Стереотелевіденіе

Введення. Стереотелевіденіе - телебачення, що дозволяє передавати і відтворювати електричними засобами тривимірність навколишнього простору і, зокрема, у фарбах (стереоцветное телебачення). Стереотелевіденіе базується на стереоскопії - науці про зоровому сприйнятті тривимірності реального світу - і на колометріі - науці про колір. За допомогою стереоцветного телебачення реалізується нова якість телебачення - відтворення рельєфності і кольору предметів, що веде не тільки до підвищення емоційного впливу на глядача, але і до більш ефективному використанню каналів зв'язку. Стереотелевіденіе може принести велику користь науці і народному господарству там, де потрібно найбільша наочність і виразність відтворюваних об'єктів і подій і особливо там, де оператор не може бути присутнім на місці подій. У цьому дипломному проекті розробляється кольорова стереотелевізіонная телекамера, призначена для роботи в комплексі з бінокулярним мікроскопом і різними пристроями відеоконтролю і запису відеозображень. 1. Особливості побудови стереотелевізіонних систем. Перші кроки в галузі створення і перегляду стереоскопічних зображень сягають 20-х років, до таких першопроходцям в цій області, як Лоджі Берд (Logie Baird), Хамонд (Hammond) та Зворкін (Zwyorkin). Початок розробок стереотелевіденія у СРСР належить: чорно-білого - до 1949 року (перше зображення отримано в 1950-му році, а в 1952-му році випущена перша промислова установка) і кольорового - до 1958-го року (перше зображення - 1959-й рік). Стереоцветная установка ЛЕІЗ в 1962-му році демонструвалася на ВДНГ у Москві і в 1964-му році - на радянській виставці в Генуї, Італія. 1.1. Зоровий орган як система зв'язку. Кінцевим індикатором при телевізійній передачі є наше око, тому на кожному етапі розвитку телевізійної техніки враховувалося те чи інше властивість зорового органу. І чим досконаліше ставала телевізійна система, тим глибше і повніше спиралися при її побудові на можливості зору. Найбільш повно це відбилося на стереоцветной системі, яка найближче підводить до умов безпосереднього спостереження і пізнання натури. Зорова система, як відомо, має просторової і тимчасової роздільною здатністю., А також контрастною чутливістю. Іншими словами, простір і рух ми сприймаємо дискретно. Телевізійні системи мовлення будуються на основі використання тільки тимчасовою дискретності зору і поки не забезпечують передачу звичної для ока просторової дискретності. Техніка розвитку телебачення не мала на меті сліпе копіювання зорової системи. Але зіставлення на даному етапі процесів, що відбуваються в телевізійній та зорової системах, може бути корисним. Якщо умовно розчленувати зорову систему на функціональні вузли, то можна зіставити її з системою стереоцветного телебачення (рис. 1.1). Схематичне зіставлення систем біонічної (зорової) та кібернетичної (телевізійної). Малюнок 1.1. Розглянемо коротко основні функції, притаманні окремим ступеням кібернетичної та біонічної систем. 1. Перетворення оптичного зображення в електричні сигнали. У телебаченні, це відбувається в передавальної камері 1 шляхом того чи іншого виду розгортки зображення і, по суті, є первинним кодуванням зображення відповідними електричними сигналами. У зоровому аналізаторі відбувається розгортка зображення, як і в передавальної телевізійної камері, тільки в більш досконалої формі. При розгляданні великих об'єктів обидва ока синхронно здійснюють стрибкоподібні руху, переводячи нашу увагу від однієї точки до іншої. Крім того, завдяки дрібним рухам очей по горизонталі й вертикалі, виявляється основна інформація про об'єкт. Така дискретна розгортка забезпечує велику чіткість деталей, ніж безперервна, застосовувана в телебаченні. 2. Кодування - трансформація первинної інформації в сигнали, зручні для передачі. У чорно-білому телебаченні цей процес відсутній. У кольоровому і стереоцветном телебаченні кодування відбувається особливо розрахованими електричними матрицями. Кодуванню піддається інформація кожного елемента зображення, причому кодовий сигнал повинен нести інформацію не тільки про яскравість даного елемента, а й про його кольорі. У зоровій системі світловий потік від кольорового об'єкта, падаючи на сітківку, викликає реакцію у відповідних елементах колбочковая апарату, що призводить до виникнення в гангліозних клітинах електричних імпульсів певної частоти. Таким чином, оптичне зображення, утворене на сітківці, кодується частотою електричних імпульсів, що посилаються різними порціями у вищі відділи аналізатора 4 і 5. 