Особенности построения стереотелевизионных систем

               6. Поляризаційний метод поділу стереопари для правого і лівого ока дозволяє спостерігати не тільки чорно-білі стереоскопічні телевізійні зображення, а й стереоцветного.

 
              Очковий метод поділу.

Рисунок 1.3. Поляризаційні  або кольорові фільтри: 1 і 2 - прийомні трубки, 3 та 4 - поляризаційні фільтри, 5 - окуляри з поляризаційними  фільтрами, 6 - напівпрозоре дзеркало. 
 
                Недоліком поляризаційного методу є необхідність дотримуватися паралельність площин поляризації поляроїдів глядача та прийомних трубок.  значно погіршується стереоефект через проникнення іншого зображення.°При нахилі голови глядача більше 4  Однак спеціальною конструкцією очок можна позбутися і від цього недоліку. Якщо на рис. 3 поляризаційні фільтри замінити кольоровими фільтрами, які мають певні спектральні характеристики, то кожне око глядача буде бачити зображення, призначене тільки для нього. Принцип поділу кольоровими фільтрами полягає в наступному: кожне чорно-біле телевізійне зображення стереопари Кл і Кп забарвлюється в один з спектральних кольорів. Наприклад, ліве зображення у червоний колір, а праве - в зелений. Перед очима глядачів поміщаються кольорові світлофільтри так, що праве око глядача дивиться через зелений фільтр і бачить градації яскравості тільки зеленого зображення, а ліве око дивиться через червоний фільтр і бачить градації яскравості лише червоного зображення. За рахунок бінокулярного змішання квітів глядачі бачать стереоскопічне телевізійне зображення, забарвлене в третій колір. При використанні одноколірних прийомних трубок (надалі - ПЗС-матриць) потреба в установці кольорових фільтрів перед екранами трубок відпадає. Недоліком даного методу розподілу стереопари є неможливість спостерігати багатобарвне стереоскопічне зображення. 
У розробляється системі використовується груповий метод розподілу стереопари, але принцип поділу відрізняється від попередніх. У процесі формування стереопари утворюється відеосигнал, що містить послідовність парних і непарних полів двох кадрів стереопари. Одна ПЗС матриця формує сигнали першого і другого поля першого кадру стереопари, а друга, відповідно, поля для другого кадру стереопари. Застосовуючи при відтворенні окуляри з рідкокристалічними індикаторами (ЖКИ) і коммутіруя РКІ з частотою полів, ми поділяємо кадри стереопари для правого і для лівого ока відповідно. Дані системи відтворення є стандартними і в даному проекті не розглядаються. 
 
1.5. Системи об'ємного телебачення. 
 
               Численні роботи, проведені проф. П. В. Шмаковим і його співробітниками з вивчення стереоефектів в телебаченні, показали: 
             1. Стереоефект спостерігається не тільки при однаковій чіткості обох зображень, але і при зниженні чіткості одного з кадрів стереопари, причому сприйнята глядачем чіткість визначається більш якісним зображенням. 
             2. Можлива передача одного кадру стереопари чорно-білим, а іншого - кольоровим. При цьому ефект сприйняття обсягу й кольору практично не погіршується. 
             3. Смуга частот сигналів одного кадру, в тому числі і яркостного, може бути значно скорочена без помітного погіршення зображення за умови, що яркостний сигнал іншого кадру передається з повною смугою частот. 
Ці особливості зору дозволили запропонувати кілька систем об'ємного телебачення, використовують стандартний телевізійний канал [3], які ми розглянемо далі. 
               Мерехтіння. При проектуванні систем об'ємного телебачення виникає проблема раціонального використання смуги частот каналу передачі.                    У звичайному телебаченні вимога відсутності мерехтінь при необхідних яркостях зображення призводить до передачі 50 полів в секунду. У стереотелевидения передбачалося використовувати можливість зниження частоти мерехтінь кожного зображення вдвічі за рахунок поперемінної зміни полів лівого і правого кадрів. Така можливість дозволила б скоротити смугу частот вдвічі, тобто призвести до стандартної смузі частот двовимірного телебачення. Але дослідження показали, що критична частота мерехтінь залишається незмінною як при монокулярном, так і при бинокулярном зорі при змінної зміні полів. На підставі цих дослідів зробили висновок, що число кадрів в системах об'ємного телебачення для відсутності мерехтінь має бути тим же самим, що і в системах звичайних. 
                Якщо, в ідеальному випадку, для передачі і відтворення кольорового об'ємного зображення потрібно шість сигналів (три сигналу кольороподілених зображень для лівого кадру стереопари і три - для правого), то в практиці з шести сигналів необхідно і достатньо передавати тільки чотири: сигнал, що несе інформації про яскравості одного кадру стереопари, і три сигналу, що несуть інформацію про яскравість і кольоровості іншого кадру. При цьому смуга частот для передачі кольорового кадру може бути скорочена до 1,5 МГц, якщо чорно-білий кадр передається зі стандартною смугою частот. Виходячи з цього, дослідною лабораторією кафедри телебачення Ленінградського електротехнічного інституту інженерів зв'язку ім. проф. М.А.Бонч-Бруєвича під керівництвом проф. П. В. Шмакова розроблена сумісна система кольорового стереотелевидения, відповідна системі NTSC (рис. 1.4). 
 
