专利名称：行分离立体电视方案及其相关技术的制作方法
技术领域：
本发明属于电视技术中，一种立体电视方案及其相关技术。
立体电视方案，已知的不下数十种，但大多处于试验阶段。是电视技术中正在开发的一种技术，有下列几种典型方案。场分离方案(东芝立体方案)；像元分离方案(三洋立体方案)；以及未来的全息方案。目前世界许多国家侧重在场分离方案(东芝方案)。但该方案的频闪比较明显。为克服频闪，只有提高场频，如美国利泼吞公司的高速场立体电视。三洋方案采用的是像元分离法，即将行图像分离为一个个像素元，然后左右行像素交叉排列，这样在一行像素中就包含有两种图像信息，使左右图像以列的形式显示出来，再利用垂直微形棱透镜将左右图像分离。虽然不用带特制眼镜就可直接观看到立体电视图像，因透镜的角度是确定的，故立体图像的显示受角度限制，超过某一距离或角度就无法看到立体图像了。全息方案目前还处在理论研究和实验阶段。可以说到目前为止，还没有一种真正实用的立体电视方案出现。
本发明在依据现有电视工作方式的前提下，提出一种原理可行，方法实用的立体电视方案及其相关技术，即行分离立体电视方案及相关技术。利用现有电视隔行扫描的特点采用行交叉技术，在立体显示中以逐行扫描方式在一场中同时显示左右两场图像，再利用行分离技术将左右图像分离，仅带一副检偏眼镜就能观看到立体电视图像。由于不改变原电视的工作方式，即左右图像仍采用隔行扫描，只要采取一定的电路措施，就有可能与普通电视兼容。
本立体电视方案及技术包括1、行交叉逐行扫描同时显示技术的工作原理及编码；2、立体图像的行分离技术及展望；3、电视兼容的可能方法及技术。
1、行交叉逐行扫描同时显示技术的工作原理及编码。由于普通电视技术的行扫描，采用的是隔行扫描技术。以PAL制为例(以下均是以PAL电视制式为例的)，规定一帧图像的垂直扫描行为625行，分两场显示，隔行扫描中一场图像的扫描行为625/2=312.5行，第一场先扫奇数行，如1、3、5……n-1行，第二场扫描偶数行，如2、4、6……n行。这样每秒钟有25帧图像50场显示。因而图像连续性好，无闪烁。如果在立体电视中仍采用这种扫描方式，是很难在一场显示中同时显示两场图像的，故在立体电视中采用逐行扫描行交叉技术，左右单场图像仍为隔行扫描，左右图像隔行交叉逐行显示在同一场合成图像中。如1、3、5……n-1行显示左场图像，2、4、6……n行，显示右场图像。这样就可以在一场扫描中同时显示左右两场图像。从而保证左右图像各25帧50场显示，立体图像也为25帧50场显示。由于立体电视采用逐行扫描，故一场总扫描行为625行，左右图像采用隔行扫描，故左右单场扫描行各为总场扫描行的一半，即625/2=312.5行。立体电视也用两场显示，所以仍为25帧50场。这样既保证左右图像各25帧50场显示，也实现立体图像25帧50场显示。从而保证立体图像连续性好，立体感强，无频闪要求。且为兼容普通电视提供一定条件。又因立体逐行扫描要交叉左右两场图像，所以需对左右图像按一定规律交叉编码。此编码可在摄像时就完成。如双镜头立体摄像机可以同时将左右两帧图像摄取并存入各自的帧存贮器(RAM)中，并按照所需电视制式的要求各自调制处理，最后在调制编码器的控制下作行或场交叉编码。编码也可以放在接收机内进行，即接收机在收到立体图像信号后，先作常规信号处理，再按显示要求作行交叉编码。(注，由于PAL制电视的特点「平衡正交调制逐行倒相制」。因此左右两场图像应该先按PAL制方式调制或解调完成后再作场或行交叉编码，否则由于逐行倒相无法完成，因为连续两行属于左右两场图像，使得两场图像的色彩无法正确解调和重视。当然也可以重新考虑色彩的调制和解调方法。对于NTSC制问题要简单些，这个问题还需深入研究)。