专利名称：三维立体影像与内变焦摄影的制作方法
技术领域：
本发明涉及一组对三维立体影像进行拍摄、记录、处理、传送和显示的立体成像、处理与放映、显示的装置和变焦摄影装置。
在现有拍摄、记录和显示三维立体影像的装置中，利用双镜头拍摄的立体电影已有许多年历史，但因观看时要配戴专用眼镜，至今没有普遍采用；用多架电视摄像机拍摄的“多视点立体电视”也有许多年历史，但既要占用较多频道，摄制成本也高，还要在多路投影电视机的屏幕前配置双凸透镜屏才能观看，也没能普及；用光学微列阵镜头代替多架摄像机拍摄，并用编码透镜(双凸透镜或集成微透镜)编码的立体电视，虽然大大方便了拍摄工作，不增加拍摄成本，也只占用一个电视频道，单台电视机屏幕成像，但还是要在电视屏幕前配置解码透镜(双凸透镜或集成微透镜)屏对编码像进行解码才能观看立体影像，仍然没能推广使用；全息立体成像逼真，但只能在特殊条件下在极小范围内观看。全息电影观看方便，但是拍摄成本极高，特制的巨大的全息屏幕更是制作困难，也无法普遍采用；现有图象处理方法已很成功，但不能对立体影像直接进行处理，并缺少处理与显示合一的便捷方法直接演示与记录；现有的变焦摄影镜头笨重又不不便。
本发明的目的，就是提供一组由共同构思设计的儿种用于立体电影、立体电视、全息立体成像和立体影像图像处理的立体成像与处理、拍摄和放映、显示的装置和变焦摄影装置。
为达到上述目的，本发明采用如下总的构思进行设计。
首先用图形发生器在液晶电视空间光调制器上显示出的编码-变换器图形对光学微列阵拍摄所得有视差的单元像综合成的三维实像或全息立体成像以及待处理立体影像进行二次成像编码-变换形成带有视差信息的编码-变换像，输入到显示屏上显示出来。与此同时，用图形发生器在另一液晶电视空间光调制器上显示解码-滤波器图形，也输入到同一个显示屏上显示出来。在显示屏上，解码-滤波器(图形)便对编码-变换像进行解码-滤波，即可再现有视差的三维立体影像，实现立体显示，或对立体影像直接进行图像处理并演示处理过程与结果。
液晶电视空间光调制器即为普通黑白液晶电视扫描显示屏。用图形发生器在液晶电视空间光调制器上显示编码-变换器图形即可用作编码-变换屏。编码-变换器图形包括编码全息透镜(图形)、编码光栅与傅里叶变换全息透镜(图形)等，其中编码全息透镜即相当于传统立体电视中所用的编码透镜-双凸透镜或集成微透镜。用图形发生器在液晶电视空间光调制器上显示解码-滤波器图形即可用作解码-滤波屏。解码-滤波器图形包括解码全息透镜(图形)、解码光栅与滤波器(图形)等，其中解码全息透镜即相当于传统立体电视中所用的解码透镜-双凸透镜或集成微透镜屏。编码全息透镜与解码全息透镜用于三维立体影像的编码成像与屏上解码再现立体显示。编码与解码光栅、傅里叶变换全息透镜与滤波器(图形)则用于对三维立体影像直接进行图像处理与屏上演示。用图形发生器在液晶电视空间光调制器上显示成像全息透镜(图形)，即可从光学微列阵所成综合三维实像上取像进行二次成像摄影。液晶电视空间光调制器上所显示的编码与解码全息透镜(图形)都按多焦距多通道全息透镜设计，即可对立体影像变焦取像进行内变焦摄影二次成像编码-解码再现立体显示。用液晶电视空间光调制器上显示的多焦距多通道成像全息透镜从光学微列阵所综合成的三维实像上变焦取像进行二次成像，同样也是内变焦摄影。
由于全息透镜只有对制作时所用波长的光才有最大的衍射效率和最好的使用效果，编码和解码全息透镜以及成像全息透镜(图形)要用三原色光波长的光分别设计制作和使用。相应地，对光学微列阵所形成的综合三维实像等也要进行三原色分光处理。这样，对立体影像的编码-变换和解码-滤波的整个过程都对三原色影像分别交替进行，并以一定频率交替显示，在视觉滞留中合成真彩色三维立体影像。对全息立体成像，则要用三原色激光源以一定角度照射全息影片产生三原色立体影像，再进行编码-解码立体放映与显示。
这样，三原色分光器或三原色激光源和编码-变换屏与解码-滤波屏便构成了本发明的几种成像与放映装置的主体，并形成了两个光路编码-变换光路和解码-滤波光路。在编码-变换光路上用编码-变换屏对光学微列阵所形成的综合三维实像或全息立体成像、待处理立体影像进行编码-变换，在显示屏上形成编码-变换像。在解码-滤波光路上将解码-滤波器图形传送到显示屏上，对编码-变换像解码-滤波再现三维立体影像或图像处理结果。
液晶电视空间光调制器的不同使用、不同配置与组合调制方式，不同输出与记录方式，不同的放映与显示方法，便构成了不同的立体成像装置及相应的放映装置与显示装置以及内变焦摄影装置，详见下表。
本发明的立体成像、放映与显示装置、摄影装置及其使用、关系与用途表
