Телевизионный приемник, устройство обработки изображений с преобразованием двумерного изображения в псевдотрехмерное изображение на основе технологии deep diving technology
Полезная модель относится к видео и телевизионной технике, и в частности, к телевизионным приемникам, устройствам обработки и отображения изображений с преобразованием двумерного изображения в псевдо-трехмерное изображение. Техническим результатом является увеличение степени восприятия зрительного «объема» или «глубины» изображения при его отображении на стандартной плоской ЖК или плазменной панели телевизора при уменьшении вычислительной нагрузки. Предложено устройство обработки изображений для преобразования двумерного изображения в псевдо-трехмерное изображение на основе технологии Deep Diving Technology содержащее: модуль коррекции сигнала яркости и четкости, модуль анализа изображения, модуль коррекции сигнала цветности и модуль коррекции геометрических параметров изображения, при этом сигналы яркости и цветности входного двумерного изображения поступают на вход модуля анализа изображения, а также соответственно сигналы яркости на первый вход модуля коррекции сигнала яркости и четкости, а сигналы цветности на первый вход модуля коррекции сигнала цветности, при этом первый и второй выходы модуля анализа изображения соединены с соответствующими вторыми входами модуля коррекции сигнала яркости и четкости и модуля коррекции сигнала цветности, выходы которых, а также выход модуля анализа изображения соединены с соответствующими первыми, вторыми и третьими входами модуля коррекции геометрических параметров изображения с выхода которого выводится псевдо-трехмерное изображение. Предложенное устройство входит в состав, например, телевизора, плазменной или ЖК индикаторной панели, спутникового тюнера, видеомагнитофона, устройства записи и воспроизведения, получая входной сигнал двумерного изображения с соответствующих средств этих устройств.
Полезная модель относится к видео и телевизионной технике, и в частности, к телевизорам, устройствам обработки и отображения изображений с преобразованием двумерного изображений в псевдо-трехмерное изображение. Предложенная полезная модель может быть использована, например, в телевизионных приемниках, устройствах отображения, таких как плазменная или ЖК индикаторная панель для автоматической конвертации моноскопических изображений в псевдо-трехмерное изображение.
В настоящее время уровень развития элементной базы в бытовой электронике позволяет производить в реальном масштабе времени глубокий анализ и обработку изображений, отображаемых на экране телевизионного приемника. При этом восприятие человеком «объема» или «трехмерности» объектов окружающего мира возможно как при бинокулярном зрении, так и при монокулярном. Под монокулярным зрением понимается то, что при наблюдении предметы и движущиеся объекты, попадающие в поле зрения зрителя воспринимаются преимущественно лишь одним глазом, к которому можно отнести наблюдение двумя глазами фотографий или экрана обычного телевизионного дисплея. Под стереоскопическим зрением подразумевается бинокулярное стереоскопическое воспроизведение изображений, при котором обеспечивается восприятие каждым глазом зрителя соответственно правого или левого сопряженных изображений. При этом в создании пространственного образа участвуют конвергенция глаз и обусловленное ею окуломоторное действие, а также параллактическая разность сопряженных изображений, получаемых на корреспондирующих точках сетчаток правого и левого глаза вследствие смещения центра перспективы одного изображения относительно другого с двух различных точек зрения. При этом пространственное расположение объектов и их «объемность» пользователь воспринимает за счет теней, взаимного перекрытия объектов, их размеров, перспективы, а также различия в яркости, цветности и четкости объектов, удаленных на разные расстояния от точки съемки. Однако в стандартном телевизионном устройстве отображения указанные признаки, позволяющие оценить «объемность» или взаимное расположение объектов, отсутствуют, либо приводят к ошибочным выводам.
Так в уровне техники широко известны устройства отображения, которые показывают трехмерное 3D изображение без использования дополнительных средств (очков) и они называются автостереоскопическими устройствами отображения. Как пример такое устройство может содержать экран для создания конусов света для левого и правого глаза наблюдателя. Конусы соответствуют, например, нечетным и четным столбцам подпикселей, направляя на эти столбцы соответствующую видеоинформацию, наблюдатель получает различные изображения в своем левом и правом глазу, если он позиционирован в правильном месте он воспринимает 3D изображение. Другое автостереоскопическое устройство отображения содержит набор линз, чтобы отображать свет нечетных и четных столбцов подпикселей для левого и правого глаза наблюдателя.
Недостатком устройств автостереоскопического отображения является сложность конструкции, высокая стоимость, а также то, что для просмотра наблюдатель должен оставаться в фиксированной позиции.
