Способ объемного телевидения

Способ объемного телевидения

Реферат

 

Изобретение относится к области телевизионной техники, а именно к телевизионным системам, в которых формируется, передается и воспроизводится объемное изображение объектов. Техническим результатом предложенного решения является достижимость свойственного человеку восприятия объемного изображения при воспроизведении, обеспечение возможности передачи объемных изображений по обычным телевизионным каналам и каналам связи, совместимость сформированных сигналов объемного изображения со стандартными сигналами телевизионного вещания, возможность записи объемного изображения. Указанный технический результат достигается особым размещением передающих камер при наблюдении ракурсов, получением специфической структуры тактированных видеосигналов в виде единого базового кадра, в котором учитывается расположение элементов наблюдаемого объекта в пространстве; особым воспроизведением изображения, когда положение каждого воспроизводимого пикселя определяется как записанной дальностью элемента в базовом кадре, так и положением глаз зрителя. Рассмотрены варианты размещения передающих камер, связь между их размещением и параметрами телевизионных разверток, алгоритм преобразования изображений ракурсов из базового кадра и связь преобразованных сигналов изображений ракурсов с развертками экрана, воспроизводящего объемное оптическое изображение. Состояние современной техники позволяет реализовать предложенный способ. 8 з.п. ф-лы, 25 ил.

Изобретение относится к области телевизионной техники, а именно к телевизионным системам, в которых формируется, передается и воспроизводится объемное изображение объектов, например, для телевизионного вещания, медицинской диагностики, конструирования деталей машин, компьютерных игр, создания театральных эффектов и т.д.

Объемное телевидение (ОТВ) осуществляется следующими основными этапами: - наблюдение объекта с разных ракурсов совокупностью передающих камер, формирующих единое поле видеосигналов, отражающих трехмерное состояние наблюдаемой сцены (объекта); - кодирование этого поля видеосигналов в форме, оптимальной для последующей передачи (или записи); - передачу, прием и декодирование сформированных видеосигналов; - преобразование принятой видеоинформации в оптические поля ракурсов, наблюдаемые зрителем.

На каждом из этих этапов имеют место специфические трудности и технические противоречия, в частности: - на этапе наблюдения необходимо видеть объект под различными углами, чтобы обеспечить в последующем зрителю, наблюдающему объемное изображение, широкий угол видения объекта с сочетанием плавности его оглядывания по вертикали и по горизонтали; - на этапах формирования и кодирования сигналов от многочисленных ракурсов необходимо представление этих сигналов в форме, совместимой со стандартными телевизионными сигналами (видеосигналами); - на этапе передачи (или записи) сигналов ОТВ, содержащих информацию о многочисленных ракурсах, желательно использовать стандартный телевизионный канал и стандартную записывающую аппаратуру; - на этапе воспроизведения объемного изображения необходимо обеспечить восприятие каждым из зрителей только той пары ракурсов в совокупности цветовой и яркостной информации, которая соответствует расположению зрителя перед воспроизводящим экраном.

Вся совокупность этих трудностей и технических противоречий сводится к тому, что система ОТВ должна обеспечивать в реальном времени кодирование, передачу и воспроизведение объема видеоинформации, значительно превышающего таковой для существующих телевизионных стандартов. Все это приводит к усложнению всех звеньев системы ОТВ: - необходимости использования широкой полосы частот в трактах записи, передачи, и воспроизведения; - использования кодирующих и декодирующих устройств с высокой производительностью; - использования устройств отображения с высоким линейным разрешением и высокой геометрической точностью воспроизведения для получения изображения как максимально соответствующего наблюдаемому объекту, так и сознательно деформируемому для обеспечения театральных эффектов.

Отметим, что попытки решения проблем системы ОТВ по частям к успеху не приводят. Для создания системы ОТВ, пригодной для широкого использования, необходим подход интегральной, в целом, ко всем этапам одновременно, ибо эти части взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Известны способы ОТВ, в которых формируется, передается и воспроизводится изображение объектов в виде стереопары, состоящей из правого и левого полей, попадающих, соответственно, в правый и левый глаза зрителей при помощи специальных стереоскопических очков [1,2]. Такое решение проблемы ОТВ, (главным образом, за счет этапов наблюдения, кодирования и воспроизведения) приводит к неудобству восприятия из-за необходимости использовать специальные средства - очки.