1.空间调制立体成像装置用光学微列阵、三原色分光器、编码-变换屏构成编码-变换光路，对光学微列阵所成综合三维实像或待处理立体影像进行编码-变换，形成编码-变换像；白光源、三原色分光器、解码-滤波屏构成解码-滤波光路，投影出解码-滤波器图形，编码-变换像与解码-滤波器图形同时横向并排或竖向间隔投影记录到胶片上，实现空间调制。此胶片即可供放映装置放映立体电影或进一步进行图像处理。用此装置代替电影摄影机中的光学成像部分配置到电影摄影机中，即可配置成立体电影摄影机，如常拍摄立体电影。2.空间调制立体放映装置编码-变换光路和解码-滤波光路均由白光源和成像透镜构成，分别对应空间调制立体成像装置所拍摄胶片上横向并排记录的编码-变换像与解码-滤波器图形，胶片位于白光源与成像透镜中间。放映时，解码-滤波器图形再经反射镜和半反射镜转折光路，与编码-变换像重合并以拍摄时相同的帧频再用一成像透镜同时投影到普通电影所用白色银幕上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体影像图像处理结果。将此装置配置到电影放映机上即可配置成立体电影放映机。3.时间调制立体放映装置用白光源和成像透镜构成放映光路，将位于其间的用空间调制立体成像装置拍摄的胶片上竖排间隔记录的编码-变换像和解码-滤波器图形以拍摄时相同的帧频-相继放映到光纤传像显示装置的取像端面上或普通电影白色银幕上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。将此装置配置到电影放映机上即可配置成立体电影放映机。4.时间调制实时立体显示装置用编码-变换屏将光学微列阵所成并经三原色分光器分光或全息影片用三原色激光相干再现的三原色三维立体影像进行编码-变换，并将编码-变换像投影到光纤传像显示装置的取像端面或白色银幕上。与此同时，白光源经三原色分光器分光将解码-滤波屏上的解码-滤波器图形经转折光路与编码-变换像重合，时间间隔地也投影到光纤传像显示装置的取像端面或白色银幕上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。用此装置即可对全息影片的立体成像进行时间调制的实时立体显示，或对其它立体影像进行时间调制的实时立体显示(用于立体监视)或图像处理与立体演示。5.时间调制立体摄映装置在空间调制立体成像装置的基础上，在记录胶片与编码-变换屏间配置一个可折迭反射镜，在胶片背后配置一个可遮盖放映用白光源，即成为时间调制立体摄映装置。拍摄时，反射镜折迭起来，放映用白光源盖住，均不起作用，即可拍摄编码-变换像与解码-滤波器图形。放映时，放下反射镜，打开放映用白光源，即可将冲洗后胶片上竖排间隔记录的编码-变换像与解码-滤波器图形时间间隔地以拍摄时的相同帧频经反射镜投影到位于反射镜折迭位置背后的光纤传像显示装置的取像端面上，在其显示屏上解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。用此装置即可配置成时间调制立体电影摄映机。6.发生调制立体成像装置由光学微列阵、三原色分光器与编码-变换屏组成编码-变换光路，用胶片记录由编码-变换屏得到的编码-变换像，以供发生调制立体放映装置放映。而在放映时，随编码-变换像一起，再将解码-滤波器图形用图形发生器直接馈送扫描到显示屏上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。用此装置即可配置成立体电影摄影机。7.发生调制立体放映装置用白光源和成像透镜构成放映光路，将位于其间的用发生调制立体成像装置拍摄的胶片上记录的编码-变换像以拍摄时相同的帧频投影到带扫描的光纤传像显示装置的取像端面上，传送到其显示屏上。同时，用图形发生器将解码滤波器图形直接馈送扫描到显示屏上，对编码-变换像进行解码-滤波，再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。将此装置配置到电影放映机上即成为立体电影放映机。8.发生调制实时立体显示装置(包括立体电视成像装置)用编码-变换屏将光学微列阵所摄入并三原色分光器分光或全息影片经三原色激光相干再现的三原色三维立体影像进行编码-变换，并将其编码-变换像投影到带扫描的光纤传像显示装置的取像端面或摄录机的CCD扫描面阵上。与此同时，用图形发生器将解码-滤波器图形直接馈送扫描到光纤传像显示装置或电视机的显示屏上，对编码-变换像进行解码-滤波，再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。用此装置即可对全息影片立体成像进行发生调制的实时立体显示，或对其它立体影像进行发生调制实时立体显示(用于立体监视)或图像处理与立体演示。也可将编码-变换像与解码-滤波器图形的视频信号同时如常记录到摄录机的磁带上或播发出去，用普通彩色电视机收看立体电视。用此装置代替电视摄录机中的光学成像部分配置到电视摄录机中，便是立体电视成像装置，即可如常拍摄立体电视。9.发生调制立体摄映装置在发生调制立体成像装置基础上，在记录胶片与编码-变换屏间配置一个折迭的反射镜，在胶片背后配置一个可遮盖放映白光源，同时配置图形发生器，即成为发生调制立体摄映装置。摄制编码-变换像时，反射镜在折迭位置，放映白光源被遮盖，均不起作用。放下反射镜，打开放映白光源，即可将胶片上记录的编码-变换像以拍摄时的相同帧频经反射镜投影到位于反射镜折迭位置背后的带扫描的光纤传像显示装置的取像端面上，传送到其显示屏上。与此同时，用图形发生器将解码-滤波器图形直接馈送扫描到光纤传像显示装置的显示屏上，对编码-变换像进行解码-滤波，再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。用此装置即可配置成发生调制立体电影摄映机。10.内变焦摄影装置在液晶电视空间光调制器上用图形发生器选择或连续显示多焦距多通道的成像全息透镜图形，从成像透镜摄入并通过三原色分光器分光的三原色三维立体影像的不同焦距截面上取像进行多通道不同衍射方向的二次成像并投影到彩色感光胶片上，即可进行内变焦摄影。由于三原色分光器使三原色影像以一定频率交替通过相应三原色的成像全息透镜，便将三原色成像交替投影到彩色胶片上，每一幅画面，都要经过三原色成像三次曝光才能在彩色感光胶片上得到所摄影像的全色负像，经洗印得到真彩色照片。因此，总的曝光时间要将三原色三次曝光时间合起来计算。这种内变焦摄影使用具有无限景深的摄影成像透镜，包括光学微列阵。用此装置可以配置成各种型式的内变焦照像机和内变焦电影摄影机。
