专利名称：生成物体图像的方法
技术领域：
本发明一般涉及光学器件，特别是涉及产生(以及再现)立体效果和类似效果的方法和系统。
使用这样一种方法，所得到的物体图像的清晰度是有限的，因为只使用了一个屏幕(即后屏幕)面积的二分之一来生成每个所描述的二维图像。此外，该方法易受幻视(反向)映像效应的影响，而这种效应会使所得到的图像衰变(degrade)(失真distort)。
已知另一种生成物体图像的方法是，利用多个特定的二维示图，通过多个前后依次排列的透明屏幕，以光信号的形式发出可视信息，将这些信号直接引向观察者；这样各个屏幕的色散特性就会有所不同(美国专利5,764,317(1998年)(分类类似))。
在这个方法里，所使用的特定二维示图来自该物体的多幅视图，是在离观察者的眼睛不同距离[原文如此(sic)]的位置上得出的，而且以比图像视觉变化的感知极限还要高的某个频率(从它的作用上讲)，相继在一给定屏幕上产生可视信息----其结果，观察者最终感知到的一幅图像，是在离他自己不同距离上排列着的不同屏幕上多幅示图的合成图像。他感知到的是与这个物体的一幅真实的三维示图极为靠近的一幅三维图像。
不过，此方法易受该物体不同视图的某些图像元素可视叠加的影响，而这会降低该感知到了的图像质量。
现有技术中，与按照本申请生成(或再现)物体的图像的方法最接近的一种方法，是以从许多(大量)相互可区分开的区域里形成多个特定的二维示图为根据，并使用前后依次排列的多个透明屏幕，每一个屏幕由许多个(大量的)发光单元组成，通过所述的这些屏幕产生光学信息，这些信息直接从发光单元引向观察者(美国专利5,745,197(1988年)，(分类类似))。
在上述方法里，使用的特定二维示图是该物体若干横断面的外形，是在离观察者眼睛不同距离的各个位置上得到的。观察者把接收到的光学信息感知为三维图像。不过，此法仅仅对一些物体适用，即靠近观察者眼睛的这类物体的横断面轮廓在那些(所有)离观察者眼睛较远的横断面轮廓的内部，所以此方法的实用性有局限。
用按照从许多(大量)相互可区分开的区域组元里形成的至少两幅二维图像来生成(或再现)物体图像的方法，解决了这个问题，要做到这一点就至少需要两个依次排列的屏幕，每一个屏幕均由许多(大量)发光单元组成，至少有一个屏幕要放在离至少一位观察者较近的位置上，而且屏幕是透明的，借此，所述屏幕以光信号的形式把可视信息从特定的发光单元引向至少一位观察者那里；根据本发明，至少两个所述屏幕中的一个产生对应于每幅所述二维图像的部分区域组元(即一些区域组元，无需所有的区域组元)的特定可视信息。
由于所有能传送信息的屏幕发光单元都得到了利用，所以用这种方法使所得图像的质量有了提高。
可以在所述的每一个屏幕上同时产生对应于每幅所述二维图像的部分所述区域组元的所描述的可视信息。本方法的这样一个实施例改进了观察者所感知的图像的再现质量。
作为所述的特定二维示图，可以使用从至少两个观察点分别记录到的该物体轮廓外形的二维示图，此两个观察点之间的距离要与一个人的左右两眼之间的瞳孔距离相对应。本方法的这样一个实施例能提供一幅[本征的]有立体效果的图像。
能使本方法付诸实现的系统包括---至少三个屏幕(A，B，C)，前后依次排列，每一个屏幕由许多个(大量)发光单元组成；---控制所述屏幕的装置，包括能调节屏幕A中发射光线的发光单元的光发射装置，屏幕A放置在离至少一位观察者最远的地方，此外还包括能调节其余屏幕，即屏幕B和屏幕C，透光率的装置；---至少一个存储模块；---至少一个处理器模块；以及