Известны способы ОТВ без использования стереоскопических очков, заключающиеся в том, что объект, изображение которого надо передать на расстояние, наблюдают из двух разных точек (ракурсов), разнесенных в горизонтальном направлении, и образуют две совокупности электрических сигналов (кадры, или поля стереопары); поля стереопары передают по каналу связи, а на воспроизводящем конце канала связи обеспечивают попадание левого и правого полей в соответствующие глаза зрителя, для чего учитывают азимутальные координаты глаз и дальность зрителя от экрана воспроизводящего устройства, которые определяют, например, методом оптической локации [3], ультразвукового зондирования [4] и иными методами [5].

Устройства воспроизведения системы ОТВ могут использовать воспроизводящий экран с обтюратором, выполненный, например, на основе жидко-кристаллической матрицы [6] , линзового растра [7], линзы "мушиный глаз" [8] или иным образом.

Решение проблемы ОТВ, (в основном, за счет этапов формирования и воспроизведения) приводит к недостатку, заключающему в том, что воспринимается лишь сформированная стереопара, без возможности воспроизведения объемного изображения для многих ракурсов, т.е. без возможности плавного оглядывания изображения зрителем. Общим недостатком всех этих способов [3-8] является низкое качество получаемого объемного изображения и несовместимость со стандартными телевизионными сигналами, что делает практически невозможным широкое бытовое использование названных способов.

Известен способ ОТВ, включающий наблюдение объекта совокупность передающих камер, число которых две и более, размещенных эквидистантно, формирование видеосигналов, содержащих информацию об объемном изображении, посредством тактирования и коммутации сигналов передающих камер, передачу и прием сформированных видеосигналов, преобразование принятых видеосигналов в оптическое изображение с учетом координат зрителя относительно центра экрана [9, прототип]. Конкретно, известное решение заключается в том, что: - наблюдаемый объект рассматривают с разных точек зрения (ракурсов), число которых два и более, посредством передающих камер, расположенных эквидистантно с постоянной конвергенцией оптических осей соседних передающих камер; - на этапе формирования образуют две совокупности тактированных видеосигналов, соответствующие двум выбранным ракурсам, а выбор их задается сигналами устройства, определяющего положение глаз зрителя; - в канал связи передают только указанные две совокупности тактированных видеосигналов, соответствующих выбранным ракурсам; - на этапе воспроизведения формируют два оптических изображения, в которых каждый элемент (пиксель) смещен по горизонтали экрана на величину, связанную с глубиной его положения в изображении, и осуществляют распределение световой информации в направлении глаз зрителя.

В способе [9], можно считать, наметился правильный подход к комплексному решению проблемы ОТВ, однако в нем еще четко не сформулированы основные требования к системе ОТВ, что, по-видимому, и привело к созданию системы, обладающей низкими потребительскими качествами, в частности: - система ОТВ, использующая способ [9] не может работать в режиме записи, так как она использует координаты участника системы ОТВ - конкретного зрителя, вводимые в систему на этапе формирования передаваемого видеоизображения; - система ОТВ, использующая способ [9] позволяет воспроизводить только те поля ракурсов, которым соответствуют направления оптических осей передающих камер, поскольку на этапе воспроизведения никакой обработки видеосигналов не производится; - требование плавности оглядывания изображения в широком угле обзора приводит к необходимости использования большого числа передающих камер (1000 и более передающих камер), что значительно усложняет и удорожает систему; поэтому представляется целесообразным использовать не более 2 - 3 десятков передающих камер; - увеличение числа зрителей требует пропорционального изменения полосы пропускания тракта передачи системы и усложняет приемные устройства.

Таким образом, технические решения типа [9] имеют высокую стоимость передающих и приемных устройств и обладают высоким качеством объемного изображения, обусловленного тем, что общее число ракурсов наблюдения и воспроизведения мало, практически не более 20.

Техническим результатом предложенного решения является достижимость свойственного человеку восприятия объемного изображения с возможностью оглядывания объекта в широком (около стерадиана) угле обзора, при плановом оглядывании (с небольшим отличием углов ракурсов, например, 10 угловых минут как по вертикальному, так и по азимутальному измерениям) при отсутствии искажения пропорций и перспективы в изображении наблюдаемого объекта.

Техническим результатом предложенного решения является также обеспечение возможности передачи объемных изображений по обычным моноскопическим телевизионным каналам и каналам связи (например, по каналу, удовлетворяющему стандартам PAL, SECAM, NTSC).