本发明由于采用了在显示屏幕上形成的解码-滤波器图形对编码-变换像进行解码-滤波再现三维立体影像，完全沿用习惯的普通拍摄方法和传送方式，不需配戴专用眼镜，也不需在显示屏前配置任何附加装置就可以观看立体电影和立体电视，还可以进行立体监视。特别是用本发明配置的立体电影拍摄、放映与显示装置，可以把立体电影真正普及到家庭。由于高分辨率的光纤传像显示装置的采用，这种立体电影的分辨率要高出普通电视屏幕分辨率的几倍。用空间调制和时间调制立体放映装置实现的立体电影在电影院放映时，不需要特殊银幕，只用普通电影的白色银幕，容易普及。这都会大大促进电影事业的发展，并用立体电影取代平面电影。时间调制与发生调制立体摄映装置将使自己拍摄立体电影与在家中放映立体电影成为一种新的时尚和娱乐方式。立体电视更是不需要对电视机和电视播放系统作任何变动，只需使用配置了本发明的电视摄录机拍摄，就可以全面实现立体电视并取代平面电视。立体监视也可以大大提高监视效果，特别是用于内窥镜的立体监视。对全息立体成像进行编码-变换与屏上解码-滤波再现三维立体影像，能像看电视一样观赏全息电影，使全息电影实用化。对三维立体影像进行编码-变换与解码-滤波，便可直接对三维立体影像进行图像处理并在显示屏上演示处理过程与结果，便捷直观。由于使用多焦距多通道全息透镜，本发明中的立体成像都是内变焦的，使用方便。内变焦摄影装置更具有体积小、重量轻的优点。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的描述。
图1 现有立体电视示意与原理框图。
图2 本发明立体成像与显示的共同构思示意图(以用光学微列阵摄影为例)。
图3 空间调制立体成像装置结构原理示意图。
图4 空间调制立体放映装置结构原理示意图。
图5 时间调制立体放映装置结构原理示意图。
图6 时间调制实时立体显示装置结构原理示意图。
图7 时间调制立体摄映装置结构原理示意图。
图8 发生调制立体成像装置结构原理示意图。
图9 发生调制立体放映装置结构原理示意图。
图10 发生调制实时立体显示装置(包括立体电视成像装置)结构原理示意图。
图11 发生调制立体摄映装置结构原理示意图。
图12 内变焦摄影装置结构原理示意图。
图13 光学微列阵示意图。
图14 折射型与反射型光学微列阵物像位置关系与配置示意图。
图15 三原色分光器示意图。
图16 全息透镜焦距和衍射方向变化示意图。
图17 液晶电视空间光调制器使用示意图。
图18 定焦与变焦取景器配置示意图(以空间调制立体成像装置为例)。
图19 立体成像与显示工作原理框图(以用光学微列阵摄影为例)。
图1是现有立体电视示意与原理框图。光学微列阵(2)自物点(1)摄取三维立体景物将其综合三维实像成像于编码透镜(3)上，编码透镜(3)对综合三维实像进行编码，并用成像透镜(4)将编码像投影到扫描面阵CCD(5)上，传送到电视机的显示屏(6)上显示编码像，再经解码透镜屏(7)进行解码从而再现三维立体影像。
图2是本发明立体成像与显示的共同构思示意图(以用光学微列阵摄影为例)。为克服现有立体电视要用显示屏前解码透镜屏才能观看三维立体影像的缺点，本发明用解码-滤波屏将解码-滤波器图形传送到显示屏上(而不是放到显示屏前)，在显示屏上对编码-变换像解码-滤波，从而再现三维立体影像。编码透镜也用编码-变换屏上显示的编码-变换器图形代替，并为编码-变换屏和解码-滤波屏分别配置了三原色分光器进行三原色分光处理，使整个过程都分别以三原色光以一定频率交替进行，最后合成真彩色三维立体影像。用编码-变换屏对综合三维实像进行编码-变换并在显示屏上显示编码-变换像，再用解码-滤波屏上显示的解码-滤波器图形传送到显示屏上对编码-变换像解码-滤波再现三维立体影像。由此共同构思便可以设计出多种立体成像与放映装置来。
图3是空间调制立体成像装置结构原理示意图。在成像腔(8)的前部，光学微列阵(9)、三原色分光器(10)和编码-变换屏(11)依次排列准直形成编码-变换光路；成像腔(8)的中部下方小室(13)中的白光源(14)、三原色分光器(15)和解码-滤波屏(16)依次排列准直形成解码-滤波光路。三原色分光器(10)和(15)由驱动器(17)驱动，对光学微列阵(9)形成的综合三维实像和白光源(14)进行三原色分光。编码-变换屏(11)和解码-滤波屏(16)则由图形发生器(18)驱动，分别在各自的显示屏上产生编码-变换器(图形)和解码-滤波器(图形)。编码-变换光路上的编码-变换器(图形)对综合三维实像进行编码-变换，并以一定频率将编码-变换像投影记录到以一定速度运动的胶片(12)上；解码-滤波光路上的解码-滤波器(图形)则以相同频率同时投影记录到胶片(12)上，实现编码-变换像与解码-滤波器(图形)的空间调制记录。使胶片(12)运动方向不同，便可有并排和竖排间隔交替两种记录方式(a和b)。整个成像腔(8)的前部、后部及中部下方的小室(13)都分别密闭隔光，只允许光学微列阵(9)和编码-变换屏(11)和解码-滤波屏(16)通过光路。