           Схема системи кольорового стереотелевидения (передавальна частина).

Рисунок 1.4. 1 - камера, 2 - комутатор, 3 - перерахункових пристрій, 4 - фільтр низької частоти (ФНЧ), 5 - балансний  модулятор, 6 - змішувальний пристрій, 7 - до передавача, 8 - повний синхросигнал, 9 - огинає сигналу спалаху. 
 
                На передавальної боку шести сигналів лівого і правого (л і п) кадрів кольорової стереопари від відповідних датчиків надходять на матричні ¢пристрої, на виході яких утворюються яскравості сигнали цих кадрів U   яп.¢ял U   сп.¢ кп U ¢Потім формуються цветоразностниє сигнали правого кадру U  Яркостний  ял лівого кадру і сигнали правого кадру подаються на¢сигнал U  змішувальне пристрій, у якому виходить повний сигнал стерекольорового зображення, відповідно до рівняння: 
 
U¢_с = U¢_ял + k₁U¢_п.

 
            Опис цієї системи взято з книги Г. Б. Богатова «Кольорове телебачення» (Л: Наука, 1978).  
             Розглянемо використовувалася в установці СЦТ ЛЕІС камеру 1 докладніше. До її складу входять такі основні вузли (рис. 5): а) блок розгорток, б) фотоблоке, в) блок оптичних головок, г) блок керування камерою з механізмом зміни базису зйомки, д) дві трубки біжить променя з фокусирующими і відхиляють системами . 
 
             Блок-схема камери СЦТ.

                Блоки малої й кадрової розгорток були виконані на типових уніфікованих вузлах. Задаючі частини рядкової та кадрової розгорток є загальними для обох трубок. Вихідні каскади виконані окремо для кожної трубки. Крім цього, в блоці розгорток передбачені схеми стабілізації, фокусування і захисту. 
                В установці використовувалися фотоблоке двох типів: блоки, що входять до складу камери, містять по три фотоелектронних умножителя, виносні - по шість (два червоних, два зелені і два синіх. 
                У камері використовувалися дві оптичні головки з дистанційним приводом, забезпечені двома комплектами об'єктивів з фокусними відстанями 50 і 85 мм. Базис зйомки міг змінюватися від 68 до 130 мм. 
              Управління оптикою вироблялося дистанційно з пульта оператора. Для цього оптичні головки мали електропривод, який управляв оптичної фокусуванням, диафрагмированием і справляв перемикання об'єктивів. Також з пульта керувалися фокусування і струм променя в трубках. 
               У камері були використані дві розгортають трубки типу 6ЛК1Б з плоским екраном і люмінофором з окису цинку. Мінімальний базис визначався розміром трубок.  420 мм, вага - 45 кг.´ 290 ´Габарити камери - 530   
              У той же час було запропоновано ще кілька систем освіти і передачі (послідовною і одночасної) стереопари. Розглянемо дві схеми для послідовної передачі кадрів стереопари як більш прогресивного методу.

 
              1. Може бути використана одна трехтрубчатая кольорова камера (рис. 1.6). Відмінністю її від звичайної камери кольорового телебачення є дзеркальна стереонасадкой Д і обтюратор А. стереонасадкой з двома об'єктивами Ол і Оп служить для створення стереопари, а обтюратор - для перемінної комутації світлового потоку від лівого і правого зображень. В результаті на виходах передавальних трубок послідовно створюються сигнали колірної інформації від лівого і правого кадрів стереопари.