---至少一个控制屏幕发光单元的模块；借此输入如下---一个操作处理器模块的程序；---该物体至少两幅外形的有关特定二维示图信息；---有关所述三个屏幕相互排列位置的信息；以及---有关至少一位观察者的每位左右眼位置相对于屏幕C的信息，该屏幕C最靠近相应的观察者；还有---经过处理器里的程序往存储单元里输入信号，这些信号与屏幕A中发光单元里的光发射、以及屏幕B和C里发光单元的透光率相对应；---对从所有屏幕的发光单元里能传送到至少一位观察者的每位左右眼里的光信号进行测定；---把测定出来的能直接传送到一给定眼睛里的所述光信号，与该物体相应各个外形的一幅特定二维示图，即有关已经输进系统里的示图信息，相对应的区域组元进行比较；---对每一个屏幕的每一个发光单元都确定出一个信号，该信号表示经准确测定出的能直接传送到一给定眼睛里的光信号，与该物体相应各个外形的一幅特定二维示图准确相对应的区域组元之间的差别，该特定二维示图指该给定眼睛应该看到的示图；---把每一个确定的这样的差别信号与一个特定阈信号进行比较，这样比较后·如果此差别信号值高于阈信号值，那么就按照上面提到的已经输入并用来操作处理器的程序，运行一个过程程序以降低这个差值，这样做之后，与由屏幕A里部分发光单元的光发射的特定值，以及与屏幕B和C里部分发光单元的透光率的特定值相对应的上述信号就会发生变化，反复进行这种调节，直到此差别信号值比给定的阈信号低为止，或者一直调节到一个具体的时间间隔用完为止；随后把此信号输进能控制屏幕发光单元的控制器里，此控制器是用来操作所述各屏幕的，能调节屏幕A里相应的发射光的发光单元，并能控制屏幕B和C里相应发光单元的透光率。通过本方法的这个实施例可知，使用当代的计算机技术能够使这里所描述的重复顺序动作付诸实现。
测定观察者的数目以及每个观察者左右眼睛的位置也是可能的，根据所有观察者眼睛的位置，完成上面描述的处理过程，使所描述的本方法得以实现也是有可能的。本方法的这个实施例可以向多个观察者同时提供可视信息，而且每个观察者都会感知到高质量的立体效果。
当初始信号经处理器输入到存储器里后，输入到存储器里的这样一些信号可能包括随机分布的信号，此初始信号与屏幕A中发光单元的光发射的特征值以及屏幕B和C中发光单元的透光率的特征值相对应。本方法的这个实施例允许一开始就加快本方法的运行速度，这样，前面描述的各种操作顺序的重复次数会有所减少。
要使与该物体的至少两幅外形的二维示图有关的上述信息发生变化，通过处理器往存储器里输入的这些信号可能就是那些与屏幕A中发光单元的光发射的特征值、以及屏幕B和C中发光单元的透光率特征值相对应的信号，这样做的目的就是要使上述的信息发生变化；同样，类似噪声的信号也应该加进来，这种信号与屏幕B和C中至少一个屏幕的发光单元的透光率特征值相对应。本方法的这个实施例允许在每一次改变与二维示图有关的所述信息时加快处理过程的速度。
如果要改变至少一位观察者眼睛的位置，那么就要修改有关所述眼睛位置的信息，因为这些信息在进行前面描述的操作步骤时已经输进系统里了。即便观察者改变自己眼睛的位置，本方法的这个实施例仍能在这位观察者的眼前再现高质量的可视信息。
下面参照附图，结合实施例进一步对本发明作详细描述。
附图简介
图1是实现生成(或再现)物体图像的方法的系统示意图；以及图2是光束经过系统光学部分的光程示意图。
屏幕A，B和C中的每一个由许多发光单元组成(图1里没有标出标号)，屏幕上的这些发光单元像矩阵那样排列着，即水平为行，垂直为列。屏幕A由能发射光的发光单元a(1)，a(2)，……a(m)，……a(n)，等等，组成，如图2所示。屏幕B和C是透明的，也就是可透过光的，且分别包括发光单元b(1)，b(2)，……b(m)，……b(n)，等等，和发光单元c(1)，c(2)，……c(m)，……c(n)，等等，屏幕B和C的发光单元的透光率可调节。
与屏幕B和C相比，屏幕A排列在离观察者眼睛最远的地方(图1中没有标示出观察者的眼睛)。
如图1所示，控制屏幕的装置1用来控制屏幕A里发光单元的光发射以及屏幕B和C里发光单元的透光率，该控制屏幕的装置包括存储器模块4、处理器模块5，以及控制屏幕A，B和C里发光单元的控制模块6。