图4是空间调制立体放映装置结构原理示意图。前腔(19)中底部有二个白光源(21)、(22)，后腔(20)中有二个成像透镜(24)、(25)，放映成像透镜(26)和反射镜(28)、半反射镜(29)。空间调制立体成像装置所拍胶片(23)位于前腔(19)与后腔(20)之间。白光源(21)、成像透镜(24)和放映成像透镜(26)依次排列准直光路将胶片(23)上的编码-变换像投影到白色银幕(27)上。另一白光源(22)、成像透镜(25)依次排列准直光路，将胶片(23)上并排记录的解码-滤波器图形经反射镜(28)半反射镜(29)和放映成像透镜(26)也同时投影成像到白色银幕(27)上，解码再现三维立体影像或立体图像处理结果。前腔(19)、后腔(20)及其间都要密闭隔光，只允许成像透镜(24)、(25)及放映成像透镜(26)通过光路。胶片放映速度必须与拍摄时的速度相同。
图5是时间调制立体放映装置结构原理示意图。前腔(30)中的白光源(31)和成像透镜(32)准直光路将空间调制立体成像装置所记录的胶片(33)上的竖排间隔交替的编码-变换像和解码-滤波器(图形)以拍摄时相同的帧频连续投影到后腔(34)中的光纤传像显示装置(35)的取像端面(36)上，即可在其显示屏上解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果(图5中的a)。也可以放映到白色银幕(37)上，解码-滤波再现三维立体影像(图10中的b)。前腔(30)、后腔(34)及其间都要密闭隔光，只允许中间成像透镜(32)通过光路。
图6是时间调制实时立体显示装置结构原理示意图。(a)为全息立体成像例，(b)为光学微列阵成像例。成像腔(38)前部有全息影片(39-a)或光学微列阵(39-b)、三原色激光源(40-a)或三原色分光器(40-b)、编码-变换屏(41)依次排列准直成编码-变换光路。中部下方小室(42)中的白光源(43)、三原色分光器(44)和解码-滤波屏(45)依次排列准直成解码-滤波光路。三原色分光器(40-b)和(44)由驱动器(46)驱动，编码-变换屏(41)和解码-滤波屏(45)则由图形发生器(47)驱动，分别在其各自的屏上产生编码-变换器(图形)和解码-滤波器(图形)。在编码-变换光路上，编码-变换器(图形)对全息立体成像或光学微列阵所成综合三维实像进行编码-变换，并将编码-变换像投影到取像端面(49)或白色银幕(50)上。解码-滤波光路上的解码-滤波器(图形)经反射镜(51)和半反射镜(52)转折光路与编码-变换像时间间隔交替地重合投影到取像端面(49)或白色银幕(50)上，在光纤传像显示装置(48)的显示屏或白色银幕(50)上时间调制实时地解码-滤波再现三维立体影像，或演示立体图像处理结果。整个成像腔(38)的前部、后部及中部下方小室(49)都分别密闭隔光，只允许全息影片或光学微列阵(39)、三原色分光器(40-b)、(44)和编码-变换屏(41)、解码-滤波屏(45)通过光路。
图7是时间调制立体摄映装置结构原理示意图。成像腔(53)前部的光学微列阵(54)、三原色分光器(55)、编码-变换屏(56)依次排列准直成编码-变换光路。在成像面(57)的上方有一可折迭反射镜(58)，光纤传像显示装置(59)的取像端面(60)置于其后。成像面(57)背后则有可遮盖放映用白光源(61)。中部下方小室(62)中的白光源(63)、三原色分光器(64)和解码-滤波屏(65)依次排列准直成解码-滤波光路。三原色分光器(55)和(64)由驱动器(66)驱动。编码-变换屏(56)和解码-滤波屏(65)由图形发生器(67)驱动，分别显示编码-变换器(图形)和解码-滤波器(图形)。在编码-变换光路上，编码-变换屏(56)对光学微列阵(54)所成综合三维实像进行编码-变换，并将编码-变换像投影到成像面(57)上。与此同时，在解码-滤波光路上，解码-滤波屏则将解码-滤波器(图形)投影到成像面(68)上。以一定速度移动的胶片(69)上则以一定帧频交替记录编码-变换像和解码-滤波器图形。放映时，将折迭反射镜(58)放下，打开白光源(61)，即可将洗印好的胶片(69)上的编码-变换像与解码-滤波器图形以拍摄时相同的帧频交替投影到取像端面(60)上，在相应显示屏上解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。整个成像腔(53)的前部、后部和中部下方小室(62)都要分别密闭隔光，只允许光学微列阵(54)、编码-变换屏(56)和解码-滤波屏(65)通过光路。
图8是发生调制立体成像装置结构原理示意图。成像腔(70)前部装有光学微列阵(71)，中部有三原色分光器(72)，编码-变换屏(73)，依次排列准直形成编码-变换光路。三原色分光器(72)由驱动器(74)驱动，对光学微列阵(71)所形成的综合三维实像进行三原色分光。编码-变换屏(73)由图形发生器(75)驱动，在其屏上产生编码-变换器图形(图形)。编码-变换器(图形)对光学微列阵(71)所成综合三维实像进行编码-变换并将编码-变换像投影到成像面(76)上，用以一定速度移动的胶片(77)记录下来。成像腔(70)密闭隔光，前部光学微列阵(71)可摄入光线，中间间隔只允许编码-变换屏(73)通过光路。