Также в настоящий момент в 3D телевизорах активно используется технология автоматического преобразования двумерного 2D телевизионного изображения в 3D изображение, которое затем отображается на экране специального устройства отображения (стереоскопической ЖК, плазменной панели и др.). Так наиболее близким аналогом по назначению и технической сущности к предложенной полезной модели является патент RU 2411690 C2, H04N 13/00, где раскрыто устройство формирования 3D изображения из 2D изображения, содержащее: блок ввода сигнала 2D изображения, блок декодирования сигнала 2D изображения, блок преобразования сигнала 2D изображения в 3D, блок формирования сигнала 3D изображения, устройство отображения 3D изображения, соединенные между собой последовательно. Блок преобразования сигнала 2D изображения в 3D состоит из устройства формирования блоков изображения, средства вычисления фокусных характеристик блока, кластера для группировки областей изображения на основании фокуса, определителя границ изображения, определителя отношения границ изображения, определителя порядка глубины, блока, назначающего глубину изображения.
Недостатком прототипа является то, что в нем для просмотра необходимо использовать специальный стереоскопический 3D дисплей, а также недостаточная четкость и глубина получаемого стереоскопического изображения, отсутствие возможности настройки параметров воспроизведения 3D стереоскопического изображения с учетом индивидуальных особенностей зрения пользователя, сложность производства стереоскопических панелей, их высокая стоимость или необходимость просмотра стереоскопических изображений в специальных очках.
Соответственно, необходимо разработать такой способ и устройство отображения изображений с его цифровой обработкой, которые не имеют указанных недостатков и позволяют увеличить зрительный «объем» или «глубину» изображения при его отображении на стандартной плоской ЖК панели или плазменном телевизоре.
Полезная модель позволяет устранить недостатки предшествующего уровня техники, и задачей является создание модуля цифровой обработки изображения для стандартного устройства отображения, при этом полезная модель направлена на достижение нового технического результата - увеличение зрительного «объема» или «глубины» изображения при его отображении на стандартной плоской ЖК панели или плазменном телевизоре при снижении вычислительной нагрузки и тем самым более эффективного отображения и восприятия изображения.
Указанный технический результат достигается тем, что предложено устройство обработки изображений для преобразования входного двумерного изображения в выходное псевдо-трехмерное изображение для его воспроизведения, отличающееся тем, что содержит: модуль коррекции сигнала яркости и четкости, модуль анализа изображения, модуль коррекции сигнала цветности и модуль коррекции геометрических параметров изображения, при этом сигналы яркости и цветности входного двумерного изображения поступают на вход модуля анализа изображения, а также соответственно сигналы яркости на первый вход модуля коррекции сигнала яркости и четкости, а сигналы цветности на первый вход модуля коррекции сигнала цветности, при этом первый и второй выходы модуля анализа изображения соединены с соответствующими вторыми входами модуля коррекции сигнала яркости и четкости и модуля коррекции сигнала цветности, выходы которых, а также выход модуля анализа изображения соединены с соответствующими первыми, вторыми и третьими входами модуля коррекции геометрических параметров изображения с выхода которого выводится псевдо-трехмерное изображение.
Предпочтительными вариантами осуществления полезной модели является выполнение устройства, в котором модуль анализа изображения осуществляет общий анализ входного двумерного изображения, выделяет различные объекты изображения и их разнесение отдельным планам, удаленным от точки наблюдения на разное расстояние и по результатам анализа изображения формирует массив корректирующих коэффициентов для различных объектов изображения, который передается в модуль коррекции сигналов яркости и четкости и модуль коррекции сигналов цветности, где используется для выделения отдельных планов изображения путем управления контрастностью и насыщенностью объектов разного плана. Также модуль коррекции сигнала яркости и четкости осуществляет дополнительное подчеркивание близлежащих планов изображения более высокой четкостью, при этом скорректированные таким образом сигналы яркости, четкости и цветности поступают в модуль коррекции геометрических параметров изображения, который осуществляет дополнительное зрительное увеличение зрительной глубины изображения путем незначительной коррекции перспективных искажений в исходном изображении. Устройство обработки изображений для преобразования двумерного изображения в псевдо-трехмерное изображение может входить в состав, например, телевизора, плазменной индикаторной панели или жидкокристаллического устройства отображения, спутникового тюнера, видеомагнитофона, устройства записи и воспроизведения, получая входной сигнал двумерного изображения с соответствующих средств этих устройств.
Таким образом, все отличительные от прототипа признаки устройства преобразования входного двумерного изображения в выходное псевдо-трехмерное изображение для его воспроизведения направлены на получение технического результата, а именно обеспечение возможности увеличения зрительного «объема» или «глубины» изображения при его отображении на стандартной плоской ЖК панели или плазменном телевизоре при снижении вычислительной нагрузки.
