DE69102724T2

DE69102724T2 - Verfahren zum Einstellen der stereoskopischen Konvergenz in einer stereoskopischen, bilderzeugenden Vorrichtung.

Info

Publication number: DE69102724T2
Application number: DE69102724T
Authority: DE
Inventors: Bruno Choquet
Original assignee: Telediffusion de France ets Public de Diffusion; France Telecom SA
Current assignee: Telediffusion de France ets Public de Diffusion; Orange SA
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: FR2659816A1; US5140415A; EP0448429A1; DE69102724D1; FR2659816B1; EP0448429B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der stereoskopischen Konvergenz in einer stereoskopischen, bilderzeugenden Vorrichtung zur Vergrößerung oder Verkleinerung des stereoskopischen Konvergenzwinkels, derart, daß die Vorrichtung zwei Bilderzeugungseinrichtungen wie Video-, Bildröhren-, "CCD"- oder Analogkameras aufweist, die bezüglich einer mittleren optischen Achse symmetrisch angeordnet sind. Eine solche Vorrichtung ist z.E. aus der französischen Patentanmeldung FR-A-2 517 916 (THOMSON-CSF) bekannt. Die Vorrichtung erzeugt Videosignale, die jeweils repräsentativ für ein rechtes Nutzbild und ein linkes Nutzbild einer beobachteten Szene sind, derart, daß die Wiederherstellung der Nutzbilder, z.B. auf einem stereoskopischen Fernsehbildschirm, erlaubt, in bekannter Weise eine plastische Sichtbarmachung der beobachteten Szene zu erhalten. In Abhängigkeit von den Bilderzeugungsbedingungen kann ein Gegenstand der beobachteten Szene auf der Oberf läche des Fernsehbildschirms, "im Inneren des Fernsehers" oder "vor" dem Fernsehbildschirm gesehen werden. Der plastische Effekt wird somit von den Bilderzeugungsbedingungen bestimmt. Der stereoskopische Konvergenzwinkel der jeweils rechten und linken Bilderzeugungsachse ist ein Grundparameter der Bilderzeugungsbedingungen, wobei seine Änderung die oben genannten plastischen Effekte erzeugt.
Die Erfindung erstreckt sich auf eine bilderzeugende Vorrichtung zum Einsatz des Verfahrens zum Einstellen der stereoskopischen Konvergenz.
Man kennt bereits stereoskopische, bilderzeugende Vorrichtungen der oben genannten Art. Jede Kamera ist auf einem drehbaren Träger angebracht, der von Mikromotoren angetrieben wird. Das Einstellen der stereoskopischen Konvergenz wird erreicht, indem man die optischen Achsen der Kameras gemäß einem gewünschten Konvergenzwinkel durch geeignete Betätigung der Mikromotoren positioniert.
Jedoch benötigt diese Art der mechanischen Einstellung des stereoskopischen Konvergenzwinkels eine hoch technische und vorsichtig zu benutzende Bedienungseinrichtung der Kameras, um eine gute Einstellgenauigkeit zu erhalten. Außerdem treten bei solchen Einrichtungen häufige Betriebsausfälle auf, insbesondere im Falle des Transportes der stereoskopischen, bilderzeugenden Vorrichtung.
Die Erfindung zielt darauf ab, diesen oben genannten Nachteilen abzuhelfen. Es ist insbesondere ein erstes Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen der stereoskopischen Konvergenz zu liefern, das nicht auf mechanische Einrichtungen, wie die aus der bisherigen Technik bekannten, zurückgreift.
Ein zweites Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einstellen der stereoskopischen Konvergenz zu liefern, das genau und sehr zuverlässig ist.
Ein drittes Ziel der Erfindung ist es, eine stereoskopische, bilderzeugende Vorrichtung für den Einsatz des Verfahrens zu liefern, die elektronische Einrichtungen zum Einstellen der Konvergenz integriert, wobei diese elektronischen Einrichtungen wenig kostenaufwendig sind und die Gesamtheit der Vorrichtung in ihrer Technologie homogen machen.
Hierzu betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen der stereoskopischen Konvergenz, so wie in Anspruch 1 definiert.
Man bemerkt, daß gemäß dem Verfahren der Erfindung die Bilderzeugungseinrichtungen oder Kameras unabhängig vom Einstellen des Konvergenzwinkels fixiert zueinander bleiben. Dies ist besonders vorteilhaft für die Bauart des Trägers der Kameras, da ein klassischer Träger benutzt werden kann.
Die Erfindung erstreckt sich auf eine stereoskopische, bilderzeugende Vorrichtung für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens, die in Anspruch 2 definiert ist.