3. Передача електричних сигналів. Зорову систему можна розглядати як ідеальну систему зв'язку, тобто передавальну повідомлення без помилок зі швидкістю, яка визначається пропускною здатністю каналу. Останнє, за Шеннону, визначається як C = DF * log2Pc + Pп / Pп = DF * log2 (1 + Pc / Pп), дв.ед. / сек., (1) де DF - смуга частот пропускання; Рс і Рп - відповідно, середні потужності корисного сигналу і перешкоди у вигляді "білого шуму". Скористаємося рівнянням (1) для визначення пропускної здатності стандартного телевізійного каналу при смузі частот DF = 6 Мгц і відношенні сигналу до перешкоди y = 25, необхідному для гарної якості відтворюваного зображення. Під величиною y тут розуміється відношення повного розмаху відеосигналу (від рівня чорного до рівня білого) до середньоквадратичного значенням перешкод. У результаті: Сmax = 56 г 106 дв. од. / Сек. У кольоровому телебаченні з ущільненням спектру частот сигналу яскравості і при квадратурної модуляції колірної піднесу щей цветоразностнимі сигналами для систем NTSC і PAL: З = 19 г 106 дв. од. / Сек. Для кольорової системи SECAM (модуляція колірної піднесу щей цветоразностнимі сигналами через рядок): З = 16 г 106 дв. од. / Сек. Для стереоцветной системи з квадратурної модуляцією, коли один кадр кольорової стереопари передається в чорно-білому вигляді з смугою 6 МГц, а інший в фарбах з смугою 1,5 МГц: З = 19 г 106 дв. од. / Сек. Пропускна здатність зорового аналізатора на рівні сітківки теж складає десятки мільйонів двійкових одиниць на секунду. Але в міру переходу до вищих відділам зорового органу проводиться відбір корисної інформації з усього потоку повідомлень, що призводить до дуже економною формою їх кодування. Звертає на себе увагу той факт, що пропускна здатність зорової системи нижче телевізійної, а канал передачі імпульсів в мільйони разів складніше. Мабуть, останній використовується більш широко для зворотних зв'язків, тобто подачі різних команд від кори головного мозку. 4. Декодування - перетворення кодових сигналів в сигнали первинної інформації. У телебаченні для цього служать електричні матриці, на виході яких отримуємо первинні сигнали основних кольорів R, G і B для лівого і правого зображень. Як буде видно нижче, припустимо обмежитися сигналами R, G і B тільки для одного зображення стереопари, а для іншого мати тільки яскравості сигнал Y. У біонічної системі кодові сигнали перетворяться в енергію біологічних процесів, що створюють візуальне відчуття. Робиться це в одному з вищих розділів зорового органу. 5. Синтез зображення - перетворення первинної інформації в модель переданого об'єкта. Цей завершальний етап відтворення зображень в телебаченні здійснюється на приймальний пристрій. У біонічної системі зорові образи виникають в корі головного мозку і автоматично, більшою чи меншою мірою, зберігаються в пам'яті. У телебаченні ж для збереження зображення в необхідних випадках застосовується додатковий процес - запис зображення. 1.2.Стереоеффект і деякі властивості бінокулярного зору. Глибинний зір, тобто здатність сприймати об'ємність предметів і їх просторове розташування, не є вродженою властивістю людини. Воно досягається раннім життєвим досвідом шляхом поєднання реакції дотику, зорового сприйняття і підсвідомого глазомишечного рухового акту. Об'ємність предметів та його просторове розташування безпосередньо можуть сприйматися як при монокулярний зір (одним оком), так і при бинокулярном (двома очима). У першому випадку головну роль відіграють фізіологічні чинники (зорова пам'ять, відчуття відмінності в напрузі м'язів при акомодації і т.п.). Спиратися на ці фактори при побудові телевізійної системи, де око замінюється передавальної трубкою, не можна - необхідно вдатися до використання властивостей бінокулярного зору, де основну роль грає очної базис - відстань між зоровими осями при розгляді віддалених предметів (рис. 1.2). Для різних людей він трохи відрізняється, але в середньому становить 65 мм. Кут a при перетині зорових осей називається кутом конвергенції (відомості в одну точку). Кожному положення об'єкту відповідає певний кут конвергенції, що супроводжується деякою мускульною роботою повороту очей навколо центрів обертання. Порівняння у свідомості мускульних напружень, пов'язаних зі зміною кута конвергенції, дає уявлення про те, ближче або далі розташований предмет. Бінокулярне спостереження одиночних предметів. Малюнок 1.2. При зсуві розглянутого об'єкта відбувається не тільки конвергенція очі, а й акомодація, тобто зміна кривизни кришталика ока. Останнє забезпечує різкість зображення предметів на сітківці при різних відстанях їх від ока. Досить найменшого зміщення однієї з проекцій зображень з ідентичних точок сітківки, як у свідомості виникає просторове уявлення про аналізованих об'єктах. Прийнято, що неозброєним оком рельєфність предметів можна спостерігати на відстанях, що не перевищують одного кілометра. Для збільшення стереоскопічною дальності або підвищення стереоефекту потрібно, перш за все, за інших рівних умов, збільшення базису спостереження, що легко здійснити в телебаченні шляхом розносу передавальних трубок. 