图9是发生调制立体放映装置结构原理示意图。前腔(78)中的白光源(79)和成像透镜(80)准直光路将发生调制立体成像装置所拍胶片(81)上所记录的编码-变换像以拍摄时相同的帧频连续投影到后腔(82)中的带扫描显示的光纤传像显示装置(83)的取像端面(84)上，再传送到其显示屏上。与此同时，图形发生器(87)将解码-滤波器(图形)也馈送到同一个显示屏上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。整个前腔(78)和后腔(82)都要封闭隔光，只允许成像透镜(80)通过光路。
图10是发生调制实时立体显示装置(包括立体电视成像装置)结构原理示意图。(a)为全息立体成像例，(b)为光学微例阵成像例。成像腔(86)前部的全息影片(87-a)或光学微列阵(87-b)，三原色激光源(88-a)或三原色分光器(88-b)，编码-变换屏(89)依次排列准直成编码-变换光路。三原色分光器(88-b)由驱动器(90)驱动，编码-变换屏(89)由图形发生器(91)驱动，显示编码-变换器图形。在编码-变换光路中，编码-变换屏(89)对全息影片(87-a)的全息立体成像或光学微列阵(87-b)所得综合三维实像进行编码-变换，将编码-变换像投影到成像面(92)上，经带扫描显示的光纤传像显示装置(93-a)或显示屏(93-b)的取像端面(94-a)或电视摄录机的CCD扫描面阵(94-b)传送到相应显示屏幕上。与此同时，图形发生器(91)将解码-滤波器图形直接馈送到同一个显示屏上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。整个成像腔(86)的前部、后部都要分别密闭隔光，只允许光学微列阵(87-b)和编码-变换屏(89)通过光路。
图11是发生调制立体摄映装置结构原理示意图。成像腔(95)前部的光学微列阵(96)、三原色分光器(97)和编码-变换屏(98)构成编码-变换光路。在成像面(99)的上方有一折迭反射镜(100)，其背后有带扫描显示的光纤传像显示装置(101)的取像端面(102)。成像面(99)的背后有放映用的白光源(103)。三原色分光器(97)由驱动器(104)驱动。编码-变换屏(98)由图形发生器(105)驱动，显示编码-变换器图形。拍摄时，光学微列阵(96)所得综合三维实像被编码-变换屏(98)编码变换，并将编码-变换像投影到成像面(99)上，用以一定速度移动的胶片(106)记录下来。放映时，放下反射镜(100)，打开白光源(103)，将经过冲洗的胶片(106)上记录的编码-变换像以拍摄时相同的帧频经反射镜(100)反射投影到取像端面(102)，再传送到光纤传像显示装置(101)的显示屏上。与此同时，图形发生器(105)将解码-滤波器(图形)也馈送到同一个显示屏上，解码-滤波再现三维立体影像或立体图像处理结果。整个成像腔(95)的前部和后部都要分别密闭隔光，只允许光学微列阵(96)和编码-变换屏(98)通过光路。
图12是内变焦摄影装置结构原理示意图。成像腔(107)前部装有成像透镜(108)，中部有三原色分光器(109)和液晶电视空间光调制器(110)，在后部成像面(111)上装胶片(112)，底部有驱动器(113)和图形发生器(114)。摄影时，驱动器(113)驱动三原色分光器(109)将成像透镜(108)所得三维立体影像进行三原色分光。图形发生器(114)驱动液晶电视空间光调制器(110)显示三原色相应的多焦距多通道成像全息透镜图形，并控制选择和转换不同焦距和不同衍射方向，在成像面(111)上成像，用胶片(112)记录下来，实现内变焦摄影。这样得到的不仅是不同焦距处的画面，还可以随衍射方向的变化而改变所摄取的画面(而不需转动摄影装置)。实际摄影的光圈和快门大小的控制则通过液晶电视空间光调制器(110)由图形发生器(114)控制显示成像全息透镜图形的面积和时间来实现。整个成像腔(107)要密闭隔光，只允许摄影成像透镜(108)摄入影像。测光器(115)和取景器(116)等均可如常设计配置。
图13是光学微列阵示意图。
图13-1是折射型光学微列阵，各种折射型光学微列阵均由很多微透镜以一定方式排列构成，其作用是由各微透镜所成的单元像综合成三维实象。折射型光学微列阵的微透镜均用优质光学玻璃材料制成。折射型光学微列阵可选用以下几种大曲率半径球形表面微列阵，如图13-1(a)所示，由自聚焦锥形柱微透镜(117)构成。
平面表面微列阵，如图13-1(b)所示，由自聚焦园柱微透镜(118)构成。
准直透射屏微列阵，如图13-1(c)所示，其表面形状见图13-1(c-1)，由准直微透镜(119)构成，其构造如图13-1(c-2)所示，每个准直微透镜(119)都由一对微透镜筒通过焦面(120)准直构成，微透镜筒则由微透镜片(121)和园筒(122)构成。
平板微列阵，如图13-1(d)所示，其上布满微透镜(123)，是在有机玻璃平板上经光刻和浇铸有机玻璃制成的。