Проведенный анализ уровня техники и наиболее близкого аналога позволяет определить, что предложенное техническое решение, характеризующееся описанной совокупностью существенных признаков является новым, а возможность его использования в промышленности определяет его как промышленно применимым.
Эти и другие аспекты устройства преобразования двумерного изображения в псевдотрехмерное изображение согласно предложенной полезной модели станут очевидными и будут объяснены со ссылками на реализации и варианты осуществления, описанные в дальнейшем, и со ссылками на чертеж.
На фиг.1 показана принципиальная блок-схема устройства обработки изображения на основе технологии преобразования двумерного изображения в псевдо-трехмерное изображение Deep Diving Technology для использования в телевизионном приемнике или устройстве отображения.
В качестве исходного сигнала для устройства обработки изображения с использованием технологии Deep Diving Technology может использоваться сигнал цифрового видеопотока двумерного изображения полученный из различных источников, например, с устройства чтения компакт дисков, устройств хранения информации, беспроводных устройств, устройств телевещания. Как вариант такой сигнал поступает или непосредственно на модуль обработки изображения или посредством следующих средств: блока ввода сигнала двумерного изображения, сигнал с выхода которого поступает на вход блока декодирования сигнала двумерного изображения. Блок декодирования обеспечивает декодирование сигналов различных форматов и сжимание и декомпрессирование цифрового ведеосигнала с блока ввода, и передает декодированный сигнал на модуль преобразования двумерного сигнала в псевдо-трехмерное изображение. После прохождения и преобразования двумерного сигнала в модуле обработки изображения сигнал псевдо-трехмерного изображения передается в блок отображения стандартной плоской ЖК или плазменной панели телевизора.
Так фиг.1 схематично иллюстрирует устройство обработки изображения с использованием технологии Deep Diving Technology преобразования двумерного изображения в псевдо-трехмерное изображение, содержащее: модуль коррекции сигнала яркости и четкости 1, модуль анализа изображения 2, модуль коррекции сигнала цветности 3 и модуль коррекции геометрических параметров изображения 4, при этом сигналы яркости Y и цветности U, V входного двумерного изображения поступают на вход модуля анализа изображения 2, а также соответственно сигналы яркости Y на первый вход модуля коррекции сигнала яркости и четкости 1, а сигналы цветности U, V на первый вход модуля коррекции сигнала цветности 3, при этом первый и второй выходы модуля анализа изображения 2 соединены с соответствующими вторыми входами модуля коррекции сигнала яркости и четкости 1 и модуля коррекции сигнала цветности 3, выходы которых, а также выход модуля анализа изображения 2 соединены с соответствующими первыми, вторыми и третьими входами модуля коррекции геометрических параметров изображения 4 с выхода которого выводится псевдо-трехмерное изображение.
Общий принцип функционирования полезной модели заключается в том, что исходное двумерное изображение представляется совокупностью полигонов и текстуры, т.е. частями изначального двумерного изображения, наложенными на эту структуру полигонов и применяются следующие этапы обработки: изображение делится на отдельные сегменты, в пределах которых оно считается однородным по какому-либо выбранному заранее или адаптивно настраиваемому признаку, а сегментация осуществляется, например, методом пирамидальной сегментации или методами сегментации изображения на графах; с помощью определенного набора фильтров осуществляется выявление монокулярых признаков каждого из сегментов изображения. В результате для каждого из сегментов исходного изображения вычисляется набор особенностей; на основании локальных особенностей осуществляется предварительное определение расстояния до каждого сегмента изображения и привязка его к определенной плоскости. Вычисляется относительная погрешность определения расстояния до каждого сегмента изображения по его локальным особенностям и осуществляется минимизация локальной погрешности; производится моделирование отношения между собой отдельных сегментов изображения и осуществляется минимизация расстояния соединения. Производится анализ копланарных и коллинеарных объектов изображения и минимизация соответствующих погрешностей; после окончательного построения трехмерной модели полигонов изображения модель используется для формирования дополнительных корректирующих коэффициентов преобразования сигнала яркости, цветности и внесения незначительных геометрических искажений в исходный сигнал и с возможностью наложения на нее текстуры изображения, взятой из исходного файла изображения.
Необходимая псевдообъемность изображения основывается на особенностях психофизического восприятия объемности изображения человеческим глазом. Так, например, глаз человека привык видеть удаленные объекты изображения менее контрастными и насыщенными, резкими и с определенными перспективными геометрическими искажениями, что используется для коррекции параметров изображения.