1.3.Способи передачі стереопари. З розгляду найпростіших стереопріборов випливає, що для штучного відтворення стереозображень необхідно мати отримані з різних позицій два зображення і розглядати одне лівим оком, інше - правим. Залежно від поставленого завдання можна передати або одночасно обидва кадру стереопари, або послідовно. Одночасна передача. При одночасній передачі можуть спостерігатися два випадки, в залежності від необхідного базису. Якщо поставлена ​​задача вимагає великого базису, необхідно мати дві передавальні камери, рознесені на необхідну відстань. Передача має відбуватися або через два самостійних передавача, або через один при наявності з'єднувальних каналів. Зазвичай використовують одну камеру з двома передавальними трубками. Послідовна передача. Послідовний спосіб передачі стереопари застосовується у разі використання тимчасового паралакса (при відносному русі камери і об'єктиву) або при проектуванні лівого і правого зображень на мішень однієї передавальної трубки. В останньому випадку кадри стереопари можна розташувати на мішені трубки, або поруч по горизонталі (послідовна передача за строками), або поруч по вертикалі (послідовна передача по полях або кадрах). При вертикальному розташуванні кадрів площа мішені використовується більш повно, але це вимагає спеціальної призменной приставки до горизонтально розташованим об'єктивам [1, глава 4]. Послідовна передача стереопари вимагає подвоєною смуги частот у порівнянні зі звичайним двомірним телебаченням. Принципи відтворення стереопари на приймальній стороні висвітлені у книзі під ред. П. В. Шмакова "Стереотелевіденіе" (М: Зв'язок, 1968). Художню передачу об'ємних зображень доцільно збагачувати стереофонічним зображенням. 1.4.Методи поділу зображень [2]. У залежності від призначення системи стереоскопічного телебачення методи розподілу зображень для правого і лівого ока можуть бути двох видів: індивідуальні та групові. Перший спосіб припускає спостереження об'ємного телевізійного зображення тільки однією людиною, а другий дозволяє одночасно спостерігати об'ємне зображення великого числа глядачів. Природно, що для стереотелевізіонного мовлення застосуємо тільки метод групового поділу стереопари. У промислових системах можуть використовуватися як індивідуальні, так і групові методи розподілу. При груповому методі спостереження використовується поляризаційний або колірної спосіб поділу стереопари. Перший спосіб грунтується на явищі поляризації світла. Промені плоско поляризованого світла мають властивість вільно проходити через поляризаційний фільтр, площина поляризації якого паралельна площині поляризації променя. Але такі промені не проходять через поляризаційний фільтр, якщо площині поляризації перпендикулярні. Таким чином, якщо перед екранами прийомних трубок (рис. 1.3) 1 і 2 поставити поляризаційні фільтри 3 і 4, площини поляризації яких орієнтовані взаємно перпендикулярно, то поділ змішаної параллаксограмми (змішана параллаксограмма представляє собою накладення одного зображення стереопари на інше) можна здійснити, якщо дивитися через окуляри з фільтрами 5 відповідної поляризації. Змішана параллаксограмма виходить на напівпрозорому недеполяризуючих дзеркалі 6. Поляризаційний метод поділу стереопари для правого і лівого ока дозволяє спостерігати не тільки чорно-білі стереоскопічні телевізійні зображення, а й стереоцветние. Очковий метод поділу. Малюнок 1.3. Поляризаційні або кольорові фільтри: 1 і 2 - прийомні трубки, 3 та 4 - поляризаційні фільтри, 5 - окуляри з поляризаційними фільтрами, 6 - напівпрозоре дзеркало. Недоліком поляризаційного методу є необхідність дотримуватися паралельність площин поляризації поляроїдів глядача та прийомних трубок. При нахилі голови глядача більше 4 ° значно погіршується стереоефект через проникнення іншого зображення. Однак спеціальною конструкцією окулярів можна позбутися і від цього недоліку. Якщо на рис. 3 поляризаційні фільтри замінити кольоровими фільтрами, що мають певні спектральні характеристики, то кожне око глядача буде