Техническим результатом предложенного решения является также возможность совмещения сформированных сигналов объемного изображения со стандартными сигналами телевизионного вещания (например, с сигналами как в существующих стандартах PAL, SECAM, NTSC).

Техническим результатом предложенного решения является также возможность управления объемным изображением и получения специфических эффектов (наплыв, удаление, регулирование размеров наблюдаемого изображения объекта, различных для разных осей координат и др.), что необходимо для решения задач конструирования, театральных эффектов, а в будущем может обеспечить потенциальную возможность создания интерактивных устройств ОТВ.

Техническим результатом предложенного решения является также возможность записи изображения наблюдаемого объекта независимо от координат и количества будущих зрителей при воспроизведении записанной информации. В частности, для записи объемного изображения возможно использование стандартной записывающей аппаратуры.

Указанный технический результат предложенного решения достигается за счет того, что принципиально по новому осуществляются все четыре этапа: наблюдение, формирование, передача (запись) и воспроизведение объемного изображения.

Технический результат предложенного решения достигается: - особым размещением передающих камер при наблюдении ракурсов, - получением специфической структуры тактированных видеосигналов в виде единого базового кадра, в котором учитывается расположение элементов наблюдаемого объекта в пространстве; - передачей по телекоммуникационным цепям (и записью на носитель) только базового кадра; - особым воспроизведением изображения, когда положение воспроизводимых пикселей определяется как записанными пространственными координатами элемента в базовом кадре, так и положением глаз зрителя.

А конкретно: - наблюдение объекта осуществляют группами передающих камер, расположенных с учетом параметров телевизионного сигнала и последующих возможных положений зрителя; - на этапе формирования формируют базовый кадр, отражающий пространственное расположение элементов наблюдаемого объекта и представляющий собой совокупность тактированных сигналов, состоящих из адресной и информационной частей, где: - информационная часть отражает яркость и цветность элементов наблюдаемого сигнала; - адресная часть - порядок следования сигналов в базовом кадре; при этом в адресную часть вводят сигнал о дальности элемента объекта, для чего: - последовательно, в заданном порядке и на заданный интервал времени периодически, с периодами как кадровой, так и строчной разверток, включают группы передающих камер; - в каждой группе передающих камер одну из них принимают за основную, а остальные - за дополнительные; во время работы данной группы передающих камер видеосигналы основной передающей камеры задерживают на различные интервалы времени, кратные длительности такта; - такт задержки равен длительности сигнала, описывающего элемент объекта; - видеосигналы дополнительных передающих камер, в группе попарно сравнивают с задержанными видеосигналами основной передающей камеры; - определяют дальность, как параметр, связанный с номером такта задержки видеосигналов основной передающей камеры, на котором произошло совпадение сравниваемых сигналов; - добавляют сигналы дальности к видеосигналам основной передающей камеры, причем определенной группе сигналов основной передающей камеры присваивается одинаковая дальность; - передачу сигналов ОТВ сводят к передаче сигналов базового кадра; - при воспроизведении для каждого зрачка зрителя преобразуют только адресную часть сигналов базового кадра, учитывая при этом положение каждого зрителя и сигналы дальности группы элементов базового кадра; - оптические изображения соответствующих ракурсов объекта формируют в направлении зрачков каждого зрителя.

Формулировку технического решения, приведенного выше в обобщенном виде, целесообразно детализировать на ряд конкретных направлений.

В первую очередь такую детализацию проведем по отношению к этапу наблюдения, где размещение передающих камер в пространстве желательно связать с периодичностью их включения.