Предложенное устройство преобразования входного двумерного изображения в выходное псевдо-трехмерное изображение функционирует следующим образом. Так преобразование двумерного сигнала в псевдо-трехмерное изображение, согласно технологии Deep Diving Technology в данном решении реализуется посредством того, что сигналы яркости Y и цветности U, V обрабатываемого входного двумерного сигнала изображения поступают на модуль анализа изображения 2. В модуле анализа изображения 2 осуществляется общий анализ изображения, происходит выделение различных объектов и их разнесение отдельным планам, удаленным от точки наблюдения на разное расстояние. По результатам такого анализа изображения формируется массив корректирующих коэффициентов для различных объектов изображения. Этот массив корректирующих коэффициентов передается в модули коррекции сигналов яркости, четкости 1 и цветности 3. В модулях коррекции сигналов яркости, четкости 1 и цветности 3 изображения массив корректирующих коэффициентов используется для выделения отдельных планов изображения путем управления контрастностью и насыщенностью объектов разного плана. Также в модуле коррекции сигнала яркости и четкости 1 осуществляется дополнительное подчеркивание близлежащих планов изображения более высокой четкостью. Откорректированные таким образом сигналы яркости Y и цветности U, V поступают в модуль коррекции геометрических параметров изображения 4, где осуществляется дополнительное зрительное увеличение зрительной глубины изображения, путем незначительной коррекции перспективных искажений в исходном входном двумерном изображении в результате чего получают выходное псевдо-трехмерное изображение для его воспроизведения на стандартном устройстве отображения.
Полезная модель может быть осуществлена посредством аппаратных средств, содержащих несколько отличных элементов или посредством запрограммированного процессора/компьютера. Так все используемые модули для преобразования двумерного изображения в псевдо-трехмерное изображение выполнены преимущественно в виде запрограммированного процессора или микросхемы.
Перечисленные средства/модули или несколько из этих средств могут быть воплощены одним и тем же элементом аппаратных или программных средств. Альтернативно устройство не содержит необязательного устройства отображения, но выдает выходные изображения к устройству, которое может содержать устройство отображения.
Вышеупомянутые варианты осуществления полезной модели не являются исчерпывающими и приведены только с целью пояснения полезной модели и подтверждения ее промышленной применимости и специалисты в данной области техники способны создавать альтернативные варианты ее осуществления без отрыва от объема приложенной формулы, но в пределах сущности полезной модели, отраженной в описании.
1. Устройство обработки изображений для преобразования входного двумерного изображения в выходное псевдотрехмерное изображение для его воспроизведения, отличающееся тем, что содержит: модуль коррекции сигнала яркости и четкости, модуль анализа изображения, модуль коррекции сигнала цветности и модуль коррекции геометрических параметров изображения, при этом сигналы яркости и цветности входного двумерного изображения поступают на вход модуля анализа изображения, а также соответственно сигналы яркости на первый вход модуля коррекции сигнала яркости и четкости, а сигналы цветности на первый вход модуля коррекции сигнала цветности, при этом первый и второй выходы модуля анализа изображения соединены с соответствующими вторыми входами модуля коррекции сигнала яркости и четкости и модуля коррекции сигнала цветности, выходы которых, а также выход модуля анализа изображения соединены с соответствующими первыми, вторыми и третьими входами модуля коррекции геометрических параметров изображения с выхода которого выводится псевдотрехмерное изображение.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль анализа изображения осуществляет общий анализ входного двумерного изображения, выделяет различные объекты изображения и их разнесение отдельным планам, удаленным от точки наблюдения на разное расстояние и по результатам анализа изображения формируется массив корректирующих коэффициентов для различных объектов изображения, который передается в модуль коррекции сигналов яркости и четкости и модуль коррекции сигналов цветности.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в модуле коррекции сигналов яркости и четкости и модуле коррекции сигналов цветности массив корректирующих коэффициентов используется для выделения отдельных планов изображения путем управления контрастностью и насыщенностью объектов разного плана, при этом в модуле коррекции сигнала яркости и четкости осуществляется дополнительное подчеркивание близлежащих планов изображения более высокой четкостью, скорректированные таким образом сигналы яркости, четкости и цветности поступают в модуль коррекции геометрических параметров изображения.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что модуль коррекции геометрических параметров изображения осуществляет дополнительное зрительное увеличение зрительной глубины изображения путем незначительной коррекции перспективных искажений в исходном изображении.
5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что оно входит в состав телевизора, плазменной индикаторной панели или жидкокристаллического устройства отображения, спутникового тюнера, видеомагнитофона, устройства записи и воспроизведения, получая входной сигнал двумерного изображения с этих устройств.