бачити зображення, призначене тільки для нього. Принцип поділу кольоровими фільтрами полягає в наступному: кожне чорно-біле телевізійне зображення стереопари Кл і Кп забарвлюється в один з спектральних кольорів. Наприклад, ліве зображення в червоний колір, а праве - в зелений. Перед очима глядачів поміщаються кольорові світлофільтри так, що праве око глядача дивиться через зелений фільтр і бачить градації яскравості тільки зеленого зображення, а ліве око дивиться через червоний фільтр і бачить градації яскравості лише червоного зображення. За рахунок бінокулярного змішування кольорів глядачі бачать стереоскопічне телевізійне зображення, забарвлене в третій колір. При використанні одноколірних прийомних трубок (надалі - ПЗС-матриць) потреба в установці кольорових фільтрів перед екранами трубок відпадає. Недоліком даного методу поділу стереопари є неможливість спостерігати багатобарвне стереоскопічне зображення. У системі, використовується груповий метод поділу стереопари, але принцип поділу відрізняється від попередніх. У процесі формування стереопари утворюється відеосигнал, що містить послідовність парних і непарних полів двох кадрів стереопари. Одна ПЗС матриця формує сигнали першого і другого поля першого кадру стереопари, а друга, відповідно, поля для другого кадру стереопари. Застосовуючи при відтворенні окуляри з рідкокристалічними індикаторами (РКІ) і коммутіруя РКІ з частотою полів, ми поділяємо кадри стереопари для правого і для лівого ока відповідно. Дані системи відтворення є стандартними і в даному проекті не розглядаються. 1.5.Сістеми об'ємного телебачення. Численні роботи, проведені проф. П. В. Шмаковим і його співробітниками з вивчення стереоефектів в телебаченні, показали: 1.Стереоеффект спостерігається не тільки при однаковій чіткості обох зображень, але й при зниженні чіткості одного з кадрів стереопари, причому сприйнята глядачем чіткість визначається більш якісним зображенням. 2.Можливість передача одного кадру стереопари чорно-білим, а іншого - кольоровим. При цьому ефект сприйняття обсягу і кольору практично не погіршується. 3.Полоса частот сигналів одного кадру, в тому числі і яскравості, може бути значно скорочена без помітного погіршення зображення за умови, що яскравості сигнал іншого кадру передається з повною смугою частот. Ці особливості зору дозволили запропонувати кілька систем об'ємного телебачення, що використовують стандартний телевізійний канал [3], які ми розглянемо далі. Мерехтіння. При проектуванні систем об'ємного телебачення виникає проблема раціонального використання смуги частот каналу передачі. У звичайному телебаченні вимога відсутності мигтіння при необхідних яскравості зображення призводить до передачі 50 полів в секунду. У стереотелевіденіі передбачалося використовувати можливість зниження частоти мигтіння кожного зображення вдвічі за рахунок поперемінної зміни полів лівого і правого кадрів. Така можливість дозволила б скоротити смугу частот вдвічі, тобто привести до стандартної смузі частот двомірного телебачення. Але дослідження показали, що критична частота мигтіння залишається незмінною як при монокулярне, так і при бинокулярном зір при змінної зміні полів. На підставі цих дослідів зробили висновок, що число кадрів в системах об'ємного телебачення для відсутності мигтіння повинно бути тим же самим, що і в системах звичайних. Якщо, в ідеальному випадку, для передачі та відтворення кольорового об'ємного зображення потрібно шість сигналів (три сигнали кольороподілених зображень для лівого кадру стереопари і три - для правого), то в практиці з шести сигналів необхідно і досить передавати тільки чотири: сигнал, що має інформації про яскравості одного кадру стереопари, і три сигнали, що несуть інформацію про яскравість і кольоровості іншого кадру. При цьому смуга частот для передачі кольорового кадру може бути скорочена до 1,5 МГц, якщо чорно-білий кадр передається зі стандартної смугою частот. Виходячи з цього, дослідною лабораторією кафедри телебачення Ленінградського електротехнічного інституту інженерів зв'язку ім. проф. М.А.Бонч-Бруєвича під керівництвом проф. П. В. Шмакова розроблена сумісна система кольорового стереотелевіденія, відповідає системі NTSC (рис. 1.4). Схема системи кольорового стереотелевіденія (передавальна частина). Малюнок 1.4. 