Außer der Tatsache, daß die oben genannten elektronischen Vorrichtungen eine homogene Gesamtheit mit den Bilderzeugungsvorrichtungen bilden, die selbst auf elektronischer Basis sind, können diese elektronischen Vorrichtungen vorteilhafterweise in das Gehäuse jeder Kamera eingebaut werden, wobei so jedes Risiko der Abnutzung und somit des schlechten Funktionierens vermieden wird. Außerdem wird das Einstellen der stereoskopischen Konvergenz von einem Steuerstromkreis gesteuert, z.B. mit einem Mikroprozessor wie einem Mikrorechner, der eine große Arbeitsflexibilität und insbesondere ausgedehnte Möglichkeiten der bilderzeugenden Effekte verschafft.
Gemäß noch einem anderen Merkmal der Erfindung weist die Vorrichtung außerdem zweite Speichereinrichtungen auf, die mit den ersten Speichereinrichtungen zwischen den Bildaufbereitungseinrichtungen parallel geschaltet sind, und die symmetrisch und wechselweise lesend und schreibend arbeiten.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung treten noch besser beim Lesen der nachfolgenden beispielhaften, illustrativen Beschreibung und den Zeichnungen des Anhangs hervor:
- Figur 1 stellt schematisch eine erfindungsgemäße stereoskopische, bilderzeugende Vorrichtung dar,
Figur 1bis illustriert schematisch den Auslesemechanismus der numerischen Daten aus den ersten Speichereinrichtungen,
- Figur 2 stellt schematisch die ersten und zweiten Speichereinrichtungen der numerischen Daten in der erfindungsgemäßen stereoskopischen, bilderzeugenden Vorrichtung dar.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 weist die stereoskopische, bilderzeugende Vorrichtung, die beispielhaft nicht begrenzend dargestellt ist, zwei Bilderzeugungsvorrichtungen 10, wie Video-, Blldröhren-, "CCD"- oder Analogkameras, auf, die symmetrisch bezüglich einer mittleren optischen Achse 80 angeordnet sind. Die Kameras 10 sind auf einem nicht dargestellten Träger mit einer bestimmten und einstellbaren stereoskopischen Basis befestigt.
Die Kameras 10 sind so gebaut, daß sie repräsentative Videosignale eines rechten und eines linken Bildes einer beobachteten Szene erzeugen. Jede Kamera weist in bekannter Weise eine optische Vorrichtung 16 zur Fokussierung, wie Linsen, und einen Bildempfänger 15 auf, dessen Einfallslot parallel zur optischen Achse der optischen Vorrichtung 16 ist. Die beiden Bildempfänger 15 in den Kameras 10 sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie in einer selben Ebene ausgerichtet werden können. Die Bildempfänger, die praktisch eine rechteckige Form aufweisen, werden derart gewählt, daß ihre horizontale Abemessung, die in Anzahl der Bildpunkte pro Bildlinie ausgedrückt ist, größer ist als die horizontale Abmessung eines Nutzbildes. Ein Videonutzbild (gemäß dem europäischen Standard) wird von 576 Linien mit jeweils 720 Bildpunkten gebildet. Die in der erf indungsgemäßen bilderzeugenden Vorrichtung benutzten Bildempfänger haben eine deutlich höhere horizontale Abmessung als 720 Punkte, z.B. eine horizontale Abmessung von 1728 Punkten. Solche Empfänger sind auf dem Markt verfügbar, und beispielhaft seien hier die Empfänger Tektronix 2048 M genannt.
Eine in dieser Figur nicht dargestellte elektronische Schaltung ist in jeden Bildempfänger integriert, was erlaubt, ein repräsentatives Videosignal eines von der beobachteten Szene gebildeten Bildes zu erzeugen, wobei die Abmessungen des Bildes mit denen des Bildempfängers übereinstimmen. Man versteht, daß jede Kamera 10 mit demselben Empfänger und derselben elektronischen Schaltung ausgestattet ist.
