), при которой параметры оптической структуры автостереоско- пической системы таковы, что исключаются ухудшение стереоэффекта, когда смежные полосы каждого ракурса в диаграмме Липпмана-Бонне мо- гут включать пересекающиеся части своей графики или терять часть своей графики.
Таким образом, совокупность существенных признаков техническо- го решения, что заявляется, решает поставленную задачу - создание ком- фортной автостереоскопической системы, обеспечивающей высокое каче- ство стереоскопии и 20-совместимость.
В результате расширенного поиска в патентной и научно- технической литературе по соответствующим рубрикам МГЖ и УДК сово- купность существенных отличий, которые полностью или частично совпа- дает с заявленной и позволяет решать поставленную изобретательскую за- дачу, не была найдена ни в одном из технических решений. Следовательно, заявляемое техническое решение отвечает критерию «новизна».
Из известного уровня техники совокупность признаков заявляемого технического решения с очевидностью не вытекает. Следовательно, заяв- ляемое техническое решение отвечает критерию «изобретательский уро- вень».
Описание вариантов осуществления изобретения.
Заявляемая автостереоскопическая система прошла модельные и ла- бораторные испытания в Инженерном агентстве «АнтенНет», что под- тверждается примерами конкретного выполнения.
На фиг. 1 показана автостереоскопическая система (общий вид);
На фиг. 2 показана конструкция бирастрового экрана (вариант лен- тикулярных растров), (а) -бирастровая конструкция в сборе, (б) - компо- ненты бирастрового экрана;
На фиг. 3 показана оптическая структура автостереоскопической системы, при которой оптическая проекция части шага растра hm = h / m с общей фокальной плоскости бирастра на поверхность визуализации равна шага растра h;
На фиг. 4 показана оптическая структура автостереоскопической системы, при которой оптическая проекция части шага растра hm = h / m с общей фокальной плоскости бирастра на поверхность визуализации мень- ше шага растра h;
На фиг. 5 показана оптическая структура автостереоскопической системы, при которой оптическая проекция части шага растра hm = h / m с общей фокальной плоскости бирастра на поверхность визуализации боль- ше шага растра h.
Автостереоскопическая система, включает поверхность (1) визуали- зации с подготовленным к сепарации изображением и экран (2) с растро- вой оптической системой, расположенный перед поверхностью ( 1) визуа- лизации. Экран (2) состоит из двух растров (3), (4), расположенных по разные стороны относительно общей рассеивающей световой поток фо- кальной плоскости (5). Каждый из двух растров (3), (4), - состоит из линзо- вых элементов (6), уложенных на поверхности без промежутков, с образо- ванием пар линзовых элементов с общей оптической осью. Частота смены кадров последовательности m ракурсов, составляет не меньше физиологи- чески обусловленной чувствительности глаза человека (12 Гц). Каждая па- ра соосных линзовых элементов снабжена m эклипсными затворами, объе- диненных в матрицу, и управляется электронной схемой (7) которая обес- печивает последовательность и синхронность её работы со сменой кадров и ракурсов. Матрица эклипсных затворов размещена в общей фокальной плоскости (5) бирастровой системы. Фокусировку и ориентацию каждого ракурса осуществляет оптическая растровая система, а эклипсный затвор обеспечивает то, чтобы соответствующие ракурсы появлялись в соответст- вующих участках растровой системы. Управление матрицей эклипсных за- творов осуществляется с помощью любого известного способа, например, если в качестве матрицы эклипсных затворов использована матрица жид- кокристаллических элементов, управление осуществляется электрическим напряжением.
Автостереоскопическая система работает следующим образом:
Управляющий сигнал, синхронизированный со сменой кадра- ракурса, включает одновременно режим прозрачности для выбранных : - липсных затворов в каждой паре соосных линзовых элементов. При этом невыбранные эклипсные затворы - непрозрачны. Через прозрачные затво- ры сфокусированные фрагменты изображения от соответствующих линзо- вых элементов объектного растра восстанавливаются линзовыми элемен- тами окулярного растра и объединяются для зрителя в единое зрительное поле - текущее полноценное экранное изображение ракурса, которое ори- ентировано для соответствующего (правого или левого) глаза. Следующий управляющий сигнал включает одновременно режим прозрачности другой выделенной группе эклипсных затворов (количество групп зависит от ко- личества ракурсов), а все остальные эклипсные затворы становят- ся/остаются непрозрачными. При этом формируется полноценное изобра- жение для второго глаза зрителя, при условии выполнения требований к частоте следования кадров-ракурсов. Таким образом, формируется стерео- пара стереоскопического изображения и зритель видит объемную картину в кадре.
Расстояние d между бирастровым экраном и поверхностью визуали- зации как функция d = f (h, m) рассчитывается на основании геометриче- ской оптики в соответствии с конкретными линзами - например, когда в качестве растров применяются лентикуляр:
d=(0,0254/2f)[(m-n+l)/(n-l)]
где I - число линз на 1 дюйм растра,
m - количество ракурсов,
п - коэффициент преломления материала растра.
Со стороны поверхности визуализации бирастровая пластина обес- печивается калибрующим упором, который определяет это расстояние. Калибрующий упор может быть выполнен из любого оптически нейтраль- ного материала в виде пластины заданной толщины, в виде локальных упоров из того же материала, в том числе - в качестве ребер жесткости для бирастра.
В результате оптическая структура автостереоскопической системы, имеет взаимосвязь параметров, при которой оптическая проекция части шага растра hm = h / m с общей фокальной плоскости бирастра на поверх- ность визуализации равно шагу растра h, чем обеспечивается надежно вы- сокое качество стереоизображения.