1 - камера, 2 - комутатор, 3 - перерахункових пристрій, 4 - фільтр низької частоти (ФНЧ), 5 - балансний модулятор, 6 - змішувальний пристрій, 7 - до передавача, 8 - повний синхросигнал, 9 - обвідна сигналу спалаху. На передавальній стороні шість сигнали лівого та правого (л і п) кадрів кольоровий стереопари від відповідних датчиків надходять на матричні пристрої, на виході яких утворюються яскравісні сигнали цих кадрів Uўял Uўяп. Потім формуються цветоразностниє сигнали правого кадру Uўкп Uўсп. Яскравості сигнал Uўял лівого кадру і сигнали правого кадру подаються на змішувальний пристрій, в якому виходить повний сигнал стереоцветного зображення, відповідно до рівняння: Uўс = Uўял + k1Uўп. Опис даної системи взято з книги Г. Б. Богатова "Кольорове телебачення" (Л: Наука, 1978). [4] Розглянемо використалася в установці СЦТ ЛЕІЗ камеру 1 детальніше. До її складу входять такі основні вузли (рис. 5): а) блок розгорток, б) фотоблок, в) блок оптичних головок, г) блок керування камерою з механізмом зміни базису зйомки, д) дві трубки біжить променя з фокусирующими і відхиляють системами . Блок-схема камери СЦТ. Малюнок 1.5. Блоки рядкової і кадрової розгорток були виконані на типових уніфікованих вузлах. Задають частини рядкової і кадрової розгорток є загальними для обох трубок. Вихідні каскади виконані окремо для кожної трубки. Крім цього, в блоці розгорток передбачені схеми стабілізації, фокусування і захисту. В установці використовувалися фотоблокі двох типів: блоки, що входять до складу камери, містять по три фотоелектронних помножувача, виносні - по шість (два червоних, два зелені і два синіх. У камері використовувалися дві оптичні головки з дистанційним приводом, обладнані двома комплектами об'єктивів з фокусними відстанями 50 і 85 мм. Базис зйомки міг змінюватися від 68 до 130 мм. Управління оптикою вироблялося дистанційно з пульта оператора. Для цього оптичні головки мали електропривод, який керував оптичної фокусуванням, диафрагмированием і справляв перемикання об'єктивів. Також з пульта управлялися фокусування і струм променя в трубках. У камері були використані дві розгортають трубки типу 6ЛК1Б з плоским екраном і люмінофором з окису цинку. Мінімальний базис визначався розміром трубок. Габарити камери - 530ґ290ґ420 мм, вага - 45 кг. [1]. У той же час було запропоновано ще кілька систем освіти та передачі (послідовною і одночасної) стереопари. Розглянемо дві схеми для послідовної передачі кадрів стереопари як більш прогресивного методу. 1. Може бути використана одна трехтрубчатая кольорова камера (рис. 1.6). Відмінністю її від звичайної камери кольорового телебачення є дзеркальна стереонасадкой Д і обтюратор А. стереонасадкой з двома об'єктивами Ол і Оп служить для створення стереопари, а обтюратор - для змінної комутації світлового потоку від лівого і правого зображень. У результаті на виходах передавальних трубок послідовно створюються сигнали колірної інформації від лівого і правого кадрів стереопари. Схема оптичного вузла стереоцветной камери для одночасної передачі кольорової інформації з послідовним чергуванням лівого і правого зображень стереопари. Малюнок 1.6: в - базис передачі, 1 і 2 - цветоделітельние дзеркала, R, G і B - кольороподілені зображення. Щоб уникнути механічно обертається обтюратора, можна спроектувати обидва кадру стереопари на фотокатоди трубок, розташувавши їх поряд. Для цього об'єктиви Ол і Оп необхідно розташувати між стереонасадкой і цветоделітельнимі дзеркалами. У цьому випадку пред'являються більш високі вимоги до роздільної здатності трубок і лінійності розгорток. 2. Аналогічним способом для стереоцветной передачі можна використовувати апаратуру послідовної системи кольорового телебачення. Як датчики сигналів стереопари можуть служити дві камери, рознесені на необхідний базис передачі, з обертовими дисками кольорових світлофільтрів R, G і B або ж одна камера, доповнена дзеркальної стереонасадкой і обтюратором (рис. 1.7). В останньому випадку камера буде видавати послідовні сигнали колірної інформації почергово від лівого і правого зображень стереопари. Схема оптичного вузла стереоцветной камери для послідовної передачі як колірної інформації, так і стереопари. Малюнок 1.7: в - базис передачі, Д - стереонасадкой, А - обтюратор, Ф - диск з кольоровими світлофільтрами, М - двигуни, Т - передавальна трубка. Далі описані кілька методів створення стереоцветних систем, які в тій чи іншій мірі були етапними в розвитку стереовіденія. Метод Пулфріча Метод Пулфріча базується на постійному русі, інакше ефект тривимірності пропадає. Потрібні спеціальні окуляри з лінзами, які відрізняються ступенем затемнення. Рух має відбуватися в одному напрямку (зліва направо), тоді очей, забезпечений більш світлою лінзою отримує і обробляє зорову інформацію на частку секунди раніше іншого. Цієї різниці в часі виявляється достатньо, щоб друге зображення трохи змістилося, і склалося враження глибини. Ефект може бути посилений шляхом підбору об'єкту зйомки, навколишнього оточення і т.