专利名称：立体彩色投影电视系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种立体彩色投影电视系统。
活动图象的显示是从黑白图象开始的，其中黑白电视机是一种典型的显示装置。随着科学技术的发展，目前显示彩色图象的彩色电视机技术也日趋完善，色彩的还原性和图象的清晰度都已经达到了较高的指标，但这种彩色电视机仍然属于平面图象显示。现在人们正在致力于研究和开发立体彩色显示的方法和装置，并已取得了一定的成果，其基本原理是用间隔一定距离的两个摄象镜头摄取两幅图象(左图象和右图象)，然后采用分路制、分色制或场或帧轮换制等方法进行显示。所谓分路制，即将左图象和右图象分别显示在两个显示屏上，通过专用的光学合成器使观看者左眼仅能看见左图象，而右眼仅能看见右图象来产生立体视觉效果。所谓分色制，即将左图象信号和右图象信号分别送到电视发射机的红、绿视频信号输入端，同时将蓝输入端通过适当阻抗接地，然后利用普通的彩色电视机来接收、重放。观看者带上两片镜片分别为红滤色镜和绿滤色镜的眼镜观看，两个眼睛分别看到两个摄象机从不同位置摄取的景物图象，从而通过视觉合成就可看到一幅单色(黄色)的立体图象。所谓场或帧轮换制是在电视场与场之间或帧子帧之间轮流传送左右两幅图象。相应地，观看者戴上专门的同步遮光眼镜或遮光器来观看。该遮江眼镜在奇数场或奇数帧时遮住左镜片，而在偶数场或偶数帧对遮住右镜片，使观看者左眼仅能看到左摄象机摄取的图象，右眼仅能看到右摄象机摄取的图象。
从上面的简述中可以看出，上述这些方法都要求观看者使用特殊的眼镜或观看器才能获得立体效果，因此使用很不方便，而且长时间配戴眼镜观看使人很不舒服。
虽然也有无需配戴眼镜观看的立体电视，如中国专明专利申请8710583.2公开的“普通彩电立体化膜”，但这种立体化膜仅仅产生一种模拟立体效果。
本发明的目的在于提供一种立体彩色投影电视系统，在该系统中，观看者无需使用眼镜即能获得立体视觉效果。
本发明的另一个目的在于提供一种超大屏幕立体彩色投影电视系统。
本发明的立体彩色投影电视系统包括三个子系统;立体彩色图象摄取子系统;立体彩色图象信号处理子系统;和立体彩色图象显示子系统。
所述立体彩色图系摄取子系统包括一组以人双眼间距间隔排列的摄象机，该组摄象机至少有两个，各摄象机的摄象镜头由一连动的调焦装置调焦，由一光轴会聚装置进行光轴会聚，并输出彼此独立的电视信号;
所述立体彩色图象信号处理子系统包括取样电路、量化电路、混合编码电路、信号分路电路、并/串转换电路、帧存储器和D/A转换和彩色编码电路;所述取样电路和所述量化电路的数量与所述立体彩色图象摄取子系统中的摄象机数相等，并且分别对各路摄象机输出的信号进行取样、量化;各所述量化电路输出的信号在所述混合编码电路进行混合编码后依次送至所述信号分路电路、所述并/串转换电路、所述帧存储器和所述D/A转换和彩色编码电路，产生电视信号;
所述立体彩色图象显示子系统包括投影机和投影屏幕，所述投影屏幕一面有多条垂直柱面光栅，另一面有成象面。
本发明的特点是观看者观看时无需使用眼镜之类的装置即能直接观看到立体图象，观看者没有不适之感。有关本发明的进一步特点和优点将参照附图结合下面实施例加以描述。
图1是本发明的立体彩色投影电视系统的立体彩色图象摄取子系统的结构示意图;
图2是本发明的立体彩色投影电视系统的立体彩色图象信号处理子系统的一部分的框图;
图3是图2的框图的另一个例子;
图4是本发明的立体彩色投影电视系统的立体彩色图象信号处理子系统的另一部分的框图;