Jeder Empfänger 15 ist am Ausgang über die elektronische Schaltung mit einem Analog-Digital-Umsetzer 20 verbunden, der eingangs das repräsentative Videosignal eines gebildeten Bildes (z.B. das rechte Bild) empfängt und ausgangs repräsentative numerische Daten (z.B. auf 8 Bits) der Lumineszenz der Bildpunkte des gebildeten Bildes liefert. Jeder Videoumsetzer 20 ist am Ausgang mit einer Speichereinrichtung 30, wie einem spannungsführenden Speicher, verbunden7 um die numerischen Daten zu speichern. Vorzugsweise sind die Speicher 30, um die numerischen Daten zu speichern7 in Form eines Rasters von 1728 x 576 numerischen Daten entsprechend der Form der Bildpunkte eines gebildeten Bildes angeordnet. Jeder Speicher 30 ist somit Linie für Linie mit Bildpunkten geladen. Eine elektronische Schaltung 25 ist einerseits angeordnet, um die Videoumsetzungseinrichtungen 20 und die Speichereinrichtungen 30 zu synchronisieren, die im Schreiben ausgehend von Synchronisierungssignalen, die von den Kameras 10 geliefert werden, konfiguriert sind, und um die von den Videoumsetzungseinrichtungen 20 erzeugten numerischen Daten an die Speicherplätze zu setzen, die ihnen in den Speichern 30 zugeordnet sind.
Das Lesen jedes Speichers 30 gemäß einem Schiebefenster 100, wie in Figur lbis dargestellt, das gemäß der Größe eines Nutzbildes (720 x 576 Bildpunkte) abgemessen ist, bestimmt ein Nutzbild, wobei der Konvergenzwinkel direkt von der horizontalen Position des Fensters 100 in jedem Speicher abhängt. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, nimmt man an, daß jedes von den Kameras 10 gebildete Bild in Form eines Rechtecks dargestellt ist, das der virtuellen Form in dem Raster der Speicher 30 entspricht. So wird jedes gebildete Bild von einem ersten Bildpunkt P&sub1; und einem letzten Bildpunkt Pn einer Bildlinie bestimmt und in numerischer Form in jedem Speicher 30 registriert, während jedes Lesefenster 100 von einem ersten Bildpunkt N1 und einem letzten Bildpunkt N&sub2; einer Nutzbildlinie bestimmt wird. Man stellt fest, daß, so wie in Figur lbis dargestellt, die Lesefenster 100 in symmetrischer Weise in jedem Speicher 30 (bezüglich der mittleren optischen Achse 80) positioniert sind. Man geht ebenfalls davon aus, daß N1 und N2 Säulenadressen des numerischen Datenrasters darstellen, wobei der Abstand zwischen N1 und N2 bei 720 liegt.
Die bilderzeugenden Achsen, die den Mittelpunkt des auf jedem Empfänger gebildeten Bildes mit dem Mittelpunkt der ihm angeschlossenen Optik l6 verbinden, sind konvergent, wobei der Konvergenzwinkel von 0 (Endloskonvergenz) bis ca. 50 Milliradian variiert, wobei dieser letzte Wert von der Größe -6:, -
des gewählten Empfängers und der Brennweite der benutzten Optik abhängt. Jeder Empfänger 15 ist in der Bilderzeugungsvorrich tung 10 so angeordnet, daß der erste Bildpunkt N&sub1; einer Nutzbildlinie dem ersten Bildpunkt P&sub1; einer Linie des gebildeten Bildes für eine Konvergenz gleich Null entspricht. Die horizontale Abmessung dieses Empfängers 15 hat einen solchen Wert, daß der letzte Bildpunkt N&sub2; einer Nutzbildlinie dem letzten Bildpunkt Pn einer Linie des gebildeten Bildes für eine maximale Konvergenz, z.B. 50 Milliradian, entspricht. In dem beschriebenen Beispiel geht man davon aus, daß P&sub1; den Wert 1 und Pn den Wert 1728 hat. Die unterschiedlichen Positionen des ersten und letzten Bildpunktes N&sub1;, N&sub2; eines Nutzbildes bezüglich dem ersten und letzten Bildpunkt P&sub1;, Pn eines gebildeten Bildes, wobei der Abstand zwischen N&sub1; und N&sub2; konstant ist, bestimmen eine Vielzahl von Winkeln von stereoskopischer Konvergenz, z.B. von 0 bis 50 Milliradian. Man versteht somit, daß man durch Annäherung der Lesefenster 100 zueinander zu einem Winkel mit stereoskopischer Konvergenz gleich Null tendiert, während man durch Entfernung voneinander zu einem Konvergenzwinkel mit maximalem Wert tendiert, welcher durch die Eigenschaften der Bilderzeugungsvorrichtungen bestimmt ist.