 
Схема оптичного вузла стереоцветного камери для одночасної передачі колірної інформації з послідовним чергуванням лівого і правого зображень стереопари

Рисунок 1.6: в - базис передачі, 1 і 2 - цветоделітельние дзеркала, R, G і B - кольороподілені зображення. 
 
                Щоб уникнути механічно обертається обтюратора, можна спроектувати обидва кадру стереопари на фотокатоди трубок, розташувавши їх поряд. Для цього об'єктиви Ол і Оп необхідно розташувати між стереонасадкой і цветоделітельнимі дзеркалами. У цьому випадку пред'являються більш високі вимоги до роздільної здатності трубок і лінійності розгорток.

 
                2. Аналогічним способом для стереоцветного передачі можна використовувати апаратуру послідовної системи кольорового телебачення. Як датчики сигналів стереопари можуть служити дві камери, рознесені на необхідний базис передачі, з обертовими дисками кольорових світлофільтрів R, G і B або ж одна камера, доповнена дзеркальній стереонасадкой і обтюратором (рис. 1.7). В останньому випадку камера видаватиме послідовні сигнали колірної інформації по черзі від лівого і правого зображень стереопари. 
 
               Схема оптичного вузла стереоцветного камери для послідовної передачі як колірної інформації, так і стереопари.

Рисунок 1.7: в - базис передачі, Д - стереонасадкой, А - обтюратор, Ф - диск з кольоровими світлофільтрами, М - двигуни, Т - передавальна трубка. 
 
                  Далі описані кілька методів створення стереоцветного систем, які в тій чи іншій мірі були етапними в розвитку стереобачення. 
 
          Метод Пулфріча 
            Метод Пулфріча базується на постійному русі, інакше ефект тривимірності пропадає. Потрібні спеціальні окуляри з лінзами, які відрізняються ступенем затемнення. Рух має відбуватися в одному напрямку (зліва направо), тоді очей, забезпечений більш світлої лінзою отримує і обробляє зорову інформацію на частку секунди раніше іншого. Цієї різниці в часі виявляється достатньо, щоб друге зображення трохи змістилося, і склалося враження глибини. Ефект може бути посилений шляхом підбору об'єкту зйомки, навколишнього оточення і т.д. 
                 Причина, по якій таку технологію не можна вважати по-справжньому тривимірним телебаченням, полягає в тому, що об'єкти не сходять до вас з екрана, як це буває в стереокіно, а просто «розшаровуються», створюючи враження глибини картинки. Крім того, цей метод ненадійний, тому що деякі люди дивляться таку програму і не бачать стереоефекту. 
 
             LCD-shutters 
            Найпростіша стереосистема базується на методі показу послідовних областей (полів), при якому обидва зображення, чергуючись, але не переплітаючись як в чересстрочной розгортці, проектуються на один і той же екран (звичайний телевізійний екран показує подібні області з чересстрочним оновленням, що чергуються 50 разів в секунду ). 
              Щоб кожне око бачив свою картинку, використовуються окуляри з роздільними рідкокристалічними екранами-шторками (LCD-shutters). Можна зробити так, щоб під впливом електричного струму рідкі кристали ставали то прозорими, то непроникними з тією ж частотою, з якою оновлюється зображення на екрані. Коли видимість одного ока заблокована, інший бачить картинку і навпаки. 
 
           Лентікулярні системи. 
           Остання новинка фірми Sanyo - тривимірний екран, використовує принцип двоопуклої (лентикулярной) лінзи. Тут вже не потрібні ніякі спеціальні окуляри. Двоопуклі лінзи складаються з численних рядів вертикальних лінз, зовсім як у гофрованого картону. Під них підкладається кілька картинок, розділених на смуги і укладених з чергуванням у вертикальному напрямку. Залежно від кута можна спостерігати серії вертикальних смуг, складових цілу, об'ємну картинку. 
           В даний час фірма Sanyo зайнята виробництвом серії екранів різних розмірів, починаючи з величезних 70-дюймових і закінчуючи переносними моделями розміром від 4 до 10 дюймів. Найбільший ефект досягається на екранах великих розмірів, але вони поки призначаються для комерційних тривимірних ігрових машин. 
 