信息输入的装置2可以采用一个已熟知的器件，这里不再进一步描述。
用来分别测定观察者数目和每一位观察者左右眼位置的装置3，可以采用一个已熟知的器件，这里不再进一步描述。
如图1所示，控制屏幕的装置1中的存储模块4和处理器模块5相互连接，且都与信息输入的装置2和测定观察者数目以及分别测定每一位观察者左右眼位置的装置3相连；控制屏幕的装置1中的控制模块6与存储器模块4、处理器模块5和屏幕(A，B，C)相连。
本系统所有的模块都连接到一个电源上(图中未示出，也没有标示出标号)。
实现生成物体图像的方法的步骤如下用测定观察者数目以及分别测定每一位观察者左右眼位置的装置3测定与屏幕C有关的观察者数目和每个观察者左右眼的分别位置，然后把相应信息输进系统。通过信息输入的装置2把下列输进系统---操作处理器模块5的程序；---有关屏幕(A，B，C)相互位置的信息；以及---以每个图像在每个区域里的不连续信息的形式，输入有关由多个相互可区分开的区域形成的特定二维示图(这样的示图至少要有两幅)的信息。所使用的二维示图应是该物体外形的二维示图，并且是与一个人左右两眼间瞳孔距离相对应的不同的分开位置上得到的至少两幅观察点记录下来的。
与屏幕A中一部分发光单元组里发射出来的光强度相对应的信号(不包括屏幕A中已经打开并且发光的那些发光单元)，以及与屏幕B和C中那些发光单元的透光率相对应的信号，都从处理器模块5输入进存储器模块4里。在这个过程中，最初瞬间里输进存储器模块4的信号是随机分布信号。处理器模块5
---测定从所有屏幕的发光单元里最终可能(不过还不一定)传送到每一位给定观察者左右眼里的光信号；---把这些最终可能(不过还不一定)传送到每一只给定眼里的光信号，与该物体外形相应的一幅特定二维示图的部分相应信号进行比较，与示图有关的信息已经输进系统里了；---对每一个屏幕上的每一个发光单元，都要测定出表示下列两个信号之间的差别光信号·已经测出的最终可能(不过还不一定)传送到一只给定眼里的光信号，·与所述眼睛该看到的给定二维示图部分信号相应的信号；以及---把得出的所述差别信号与表示允许误差的特定阈信号进行比较。
如果此差别信号值比阈信号值低，那么处理器模块5就会把这些信号传送到控制器6里，结果是控制器就会打开屏幕A里相应的能发射光的发光单元，控制器也对屏幕B和C里相应的发光单元的透光率进行控制。
如果此差别信号值比阈信号值高，那么按照上面提及且已输入的程序的要求，执行一个过程程序来操作处理器模块5，以使此差别信号降低，为此要向存储器模块4里输入不同的信号，这些信号与屏幕A里部分发光单元的光发射的特征值相对应，也与屏幕B和C里发光单元的透光率的特征值相对应。重复这些操作，直到此差别信号降到比指定的阈信号值还低的一个数值，或者重复这些操作直到特定的一个时间间隔用完为止；经过这些处理以后，把这些信号从处理器模块5输进控制器6里，结果是，控制器就会打开屏幕A里相应的能发射光的发光单元，控制器也对屏幕B和C里相应的发光单元的透光率进行控制，用这种方法，就使得可视信息以光信号的形式传送到每一位观察者眼里，这些信号从屏幕A里的能发射光的发光单元发出，经过屏幕B和C里的发光单元传出。在这个过程中，在每个屏幕上同时产生下面的事件---形成了与每一个特定二维示图的部分区域组元有关的可视信息；以及---借助于屏幕B和C里的某些发光单元(包括那些带有可视信息的发光单元在内)把不能到达相应观察者的相应眼睛里的光信号，从前面的屏幕里筛选出来。这样，每一位观察者的每一只眼睛只接收到与特定的二维示图有关的信息，而观察者看到的是一幅该物体的立体图像。