编码可采用定行交叉编码法，即奇数行只显示左图像，如1、3、5……n-1行只显示左图像，偶数行只显示右图像，如2、4、6……n行只显示右图像，该显示不随时间而变化。也可以采用行交换编码法，即第一场奇数行显示左图像，如1、3、5……n-1行，偶数行显示右图像，如2、4、6……n行；第二场则反过来奇数地显示右图像，偶数行显示左图像。此方法较前方法更符合现有电视的扫描要求，但图像分离更麻烦。当然如果用数字技术将两场图像先A/D变换为数学信息，再用计算机技术进行编码和处理就容易多了。(因为数字信息可以任意处理，如压缩、扩展、转换、安插、修补等)。图像编码完成后就可以记录在录像带上或者调制在RF载频上由天线发射出去。在立体图像的编码中，还可以以场为单元编码，如将左右图像各自处理调制再以场的顺序交叉编码，这种方法更适于记录，因为录像带上的每一磁迹恰是一场图像信息。以上方法均要求接收机要有相应的编解码功能。除了一些特殊电路外，接收机的基本电路和功能与普通电视大体相同。例如高频接收、中频放大、色彩解码及行场分离等，当然还有伴音。如果采用的是场顺序交叉编码发射信息。接收机用一个信息通道加两个帧存贮器(RAM)和一个行交叉编码器就可以实现立体电视接收。如果采用的是行交叉编码发射信息，接收机则要复杂一些。因为需将行交叉信息先分离成左右两场信息作色解码处理后，再作行交叉编码得到R、G、B输出。对于NTSC制，因为无逐行倒相，故可以行为单位进行色解码。
2、立体图像的行分离技术及展望当电视机显示出以逐行扫描交叉左右两场图像时，直接观看无法感受到立体效果，而只是一付十分糟糕的重叠影像。必须将这付影像按左右图像的独立构成分离，用左右两眼分别观看，再由大脑综合平衡才能感受到立体效果。分离必须以行为单位进行，而且还要看立体信息的原来编码方式。如是以定行方式编码，则分离只要将行按左右图像作不同光偏振，再用检偏眼镜观看就能感受到立体图像。此方法分离简单。但由于左右场是固定行显示，所以图像上下会有微小差别，单场图像行间隔明显，会因此影响清晰度。要是图像是以行交换方式编码的，则分离行在不同场次时是变换的。如第一场奇数行(1、3、5……n-1行)显示的是左图像，到第二场时则是偶数行(2、4、6……n行)显示左图像了。可见同一帧图像的两场显示与普通电视完全相同。故为兼容提供了便利。但分离行是时刻在变换的，必须使用液晶旋光偏振才可以将两场图像分离，再用检偏眼镜观看。不管是哪种编码方式，分离都必须是以行为单元进行。由于电视行扫描光斑非常细小，若分离精度不高，则可能影响立体影像效果，或甚至于完全分离不出左右图像来。特别是液晶旋光偏振分离。随着微细加工技术的发展和在电视技术中的应用，这种分离看来是可以实现的。因为即使是最小的行线宽也不会小于0.01mm，如3寸小显示屏行线宽可达0.073mm，考虑到一些其他因素用行线宽0.1mm也是可行的。另外由于电视机目前用以显示图像的荧光屏还不是十分的平直面。如用另一平直面分离屏会造成较大的误差或根本无法与扫描行对齐，主要是垂直方向边沿无法对齐，因而行分离屏应与荧屏曲面保持同样曲率和距离，或者干脆就在荧屏表面进行。如定行编码扫描时，只要在荧屏表面按照扫描行轨迹以行线宽轮流涂上不同偏振极化的起偏膜，准确地与行光栅对齐并复盖行光栅，这样就可以形成两种不同偏振方向的行光栅，再用检偏眼镜就可以将它们分离。如是行交换编码扫描，则需要使用偏振加液晶旋光分离屏。偏振膜使用同一极化方向的偏振膜，液晶必须以行线宽为单位变换，即需在导电夹层上以行线宽为单位镀上导电栅，两导电栅之间必须相互绝缘，并分别引出左右两个电极与电视机内的行交叉编码同步器相联，利用液晶对电压的响应完成行分离与行变换。同样导电栅也要准地对齐并复盖行光栅。这种屏可先做成平面屏然后按荧屏曲率压制成相同曲面再复盖在荧屏表面上。最后展望一下未来的HDTV立体电视，由于未来的HDTV电视采用的是逐行扫描，看来用以上的行分离法做立体图像有一定困难。但据美国“现代电子”杂志报导，未来HDTV电视可能有四种模式(指扫描方式)。其中就有一种采用隔行扫描的HDTV电视系统，可以考虑用来做未来的HDTV立体电视系统。当然全息技术也许是未来HDTV立体电视的主要技术，但行分离技术也不失为一种HDTV立体电视的补充技术。