光纤微列阵，如图13-1(e)所示，由自聚焦光学纤维(124)成束制成。
网格微列阵，如图13-1(f-1)所示，其构造见图13-1(f-2)，用半园截面的光纤或玻璃细园柱(127)、(128)以其弧面相对接触正交构成网格(125)，两外侧再用基片(126)、(129)封住。在网格的交点上形成的微透镜如图13-1(f-3)所示。
图13-2是反射型光学微列阵。直刻槽微列阵如图13-2(a)所示，由基片(130)上刻制直角反射槽(131)形成。猫眼微列阵，如图13-2(b)所示，由很多折反微透镜(132)构成。(133)是反射面，(134)是折射面，形成折反微透镜(132)。
图14是折射型与反射型光学微列阵物像位置关系与配置示意图。图14(a)为折射型光学微列阵，折射型光学微列阵(135)将三维景像(136)综合成像到(137)位置。三原色分光器(138)、编码-变换屏(139)与光学微列阵(135)平行配置。图14(b)为反射型光学微列阵，反射型光学微列阵(140)通过半反射镜(141)将三维景像(142)综合成像到(143)位置。三原色分光器(144)、编码-变换屏(145)与光学微列阵(140)垂直配置。对此不同的物像位置关系，选用时要设计不同的光路和相应的装置结构(前述实施例都是以选用折射型光学微列阵为例进行说明的)。
图15是三原色分光器示意图。三原色分光器有两种形式，分别为窗口型(图15(a))和散布型(图15(b))。它们都用液晶屏制成，基本结构如图15(c)所示，液晶层(146)被夹在透明的公共电极(147)和图形电极(148)之间，图形电极(148)外面是滤色层(149)，最外层是玻璃基片(150)和(151)。图形电极(148)上透明电极形状及分布与滤色层中滤色膜形状及分布一致。
窗口型三原色分光器 液晶屏上的每一个透光窗口对准配合使用的光学微列阵的每个微透镜。透光窗口分布有二种形式，分别如图15(a)和图15(d)所示，依配合使用的光学微列阵中微透镜的排列而定。液晶屏上的透光窗口为园形，由透明图形电极及相对的滤色膜形成。三原色滤色膜的分布为红、绿、兰色以固定顺序均匀间隔排列。同样颜色的滤色膜所对透明图形电极相连成组同时导通。三原色滤色膜各自所对的透明图形电极组以一定频率交替导通，便可使三原色光以一定频率交替透过三原色分光器。其特点是不同颜色的三原色光分别通过相对的不同的微透镜，但能综合成相同的三维实像。
散布型三原色分光器三原色滤色膜与相对的透明图形电极均为小正方型，以固定顺序间隔排列均匀分布，排列方式有二种，如图15(e)、(f)所示。相同颜色的滤色膜所对透明图形电极相连成组，同时导通。三原色滤色膜各自所对的透明图形电极组以一定频率交替导通，便可使三原色光以一定频率交替透过三原色分光器。
三原色分光器由驱动器驱动，控制导通时间及其间隔频率，要与液晶电视空间光调制器同步。
图16是全息透镜焦距和衍射方向变化示意图。图16(a)为固定焦距全息透镜示意图，图形发生器(152)驱动位于点(153)的液晶电视空间光调制器显示出固定焦距的全息透镜(图形)(154)(分为三原色R、G、B的)，将位于固定焦距为f1的前焦点(155)处的前焦面(156)上的综合三维实像变换到位于固定后焦距为f2的后焦点(157)处的后焦面(158)上成像。图16(b)为多焦距全息透镜示意图，多焦距全息透镜(图形)(159)用多个前焦距(f1、f2、f3、f4…)和固定后焦距(f0)进行设计。图形发生器(160)驱动位于(161)点的液晶电视空间光调制器显示的多焦距全息透镜(图形)(159)(分为三原色R、G、B的)将分别有前焦距f1、f2、f3、f4…的前焦点(162)、(163)、(164)、(165)…处的前焦面(166)、(167)、(168)、(169)…上的综合三维实像的不同截面影像变换到固定后焦距f0的后焦点(170)处的后焦面(171)上成像，实现变焦。上述过程用图形发生器(160)控制选择或连续进行。图16(c)为多焦距多通道全息透镜示意图。多焦距多通道全息透镜(图形)(172)用多个前焦距(f1、f2、f3、f4…)和固定后焦距(f0)多衍射方向进行设计。图形发生器(173)驱动位于(174)点的液晶电视空间光调制器显示多焦距多通道全息透镜(图形)(172)(分为三原色R、G、B的)将分别有前焦距f1、f2、f3、f4…的前焦点(175)、(176)、(177)、(178)…处的前焦面(179)、(180)、(181)、(182)…上的三维立体影像的不同截面影像以不同的衍射方向变换到有固定后焦距f0的后焦点(183)处的后焦面(184)上的不同点(185)、(186)、(187)、(188)…处成像(189)、(190)、(191)、(192)…，实现同轴和离轴多通道变焦，在实现变焦的同时，不需移动摄影装置即可改变选择需要的画面。上述过程亦用图形发生器(173)控制选择或连续进行。
