способ формирования трехмерных изображений

Формула изобретения

Способ формирования трехмерных изображений, по которому формируют кадр из более чем одного изображения, проецируют на экран последовательность кадров изображений с частотой не менее 25 Гц, наблюдают указанные изображения одного кадра совместно, отличающийся тем, что формируют кадр в виде последовательности из N изображений, в качестве светорассеивающего элемента используют полупрозрачную диффузно-отражающую поверхность, указанную поверхность приводят в/или возвратно-поступательные или вращательные движения, при этом синхронно с перемещением полупрозрачной диффузно-отражающей поверхности на нее проецируют последовательность из N изображений линий пересечения внешней поверхности воспроизводимого трехмерного объекта с полупрозрачной диффузно-отражающей поверхностью в этой фазе ее движения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области телевидения, в частности способам формирования трехмерных изображений объектов, и может быть использовано при воспроизведении трехмерных изображений объемных объектов.

Известен способ формирования объемных изображений [Миллер М. Голография: Пер. с чеш. /Пер. А.С. Сударушкин, В.И. Лусников. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. - 207 с.]. Согласно способу проецируют два изображения, формируемых с помощью потоков излучений с двумя взаимно перпендикулярными плоскостями поляризаций, на диффузно рассеивающий экран и рассматривают указанные изображения через очки со стеклами, имеющими перпендикулярные плоскости поляризации.

Недостатком способа является малый угловой сектор для наблюдения объемных изображений.

Известен способ формирования объемных изображений [Миллер М. Голография: Пер. с чеш. /Пер. А.С. Сударушкин, В.И. Лусников. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. - 207 с.]. Согласно способу проецируют два изображения разных цветов на диффузно рассеивающий экран, рассматривают указанные изображения через очки со стеклами тех же цветов.

Недостатком устройства является ограниченный угловой сектор для наблюдения объемных изображений.

Известен также способ воспроизведения непрерывной последовательности объемных изображений [Б. Шелап. Объемное изображение на экране ТВ //Радиолюбитель. 2001. №4. С.28], выбранный в качестве прототипа. Согласно способу воспроизводят на плоском экране с частотой не менее 25 Гц последовательность из двух изображений для правого и левого глаза, поочередно затеняют изображения или правому, или левому глазу.

Недостатком способа является ограниченный угловой сектор для наблюдения объемных изображений.

Задачей изобретения является разработка способа воспроизведения трехмерных изображений объектов с круговым сектором обзора.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе формирования трехмерных изображений формируют кадр из более чем одного изображения. Проецируют с частотой не менее 25 Гц на экран последовательность кадров изображений. Наблюдают указанные изображения одного кадра совместно. Согласно предлагаемому изобретению формируют кадр в виде последовательности из N изображений, в качестве светорассеивающего элемента используют полупрозрачную диффузно отражающую поверхность. Указанную поверхность приводят в или возвратно-поступательные, или вращательные движения и последовательно проводят через все точки объема, в котором формируют трехмерное изображение. Синхронно с перемещением полупрозрачной диффузно отражающей поверхности на нее проецируют последовательность из N изображений линий пересечения внешней поверхности воспроизводимого трехмерного объекта с полупрозрачной диффузно отражающей поверхностью в этой фазе ее движения.

Положительный эффект достигается за счет того, что в качестве светоотражающего элемента используют диффузно отражающую поверхность. Эту поверхность приводят в циклические движения и последовательно проводят через все точки объема, в котором формируют трехмерное изображение. Каждой i-й фазе циклических движений диффузно отражающей поверхности ставят в соответствие i-е из N изображений линий в их последовательности. Трехмерное изображение получают за счет наблюдения за время менее 40 мс N последовательных изображений линий пересечения внешней поверхности трехмерного объекта с диффузно отражающей поверхностью в ее i-й фазе циклического движения. Причем диффузно отражающая поверхность может быть расположена между наблюдателем и узлом формирования последовательностей изображений. При этом такое трехмерное изображение можно рассматривать с трех взаимно перпендикулярных направлений.

На фиг.1 и 2 приведены схематические изображения устройств, позволяющих сформировать трехмерные изображения объектов. На фиг.1 приведена схема устройства, использующего вращательное; на фиг.2 - возвратно-поступательные движения.

Устройство для воспроизведения трехмерных изображений объектов содержит узел 1, содержащий, диффузно отражающую полупрозрачную поверхность, узел 2 формирования последовательности изображений, электрический узел 3.

В качестве диффузно отражающей полупрозрачной поверхности может быть использован один оборот относительно оси вращения винтовой поверхности 4 из лавсановой пленки. Указанная пленка может быть установлена на валу, проходящем по оси винтовой поверхности, который соединен непосредственно с валом двигателя 5, вращающегося с частотой 25 Гц. Диффузно отражающая полупрозрачная поверхность может быть получена путем обработки мелкой наждачной бумагой одной стороны лавсановой пленки. Полупрозрачная диффузно отражающая поверхность проходит через N пространственных положений.

В качестве узла 2 формирования непрерывной во времени последовательностей изображений, формирующих один кадр трехмерного изображения, может быть использован или кинопроектор, или более чем одна линейка светодиодов, установленные на валу двигателя 6 симметрично относительно оси вращения. Кинопроектор работает синхронно с изменением пространственного положения полупрозрачной диффузно отражающей поверхности 4 со скоростью 25×N кадров в секунду.