3、电视兼容的可能方法及技术。随着电视的普及，立体电视的出现，为了扩大影像信息来源，自然就提出了电视的兼容性问题。由于黑白电视与彩色电视采用的是频率交叉兼容技术，但在立体电视中，由于两路信息频率基本相近，再采用这种方法显然不行。在场分离立体电视中，如果场频较高，比普通电视场频高出一倍时，其实采用隔场扫描是可以实现兼容的。也就是立体电视采用逐场，普通电视采用隔场，因此普通电视只能显示单镜头图像，立体电视则显示双镜头图像。如果场频与普通电视场频相同，则无法实现兼容。当然以上方法均需在电路上做些措施。要立体电视兼容普通电视必须改变场频或行频，因为立体电视高速场频使得行扫描频率也加快了，不再是原来的64微秒和20ms而是32微秒和10ms了。因而行频为312.5×100=31250HZ，不再是312.5×50=15625HZ了。然而行象素数是一样的，行信息也是相同的，只是在荧屏上的显示时间缩短了，也就是信息流速率加快了。故只要设法将一行扫描时间延长，就是使行像素在荧屏上停留时间加长，即降低图像信息流的速率，(比如由16比特秒降为8比特秒等)。如果采用数字技术，将图像信息化为数字信息，改变信息流速率就要容易多了。随着数字电视的出现，用降低场频和降低信息流速率实现兼容是可能的。行分离法与场分离法类似，采取一定的电路措施和信息处理技术是可以与普通电视兼容的。在行分离法中，因场频不变，行扫描采用的是逐行，而左右图像仍是隔行扫描，这与普通电视完全类似，不同的只是行扫描周期由64微秒缩短到32微秒了。因而图像信息流速率比普通电视快。显然降低行频和信息流速率是可能实现兼容的。这种兼容法不是频率兼容，而是信息兼容或叫图像兼容。即在双镜头立体图像中兼容单镜头图像。因此立体电视显示的是双镜头立体图像，普通电视显示的是单镜头图像。
本发明由于采用行交叉逐行扫描及行分离等技术，可在一场扫描中同时显示左右两场图像，单场扫描方式与现有电视相同，仍为25帧图像50场显示。从而克服了场分离立体电视中左右图像轮流显示，间隔时间较长，显示场交少，闪烁明显的缺点。由于采用行分离技术，克服了像元分离技术中因分离棱镜角度固定，分离受角度限制，观看立体图像要受距离和位置限制。本方法只要带一付轻便的检偏眼镜，可以在任意位置观看，且立体影像脱屏而出，有使人亲临其境之感，由于采用逐行扫描，因而行扫描周期比现有电视行周期短，图像信息流速率快，造成频道带宽必须较现有电视宽，但如采用数字图像压缩技术，如MPEG-n图像压缩技术。可以使图像带宽压缩到与现有电视相同。这为兼容提供了保证。且采用信息存贮以后就可以随意改变信息流速率，如高速存入低速读出，或低速存入高速读出等。
本发明图略！本发明实施中，需要使用现代高科技手段，如微细加工技术，计算机控制技术，以及数字电路技术等。该发明成功的关键在行分离是否成功完善。行分离在显像管制造完成后进行，或在制造过程终增加最后一道工序，也可单独进行。即先在一透明薄膜上按行镀上透明导电栅，或涂上偏振材料。然后将该不同偏振行的膜或导电栅液晶屏复盖在显像管荧屏表面，注意与行光栅对齐并复盖行光栅。这时除了亮度受影响外，行光栅应清晰可见，带上检偏眼镜观看行光栅应无任何变化(如断行错行等)，最后放立体图像检验。或直接就在一立体静止图像上复盖完成此工序，立体图像应有垂直和水平细线或电子元，只要此细连续光滑，没有锯齿样的断点，说明行分离正确，此道工序应仔细耐心，一次不行可反复几次，直到满意止。其他技术都可用电路实现，该方案不仅需要立体摄像机，立体录像机以及立体电视机。更需要有立体信息软件，所以是一个系统工程。而且所有机件与普通机件既不相同又大致相似。
