專利名稱：立體彩色投影電視系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立體彩色投影電視系統(tǒng)。
活動圖象的顯示是從黑白圖象開始的，其中黑白電視機是一種典型的顯示裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前顯示彩色圖象的彩色電視機技術(shù)也日趨完善，色彩的還原性和圖象的清晰度都已經(jīng)達(dá)到了較高的指標(biāo)，但這種彩色電視機仍然屬于平面圖象顯示?，F(xiàn)在人們正在致力于研究和開發(fā)立體彩色顯示的方法和裝置，并已取得了一定的成果，其基本原理是用間隔一定距離的兩個攝象鏡頭攝取兩幅圖象(左圖象和右圖象)，然后采用分路制、分色制或場或幀輪換制等方法進(jìn)行顯示。所謂分路制，即將左圖象和右圖象分別顯示在兩個顯示屏上，通過專用的光學(xué)合成器使觀看者左眼僅能看見左圖象，而右眼僅能看見右圖象來產(chǎn)生立體視覺效果。所謂分色制，即將左圖象信號和右圖象信號分別送到電視發(fā)射機的紅、綠視頻信號輸入端，同時將藍(lán)輸入端通過適當(dāng)阻抗接地，然后利用普通的彩色電視機來接收、重放。觀看者帶上兩片鏡片分別為紅濾色鏡和綠濾色鏡的眼鏡觀看，兩個眼睛分別看到兩個攝象機從不同位置攝取的景物圖象，從而通過視覺合成就可看到一幅單色(黃色)的立體圖象。所謂場或幀輪換制是在電視場與場之間或幀子幀之間輪流傳送左右兩幅圖象。相應(yīng)地，觀看者戴上專門的同步遮光眼鏡或遮光器來觀看。該遮江眼鏡在奇數(shù)場或奇數(shù)幀時遮住左鏡片，而在偶數(shù)場或偶數(shù)幀對遮住右鏡片，使觀看者左眼僅能看到左攝象機攝取的圖象，右眼僅能看到右攝象機攝取的圖象。
從上面的簡述中可以看出，上述這些方法都要求觀看者使用特殊的眼鏡或觀看器才能獲得立體效果，因此使用很不方便，而且長時間配戴眼鏡觀看使人很不舒服。
雖然也有無需配戴眼鏡觀看的立體電視，如中國專明專利申請8710583.2公開的“普通彩電立體化膜”，但這種立體化膜僅僅產(chǎn)生一種模擬立體效果。
本發(fā)明的目的在于提供一種立體彩色投影電視系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，觀看者無需使用眼鏡即能獲得立體視覺效果。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種超大屏幕立體彩色投影電視系統(tǒng)。
本發(fā)明的立體彩色投影電視系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng);立體彩色圖象攝取子系統(tǒng);立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng);和立體彩色圖象顯示子系統(tǒng)。
所述立體彩色圖系攝取子系統(tǒng)包括一組以人雙眼間距間隔排列的攝象機，該組攝象機至少有兩個，各攝象機的攝象鏡頭由一連動的調(diào)焦裝置調(diào)焦，由一光軸會聚裝置進(jìn)行光軸會聚，并輸出彼此獨立的電視信號;
所述立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)包括取樣電路、量化電路、混合編碼電路、信號分路電路、并/串轉(zhuǎn)換電路、幀存儲器和D/A轉(zhuǎn)換和彩色編碼電路;所述取樣電路和所述量化電路的數(shù)量與所述立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)中的攝象機數(shù)相等，并且分別對各路攝象機輸出的信號進(jìn)行取樣、量化;各所述量化電路輸出的信號在所述混合編碼電路進(jìn)行混合編碼后依次送至所述信號分路電路、所述并/串轉(zhuǎn)換電路、所述幀存儲器和所述D/A轉(zhuǎn)換和彩色編碼電路，產(chǎn)生電視信號;
所述立體彩色圖象顯示子系統(tǒng)包括投影機和投影屏幕，所述投影屏幕一面有多條垂直柱面光柵，另一面有成象面。
本發(fā)明的特點是觀看者觀看時無需使用眼鏡之類的裝置即能直接觀看到立體圖象，觀看者沒有不適之感。有關(guān)本發(fā)明的進(jìn)一步特點和優(yōu)點將參照附圖結(jié)合下面實施例加以描述。


圖1是本發(fā)明的立體彩色投影電視系統(tǒng)的立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本發(fā)明的立體彩色投影電視系統(tǒng)的立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)的一部分的框圖;
圖3是圖2的框圖的另一個例子;
圖4是本發(fā)明的立體彩色投影電視系統(tǒng)的立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)的另一部分的框圖;