д. Причина, по якій таку технологію не можна вважати по-справжньому тривимірним телебаченням, полягає в тому, що об'єкти не сходять до вас з екрана, як це буває в стереокіно, а просто "розшаровуються", створюючи враження глибини картинки. Крім того, цей метод ненадійний, тому що деякі люди дивляться таку програму і не бачать стереоефекту. LCD-shutters Найпростіша стереосистема базується на методі показу послідовних областей (полів), при якому обидва зображення, чергуючись, але не переплітаючись як у чересстрочной розгортці, проектуються на один і той же екран (звичайний телевізійний екран показує подібні галузі з чересстрочной оновленням, що чергуються 50 раз на секунду). Щоб кожне око бачив свою картинку, використовуються окуляри з роздільними рідкокристалічними екранами-шторками (LCD-shutters). Можна зробити так, щоб під впливом електричного струму рідкі кристали ставали то прозорими, то непроникними з тією ж частотою, з якою оновлюється зображення на екрані. Коли видимість одного ока заблокована, інший бачить картинку і навпаки. Лентикулярні системи. Остання новинка фірми Sanyo - тривимірний екран, використовує принцип двоопуклою (лентикулярной) лінзи. Тут вже не потрібні ніякі спеціальні окуляри. Двоопуклі лінзи складаються з численних рядів вертикальних лінз, зовсім як у гофрованого картону. Під них підкладається кілька картинок, розділених на смуги і покладених із чергуванням у вертикальному напрямку. У залежності від кута можна спостерігати серії вертикальних смуг, які вкладають цілу, об'ємну картинку. В даний час фірма Sanyo зайнята виробництвом серії екранів різних розмірів, починаючи з величезних 70-дюймових і закінчуючи переносними моделями розміром від 4 до 10 дюймів. Найбільший ефект досягається на екранах великих розмірів, але вони поки призначаються для комерційних тривимірних ігрових машин. Xenovision Набагато більш переконливою видається технологія автостереоскопічних дисплея, продемонстрована австралійської компанією Xenotech. Ця система проектує два зображення, кожне для свого ока, крізь полупосеребренное дзеркало, розташоване перед глядачем, а потім назад, на що відображає екран. Проектори розташовані таким чином, що права картинка проектується на праве око, а ліва - на лівий. Фокус у тому, щоб кожне око бачив тільки те зображення, яке для нього призначено, і для цього використовується спеціальний матеріал, який відображає світло назад, під кутом 180 ° до поверхні. Якщо ваше око розташований фронтально до напрямку променя, то він бачить тільки відображену картинку; друге око знаходиться трохи осторонь від лінії ходу променя, і картинка на нього не потрапляє. Але коли людина дивиться на екран, він не залишається нерухомим (неминуче совається і крутить головою). Для компенсації руху, система забезпечена пристроєм стеження за положенням очей глядача, що складається з слабкого джерела інфрачервоного випромінювання і мініатюрної камери, спрямованої на обличчя глядача. Камера відзначає інфрачервоні спалаху - обриси обличчя і відображення від рогівки - і посилає інформацію комп'ютера, який відстежує положення і напрямок око глядача. Якщо очі змінюють своє становище, то відповідним чином змінюється і положення проекторів і відбиває екрана, зберігаючи незмінним тангенс кута нахилу до лінії зору спостерігача. Система Xenovision (той же Xenotech) вперше була представлена ​​в 1995 році на виставці корейської електроніки Korean Electronics Show, де були продемонстровані чотири дисплея розміром 30 дюймів. З тих пір, де б не виставлялася ця система, вона викликає бурю захоплення. Ось список фірм, ліцензованих цю систему. Очолює цей список Samsung, який першим купив ліцензію в 1994 році, за нею йдуть Carl Zeiss з Німеччини, Resources Corporation Berhad з Малайзії, Будинок спецефектів ETAB Data AB зі Швеції, і зовсім нещодавно до них приєдналася велика японська компанія Tomen Corporation. Зараз Xenotech розробляє дисплей для кількох глядачів, що спирається на той же принцип. Але, по правді кажучи, серйозні обмеження цього процесу - розмір екрану, кілька проекторів, комп'ютерне стеження і т. д. - означають, що, як і більшість наявних 3D-технологій, ідея Xenovision більше підходить для ринку розваг і мультимедіа, ніж для побутового телебачення. Описувані вище системи, по суті двовимірні, створюють лише ілюзію об'ємного зображення. Зародок іншої системи недавно