Claims

Формула изобретения
Автостереоскопическая система, включающая поверхность визуализации с подготовленным к сепарации изображением, которое состоит из последовательности m ракурсов, каждый из которых чередуется с частотой не менее физиологически обусловленной чувствительностью глаза человека и расположенный перед поверхностью визуализации бирастровый экран, состоящий из двух растров, расположенных по разные стороны относительно общей фокальной плоскости, которая рассеивает световой поток, каждый растр состоит из линзовых элементов, расположенных по поверхности без промежутков с образованием соосных пар, при этом каждая пара снабжена m эклипсными затворами, каждый из которых открывается синхронно с последовательностью ракурсов, отличающаяся тем, что бирастровый экран расположен перед поверхностью визуализации на расстоянии, при котором оптическая проекция части шага растра hm = h / m из общей фокальной плоскости бирастра на поверхность визуализации равна шагу растра h.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/UA2013/000150 2012-10-22 2013-12-19 Автостереоскопическая система Ceased WO2014065773A2 (ru)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13848499.3A EP2910996B1 (en) 2012-10-22 2013-12-19 Autostereoscopic system
KR1020157009701A KR20160089860A (ko) 2012-10-22 2013-12-19 무안경식 시스템
JP2015537669A JP6326678B2 (ja) 2013-12-19 2013-12-19 自動立体視システム
CN201380049364.2A CN104871071B (zh) 2013-12-19 2013-12-19 自动立体系统
US14/428,991 US20150229914A1 (en) 2012-10-22 2013-12-19 Autostereoscopic system
RU2015110598A RU2643917C2 (ru) 2012-10-22 2013-12-19 Автостереоскопическая система

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA201212101 2012-10-22
UAU201212101 2012-10-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014065773A2 true WO2014065773A2 (ru) 2014-05-01
WO2014065773A3 WO2014065773A3 (ru) 2014-06-26

Family

ID=50545437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2013/000150 Ceased WO2014065773A2 (ru) 2012-10-22 2013-12-19 Автостереоскопическая система

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150229914A1 (ru)
EP (1) EP2910996B1 (ru)
KR (1) KR20160089860A (ru)
RU (1) RU2643917C2 (ru)
UA (1) UA79936U (ru)
WO (1) WO2014065773A2 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2547701A (en) * 2016-02-28 2017-08-30 Euro Electronics (Uk) Ltd Method and apparatus for autostereoscopic display platform
CN108061974A (zh) * 2017-12-12 2018-05-22 深圳超多维科技有限公司 透镜光栅器件、立体显示装置、透镜光栅器件的制作方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4729017A (en) 1985-02-28 1988-03-01 Canon Kabushiki Kaisha Stereoscopic display method and apparatus therefor
WO1999009750A1 (en) 1997-08-12 1999-02-25 Gardener Anthony John Stereoscopic viewing system
RU2168192C2 (ru) 1995-01-04 2001-05-27 Визуалабс Инк. Визуальное устройство отображения и способ формирования трехмерного изображения
US20040263970A1 (en) 2003-01-29 2004-12-30 Mckee William James Convertible autostereoscopic flat panel display
UA14885U (en) 2006-02-03 2006-05-15 Vasyl Borysovych Odnorozhenko Automatic stereoscopic system (stereostep)
UA22927U (en) 2007-01-24 2007-04-25 Beniamyn Hurhenovych Stepanian Automatic stereoscopic system "stereostep-eclipse method"