           Xenovision 
           Набагато більш переконливою представляється технологія автостереоскопіческого дисплея, продемонстрована австралійської компанією Xenotech. Ця система проектує два зображення, кожне для свого очі, крізь полупосеребренное дзеркало, розташоване перед глядачем, а потім назад, на що відображає екран. Проектори розташовані таким чином, що права картинка проектується на праве око, а ліва - на лівий. Фокус в тому, щоб кожне око бачив тільки те зображення, яке для нього призначено, і для цього використовується спеціальний матеріал, який  до поверхні.°відображає світло назад, під кутом 180  Якщо ваше око розташований фронтально до напрямку променя, то він бачить тільки відображену картинку; друге око знаходиться трохи осторонь від лінії ходу променя, і картинка на нього не потрапляє. 
               Але коли людина дивиться на екран, він не залишається нерухомим (неминуче совається і крутить головою). Для компенсації руху, система оснащена пристроєм спостереження за положенням очей глядача, що складається з слабкого джерела інфрачервоного випромінювання і мініатюрної камери, спрямованої на обличчя глядача. Камера зазначає інфрачервоні спалахи - обриси обличчя і відображення від роговиці - і посилає інформацію комп'ютера, який відстежує ситуацію і напрям очей глядача. Якщо очі змінюють своє становище, то відповідним чином змінюється і положення проекторів і відбиває екрана, зберігаючи незмінним тангенс кута нахилу до лінії зору спостерігача. 
             Система Xenovision (той же Xenotech) вперше була представлена ​​в 1995 році на виставці корейської електроніки Korean Electronics Show, де були продемонстровані чотири дисплея розміром 30 дюймів. З тих пір, де б не виставлялася ця система, вона викликає бурю захоплення. Ось список фірм, ліцензувати цю систему. Очолює цей список Samsung, першим купив ліцензію в 1994 році, за нею йдуть Carl Zeiss з Німеччини, Resources Corporation Berhad з Малайзії, Дім спецефектів ETAB Data AB зі Швеції, і зовсім нещодавно до них приєдналася велика японська компанія Tomen Corporation. 
              Зараз Xenotech розробляє дисплей для кількох глядачів, спирається на той же принцип. Але, по правді кажучи, серйозні обмеження цього процесу - розмір екрана, кілька проекторів, комп'ютерне стеження і т. д. - означають, що, як і більшість наявних 3D-технологій, ідея Xenovision більше підходить для ринку розваг і мультимедіа, ніж для побутового телебачення. 
Описувані вище системи, по суті двовимірні, створюють лише ілюзію об'ємного зображення. Зародок іншої системи недавно був продемонстрований у програмі BBC «Світ завтра» (Tomorrow's World). У цієї системи класне назва - «3D Vоlumeric Display Technology Background». Зараз вона знаходиться в стадії розробки у Військово-морському центрі управління, контролю і спостереження за океаном США (Naval Command, Control and Ocean Surveilance Centre, NCCSC). У ній за допомогою обертової спіралі генерується зображення, яке можна розглядати у трьох вимірах. 
               По суті справи це рухомий проекційний екран, який при кожному обороті двічі сканує весь об'єм зображення ». Спіраль сканує повністю весь стовп, і по завершенні повного обороту жодна точка внутрішнього простору не залишається не оновленою. 
Для створення на ньому зображення використовується лазерний сканер. Природно, за всім за цим стоїть проблема підвищення обчислювальних потужностей і проблема передачі набору тривимірних графічних координат проектору, які повинні відповідати переміщенню спіралі. 
Картинки, що відтворюються цією системою, генеруються комп'ютером. Як будуть зніматися і проектуватися зображення з реального життя, поки не ясно. Правда, ця система не націлена на споживчий ринок, і її застосування швидше за все обмежиться моделюванням рельєфів поверхонь або регулюванням руху повітряного транспорту.

1.6. Вимоги, що пред'являються  до систем стереокольорового телебачення. 
 
             При створенні стереоцветного системи слід прагнути до гармонійного поєднання. Відтворення натуральної забарвлення, рельєфності предметів і глибини простору. Вимоги, що пред'являються до відтворення рельєфності, будуть різними залежно від призначення системи: для промислових цілей або для мовлення. У промислових установках просторові форми і величинам об'ємного зображення повинні відповідати реальним об'єктам і при необхідності повинні бути пропорційно зменшені або збільшені у всіх трьох вимірах. 
              Отже, в промислових установках слід приділяти особливу увагу ідентичності разверток передавальних і приймальних трубок, щоб забезпечити виконання зазначених вище вимог. 
Для художньої передачі не обов'язково точне відтворення обсягу, а в залежності від задуму режисера може бути кілька викривлена ​​перспектива для підкреслення того чи іншого плану в просторі, для залучення уваги глядача саме до цієї частини переданого зображення. 
               Вимоги, що пред'являються до кольорового стереотелевидения з точки відтворення кольору, аналогічні вимогам до відповідних систем кольорового телебачення. В деяких промислових системах якість кольору може бути трохи зменшено, якщо це дає значне спрощення апаратури  
 