权利要求
1.一种属于电视技术中的立体电视方案及其相关技术。有定行交叉扫描，行变换交叉以及相应的行分离技术等，其特征是立体图像采用同时摄取独立处理或场交叉处理，场交叉偏码输出或行交叉编码输出。并用数字电路技术作图像压缩使与普通电视图像带宽相近，以利于电视兼容。立体图像以逐行交叉扫描方式在一场中同时显示左右两场隔行扫描的图像，因此左右两场图像与普通电视的扫描方法相同(25帧50场隔行扫描)。立体综合图像也为25帧50场显示。从而满足立体图像连续性好、立体感强、无闪烁要求。立体图像采用行分离技术，利用不同行偏振光使左右图像分离，带一副相应的检偏眼镜，就可观赏立体影像。
2.按权利要求1中的定行交叉扫描以及相应的行分离技术，其特征是定行交叉扫描时，左右图像的扫描行固定不变，如奇数行(1、3、5……n-1行)只扫描左图像，偶数行(2、4、6……n行)只扫描右图像。此扫描不随时间、场次改变。行分离只要用不同偏振行的膜复盖行光栅，就可以形成左右两种行光栅，用一副有相应检偏方向的眼镜，就能将左右图像分离，分离必须以行为单位进行，不同偏振行必须对准相应的扫描行。此种膜可直接复盖在荧光屏表面，构成立体显像管。
3.按权利要求1中的行变换交叉扫描以及相应的行分离技术，其特征是行变换交叉扫描时，左右图像在不同场次是变换的，如第一场奇数行(1、3、5……n-1行)，显示左图像，第二场则偶数行(2、4、6……n行)显示左图像。这样一帧图像两场显示方法与普通电视一样。这为兼容提供了便利，但行分离必须用液晶旋光行偏振，同样复盖在荧屏表面并对准相应的扫描行。同样用相应的检偏眼镜观看。
4.按权利要求2中的相应行分离技术，其特征是由于是定行分离，故分离不必用另外的分离屏，用一以行线宽为单元的两种偏振方向的隔行交叉的膜。复盖在荧屏表面并与相应的左右扫描行对齐，从而形成两种不同偏振方向的行光栅，用一副相应的检偏眼镜就可以分别看到左右两场图像。
5.按权利要求3中的相应行分离技术，其特征是由于是行变换分离，故分离屏需要另外加工，即分离屏由若干透明层组成，第一层为偏振膜(不分行)。第二层和第四层为导电行栅透明镀层，第三层为液晶夹层，在导电行栅层上第二层镀上整体的导电膜并引线接地，第四层导电层必须以行线宽分别镀上左右行导电栅，因行与行之间是紧密相连的，故必须左右行互相绝缘，并分别隔行交叉引出左右两根引线，与电视机内的行交叉编码同步器相连。为了与荧屏扫描行对齐，应将此分离屏压制成与荧屏相同的曲率并与荧屏表面等距固定。
6.按权利要求1、2、3、4、5中的相应检偏眼镜，其特征是由检偏膜及透明镜构成，两检偏方向必须与相应的左右行偏振光方向相同。
全文摘要
行分离立体电视方案及其相关技术,属于电视技术中一种立体技术方案。利用现有电视隔行扫描的特点,采用行交叉编码技术,在立体显示中以逐行扫描方式,交叉隔行扫描的左右两场,在一场中同时显示左右两场图像,再利用行分离技术将左右图像分离,用一副检偏眼镜就能观看以立体电视图像。因单场扫描与现有电视相同,采取一些电路措施或采用数字信息处理技术,就有可能兼容普通电视。其兼容方法叫图像信息兼容法,即立体电视显示双镜头图像,普通电视显示单镜头图像。
文档编号H04N13/04GK1220552SQ9710678
公开日1999年6月23日 申请日期1997年12月15日 优先权日1997年12月15日
发明者唐伯伦 申请人:唐伯伦