例如，与该物体一个第一幅二维示图的给定区域组元有关的可视信息，可以以光信号的形式[原文如此]，沿方向7来表示所携带的信息，此光信号发自屏幕A里的发光单元a(m)(如图2所示)，透过屏幕B里的发光单元b(n)和屏幕C里的发光单元c(n)到达该观察者的右眼里；沿方向8的可视信息发自屏幕A里的发光单元a(m)，透过屏幕B里的发光单元b(m)，不过没有透过屏幕C里的发光单元c(m)，而最后到达该观察者的左眼里。与该物体第二幅二维示图的对应区域组元有关的可视信息以光信号的形式沿方向9发自屏幕A里的能发射光的发光单元a(n)(如图2所示)，透过屏幕B里的透明发光单元b(p)和屏幕C里的透明发光单元c(p)到达该观察者的左眼里；而发自屏幕A里的发光单元a(n)沿方向10的光信号，没有透过屏幕B里的发光单元b(q)，最后到达该观察者的右眼里。按照这种安排，屏幕A里的那些发光单元集中地携带着部分有关该物体第一幅示图(即图像)有关的可视信息，也携带着部分有关该物体第二幅示图(即图像)有关的可视信息；进一步说，屏幕B里的那些发光单元集中携带着部分有关该物体第一幅示图(即图像)有关的可视信息，也携带着部分有关该物体第二幅示图(即图像)有关的可视信息；剩下的那些有关该物体第一幅和第二幅示图(即图像)的部分可视信息由屏幕C的那些发光单元集中携带。用两个屏幕就足可以使本发明付诸实现，不过，使用三个屏幕可以得到最佳的结果；而且使用三个以上的屏幕也是可能的。
要改变已经输入系统的二维示图的信息，可以通过处理器模块5往存储器模块4里输入信号，这些信号要与屏幕A里那些发光单元的光发射的特征值相对应，也要与屏幕B和C里那些发光单元的透光率特征值相对应；噪声信号[原文如此]也要加进来，并与屏幕B和C里那些发光单元的透光率特征值相对应。
如果要改变某个给定观察者的双眼位置，可以向系统里输入修正过的该眼睛位置的信息。
最后，对本发明的创造性做一概述，本发明能生成(或再现)物体的图像，从而对于一个或多个观察者都可以产生立体感，而且在物体成像的演示过程中观察者可以改变其观察位置。
工业应用性本发明可以在电视，视频技术，计算机监视器，以及控制系统里使用。
权利要求
1.生成或再现物体的图像的方法，该方法是以从许多(大量)相互可区分的区域组元里形成的至少两幅二维示图，提供至少两个依次排列的屏幕，每一个屏幕均由许多(大量)发光单元组成，这几个屏幕里至少有一个要放在离至少一位观察者较近的位置上，而且屏幕是透明的，通过所述屏幕以光信号的形式把可视信息从特定的发光单元引向至少一位观察者那里；其特征在于至少两个所述屏幕中的每一个产生对应于每幅所述二维图像的部分区域组元的特定可视信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的每一个屏幕上同时产生对应于每幅所述二维图像的部分所述区域组元的所述可视信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于要使每一幅所述的特定二维示图起作用，使用从至少两个观察点分别记录到的该物体轮廓外形的二维示图，此两个观察点之间的距离要与一个人的左右两眼之间的瞳孔距离相对应。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于(a)一个实现本方法的系统包括---至少三个屏幕A，B和C，前后依次排列，每一个屏幕由许多个(大量)发光单元组成；---控制所述屏幕的装置，包括能调节屏幕A中发射光线的发光单元的光发射装置，屏幕A放置在离至少一位观察者最远的地方，此外还包括能调节其余屏幕，即屏幕B和屏幕C，透光率的装置；---至少一个存储模块；---至少一个处理器模块；以及---至少一个控制屏幕发光单元的模块；借此输入如下---一个操作处理器模块的程序；---该物体至少两幅外形的有关特定二维示图信息；---有关所述三个屏幕相互排列位置的信息；以及---有关至少一位观察者的每位左右眼位置相对于屏幕C的信息，该屏幕C最靠近相应的观察者；(b)执行下列步骤和动作---经过处理器里的程序往存储单元里输入信号，这些信