був продемонстрований у програмі BBC "Світ завтра" (Tomorrow's World). У цієї системи класне назва - "3D Vоlumeric Display Technology Background". Зараз вона знаходиться в стадії розробки у Військово-морському центрі управління, контролю і спостереження за океаном США (Naval Command, Control and Ocean Surveilance Centre, NCCSC). У ній за допомогою спіралі, яка обертається генерується зображення, яке можна розглядати у трьох вимірах. По суті справи це рухомий проекційний екран, який при кожному оберті двічі сканує весь об'єм зображення ". Спіраль сканує повністю весь стовп, і по завершенні повного обороту ні одна точка внутрішнього простору не залишається не оновленою. Для створення на ньому зображення використовується лазерний сканер. Природно , за всім за цим стоїть проблема підвищення обчислювальних потужностей і проблема передачі набору тривимірних графічних координат проектора, які повинні відповідати переміщенню спіралі. Картинки, що відтворюються цією системою, генеруються комп'ютером. Як будуть зніматися і проектуватися зображення з реального життя, поки не ясно. Правда, ця система не націлена на споживчий ринок, і її застосування швидше за все обмежиться моделюванням рельєфів поверхонь або регулюванням руху повітряного транспорту, 1.6.Требованія, що пред'являються до систем стереоцветного телебачення. При створенні стереоцветной системи слід прагнути до гармонійного поєднання. Відтворення натуральної забарвлення, рельєфності предметів і глибини простору. Вимоги, що пред'являються до відтворення рельєфності, будуть різними залежно від призначення системи: для промислових цілей або для мовлення. У промислових установках просторові форми і величинам об'ємного зображення повинні відповідати реальним об'єктам і при необхідності повинні бути пропорційно зменшені або збільшені у всіх трьох вимірах. Отже, в промислових установках повинна приділятися особлива увага ідентичності розгорток передавальних і прийомних трубок, щоб забезпечити виконання зазначених вище вимог. Для художньої передачі не обов'язково точне відтворення обсягу, а в залежності від задуму режисера може бути кілька спотворена перспектива для підкреслення того чи іншого плану в просторі, для залучення уваги глядача саме до цієї частини переданого зображення. Вимоги, що пред'являються до кольорового стереотелевіденію з точки відтворення кольору, аналогічні вимогам до відповідних систем кольорового телебачення. У деяких промислових системах якість кольору може бути трохи зменшено, якщо це дає значне спрощення апаратури [1]. 1.7.Телевіденіе і голографія [5]. Стереоскопічні системи є базою для створення многоракурсних телевізійних систем, що дають можливість плавного бічного огляду (озирання) відтворюваних зображень. Об'ємні зображення можна спостерігати без спеціальних окулярів з різних ракурсів, зміщуючись щодо екрану всередині великої зони простору без втрати стереоефекту. Можна припускати, що майбутнє телебачення - це голографічне телебачення, однак при реалізації голографічних телевізійних систем виникає багато технічних труднощів, пов'язаних, зокрема, з великою інформаційною ємністю голограм і високою питомою щільністю інформації. 1.7.1.Способи отримання голограм. Голографія заснована на записі і наступному відновленні хвильового фронту розсіяного об'єктом світла. Перший етап використовує явище інтерференції при взаємодії двох когерентних пучків (рис. 1.8). Лазерним світлом висвітлюють об'єкт і дзеркало. Світло, відбитий об'єктом (предметний хвильовий фронт, предметний пучок ) і дзеркалом (еталонний хвильовий фронт, або опорний пучок, або когерентний фон), перетинається в певній області простору і взаємодіє між собою, утворюючи просторове інтерференційну поле, поле вузлів і пучностей, максимумів і мінімумів інтенсивності. Запис голограми. Малюнок 1.8. Якщо в цьому просторі помістити фоточутливих середу, то вона зареєструє частину цього інтерференційного поля. Така світлочутлива середовище після фотохімічної обробки називається голограмою. У найпростішому випадку голограма є чергування світлих і темних смуг. Число інтерференційних смуг, тобто кількість світло-темних пар ліній на одиницю довжини голограми, називається просторовою частотою. Відмінність голографічного процесу запису від звичайного фотографування полягає в тому, що на голограмі записана не тільки амплітудна, але і фазова інформація, виражена у вигляді чергування за певним законом світлих і темних смуг. Звідси і походження слова "голографія": від грецьких слів "олос" - повний - і "графо" - пишу, тобто запис повної