圖5是本發(fā)明的立體彩色投影電視系統(tǒng)的立體彩色圖象顯示子系統(tǒng)中投影屏幕的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6、圖7是圖5所示的投影屏幕的局部放大示意圖。
下面結(jié)合上述附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明的立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)包括有6臺攝象機11-16。當(dāng)然，攝象機的數(shù)量只要2臺以上(包括22臺)即可，在本實施例中以6臺為例來進(jìn)行說明。這6臺攝象機11-16等問題排列在一直線或弧線上，間距最好等于人的左右眼的實際間距，約為6-7厘米。當(dāng)然，根據(jù)實際情況，如攝象機鏡頭本身的體積等原因，該間距也可以大于此值，但應(yīng)當(dāng)在5-12厘米范圍內(nèi)，否則將影響立體效果。
該6臺攝象機11-16的攝象鏡頭由一臺連動的調(diào)焦裝置和光軸會聚裝置(未圖示)控制。如圖1所示，當(dāng)該立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)攝取距本子系統(tǒng)L的景物時，應(yīng)當(dāng)如人的雙眼觀看一樣，6臺攝象機鏡頭應(yīng)當(dāng)共同聚焦在該景物上，并且6臺攝象機鏡頭的光軸的延伸線應(yīng)當(dāng)在目標(biāo)景物的中心處相交。因此，相應(yīng)地，6臺攝象機鏡頭的聚焦由連動的調(diào)焦裝置實現(xiàn)，而6臺攝象機鏡頭的光軸會聚由光軸會聚裝置實現(xiàn)。上面所述的調(diào)焦裝置和光軸會聚裝置在圖中沒有示出，該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)這里的要求設(shè)計出這些裝置，因此在此就不再詳細(xì)描述了，下面說明對調(diào)焦裝置和光軸會聚裝置的工作要求。
假設(shè)立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)離待攝取景物(目標(biāo)景物)的距離為L，各攝象機光軸間距為P，則各攝象機鏡頭光軸與各攝象機鏡頭連成的直線的夾角為β1＝β6 arc tg (L)/(2.5P) (1)β2＝β5 arc tg (L)/(1.5P) (2)β3＝β4 arc tg (L)/(0.5P) (3)光軸會聚裝置應(yīng)當(dāng)控制各攝象機鏡頭使其滿足上述各式。調(diào)焦裝置應(yīng)當(dāng)控制各攝象機鏡頭使它們均聚焦在待攝取景物的中心點(調(diào)焦點)上。
圖2是本發(fā)明的立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)的一部分的框圖。如圖2所示，該立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)包括取樣電路21a-21f，量化電路22a-22f和混合編碼電路23，從立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)來的6路信號分別輸入立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)的6個有不同時延取樣脈沖的取樣電路21a-21f進(jìn)行取樣，即時分取樣，然后經(jīng)6個量化電路22a-22f量化后完成A/D轉(zhuǎn)換，分別送入混合編碼電路23。在混合編碼電路23內(nèi)，這6路數(shù)字信號相互疊加混合，形成一路復(fù)合立體電視信號。各取樣電路21a-21f的取樣脈沖由取樣發(fā)生器提供。取樣發(fā)生器包括振蕩器24、取樣脈沖形成器25、第一延時器26a、第二延時器26b……第五延時器26e。振蕩器24的振蕩頻率fs在本實施例中選用4.5MHz，各延時器26a-26e的延時時間τ＝ 1/(Nfs) ，其中N為立體彩色圖象信號攝取子系統(tǒng)中的攝象機數(shù)。在本實施例中N＝6。取樣脈沖形成器25輸出的脈沖信號Sa送至取樣電路21a，經(jīng)第一延時器26a延時后輸出的脈沖信號Sb送至取樣電路21b，依次類推，第五延時器26e輸出的脈沖信號Sf送至取樣電路21f。對于各路信號中的色差信號也作同樣的取樣、量化和混合編碼處理，但取樣頻率降低為一半，即為2.25MHz。
為壓縮輸出的復(fù)合立體電視信號的頻帶，如圖3所示，在各量化電路22a-22f后可分別串接一個壓縮電路27a-27f，從量化電路22a-22f輸出的數(shù)字信號經(jīng)該壓縮電路27a-27f壓縮后再送入混合編碼電路23進(jìn)行混合編碼。這種壓縮電路27a-27f可以采用DPCM等常規(guī)的壓縮方法。
混合編碼電路輸出的是數(shù)字形式的復(fù)合立體電視信號，該信號可以用目前市場上有售的數(shù)字式錄象機進(jìn)行記錄和重放，如松下D1、D2、D3型數(shù)字錄象機。