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3666465A (en) * 1967-10-19 1972-05-30 Winnek Douglas Fredwill Half tone reproduction of stereoscopic photographs
US5993003A (en) * 1997-03-27 1999-11-30 Litton Systems, Inc. Autostereo projection system
CN100512453C (zh) * 2001-08-21 2009-07-08 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有观察者跟踪的自动立体显示器
US20070247590A1 (en) * 2004-08-10 2007-10-25 Seereal Technologies Gmbh Autostereoscopic Multi-User Display with Directed Illumination
US7319561B2 (en) * 2004-12-27 2008-01-15 Nippon Sheet Glass Company, Limited Stereoimage formation apparatus and stereoimage display unit
WO2008091237A1 (en) * 2007-01-24 2008-07-31 Odnorozhenko Vasiliy Borisovic Autostereoscopic 'stereostep-eclipsmethod' system
JP5022964B2 (ja) * 2008-03-28 2012-09-12 株式会社東芝 立体映像表示装置及び立体映像表示方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4729017A (en) 1985-02-28 1988-03-01 Canon Kabushiki Kaisha Stereoscopic display method and apparatus therefor
RU2168192C2 (ru) 1995-01-04 2001-05-27 Визуалабс Инк. Визуальное устройство отображения и способ формирования трехмерного изображения
WO1999009750A1 (en) 1997-08-12 1999-02-25 Gardener Anthony John Stereoscopic viewing system
US20040263970A1 (en) 2003-01-29 2004-12-30 Mckee William James Convertible autostereoscopic flat panel display
UA14885U (en) 2006-02-03 2006-05-15 Vasyl Borysovych Odnorozhenko Automatic stereoscopic system (stereostep)
UA22927U (en) 2007-01-24 2007-04-25 Beniamyn Hurhenovych Stepanian Automatic stereoscopic system "stereostep-eclipse method"

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2910996A4

Also Published As

Publication number Publication date
US20150229914A1 (en) 2015-08-13
RU2015110598A (ru) 2016-12-10
WO2014065773A3 (ru) 2014-06-26
KR20160089860A (ko) 2016-07-28
EP2910996A2 (en) 2015-08-26
UA79936U (en) 2013-05-13
RU2643917C2 (ru) 2018-02-06
EP2910996B1 (en) 2017-09-06
EP2910996A4 (en) 2016-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69825572T2 (de) Autostereoskopisches projektionssystem
EP1757109B1 (en) 3d display method and apparatus
US9191659B2 (en) Collimated stereo display system
DE102013113542A1 (de) Autostereoskopische Mehrfachbetrachtungsanzeige und Verfahren zum Steuern optimaler Betrachtungsabstände derselben
CN104618706A (zh) 一种分时实现多人多角度全息立体显示的移动终端及方法
KR101719984B1 (ko) 3차원 컨텐츠를 출력하는 멀티비전 디스플레이 기기의 영상 처리 방법 및 그 방법을 채용한 멀티비전 디스플레이 기기
EP3023830B1 (en) Imaging system
DE19500699A1 (de) Personen-adaptiver stereoskoper Video-Schirm (PASS)
RU2643917C2 (ru) Автостереоскопическая система
Pastoor 3D Displays
EP2408217A2 (en) Method of virtual 3d image presentation and apparatus for virtual 3d image presentation
JP6326678B2 (ja) 自動立体視システム
WO2008091237A1 (en) Autostereoscopic 'stereostep-eclipsmethod' system
JP4660769B2 (ja) 多視点立体ディスプレイ装置
CN103454778A (zh) 裸眼3d投影系统
UA22927U (en) Automatic stereoscopic system "stereostep-eclipse method"
KR101758128B1 (ko) 초 다시점 입체영상 시청장치 및 이를 이용한 초 다시점 입체영상 디스플레이 방법
CN104270628A (zh) 基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示系统及使用方法
RU2391689C2 (ru) Устройство для демонстрации растрового стереоскопического изображения с высоким разрешением
US10656433B2 (en) Method and apparatus for viewing an image
US20120280975A1 (en) Poly-view Three Dimensional Monitor
US20110279657A1 (en) Adapter plate for display device and method for making of stereo visual visualization in determined visual distance
EP3556087A2 (en) Panoramic camera
UA14885U (en) Automatic stereoscopic system (stereostep)
WO2008091236A1 (en) Autostereoscopic 'stereostep-pulfrich's phenomenon' system

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015537669

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2013848499

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013848499

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14428991

Country of ref document: US

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13848499

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157009701

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015110598

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A