图5是本发明的立体彩色投影电视系统的立体彩色图象显示子系统中投影屏幕的结构示意图;
图6、图7是图5所示的投影屏幕的局部放大示意图。
下面结合上述附图详细描述本发明的实施例。
如图1所示，图1是本发明的立体彩色图象摄取子系统的结构示意图。该立体彩色图象摄取子系统包括有6台摄象机11-16。当然，摄象机的数量只要2台以上(包括22台)即可，在本实施例中以6台为例来进行说明。这6台摄象机11-16等问题排列在一直线或弧线上，间距最好等于人的左右眼的实际间距，约为6-7厘米。当然，根据实际情况，如摄象机镜头本身的体积等原因，该间距也可以大于此值，但应当在5-12厘米范围内，否则将影响立体效果。
该6台摄象机11-16的摄象镜头由一台连动的调焦装置和光轴会聚装置(未图示)控制。如图1所示，当该立体彩色图象摄取子系统摄取距本子系统L的景物时，应当如人的双眼观看一样，6台摄象机镜头应当共同聚焦在该景物上，并且6台摄象机镜头的光轴的延伸线应当在目标景物的中心处相交。因此，相应地，6台摄象机镜头的聚焦由连动的调焦装置实现，而6台摄象机镜头的光轴会聚由光轴会聚装置实现。上面所述的调焦装置和光轴会聚装置在图中没有示出，该技术领域的普通技术人员可以根据这里的要求设计出这些装置，因此在此就不再详细描述了，下面说明对调焦装置和光轴会聚装置的工作要求。
假设立体彩色图象摄取子系统离待摄取景物(目标景物)的距离为L，各摄象机光轴间距为P，则各摄象机镜头光轴与各摄象机镜头连成的直线的夹角为β1＝β6 arc tg (L)/(2.5P) (1)β2＝β5 arc tg (L)/(1.5P) (2)β3＝β4 arc tg (L)/(0.5P) (3)光轴会聚装置应当控制各摄象机镜头使其满足上述各式。调焦装置应当控制各摄象机镜头使它们均聚焦在待摄取景物的中心点(调焦点)上。
图2是本发明的立体彩色图象信号处理子系统的一部分的框图。如图2所示，该立体彩色图象信号处理子系统包括取样电路21a-21f，量化电路22a-22f和混合编码电路23，从立体彩色图象摄取子系统来的6路信号分别输入立体彩色图象信号处理子系统的6个有不同时延取样脉冲的取样电路21a-21f进行取样，即时分取样，然后经6个量化电路22a-22f量化后完成A/D转换，分别送入混合编码电路23。在混合编码电路23内，这6路数字信号相互叠加混合，形成一路复合立体电视信号。各取样电路21a-21f的取样脉冲由取样发生器提供。取样发生器包括振荡器24、取样脉冲形成器25、第一延时器26a、第二延时器26b……第五延时器26e。振荡器24的振荡频率fs在本实施例中选用4.5MHz，各延时器26a-26e的延时时间τ＝ 1/(Nfs) ，其中N为立体彩色图象信号摄取子系统中的摄象机数。在本实施例中N＝6。取样脉冲形成器25输出的脉冲信号Sa送至取样电路21a，经第一延时器26a延时后输出的脉冲信号Sb送至取样电路21b，依次类推，第五延时器26e输出的脉冲信号Sf送至取样电路21f。对于各路信号中的色差信号也作同样的取样、量化和混合编码处理，但取样频率降低为一半，即为2.25MHz。
为压缩输出的复合立体电视信号的频带，如图3所示，在各量化电路22a-22f后可分别串接一个压缩电路27a-27f，从量化电路22a-22f输出的数字信号经该压缩电路27a-27f压缩后再送入混合编码电路23进行混合编码。这种压缩电路27a-27f可以采用DPCM等常规的压缩方法。
混合编码电路输出的是数字形式的复合立体电视信号，该信号可以用目前市场上有售的数字式录象机进行记录和重放，如松下D1、D2、D3型数字录象机。