參見圖4，圖4是本發(fā)明的立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)的另一部分框圖。如圖4所示，立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)還包括信號分路電路28、并/串轉(zhuǎn)換電路29、幀存儲器30、多個分塊寫/讀存儲器31以及分塊D/A轉(zhuǎn)換彩色編碼電路32。由圖2或圖3的混合編碼電路23輸出的數(shù)字形式的復(fù)合立體電視信號送入圖4中的信號分路電路28，該信號分路電路28輸出6路并行信號(1R-6R)，每路信號對應(yīng)于一臺攝象機攝取的信號，對于從圖3的混合編碼電路輸入的經(jīng)壓縮的信號，在信號分路電路28后還應(yīng)串接一數(shù)據(jù)恢復(fù)電路(圖中未示出)予以恢復(fù)。該6路并行信號(4R-6R)在并/串聯(lián)轉(zhuǎn)換電路29中被轉(zhuǎn)換成1路串行信號，然后在存讀時序控制器33的控制下按順序存入幀存儲器30中，以便顯示合成立體圖象。
由于立體圖象的每一象素是由N條水平排列的分像素組成的，用單臺商品化的普通投影機顯示立體圖象時，圖象的象素大大減少，分辨率降低，且屏幕的尺寸也受到限制。為提高分辨率，增大屏幕尺寸和亮度，采用視頻圖象分割技術(shù)，對復(fù)合后存于幀放貯器的圖象信號進(jìn)行垂直、水平分割，分割成多個子圖象后，再進(jìn)行尺寸放大，使各自的投影機分屏幕顯示滿幅子圖象。圖象的分割和放大是通過圖4中時序控制器33控制分塊讀寫存儲器31從幀存儲器30的讀出地址和讀取速度來完成的。為便于處理，幀存儲器30采用兩幀存儲器，分體讀/寫方式，且采用多模塊分布型幀存儲器，它有共同的數(shù)據(jù)輸入口和各自的數(shù)據(jù)輸出口，但只用一組輸出地址，這種結(jié)構(gòu)可使各自的子圖象在物理上彼此分開，便于同時并行地在各自的分屏幕上顯示子圖象。
對分割后各自輸出的子圖象數(shù)字信號在分塊D/A轉(zhuǎn)換和彩色編碼電路32中進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬R、G、B信號直接接投影機或再經(jīng)彩色編碼成為彩色全電視信號接投影機。投影機的數(shù)量應(yīng)與上面所述的分塊的數(shù)量相等，且各投影機的幾何位置亦應(yīng)與分割時圖象的幾何位置一致，以便形成一幅完整的圖象，這樣就能實現(xiàn)超大屏幕顯示。
本發(fā)明的立體彩色圖象顯示子系統(tǒng)包括有投影機和投影屏幕，投影機可采用目前市售的各種型號的投影機。圖5示出了本發(fā)明的立體彩色圖象顯示子系統(tǒng)中投影屏幕的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5所示的屏幕的一個柱面光柵的結(jié)構(gòu)視圖。如圖5、圖6所示，本發(fā)明的投影屏幕4一面有多條垂直柱面光柵41，另一面有成象面42。垂直柱面光柵41為圓柱面的一部分。如圖6所示，從橫截面看，其圓心為O，其曲率半徑為R。下面結(jié)合圖7說明本發(fā)明的立體彩色圖象顯示子系統(tǒng)中的投影屏幕的成象原理。如圖7所示，背投式投影機在屏幕成象面42上形成一幅圖象，我們以其中的一個象素A來說明，該象素向四周產(chǎn)生漫射，其中一路光線L1經(jīng)過柱面光柵41的圓心O直接通過屏幕媒質(zhì)射向屏幕外。只要適當(dāng)?shù)剡x擇屏幕厚度D、屏幕材料折射率n、柱面光柵41的曲率半徑R和柱面光柵41的寬度W，就能使象素A向其它方向的漫射光線如L2射出屏幕后的光線L2'與光線L1平行。同樣，如果在同一個圓柱面對應(yīng)的成象面上形成有另一個象素B，則該象素B如象素A一樣地向四周產(chǎn)生漫射，其中一路光線L3經(jīng)過柱面光柵41的圓心O直接通過屏幕媒質(zhì)射向屏幕外。象素B向其它方向的漫射光線L4射出屏幕后的光線L4'亦與通過圓心O的光線L3平行。如果在一個柱面光柵對應(yīng)的成象面上形成多個象素，則，各象素射出屏幕的方向均不同，因此，觀看者的一個眼睛在一個柱面光柵上只能看到該柱面光柵對應(yīng)的成象面上其中的一個象素，而另一個眼睛只能看到同一柱面光柵對應(yīng)的成象面上其中另一個象素。在本實施例中，因為立體彩色投影系統(tǒng)中的立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)中采用了6臺攝象機，產(chǎn)生6路信號，因此，通過前面所述的立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)的一系列處理之后，投影在每一個柱面光柵所對應(yīng)的成象面上有6個象素點，各個象素點分別由立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)中的6臺攝象機攝取。因此，通過屏幕的上述結(jié)構(gòu)，觀看者的雙眼在一個柱面光柵上能分別看到兩臺攝象機所攝取的圖象，因而能使觀看者不帶眼鏡就能看到有立體效果的圖象。