В качестве блока управления электрического узла 3 может быть использована ЭВМ 7, имеющая электрическую связь с датчиками углового положения вала двигателя 5 диффузно отражающей поверхности 1, двигателем 6 узла 2 формирования непрерывной во времени последовательности изображений, например линейкой светодиодов 8, через блок 11 усилителей мощности электрических управляющих импульсов.

В качестве полупрозрачного диффузно отражающего экрана использовались два куска лавсановых пленок 4, закрепленных на плоских каркасах размерами 100×100 мм. Указанные каркасы жестко закреплены на общем валу вращения 12 под углом 30° к его оси. Точка крепления находится в одном из углов каркаса. Второй конец закрепленной стороны каркаса соединен с валом вращения с помощью выносной штанги 13. Причем эти каркасы закреплены на валу в зеркальном отражении в двух общих точках, отстоящих одна от другой на расстоянии 87 мм по оси вала. Поверхность пленок со стороны линеек светодиодов 8 выполнена диффузно отражающей. В качестве привода вращения полупрозрачной диффузно отражающей поверхности может быть использован трехфазный синхронный двигатель 5 типа Г412УХЛ4 (220 В, 20 Вт, 1500 об/мин, М_ном=12,75 Н×см) [Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т.2 /Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. - М.: Энергоатоиздат, 1989. - 688 с.]. Причем вал, на котором установлена полупрозрачная диффузно отражающая поверхность 4, соединен непосредственно с валом двигателя 5.

Узел 2 формирования непрерывной во времени последовательности изображений, образующих один кадр трехмерного изображения, содержит, например, 8 линеек светодиодов 8 с индивидуальными микролинзами для каждого светодиода. Указанные линейки светодиодов 8 могут приводиться во вращение через дополнительный редуктор трехфазным синхронным двигателем 6 типа Г506 (220 В, 3000 об/мин, 75 Вт, М_ном =24,5 Н×см). Частота вращения вала с линейками светодиодов составляет 25×N:16136 Гц=8160 об/мин. Частота импульсов видимого излучения, генерируемых отдельным светодиодом в линейке светодиодов 8, составляет 25×N×M:165438 Гц, где N - число элементов изображения в осевом по отношению к оси выходного вала двигателя 5 направлении, а М - число элементов изображения на длине дуги окружности между периферийными светодиодами двух соседних линеек. Выходные концы валов двигателей 5, 7 направлены навстречу друг и вращаются во встречных направлениях.

Электрический узел 3 содержит блок управления, в качестве которого использована ЭВМ 7, датчики угловых положений 9, 10, блок усилителей 11 электрической мощности управляющих импульсов ЭВМ 7. Блок усилителей 11 электрической мощности управляющих импульсов линейки источников видимого излучения 8 собран по типовой схеме на тирристорах типа КН102. Электрическая связь между линейкой источников видимого излучения 8 и блоком индивидуальных усилителей электрической мощности управляющих импульсов осуществлена через скользящие контакты. Датчики угловых положений 9, 10 содержат диэлектрический диск с магнитной вставкой и геркон. Диэлектрические диски установлены непосредственно на валах.

После включения электродвигателей и их раскрутки до номинальной скорости с помощью ЭВМ 7 формируют серию электрических импульсов, которые подают на блок 11 усилителей мощности электрических управляющих импульсов. Начало серии импульсов синхронизируют с угловым положением вала двигателя 5. Каждому i-му пространственному положению винтовой поверхности 4 сопоставляют М+1 пространственных положений линеек светодиодов 8. После выдачи М+1 серии импульсов переводят винтовую поверхность 4 в i+1-е пространственное положение, а линейку светодиодов 8 устанавливают в исходное пространственное положение. Для совершения одного полного цикла движения (за время 40 мс) винтовой поверхности 4 и N циклов движения линеек светодиодов 8 с помощью ЭВМ 7 формируют N×M-серий электрических импульсов. В каждом i-м положении из N дискретных пространственных положений указанную поверхность 4 засвечивают изображениями линий пересечения внешней поверхности трехмерного объекта с полупрозрачной диффузно отражающей поверхностью 4 в его i-м положении. Для воспроизведения одного кадра трехмерного изображения за время одного цикла, равное 40 мс, формируют N изображений указанных линий пересечения, которые наблюдают одновременно.

Описанное устройство, реализующее способ формирования трехмерных изображений, позволяет воспроизводить трехмерные изображения объектов, расположенных между двумя поверхностями. Внутренняя поверхность образована двумя коническими поверхностями с углами при вершинах в 60°. Вершины конических поверхностей располагаются на расстоянии 87 мм. Внешняя поверхность также образована двумя поверхностями в форме усеченного конуса, с углом между образующими 60° и радиусами оснований 100 мм. Величина пространственного разрешения трехмерных фрагментов изображений объектов может составлять 1 мм.

В качестве светоотражающего элемента 14 трехмерного экрана 1 может быть использован полупрозрачный диффузно отражающий плоский лист, закрепленный с помощью четырех опор 15, например, на колесах 16. Опоры 15 установлены на колесах 16 с одинаковым смещением относительно оси колеса с возможностью вращения относительно своей оси. Вал одного из указанных колес может быть соединен непосредственно с валом двигателя 17, вращающегося с частотой не менее 25 Гц.