参见图4，图4是本发明的立体彩色图象信号处理子系统的另一部分框图。如图4所示，立体彩色图象信号处理子系统还包括信号分路电路28、并/串转换电路29、帧存储器30、多个分块写/读存储器31以及分块D/A转换彩色编码电路32。由图2或图3的混合编码电路23输出的数字形式的复合立体电视信号送入图4中的信号分路电路28，该信号分路电路28输出6路并行信号(1R-6R)，每路信号对应于一台摄象机摄取的信号，对于从图3的混合编码电路输入的经压缩的信号，在信号分路电路28后还应串接一数据恢复电路(图中未示出)予以恢复。该6路并行信号(4R-6R)在并/串联转换电路29中被转换成1路串行信号，然后在存读时序控制器33的控制下按顺序存入帧存储器30中，以便显示合成立体图象。
由于立体图象的每一象素是由N条水平排列的分像素组成的，用单台商品化的普通投影机显示立体图象时，图象的象素大大减少，分辨率降低，且屏幕的尺寸也受到限制。为提高分辨率，增大屏幕尺寸和亮度，采用视频图象分割技术，对复合后存于帧放贮器的图象信号进行垂直、水平分割，分割成多个子图象后，再进行尺寸放大，使各自的投影机分屏幕显示满幅子图象。图象的分割和放大是通过图4中时序控制器33控制分块读写存储器31从帧存储器30的读出地址和读取速度来完成的。为便于处理，帧存储器30采用两帧存储器，分体读/写方式，且采用多模块分布型帧存储器，它有共同的数据输入口和各自的数据输出口，但只用一组输出地址，这种结构可使各自的子图象在物理上彼此分开，便于同时并行地在各自的分屏幕上显示子图象。
对分割后各自输出的子图象数字信号在分块D/A转换和彩色编码电路32中进行D/A转换，输出模拟R、G、B信号直接接投影机或再经彩色编码成为彩色全电视信号接投影机。投影机的数量应与上面所述的分块的数量相等，且各投影机的几何位置亦应与分割时图象的几何位置一致，以便形成一幅完整的图象，这样就能实现超大屏幕显示。
本发明的立体彩色图象显示子系统包括有投影机和投影屏幕，投影机可采用目前市售的各种型号的投影机。图5示出了本发明的立体彩色图象显示子系统中投影屏幕的结构示意图。图6为图5所示的屏幕的一个柱面光栅的结构视图。如图5、图6所示，本发明的投影屏幕4一面有多条垂直柱面光栅41，另一面有成象面42。垂直柱面光栅41为圆柱面的一部分。如图6所示，从横截面看，其圆心为O，其曲率半径为R。下面结合图7说明本发明的立体彩色图象显示子系统中的投影屏幕的成象原理。如图7所示，背投式投影机在屏幕成象面42上形成一幅图象，我们以其中的一个象素A来说明，该象素向四周产生漫射，其中一路光线L1经过柱面光栅41的圆心O直接通过屏幕媒质射向屏幕外。只要适当地选择屏幕厚度D、屏幕材料折射率n、柱面光栅41的曲率半径R和柱面光栅41的宽度W，就能使象素A向其它方向的漫射光线如L2射出屏幕后的光线L2'与光线L1平行。同样，如果在同一个圆柱面对应的成象面上形成有另一个象素B，则该象素B如象素A一样地向四周产生漫射，其中一路光线L3经过柱面光栅41的圆心O直接通过屏幕媒质射向屏幕外。象素B向其它方向的漫射光线L4射出屏幕后的光线L4'亦与通过圆心O的光线L3平行。如果在一个柱面光栅对应的成象面上形成多个象素，则，各象素射出屏幕的方向均不同，因此，观看者的一个眼睛在一个柱面光栅上只能看到该柱面光栅对应的成象面上其中的一个象素，而另一个眼睛只能看到同一柱面光栅对应的成象面上其中另一个象素。在本实施例中，因为立体彩色投影系统中的立体彩色图象摄取子系统中采用了6台摄象机，产生6路信号，因此，通过前面所述的立体彩色图象信号处理子系统的一系列处理之后，投影在每一个柱面光栅所对应的成象面上有6个象素点，各个象素点分别由立体彩色图象摄取子系统中的6台摄象机摄取。因此，通过屏幕的上述结构，观看者的双眼在一个柱面光栅上能分别看到两台摄象机所摄取的图象，因而能使观看者不带眼镜就能看到有立体效果的图象。