綜上所述，本發(fā)明提出了一種全新的立體彩色投影電視系統(tǒng)，通過多臺間隔排列在一直線或弧線上的攝象機攝取圖象并產(chǎn)生多路電視信號，然后經(jīng)立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)對多路電視信號進(jìn)行處理，使它疊合為一信號，以便于記錄和傳輸，然后再通過投影機將多臺攝象機攝取的圖象投影在有多條垂直柱面的屏幕，即每個垂直柱面所對應(yīng)的成象面上分別投影有多臺攝象機攝取的一個象素點，通過柱面屏幕的折射，使觀看者的雙眼分別看到不同攝影機攝取的圖象，從而產(chǎn)生立體視覺效果。
權(quán)利要求
1.一種立體彩色投影電視系統(tǒng)，包括立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)；立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)和立體彩色圖象顯示子系統(tǒng)，其特征在于，所述立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)包括一組以人雙眼間距間隔排列的攝象機，該組攝象機至少有兩臺，各攝象機攝象鏡頭由一連動的調(diào)焦裝置調(diào)焦，由一光軸會聚裝置進(jìn)行光軸會聚，并輸出彼此獨立的電視信號；所述立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)包括取樣電路、量化電路、混合編碼電路、信號分路電路、并/串轉(zhuǎn)換電路、幀存儲器和D/A轉(zhuǎn)換和彩色編碼電路；所述取樣電路和所述量化電路的數(shù)量與所述立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)中的攝象機數(shù)相等，并且分別對各路攝象機輸出的信號進(jìn)行取樣、量化；各所述量化電路輸出的信號在所述混合編碼電路進(jìn)行混合編碼后依次送至所述信號分路電路，所述并/串轉(zhuǎn)換電路、所述幀存儲器和所述D/A轉(zhuǎn)換和彩色編碼電路，產(chǎn)生電視信號；所述立體彩色圖象顯示子系統(tǒng)包括投影機和投影屏幕，所述投影屏幕一面有多條垂直柱面光柵，另一面有成象面。
2.如權(quán)利要求1所述的立體彩色投影電視系統(tǒng)，其特征在于所述立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)中的多臺攝象機間距為5-12厘米。
3.如權(quán)利要求1所述的立體彩色投影電視系統(tǒng)，其特征在于所述立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)中的多臺攝象機間距為6-7厘米。
4.如權(quán)利要求2或3所述的立體彩色投影電視系統(tǒng)，其特征在于所述立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)中的攝象機為6臺。
5.如權(quán)利要求1所述的立體彩色投影電視系統(tǒng)，其特征在于在所述立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)中還包括壓縮電路，該壓縮電路的數(shù)量與所述立體彩色圖象攝取子系統(tǒng)的加攝象機數(shù)量相等，各壓縮電路串接在所述量化電路和所述混合編碼電路之間。
6.如權(quán)利要求1所述的立體彩色投影電視系統(tǒng)，其特征在于所述立體彩色圖象信號處理子系統(tǒng)還包括一分塊寫/讀存儲器，串接在所述幀存儲器和所述D/A轉(zhuǎn)換和彩色編碼電路之間。
7.如權(quán)利要求1所述的立體彩色投影電視系統(tǒng)，其特征在于所述垂直柱面光柵為圓柱面的一部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種立體彩色投影電視系統(tǒng)，目前雖然已有立體顯示裝置，但一般均需戴眼鏡才能產(chǎn)生立體效果。本發(fā)明提出一種全新的立體彩色投影電視系統(tǒng)，用多臺間隔排列的攝象機攝取圖象，用信號處理子系統(tǒng)進(jìn)行處理疊合形成一路信號進(jìn)行記錄和重放，再通過投影機將多臺攝象機攝取的圖象投影在有垂直柱面光柵的屏幕上，即每個垂直柱面光柵所對應(yīng)的成象面上分別投影有多臺攝象機攝取的一個象素點，通過柱面光柵屏幕的折射使觀看者雙眼分別看到不同攝象機攝取的圖象，產(chǎn)生立體視覺效果。
文檔編號H04N15/00GK1098240SQ93112508
公開日1995年2月1日 申請日期1993年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月29日
發(fā)明者胡南鐘, 郭啟寅 申請人:郭啟寅, 胡南鐘