Наиболее оптимально установить такую связь в следующем варианте: - элементарные телесные углы, соответствующие различным элементам объекта, воспринимаемым каждой из передающих камер, одинаковы; - передающие камеры находятся на одинаковом расстоянии от центральной точки A, выбранной в пространстве наблюдаемого объекта (сцены); - входные зрачки всех передающих камер располагают на сферической поверхности с центром в точке A, на линиях, подобных направлению строчной развертки передающих камер; в частности, при линейной строчной развертке оптические оси части групп передающих камер располагают в центральной плоскости, содержащей точку A и направлены в эту точку; их входные зрачки располагают на окружности с центром в точке A; - передающие камеры располагают группами, число передающих камер в группе выбирают равным 2 или 3, одна из передающих камер - основная, остальные - дополнительные, при этом: - одну из групп передающих камер, расположенную в центральной плоскости, назовем базовой группой, все остальные группы передающих камер назовем группами ракурсов; - входные зрачки групп ракурсов передающих камер располагают как в центральной плоскости, так и на основании конусов с вершиной в точке A, образованных сечением сферической поверхности с центром в точке A плоскостями, параллельными центральной плоскости; - оптические оси передающих камер в одной группе располагают на одной конической поверхности с постоянным наклоном к центральной плоскости и направляют их в точку A; (при небольших углах наклона, конические поверхности можно заменить на наклонные плоскости), - группы передающих камер располагают на определенных конических поверхностях (плоскостях), образующая которых имеет индивидуальный наклон к центральной плоскости; - строчные и кадровые развертки передающих камер синхронизированы между собой; - моменты старта строчных и кадровых разверток всех передающих камер внутри одной группы совпадают во времени; - последовательность сигналов передающих камер, в том числе обе развертки (строчная и кадровая) в разных группах осуществляют с заданной относительной задержкой, зависящей от пространственного расположения этих групп.

- кроме того, должны быть выполнены следующие условия: = D/L = B/Lo; (1) а) при небольших углах оглядывания, значительно меньших поля зрения основной передающей камеры базовой группы, когда для передачи сигналов ОТВ используется стандартный телевизионный канал: (_i)/ T_cк/T_рк; (2) (_i)/ T_нc/T_pc; (3) б) при больших углах оглядывания, соизмеримых с полем видения основной передающей камеры базовой группы, когда для передачи сигналов ОТВ используется дополнительный телевизионный канал: (_i)/ (T_к/T_cл)/T_pк; (4) (_i)/ (T_c/T_cc)/T_pc; (5) где - угол между оптическими осями соседних передающих камер в группе (конвергенция), рад; _i - угол оглядывания изображения зрителем по вертикали, рад, _i - угол в азимутальном измерении между основными передающими камерами, в соседних группах, рад; _i - угол оглядывания изображения зрителем по азимуту, рад; _i - угол в вертикальном измерении между основными передающими камерами в соседних группах, рад; - угол, под которым основная передающая камера базовой группы видит объект по вертикали, рад, - угол, под которым основная передающая камера базовой группы видит объект по азимуту, рад, B - расстояние между глазами зрителя, м; D - расстояние между основной и дополнительными передающими камерами, м; L - расстояние от передающих камер до точки A, выбранной, как указано ранее, в пространстве наблюдения объекта, м; L₀ - заданное стандартное расстояние от центра воспроизводящего экрана до базовой точки 0, выбранной в зоне наблюдения объемного изображения, м; T_рс- часть периода строчной развертки, занятая воспроизводством видеоинформации, с; T_нс - часть периода строчной развертки, не занятая воспроизводством видеоинформации и служебными сигналами, с; T_рк - часть периода кадровой развертки, занятая под воспроизводство видеоинформации в стандартном телевизионном кадре, с; T_ск - часть периода кадровой развертки, свободная от воспроизводства видеоинформации и передачи служебных сигналов в стандартном телевизионном кадре, с; T_сл - часть периода кадровой развертки, занятая служебными сигналами, с; T_сс - часть периода строчной развертки, занятая служебными сигналами, с; T_к - период кадровой развертки, с; T_с - период строчной развертки, с; Выражение 1 описывает пространственные соотношения в системе ОТВ при правильной передаче продольной и двух поперечных пропорций наблюдаемого объекта в соответствующие пропорции объемного изображения. При этом поверхность воспроизводящего экрана выполняет роль поверхности, в которой находится точка A при наблюдении объекта; все точки объекта, лежащие между передающими камерами и поверхностью, содержащей точку A, при воспроизведении объемного изображения воспринимаются зрителем, как точки, выступающие из воспроизводящего экрана, а все точки за этой поверхностью воспринимаются как лежащие за экраном.

Для правильной работы системы ОТВ выражение 1 необходимо использовать совместно с выражениями 2 и 3 при малых углах оглядывания и совместно с выражениями 4 и 5 при больших углах оглядывания. Выражения 2 - 5 определяют цикличность включения групп передающих камер. В выражениях 2 - 5 знак (меньше или равно) указывает условие обеспечения плавности оглядывания зрителем объемного изображения. Если нарушить эти соотношения, то появятся скачки ракурсов при оглядывании, из-за несоответствия угла оглядывания группами ракурсов и времени, которое отведено в телевизионном кадре на передачу информации о дополнительных ракурсах, проявляющихся в углах оглядывания _i и _i. В частном случае, при _i = _i = 0 в выражениях 2 и 3 (работает лишь одна базовая группа передающих камер) оглядывания не будет ни по азимуту, ни по вертикали.