综上所述，本发明提出了一种全新的立体彩色投影电视系统，通过多台间隔排列在一直线或弧线上的摄象机摄取图象并产生多路电视信号，然后经立体彩色图象信号处理子系统对多路电视信号进行处理，使它叠合为一信号，以便于记录和传输，然后再通过投影机将多台摄象机摄取的图象投影在有多条垂直柱面的屏幕，即每个垂直柱面所对应的成象面上分别投影有多台摄象机摄取的一个象素点，通过柱面屏幕的折射，使观看者的双眼分别看到不同摄影机摄取的图象，从而产生立体视觉效果。
权利要求
1.一种立体彩色投影电视系统，包括立体彩色图象摄取子系统；立体彩色图象信号处理子系统和立体彩色图象显示子系统，其特征在于，所述立体彩色图象摄取子系统包括一组以人双眼间距间隔排列的摄象机，该组摄象机至少有两台，各摄象机摄象镜头由一连动的调焦装置调焦，由一光轴会聚装置进行光轴会聚，并输出彼此独立的电视信号；所述立体彩色图象信号处理子系统包括取样电路、量化电路、混合编码电路、信号分路电路、并/串转换电路、帧存储器和D/A转换和彩色编码电路；所述取样电路和所述量化电路的数量与所述立体彩色图象摄取子系统中的摄象机数相等，并且分别对各路摄象机输出的信号进行取样、量化；各所述量化电路输出的信号在所述混合编码电路进行混合编码后依次送至所述信号分路电路，所述并/串转换电路、所述帧存储器和所述D/A转换和彩色编码电路，产生电视信号；所述立体彩色图象显示子系统包括投影机和投影屏幕，所述投影屏幕一面有多条垂直柱面光栅，另一面有成象面。
2.如权利要求1所述的立体彩色投影电视系统，其特征在于所述立体彩色图象摄取子系统中的多台摄象机间距为5-12厘米。
3.如权利要求1所述的立体彩色投影电视系统，其特征在于所述立体彩色图象摄取子系统中的多台摄象机间距为6-7厘米。
4.如权利要求2或3所述的立体彩色投影电视系统，其特征在于所述立体彩色图象摄取子系统中的摄象机为6台。
5.如权利要求1所述的立体彩色投影电视系统，其特征在于在所述立体彩色图象信号处理子系统中还包括压缩电路，该压缩电路的数量与所述立体彩色图象摄取子系统的加摄象机数量相等，各压缩电路串接在所述量化电路和所述混合编码电路之间。
6.如权利要求1所述的立体彩色投影电视系统，其特征在于所述立体彩色图象信号处理子系统还包括一分块写/读存储器，串接在所述帧存储器和所述D/A转换和彩色编码电路之间。
7.如权利要求1所述的立体彩色投影电视系统，其特征在于所述垂直柱面光栅为圆柱面的一部分。
全文摘要
本发明提供一种立体彩色投影电视系统，目前虽然已有立体显示装置，但一般均需戴眼镜才能产生立体效果。本发明提出一种全新的立体彩色投影电视系统，用多台间隔排列的摄象机摄取图象，用信号处理子系统进行处理叠合形成一路信号进行记录和重放，再通过投影机将多台摄象机摄取的图象投影在有垂直柱面光栅的屏幕上，即每个垂直柱面光栅所对应的成象面上分别投影有多台摄象机摄取的一个象素点，通过柱面光栅屏幕的折射使观看者双眼分别看到不同摄象机摄取的图象，产生立体视觉效果。
文档编号H04N15/00GK1098240SQ93112508
公开日1995年2月1日 申请日期1993年7月29日 优先权日1993年7月29日
发明者胡南钟, 郭启寅 申请人:郭启寅, 胡南钟