号与屏幕A中发光单元里的光发射、以及屏幕B和C里发光单元的透光率相对应；---对从所有屏幕的发光单元里能传送到至少一位观察者的每位左右眼里的光信号进行测定；---把测定出来的能直接传送到一给定眼睛里的所述光信号，与该物体相应各个外形的一幅特定二维示图，即有关已经输进系统里的示图信息，相对应的区域组元进行比较；---对每一个屏幕的每一个发光单元都确定出一个信号，该信号表示经准确测定出的能直接传送到一给定眼睛里的光信号，与该物体相应各个外形的一幅特定二维示图准确相对应的区域组元之间的差别，该特定二维示图指该给定眼睛应该看到的示图；---把每一个确定的这样的差别信号与一个特定阈信号进行比较，这样比较后(c)·如果此差别信号值高于阈信号值，那么就按照上面提到的已经输入并用来操作处理器的程序，运行一个过程程序以降低这个差值，这样做之后，与由屏幕A里部分发光单元的光发射的特定值，以及与屏幕B和C里部分发光单元的透光率的特定值相对应的上述信号就会发生变化；以及(d)·反复进行在前面的(b)和(c)段里说明的这种调节，直到此差别信号值比给定的阈信号低为止，或者一直调节到一个具体的时间间隔用完为止；随后，(e)·把此信号输进能控制屏幕发光单元的控制器里，此控制器是用来操作所述各屏幕的，能调节屏幕A里相应的发射光的发光单元，并能控制屏幕B和C里相应发光单元的透光率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于测定观察者的数目以及每个观察者左右眼睛的位置，根据所有观察者眼睛的位置，完成上面描述的过程步骤(b)到(e)的处理过程。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于当初始信号经处理器输入到存储器里后，输入到存储器里的这样一些信号包括随机分布的信号，此初始信号与屏幕A中发光单元的光发射的特征值以及屏幕B和C中发光单元的透光率的特征值相对应。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于要使与该物体的至少两幅外形的二维示图有关的上述信息发生变化，通过处理器往存储器里输入的这些信号是那些与屏幕A中发光单元的光发射的特征值、以及屏幕B和C中发光单元的透光率特征值相对应的信号，这样做的目的就是要使上述的信息发生变化。
8.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于要使与该物体的至少两幅外形的二维示图有关的上述信息发生变化，具有噪声性质的信号通过处理器输进存储器里，这种信号与屏幕B和C中至少一个屏幕的发光单元的透光率特征值相对应。
9.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于测定至少一位观察者左右眼睛的位置，如果要改变至少一位观察者的所述眼睛的位置，那么就要修改已经输进所述系统里的有关所述眼睛位置的信息。
全文摘要
本发明涉及光学器件，更具体地说，涉及到显示立体感和类似效果的系统和方法。根据本发明，可以用已确定的两幅或多幅二维示图来显示物体的图像，而所述示图是从若干个相互联系的区域里形成的；使用前后排列，且由多个示图组成的两个或多个屏幕来显示可视信息，而从这些示图发向观众的光信号就是这些可视信息的形式；与每幅二维示图的部分区域相对应的可视信息显示在屏幕上。本发明提出的这样一种方法的这个实施例能最大限度地使用所有屏幕的各个示图来发送信息，因而使获得的图像质量得到改进。
文档编号G02B27/22GK1402941SQ00814734
公开日2003年3月12日 申请日期2000年8月24日 优先权日1999年9月2日
发明者安德烈·尼古拉耶维奇·普季林, 安德烈·亚历山德罗维奇·卢克扬尼察 申请人:《涅依洛克》有限责任公司