При расчетах целесообразно использовать величину B, усредненную для всех зрителей как 6410^-3 м = 2⁶ мм, что с одной стороны, близко к средней величине расстояния между глаз человека (В=65 мм), а с другой стороны, удобно для всех вычислений в двоичном коде; конкретизация величины B для реального зрителя не внесет существенного уточнения и улучшения способа.

Соотношения 1-3 пригодны для любого телевизионного стандарта. При переходе от одного стандарта к другому изменятся лишь конкретные величины T_ск, T_рк, T_нс и T_рс, соответствующие примененному стандарту. При этом достижимые углы оглядывания объемного изображения не могут быть произвольно широкими. Если, например, угол видения основной камеры базовой группы составляет 60^o по азимуту и по вертикали, и время, свободное от передачи видеоинформации стандартным телевизионным сигналом занимает 10% от периода строки и 10% от периода кадра, то угол оглядывания не превысит 6^o как по азимуту, так и по вертикали. Однако этого вполне достаточно, чтобы зритель, находясь в комфортных условиях, например, сидя перед телевизором объемного изображения, смог, при наклонах корпуса, воспринимать объемное изображение во всем многообразии его ракурсов. Общее количество воспринимаемых им ракурсов может превышать 1000 при обеспечении плавности оглядывания (угол между соседними ракурсами не превышает 10 углю мин).

Для передачи сигналов ОТВ, обеспечивающих оглядывание в большем телесном угле, например, соизмеримом со стерадианом, потребуется использовать дополнительный телевизионный канал, при этом необходимо использовать соотношения 4 и 5, либо использовать телевизионный канал с расширенной полосой пропускания.

Если точку A выбирают в бесконечности (камеры располагают так, что их оптические оси параллельны), то угол конвергенции (угол ) равен нулю.

Если в группе камер, (как в базовой, так и в группе ракурсов) используют две передающие камеры, то их располагают параллельно направлению строчной развертки.

Если в группе камер, (как в базовой, так и в группе ракурсов) используют более двух передающих камер, то их располагают на линии, подобной траектории строчной развертки передающих камер. (Если строчная развертка прямолинейна, как в существующих стандартных передающих камерах, то расположение передающих камер в группе параллельно направлению строчной развертки; если строчная развертка в каждой камере группы криволинейна, например спиральная, то расположение передающих камер в группе должно быть подобным направлению строчной развертки этих передающих камер в той ее части периода, когда данная группа передающих камер включена).

Подключение каждой группы передающих камер производят периодически: за полное время кадра каждая из групп передающих камер включается на определенный период, составляющий определенную часть периода как строчной, так и кадровой разверток. Базовая группа включается с периодичностью и на время, равное периодичности и времени передачи видеоинформации в стандартном телевизионном сигнале, остальные группы передающих камер включаются в последовательности, соответствующей их пространственному положению. Включение всех передающих камер внутри группы производят одновременно: включение групп передающих камер, расположенных на разных конических поверхностях (или плоскостях), производят синхронно с кадровой разверткой, а включение групп передающих камер, расположенных на одной конической поверхности (или в одной плоскости) производят синхронно со строчной разверткой.

Целесообразно оптимизировать и этап формирования базового кадра. На этом этапе можно разделить поле базового кадра на равные многоугольники с числом сторон b3 и каждому i-му многоугольнику поставить в соответствии одно и то же дискретное значение дальности. Для определенности, в дальнейшем будет полагать b= 4 форма многоугольника - прямоугольник, содержащий KL элементов базового кадра; здесь K1 - число элементов в прямоугольнике вдоль строки, L1 - число строк, занимаемых прямоугольником.

Отметим, что адресное пространство базового кадра значительно превосходит требуемое для воспроизводства обычного телевизионного кадра, поскольку в нем, помимо элементов объекта, видимых из базовой точки 0, должны быть записаны также элементы, хотя и невидимые из базовой точки 0, но видимые из других, боковых ракурсов, необходимых для осуществления оглядывания объемного изображения.

