Устройство для воспроизведения стереоскопического изображения

Устройство для воспроизведения стереоскопического изображения предназначено для формирования объемных изображений, воспринимаемых наблюдателями без помощи дополнительных средств. Устройство содержит матрицу формирующих изображение элементов (1), расположенных в строках и столбцах, и оптически сопряженный с ней линзовый растр из параллельных цилиндрических линз (2). Между матрицей элементов (1) и линзовым растром в фокусной плоскости линзового растра помещена маска (3), состоящая из оптически прозрачных и непрозрачных участков. Каждый прозрачный участок маски (3) выполнен в виде щели (4), параллельной образующим цилиндрических поверхностей линз (2), оптически сопряжен только с одним элементом (1), а его площадь меньше площади элемента (1). Повышение качества изображения, формируемого устройством для воспроизведения стереоскопического изображения, достигнуто за счет помещения между матрицей и линзовым растром в фокусной плоскости линзового растра маски, состоящей из оптически прозрачных и непрозрачных участков, причем каждый прозрачный участок маски оптически сопряжен только с одним формирующим изображение элементом, а его площадь меньше площади формирующего изображение элемента.

1 н.п. ф-лы., 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Полезная модель относится к системам для создания стереоизображений, в частности, к конструкциям устройств для формирования объемных изображений, воспринимаемых наблюдателями без помощи дополнительных средств.

Известна конструкция устройства для воспроизведения стереоскопического изображения, описанная в патенте Великобритании 2196166 на изобретение «Дисплей для формирования объемных изображений» по классу G09F 9/00, G02В 27/22 с приоритетом от 30.09.1986 года, заявленном 10.09.1987 года и опубликованном 20.04.1988 года.

Указанное устройство для воспроизведения стереоскопического изображения содержит матрицу формирующих изображение элементов, расположенных в одной плоскости в строках и столбцах, и оптически сопряженный с ней линзовый растр, состоящий из параллельных цилиндрических линз. Плоскость матрицы совпадает с фокусной плоскостью цилиндрических линз, расположенных параллельно столбцам матрицы.

Под каждой линзой по ее ширине размещено несколько столбцов формирующих изображение элементов. Каждый столбец элементов формирует в пространстве изображение (ракурс), видимое только под определенным углом к плоскости растра в горизонтальной плоскости. Количество N ракурсов равно количеству N элементов строки под одной линзой.

Недостатком описанного выше устройства является неудовлетворительное качество формируемого стереоскопического изображения из-за ограничения числа формируемых ракурсов, обусловленного тем, что при увеличении числа ракурсов за счет увеличения числа элементов строки под одной линзой происходит снижение горизонтального разрешения пропорционально количеству формируемых ракурсов, а при формировании большего числа ракурсов с привлечением элементов смежных строк происходит полное наложение ракурсов, формируемых элементами одного столбца.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для воспроизведения стереоскопического изображения, описанное в патенте США 6064424 на изобретение «Автостереоскопический дисплей» по классу Н04N 13/00, заявленном 12.02.1997 года и опубликованном 16.05.2000 года.

Известное устройство для воспроизведения стереоскопического изображения содержит матрицу формирующих изображение элементов (пикселей дисплея), расположенных в строках и столбцах, и оптически сопряженный с ней линзовый растр, состоящий из параллельных цилиндрических линз. Поперечное сечение линз растра представляет собой часть круга. Линзы растра наклонены под углом к столбцам пикселей дисплея и создают повторяющиеся группы пикселей дисплея. Набор ракурсов (изображений, видимых только под определенным углом к плоскости растра в горизонтальной плоскости) в этом устройстве формируют группы элементов, расположенных в нескольких смежных строках.

Недостатком известного устройства является невысокое качество воспроизводимого им стереоскопического изображения, обусловленное взаимным наложением соседних ракурсов, которое возрастает с увеличением числа формируемых ракурсов.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение качества изображения, формируемого устройством для воспроизведения стереоскопического изображения.

Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является уменьшение взаимного наложения соседних ракурсов.

Указанный результат достигается тем, что:

1. В известном устройстве для воспроизведения стереоскопического изображения, содержащем матрицу формирующих изображение элементов, расположенных в строках и столбцах, и оптически сопряженный с ней линзовый растр из параллельных цилиндрических линз, согласно полезной модели, между матрицей и линзовым растром в фокусной плоскости линзового растра помещена маска, состоящая из оптически прозрачных и непрозрачных участков, причем каждый прозрачный участок маски оптически сопряжен только с одним формирующим изображение элементом, а его площадь меньше площади формирующего изображение элемента.