图17是液晶电视空间光调制器使用示意图。用作编码-变换屏(193)和解码-滤波屏(194)的以及变焦摄影用的液晶电视空间光调制器均为普通黑白液晶电视扫描显示屏。图形发生器(195)将存储的编码-变换器图形的编码数据输给黑白液晶电视扫描显示屏的帧存储器，由帧存储器转换成视频信号馈送到黑白液晶电视扫描显示屏上实时地产生这些编码-变换器图形而成为编码-变换屏(193)。全息立体成像或综合三维实像通过这个黑白液晶电视扫描显示屏时，就被其上显示的编码-变换器图形编码-变换成为编码-变换像。用图形发生器(195)将解码-滤波器图形的视频信号馈送到液晶电视空间光调制器上实时地产生这些解码-滤波器图形，则成为解码-滤波屏(194)。光线通过这个黑白液晶电视扫描显示屏时，就将如上解码-滤波器图形传送出去。因为这些图形因光波长而异，每一组图形都用三原色光分别设计，分别形成三原色光专用的编码-变换器图形，如图17中的R(红)、G(绿)、B(兰)所示。三原色光的编码-变换器图形以一定频率交替显示，以对三原色光的全息立体成像或综合三维实像进行编码-变换，并在用三原色光的解码-滤波器图形解码-滤波后再次合成真彩色三维立体影像或演示立体图像处理结果。用于内变焦摄影时，则是用图形发生器在其黑白液晶电视扫描显示屏上实时产生多焦距多通道成像全息透镜图形。
编码-变换屏和解码-滤波屏上显示的编码-变换器(图形)(193)和解码-滤波器(图形)(194)可以用图形发生器(195)驱动控制而连续变化显示。同时，还可以用图形发生器控制所显示的图形的面积和显示时间，以改变相对孔径，控制摄影或显示光圈和曝光时间(用作快门)。
图18是定焦与变焦取景器配置示意图(以空间调制立体成像装置为例)。定焦适用的取景器配置如图18(a)所示，在光学微列阵(196)与三原色分光器(197)之间，用半反射镜(198)和反射镜(199)将综合三维实像反射到成像透镜(200)上取景。反射镜(199)和成像透镜(200)装在取景器(201)中。变焦适用的取景器配置如图18(b)所示，在编码-变换屏(202)和记录胶片(203)间，半反射镜(204)将编码-变换像反射到扫描面阵CCD(205)上，在彩色液晶扫描显示屏(206)上显示出来，图形发生器(207)同时将解码-滤波器图形也馈送到彩色液晶扫描显示屏(206)上，解码-滤波再现三维立体影像进行取景。彩色液晶扫描显示屏(206)便构成了取景器(208)。
图19是立体成像与显示工作原理框图(以用光学微列阵摄影为例)。三维立体景物被光学微列阵摄入，经三原色分光器分光形成三原色交替的综合三维实像，此综合三维实像经编码-变换屏编码-变换成编码-变换像，经记录、放映或直接馈送到显示屏幕上显示。与此同时，白光源经三原色分光器分光将解码-滤波屏上显示的各原色适用的解码-滤波器图形经记录、放映或直接也传送到显示屏幕上显示，并在显示屏幕上对编码-变换像进行解码-滤波再现并合成真彩色三维立体影像，或演示立体图像处理结果。
两个三原色分光器均由驱动器驱动；编码-变换屏和解码-滤波屏均由图形发生器驱动液晶电视空间光调制器形成。此外，图形发生器还向变焦取景器中的彩色液晶扫描显示屏馈送解码-滤波器图形，对同时投影到取景器中的扫描面阵CCD上并在其彩色液晶扫描显示屏上显示出来的编码-变换像进行解码-滤波，再现三维立体影像或演示立体图像处理结果，以供取景。驱动器和三原色分光器所需脉冲均由脉冲发生器提供，并保证相关动作全部准确地按要求同步匹配进行，以确保正确实现全部功能。
权利要求
1.空间调制立体成像装置，成像腔(8)中光学微列阵(9)、三原色分光器(10)、编码-变换屏(11)依次排列准直构成编码-变换光路，将编码-变换像投影记录到胶片(12)上，中部下方小室(13)中的白光源(14)、三原色分光器(15)、解码-滤波屏(16)依次排列准直构成解码-滤波光路，将解码-滤波器图形也投影记录到胶片(12)上，编码-变换屏(11)与解码-滤波屏(16)由图形发生器(18)驱动，三原色分光器(10)、(15)由驱动器(17)驱动，其特征在于，编码-变换像与解码-滤波器图形分别同时记录到胶片(12)上。
2.空间调制立体放映装置，前腔(19)中装有两个白光源(21)、(22)，后腔(20)中有两个成像透镜(24)、(25)，反射镜(28)和半反射镜(29)与放映成像透镜(26)，前腔(19)与后腔(20)中间为空间调制立体成像装置所拍胶片(23)的位置，白光源(21)、成像透镜(24)与放映成像透镜(26)准直光路将胶片(23)上的编码-变换像投影到相应的显示屏幕上，白光源(21)、成像透镜(25)与反射镜(28)、半反射镜(29)和放映成像透镜(26)转折准直光路将胶片(23)上与编码-变换像并排记录的解码-滤波器图形也投影到相应显示屏幕上，其特征在于，使编码-变换像与解码-滤波器图形同时投影在同一个屏幕上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。
3.时间调制立体放映装置，前腔(30)中白光源(31)和成像透镜(32)准直构成放映光路，其特征在于，将空间调制立体成像装置所拍胶片(33)上竖排间隔交替记录的编码-变换像和解码-滤波器图形以拍摄时相同帧频间隔交替投影传送到相应显示屏幕上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。