Также отметим, что дополнительная информация о дальности прямоугольников с KL элементами по объему значительно меньше, чем информация, передаваемая стандартным телевизионным сигналом. Пусть, например, система ОТВ различает 32 плана (что соответствует высокому качеству объемного изображения). Тогда на группу из KxL стандартных элементов базового кадра нужно один раз передать 5 двоичных разрядов, полностью описывающих поле дальностей элементов. Если, например, K=L=4, то дополнительно к каждому элементу стандартного телевизионного изображения необходимо передать 5/32=0,16 бита дополнительной информации. Такую незначительную по объему информацию можно передать, например, методом квадратурной модуляции стандартного сигнала с поднесущей, расположенной в более низкочастотной области спектра (например, на частоте 1,5 МГц), чем поднесущая цветоразностного сигнала.

При воспроизведении осуществляют преобразование адресной части прямоугольников базового кадра, причем производят одно и то же изменение адресов всех KxL элементов внутри i-го прямоугольника без изменения их взаимного расположения. Например, если точки P и Q находятся внутри одного и того же i-го прямоугольника, то после преобразования адресов их взаимное расположение на плоскости воспроизводящего экрана не изменится. Если же другие точки R и S находятся внутри различных (j-го и k-го) прямоугольников, то возможны два варианта: - если дальности, присвоенные этим прямоугольникам, одинаковы, то их взаимное расположение на плоскости воспроизводящего экрана также сохранится, - если дальности, присвоенные этим прямоугольникам, отличаются, то их взаимное расположение на плоскости воспроизводящего экрана после пересчета адресов, вообще говоря, изменится.

Преобразование координат для каждого ракурса и образование соответствующих видеостраниц производится по следующим правилам: - преобразуются координаты прямоугольников базового кадра за исключением тех, которым присвоен нулевой номер плана (прямоугольники, имеющие нулевой номер плана при записи расположены в плоскости, содержащей выбранную точку A, а при воспроизведении они расположены в плоскости изображающего экрана); - последовательность преобразования координат базового кадра учитывает номер плана, преобразование начинается с самого удаленного и заканчивается самым ближним к зрителю планом; - в видеостраницу данного ракурса попадают прямоугольники, имеющие адреса, не выходящие за пределы разрешенных адресов изображающего экрана.

Таким образом, преобразование координат прямоугольников базового кадра в соответствии с положением зрителя, осуществляемое на этапе воспроизведения объемного изображения позволяет отделить этап формирования базового кадра от положения зрителя, то есть появляется возможность записи объемного изображения в предлагаемой системе ОТВ, инвариантного к положению зрителя. Возможности такой записи в других, ранее известных системах ОТВ, не существовало.

Дальнейшую конкретизацию и, соответственно, оптимизацию предложенного способа целесообразно проводить, учитывая конкретное устройство изображающего экрана.

Пусть в устройстве воспроизведения используется плоский воспроизводящий экран, выполненный, например, на основе жидких кристаллов [6]. Этот экран можно представить состоящим из MxN прямоугольников, каждый i-прямоугольник содержит KxL элементов и имеет координаты центра X_io и X_io.

При наблюдении из базовой точки O(O,O,Z_o) этот i-прямоугольник отображает определенную выше группу из KL элементарных сигналов базового кадра. Например, трехмерный элемент объемного изображения W(X_w, Y_w, Z_w) проецируется из базовой точки O в точку C_o(X_wo, Y_wo, O). Базовый кадр в совокупности передаваемой информации содержит координаты передаваемых элементов (точек), в том числе содержит координаты точки C_o(X_wo, Y_w0, O). Рассматриваемый i-прямоугольник при наблюдении его из произвольной точки V(X_v, Y_v, Z_v) проецируется в другое место экрана, а его центр будет иметь координаты X_iv, и Y_iv. Точка C_o(X_wo, Y_wo, O), не меняя своего относительного положения внутри i-го прямоугольника сместится по поверхности экрана в точку C_v(X_wv, Y_wv, O).

Преобразование координат точки C_o при ее перемещении в точку C_v осуществляют в соответствии с выражениями: X_wv=(Z_vX_wo(Z_o-Z_w) -X_vZ_wZ_o)/(Z_v(Z_o-Z_w)) (6) Y_wv=(Z_vY_wo(Z_o-Z_w)- Y_vZ_wZ_o)/(Z_v(Z_o-Z_w) (7) где X_v, Y_v и Z_v - координаты одного зрачка зрителя (точки V); X_wo и Y_wo - координаты проекции точки W(X_w, Y_w, Z_w) из базовой точки O на информационный экран; X_w,Y_w и Z_w - пространственные координаты точки W(X_w,Y_w,Z_w) объекта; O, O, Z_o - координаты базовой точки O.