2. В устройстве по п.1, согласно полезной модели, прозрачные участки маски выполнены в виде щелей, параллельных образующим цилиндрических поверхностей линз растра.

3. В устройстве по п.1, согласно полезной модели, длина щелей соответствует вертикальному размеру формирующего изображение элемента, а ширина составляет 1,0-1,3 величины, в М раз меньшей ширины формирующего изображение элемента, где М - произведение числа смежных строк формирующих изображение элементов на число смежных линз, участвующих в формировании набора ракурсов.

Размещение между матрицей и линзовым растром в фокусной плоскости линзового растра маски, состоящей из оптически прозрачных и непрозрачных участков, причем каждый прозрачный участок маски оптически сопряжен только с одним формирующим изображение элементом, а его площадь меньше площади формирующего изображение элемента, позволяет существенно уменьшить взаимное наложение соседних ракурсов. Все это дает возможность формирования с помощью заявляемого устройства многоракурсного объемного изображения высокого качества.

При этом прозрачные участки маски могут быть выполнены в виде щелей, параллельных образующим цилиндрических поверхностей линз растра, длина щелей может соответствовать вертикальному размеру формирующего изображение элемента, а ширина составлять 1,0-1,3 величины, в М раз меньшей ширины формирующего изображение элемента, где М - произведение числа смежных строк формирующих изображение элементов на число смежных линз, участвующих в формировании набора ракурсов.

Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявляемому устройству новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу.

Заявляемое устройство для воспроизведения стереоскопического изображения обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:

1. между матрицей и линзовым растром в фокусной плоскости линзового растра помещена маска, состоящая из оптически прозрачных и непрозрачных участков, причем каждый прозрачный участок маски оптически сопряжен только с одним формирующим изображение элементом, а его площадь меньше площади формирующего изображение элемента,

2. прозрачные участки маски выполнены в виде щелей, параллельных образующим цилиндрических поверхностей линз растра,

3. длина щелей соответствует вертикальному размеру формирующего изображение элемента, а ширина составляет 1,0-1,3 величины, в М раз меньшей ширины формирующего изображение элемента, где М - произведение числа смежных строк формирующих изображение элементов на число смежных линз, участвующих в формировании набора ракурсов.

Заявляемая полезная модель может найти широкое применение в системах для формирования стереоизображений, в частности, в конструкциях устройств для воспроизведения стереоскопических изображений, воспринимаемых наблюдателями без помощи дополнительных средств, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».

Заявляемое устройство для воспроизведения стереоскопического изображения иллюстрируется чертежами, где представлены на:

Фиг.1. Фрагмент заявляемого устройства воспроизведения стереоскопического изображения и схема формирования ракурсов заявляемым устройством.

Фиг.2. Вариант формирования ракурсов заявляемым устройством с использованием смежных линз.

Фиг.3. Фрагмент заявляемого устройства воспроизведения стереоскопического изображения с графиком горизонтального формирования ракурсов.

Фиг.4. Фрагмент устройства воспроизведения стереоскопического изображения согласно ближайшему аналогу с графиком горизонтального формирования ракурсов.

Устройство для воспроизведения стереоскопического изображения, представленное на чертежах (см. Фиг.1, 2 и 3), содержит матрицу формирующих изображение элементов 1, расположенных в строках и столбцах, и оптически сопряженный с ней линзовый растр из параллельных цилиндрических линз 2.

Под каждой линзой 2 (см. Фиг.1) расположены по два элемента 1 каждой строки матрицы, а образующие цилиндрических поверхностей линз 2 параллельны столбцам матрицы. Между матрицей формирующих изображение элементов 1 и линзовым растром из линз 2 в фокусной плоскости линзового растра помещена маска 3, состоящая из оптически прозрачных и непрозрачных участков.

Каждый прозрачный участок маски 3 выполнен в виде щели 4, параллельной образующим цилиндрических поверхностей линз 2 растра и оптически сопряженной только с одним формирующим изображение элементом 1. Длина щелей 4 соответствует вертикальному размеру формирующего изображение элемента 1, а их ширина составляет 1,15 величины, в М раз меньшей ширины формирующего изображение элемента 1, где М - произведение числа смежных строк элементов 1 на число смежных линз 2, которые совместно участвуют в формировании набора ракурсов.