інформації. Голографія була винайдена Деннісом Габором. У 1947 році він запропонував, а в 1948 році опублікував однолучевую схему для голографирования напівпрозорих плоских об'єктів. У 1961 році Еммет Лейт і Юріс Упатнієкс удосконалили вихідну схему Габора, запропонувавши свою двухлучевую (з похилим опорним променем) схему формування плоских голограм непрозорих тривимірних об'єктів. Схема відновлення зображення з голограми показана на рис. 1.9. Відновлення зображення з голограми. Малюнок 1.9. Більш простий і перспективний метод отримання кольорових зображень заснований на використанні об'ємних світлочутливих емульсій при формуванні тривимірних голограм. Цей метод формування тривимірних голограм, найбільш повно відображають оптичні властивості об'єкта, розробив радянський вчений Юрій Миколайович Денисюк в 1962 році. Для отримання тривимірної голограми об'єкт висвітлюють крізь об'ємну світлочутливу емульсію (рис. 1.10). Світло відбивається від об'єкта (об'єктом є дзеркало) і, повертаючись назад, інтерферує з опорним пучком під кутами, близькими до 180 °. Отримання тривимірних голограм (а) і відтворення з них зображень (б). Малюнок 1.10. Площини пучностей і, відповідно, площини почорніння, розташовуючись по бісектрисі кута Q між напрямками зустрічних пучків, будуть майже паралельні площини голограми та будуть віддалені один від одного на відстань: d = l / 2n sin Q / 2, де n - показник заломлення світлочутливої ​​емульсії , а l - довжина хвилі в повітрі. 1.7.2.Попиткі побудови голографічних телевізійних систем. Практична реалізація голографічного телевізійної системи зустрічає ряд дуже істотних труднощів. Одна із запропонованих схем показана на рис. 1.11. Структурна схема голографічного телевізійної системи. Малюнок 1.11. Передана сцена висвітлюється або одним, або декількома взаємно когерентним лазерами. Світло, розсіяний об'єктами сцени спільно з опорним променем, потрапляє на анализирующее пристрій голографічного телевізійної камери, в якій картина інтерференційних світлових потоків перетвориться в послідовність електричних сигналів. Останні потім передаються по каналу зв'язку. На екрані приймального пристрою з електричних сигналів формується голограма, яка при висвітленні її променем лазера відновлює передається сюжет. Але при цьому обов'язковою умовою є наявність джерел лише когерентного випромінювання при висвітленні об'єкта, що обмежує зйомки рамками студії. Також потрібно роздільна здатність голографічної системи вдвічі перевищує нині існуючу. У зв'язку з цим робота розгорток голографічного телевізійної системи також повинна бути підвищена, що спричинить за собою збільшення необхідної смуги частот каналу зв'язку для передачі інформації про зображення. Питання про шляхи побудови голографічних телевізійних систем до сих пір ще не вирішено. Розвиток голографічного телебачення буде йти, очевидно, у двох напрямках. Одне з них ставить своєю метою вдосконалення всіх ланок (передавальний пристрій, канал зв'язку, приймальний пристрій) для створення голографічних телевізійних систем. Другий напрямок полягає в побудові проміжних паліативних систем, в яких нові якісні параметри просторових зображень досягалися б не занадто дорогою ціною і які тому могли б бути реалізовані в найближчому майбутньому. Нижче наводиться один із варіантів схем побудови многоракурсних систем (рис. 1.12). Схема побудови многоракурсной телевізійної системи. Малюнок 1.12. Всю схему можна розділити на кілька частин, функції яких цілком певні: зйомка об'єкта, передача зображень, суміщення зображень і селекція ракурсів. Зйомка об'єкта здійснюється шляхом розміщення по дузі АБ декількох передавальних камер. Формують телевізійні двомірні зображення, що відрізняються один від одного тільки горизонтальним параллаксом. У статичних системах, що працюють не в реальному масштабі часу, можна використовувати одну камеру, послідовно переміщаючи її по дузі АБ на кутові інтервали Dy. Останнім часом труднощі, що зустрічаються при створенні практичних систем голографічного телебачення, послужили причиною розширення області досліджень дифракційних систем, в яких використовується не тільки когерентне: але також частково когерентного та некогерентного освітлення. [6] Системи голографічного телебачення, створені на сьогоднішній день, знаходять застосування в різних сферах людської діяльності. На закінчення наведемо одну зі схем оптичної установки для створення голографічних зображень в області медицини, розробленої в 1992 році (рис. 1.13) [7]. Оптична установка для створення голографічних зображень. Малюнок 1.13.