4.时间调制实时立体显示装置，成像腔(38)中的全息影片(39-a)或光学微列阵(39-b)、三原色激光源(40-a)或三原色分光器(40-b)、编码-变换屏(41)依次排列准直构成编码-变换光路，将全息立体成像或综合三维实像成编码-变换像投影传送到相应屏幕上，中部下方小室(42)中白光源(43)、三原色分光器(44)和解码-滤波屏(45)与反射镜(51)和半反射镜(52)依次排列转折准直构成解码-滤波光路，将解码-滤波器图形也投影传送到同一显示屏幕上，编码变换屏(41)和解码-滤波屏(45)由图形发生器(47)驱动，三原色分光器(40)、(44)出驱动器(46)驱动，其特征在于，编码-变换像与解码-滤波器图形以一定时间间隔交替投影传送到相应显示屏幕上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。
5.时间调制立体摄映装置，成像腔(53)中光学微列阵(54)、三原色分光器(55)、编码-变换屏(56)依次排列准直构成编码-变换光路，在成像面(57)上方有折迭反射镜(58)，背后有白光源(61)，中部下方小室(62)中白光源(63)、三原色分光器(64)与解码-滤波屏(65)依次排列准直构成解码-滤波光路，三原色分光器(55)、(56)由驱动器(66)驱动，编码-变换屏(56)与解码-滤波屏(65)由图形发生器(67)驱动，其特征在于，拍摄时用以一定速度移动的胶片(69)在成像面(57)和(58)上分别同时记录编码-变换像与解码-滤波器图形，放映时白光源(61)以拍摄时相同的帧频将胶片(69)上间隔记录的编码-变换像与解码-滤波器图形交替经放下的反射镜(58)投影传送到相应显示屏上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。
6.发生调制立体成像装置，成像腔(70)中光学微列阵(71)、三原色分光器(72)、编码-变换屏(73)依次排列准直构成编码-变换光路，将综合三维实像编码-变换成编码-变换像投影到成像面(76)上，三原色分光器(72)由驱动器(74)驱动，编码-变换屏(73)由图形发生器(75)驱动，其特征在于，用以一定速度移动的胶片(77)将编码-变换像记录下来。
7.发生调制立体放映装置，前腔(78)中有白光源(79)和成像透镜(80)准直构成放映光路，同时配置图形发生器(85)，其特征在于，在放映光路中将发生调制立体成像装置所拍胶片(81)所记录的编码-变换像以拍摄时相同的帧频投影传送到相应显示屏上去的同时，图形发生器(85)将相应的解码-滤波器图形直接馈送到这个显示屏上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。
8.发生调制实时立体显示装置，成像腔(86)中前部的全息影片(87-a)或光学微列阵(87-b)与三原色激光源(88-a)或三原色分光器(88-b)、编码-变换屏(89)依次排列准直构成编码-变换光路，三原色分光器(88-b)由驱动器(90)驱动，编码-变换屏由图形发生器(91)驱动，其特征在于，在编码-变换光路将编码-变换像投影传送到相应显示屏幕上的同时，图形发生器(91)直接将解码-滤波器图形也馈送到这个显示屏上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。
9.发生调制立体摄映装置，成像腔(95)中光学微列阵(96)、三原色分光器(97)和编码-变换屏(98)依次排列准直构成编码-变换光路，成像面(99)上方有折迭反射镜(100)，背后有白光源(103)，三原色分光器(97)由驱动器(104)驱动，编码-变换屏(98)由图形发生器(105)驱动，其特征在于，拍摄时用胶片(106)在成像面(99)上记录编码-变换像，放映时，白光源(103)以拍摄时相同的帧频将胶片(106)上记录的编码-变换像经放下的反射镜投影传送到相应显示屏幕上，同时图形发生器(105)将解码-滤波器图形直接馈送到这个显示屏上，解码-滤波再现三维立体影像或演示立体图像处理结果。
10.内变焦摄影装置，成像腔(107)中摄影透镜(108)、三原色分光器(109)与液晶电视空间光调制器(110)依次排列准直光路，三原色分光器(109)由驱动器(113)驱动，液晶电视空间光调制器(110)由图形发生器(114)驱动，其特征在于，用图形发生器(114)控制液晶电视空间光调制器(110)上显示的三原色多焦距成像全息透镜(图形)从摄影透镜(108)所成并经三原色分光器(109)分光的三原色三维立体影像上的不同焦距截面处取像二次成像投影到成像面(111)上，用胶片(112)相继记录下来，并合成真彩色影像记录，实现变焦摄影。
全文摘要
本发明属于三维立体影像装置,目的在于用由共同构思设计的一组立体成像、放映、显示装置进行立体景象的拍摄、处理、放映和显示。三原色分光器、编码－变换屏准直构成编码－变换光路,将三维立体影像成编码－变换像输入到显示屏幕上显示;白光源、三原色分光器、解码－滤波屏准直构成解码－滤波光路,将解码－滤波器图形也输入到显示屏幕上,对编码－变换像解码－滤波再现三维立体影像。可用于观赏彩色立体电影、立体电视、全息立体成像,进行立体影像的图像处理、演示以及内变焦摄影。
文档编号H04N13/04GK1264849SQ9912624
公开日2000年8月30日 申请日期1999年12月21日 优先权日1999年6月22日
发明者俞泽辰 申请人:俞泽辰