 
1.7. Телебачення і голографія  
 
            Стереоскопічні системи є базою для створення многоракурсних телевізійних систем, що дають можливість плавного бічного огляду (озирання) відтворюваних зображень. Об'ємні зображення можна спостерігати без спеціальних окулярів з різних ракурсів, зміщуючись щодо екрана всередині великий зони простору без втрати стереоефекту. 
             Можна припускати, що майбутнє телебачення - це голографічне телебачення, однак при реалізації голографічних телевізійних систем виникає багато технічних труднощів, пов'язаних, зокрема, з великою інформаційною ємністю голограм і високою питомою щільністю інформації. 
 
1.7.1. Способи отримання голограм. 
 
              Голографія заснована на записі і наступному відновленні хвильового фронту розсіяного об'єктом світла. Перший етап використовує явище інтерференції при взаємодії двох когерентних пучків (рис. 1.8). Лазерним світлом висвітлюють об'єкт і дзеркало. Світло, відбитий об'єктом (предметний хвильової фронт, предметний пучок) і дзеркалом (еталонний хвильової фронт, чи опорний пучок, або когерентний фон), перетинається в певній області простору і взаємодіє між собою, утворюючи просторове інтерференційної поле, поле вузлів і пучностей, максимумів і мінімумів інтенсивності.

\.

Рисунок 1.8. 
 
                Якщо в цьому просторі помістити фоточутливий середовище, то вона зареєструє частину цього інтерференційного поля. Така світлочутлива середовище після фотохімічної обробки називається голограмою. У простому випадку голограма представляє собою чергування світлих і темних смуг.                   Число інтерференційних смуг, тобто кількість світло-темних пар ліній на одиницю довжини голограми, називається просторової частотою. 
Відмінність голографічного процесу запису від звичайного фотографування полягає в тому, що на голограмі записана не тільки амплітудна, а й фазова інформація, виражена у вигляді чергування по певному закону світлих і темних смуг. Звідси і походження слова «голографія»: від грецьких слів «олос» - повний - і «графо» - пишу, тобто запис повної інформації.          Голографія була винайдена Деннісом Габором. У 1947 році він запропонував, а в 1948 році опублікував однолучевой схему для голографірованія напівпрозорих плоских об'єктів. У 1961 році Еммет Лейт і Юріс Упатнієкс вдосконалили вихідну схему Габора, запропонувавши свою двухлучевой (з похилим опорним променем) схему формування плоских голограм непрозорих тривимірних об'єктів. 
                Схема відновлення зображення з голограми показана на рис. 1.9. 
 
                Відновлення зображення з голограми.

Рисунок 1.9. 
 
            Більш простий і перспективний метод отримання кольорових зображень заснований на використанні об'ємних світлочутливих емульсій при формуванні тривимірних голограм. Цей метод формування тривимірних голограм, найповніше відображають оптичні властивості об'єкта, розробив радянський вчений Юрій Миколайович Денисюк в 1962 році. 
             Для отримання тривимірної голограми об'єкт висвітлюють крізь об'ємну світлочутливу емульсію (рис. 1.10). Світло відбивається від об'єкта (об'єктом є дзеркало) і, повертаючись назад, інтерферує з опорним пучком під кутами, близькими до 180 °. 

 
              Отримання тривимірних голограм (а) і відтворення з них зображень (б).

Рисунок 1.10. 
 
                  Площини пучностей і, відповідно, площини почорніння, розташовуючись по бісектрисі кута Q між напрямами зустрічних пучків, будуть майже паралельні площини голограми і будуть віддалені один від одного на відстань: 
 
d = Q 2n sin / l / 2, 
 
де n - показник заломлення світлочутливої ​​емульсії, а l - довжина хвилі в повітрі. 
 
 
 
 
1.7.2. Спроби побудови голографічних телевізійних систем. 
 
            Практична реалізація голографічної телевізійної системи зустрічає ряд дуже істотних труднощів. Одна із запропонованих схем показана на рис. 1.11. 
 
            Структурна схема голографічного телевізійної системи.