В приведенном примере (см. Фиг.1) в формировании набора из четырех ракурсов а, b, с, d участвуют элементы 1, расположенные в двух смежных строках под одной линзой 2, следовательно, число М в данном случае равно 2, а ширина щели 4 маски 3 равна 1,15 от 1/2 (половины) ширины формирующего изображение элемента 1. Число комбинаций позиционирования щелей 4 относительно оптической оси линзы 2 в данном случае равно четырем.

Работает устройство для воспроизведения стереоскопического изображения следующим образом.

В качестве матрицы формирующих изображение элементов 1 используют дисплей или иное подобное устройство отображения визуальной информации, элементы которого являются источниками первичных сигналов этой информации.

Световые лучи от элементов 1 (см. Фиг.1) проходят через щели 4 маски 3, находящейся в фокусной плоскости линзового растра, в результате чего каждая щель 4 формирует в пространстве расходящийся пучок лучей, видимых в определенном диапазоне горизонтальных углов (ракурс). В данном случае лучи от каждых четырех формирующих изображение элементов 1 матрицы, расположенных в двух смежных строках под одной линзой 2, проходя через щели 4 маски 3, формируют четыре ракурса а, b, с, d, которые наблюдатель может видеть, не пользуясь никакими дополнительными средствами.

Аналогичным образом (см. Фиг.2) может быть сформировано большее количество ракурсов а, b, с, d, е, f, g, h, когда восемь элементов 1, формирующих набор из восьми ракурсов, располагаются не только в двух смежных строках матрицы формирующих изображение элементов 1, но и под двумя смежными линзами 2. Число М в данном случае равно 4 - произведению числа смежных строк (две) на число смежных линз 2 (две), которые совместно участвуют в формировании набора ракурсов.

Формирование при помощи заявляемого устройства качественного изображения с большим числом ракурсов может быть реализовано также при повороте линзового растра относительно столбцов элементов 1 матрицы (см. Фиг.3), когда образующие цилиндрических поверхностей линз 2 не параллельны столбцам матрицы. В этом случае щели 4 маски 3, параллельные образующим цилиндрических поверхностей линз 2, также пропускают только часть лучей от элементов 1, минимизируя или исключая тем самым взаимное наложение формируемых устройством соседних ракурсов а, b, с, d. На графике показана зависимость распределения световой энергии I смежных ракурсов от горизонтального угла .

В устройстве по ближайшему аналогу (см. Фиг.4), где формирование набора ракурсов а, b, с, d достигается за счет поворота линзового растра относительно столбцов элементов, происходит взаимное наложение нескольких соседних ракурсов. Как видно из графика горизонтального формирования ракурсов под любым горизонтальным углом а в глаз наблюдателя попадают световые лучи разной интенсивности нескольких смежных ракурсов. При увеличении количества формируемых ракурсов увеличивается процент наложения соседних ракурсов, в результате чего ухудшается качество формируемого стереоскопического изображения.

Формирование стереоскопического изображения с помощью заявляемого устройства позволяет или полностью разделить соседние ракурсы при ширине щели 4 равной величине 1/М от ширины элемента 1, или обеспечить их незначительное перекрытие при ширине щели 4 в 1,01-1,3 большей величины 1/М от ширины элемента 1 для исключения теневых зон между ракурсами и обеспечения плавности перехода от ракурса к ракурсу. Тем самым достигается существенный прирост пространственного разрешения, обеспечивающий возможность формирования большого количества раздельно и качественно воспринимаемых наблюдателем ракурсов.

Заявляемое устройство для воспроизведения стереоскопического изображения по сравнению с ближайшим аналогом формирует более качественное изображение, так как позволяет уменьшить или совсем исключить взаимное наложение соседних ракурсов.

1. Устройство для воспроизведения стереоскопического изображения, содержащее матрицу формирующих изображение элементов, расположенных в строках и столбцах, и оптически сопряженный с ней линзовый растр из параллельных цилиндрических линз, отличающееся тем, что между матрицей и линзовым растром в фокусной плоскости линзового растра помещена маска, состоящая из оптически прозрачных и непрозрачных участков, причем каждый прозрачный участок маски оптически сопряжен только с одним формирующим изображение элементом, а его площадь меньше площади формирующего изображение элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прозрачные участки маски выполнены в виде щелей, параллельных образующим цилиндрических поверхностей линз растра.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что длина щелей соответствует вертикальному размеру формирующего изображение элемента, а ширина составляет 1,0-1,3 величины, в М раз меньшей ширины формирующего изображение элемента, где М - произведение числа смежных строк формирующих изображение элементов на число смежных линз, участвующих в формировании набора ракурсов.