Так как все точки внутри, например, i-го прямоугольника получают одинаковое смещение, равное X_i и Y_i, то и его центр сместится на ту же величину, т.е.: X_iv-X_io=X_wv-X_wo= X_i - по горизонтали и X_iv-Y_io=Y_wv-Y_wo= Y_i - по вертикали.

Величину Z_o, для облегчения последующих вычислений, целесообразно выбрать кратной размерам пикселя (Xⁿ) использованного изображающего экрана вдоль оси OX. Желательно использовать кратность, равную 2048=2¹¹, так как это близко к оптимальной дальности наблюдения зрителем объемного изображения, например, для экрана 21'' (500 мм) и размера пикселя 0,66 мм.

Z_o=Xⁿ2¹¹ м =1,35 м.

При таком выборе базовой точки для данного изображающего экрана, алгоритм управления изображением ракурсов будет упрощен и инвариантен к размерам экрана.

При наличии нескольких зрителей измеряется положение каждого из них и для каждого зрителя формируют свою индивидуальную пару оптических изображений (полей). Поэтому, в случае N зрителей преобразование координат X_io и Y_io для каждого прямоугольника осуществляется 2N раз. В частном случае, можно координату Y_io не преобразовывать, тогда вертикальный ракурс будет совпадать с базовым для всех зрителей, а оглядывание изображения будет осуществляться только по азимуту.

Если изображающий экран выполнен иным способом (например, [7, 8]), то преобразования для Y_iv производят также 2N раз, но вид выражений (6), (7) будет иным, в соответствии с примененным экраном. Вывод формул, аналогичных (6), (7), не представляет особых затруднений.

Для изображающего экрана, типа указанного выше [6], световые пучки формируют в соответствии с принципом действия этого экрана, (например, посредством обтюратора, образующего M пар прозрачных вертикальных щелей, и перемещающего эти щели синхронно с M2N светоинформационными столбцами на информационной матрице); при этом должны выполняться условия наблюдения объемного изображения, а именно: - положение центра щелей (X_jo) определяется из выражения: - расстояние () между щелями в паре: = 2(Z_vd-l_oB)/(Z_v+l_o), (9) - смещение центра рабочей зоны обтюрационной панели ( X_vo) при перемещении зрителей по горизонтали: X_v0 = l₀tg₀, (10) где X_j - горизонтальная координата J-го светоинформационного столбца, l_o - расстояние между информационной матрицей и обтюрационной панелью, d - шаг развертки информационной матрицы, X_v и Z_v - азимутальная координата и дальность переносицы зрителя, соответственно, _j - горизонтальная компонента текущего пространственного угла между глазом зрителя и j-м светоинформационным столбцом с координатами (X_j,O), ₀ - горизонтальная компонента пространственного угла между осью Z и прямой, соединяющей переносицу зрителя с центром обтюрационной панели, Выражения (8) - (10) представляют собой алгоритм связи кадровых разверток информационной матрицы и обтюрационной панели, включая их взаимную первоначальную установку.

Отметим, что если в выражении (9) хотя бы приблизительно выполняется равенство: Z_vd=l_oB то вершина (расстояние между щелями в паре) равна нулю, то есть пара щелей выражается в одну щель. Это выгодное условие наблюдения и его целесообразно использовать. Для этого предлагается рекомендовать зрителям наилучшую дистанцию наблюдения объемного изображения): Z_v=Z_o=Xⁿ2¹¹ м, а отношение l_o/d выбрать равным: l_o/d=Xⁿ2¹¹/B Отметим также, что если число зрителей более одного, то для этапа воспроизведения изображения возможны два варианта: вариант 1 - зрители расположены примерно на одной дальности Z_v от изображающего экрана, тогда возможно параллельно воспроизводить все пары (всего 2N) изображений ресурсов); вариант 2 - зрители расположены на существенно разных дальностях Z_v изображающего экрана, тогда возможно, например, поочередное воспроизведение пар изображений ресурсов, что требует в N раз большего быстродействия воспроизводящего экрана.

Приведенные математические выражения (8) - (10) справедливы для одной конкретной конфигурации воспроизводящей оптической системы [6], которая, по мнению автора