Jeder Speicher 30 ist mit einer Steuereinrichtung 50, wie einer Bedienungseinheit in der Art eines Mikroprozessors, verbunden, wobei die Steuereinrichtung 50 angebracht ist, um Adressensignale zu erzeugen, die Speicherplätze in den Speichern 30 derart auswählen, daß aus dem numerischen Datenraster durch eine Lesesteuerung nur ein Teil dieses Rasters entsprechend einem Lesefenster 100 abhängig von einem vorbestimmten Wert des Konvergenzwinkels ausgelesen wird, und um diese ausgelesenen numerischen Daten an einen Digital-Analog-Videoumsetzer 40 zu liefern. Jeder Videoumsetzer 40 erzeugt ein Videosignal, das repräsentativ für das Nutzbild entsprechend einem Lesefenster 100 ist. Die Videoumsetzer 40 können vorteilhafterweise durch die Steuereinrichtung 50 synchronisiert sein. Die von der Steuereinrichtung 50 erzeugten Adressensignale sind so, daß sie alle Speicherplätze der Speicher 30, deren Säulenzahl im numerischen Datenraster zwischen N&sub1; und N&sub2; liegt, in Betrieb setzen.
Selbstverständlich ist zu verstehen, daß die Speicher 30 synchron im Lesen arbeiten, und daß die Lesephase der Speicher 30 nach vollständigem Sammeln der numerischen Daten, die repräsentativ für eine Bildlinie, ein Bildraster oder ein gebildetes Bild sind, ausgelöst wird. Nach jedem Lesen der Speicher 30, werden diese automatisch entsprechend den neuen gebildeten Bildern aktualisiert, in der Art einer Wiederholung des oben beschriebenen Arbeitsschrittes. Der Konvergenzwinkel kann durch einen Bediener mit Hilfe eines Hebels oder Analogem, der mit der Steuereinrichtung 50 verbunden ist, oder automatisch durch interne elektronische Einrichtungen der stereoskopischen bilderzeugenden Vorrichtung eingegeben werden. Man sieht somit, daß das Einstellen der stereoskopischen Konvergenz gemäß dem Verfahren der Erfindung allein durch Verschieben eines Lesefensters in den Speichereinrichtungen der numerischen Daten, die repräsentativ für die Lumineszenz der Bildpunkte der gebildeten Bilder sind, durchgeführt wird.
Vorzugsweise sieht man zweite Speichereinrichtungen 35 in der Art eines spannungsführenden Speichers vor, die identisch mit den Speichern 30 sind, und die parallel zu den ersten Speichereinrichtungen 30 zwischen den Videoumsetzern 20, 40 geschaltet sind, wie in Figur 2 dargestellt. Die ersten und zweiten Speichereinrichtungen 30, 35 arbeiten symmetrisch und wechselweise im Lesen und Schreiben, wobei die erste die von dem Videoumsetzer 20 gelieferten numerischen Daten sammelt und die zweite die numerischen Daten entsprechend einem Lesefenster an den Videoumsetzer 40 liefert, und abwechselnd. So kann man die Menge der in den Speichern 30, 35 zu sammelnden numerischen Daten verringern, wobei jeder Speicher die numerischen Daten speichert, die repräsentativ für eine Bildlinie sind, so daß z.B seine Speicherkapazität auf ungefähr 2 Kilo-Bytes reduziert wird.
Selbstverständlich weisen im Falle einer farbbilderzeugenden Vorrichtung die Kameras 10 drei Empfänger 15 auf, die hinter der Optik 16 angeordnet sind. In diesem Fall muß man drei Speicher 30 und drei Speicher 35 vorsehen, die jeweils an jeden Empfänger 15 angeschlossen sind. Andere Stromkreise der bilderzeugenden Vorrichtung wie die Videoumsetzer 20, 40 müssen ebenfalls verdreifacht werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, und man kann andere Varianten vorsehen, ohne dafür den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zum Einstellen des stereoskopischen Konvergenzwinkels in einer stereoskopischen, bilderzeugenden Vorrichtung, die zwei Bilderzeugungseinrichtungen (10) einer beobachteten Szene aufweist, wobei die Bilderzeugungseinrichtungen symmetrisch bezüglich einer mittleren optischen Achse (80) angeordnet sind, um erste Videosignale zu erzeugen, die repräsentativ für ein linkes Bild und ein rechtes Bild der beobachteten Szene sind, dadurch gekennzeichnet, daß das linke und das rechte Bild überdimensionierte Bilder der beobachteten Szene sind und daß:

man die ersten Videosignale in numerische Form umsetzt, um numerische Daten zu erzeugen, die repräsentativ für die Bildpunkte des überdimensionierten linken und rechten Bildes sind,

man in Abhängigkeit von dem gewünschten stereoskopischen Konvergenzwinkel einen Teil der Bildpunkte des überdimensionierten linken und rechten Bildes auswählt, indem man zwei "Lesefenster" der Bildpunkte positioniert, die eine Vielzahl von Nutzbildlinien darstellen, die jeweils durch einen ersten Bildpunkt derselben Reihe (N1) und einen letzten Bildpunkt derselben Reihe (N2) bestimmt sind, wobei die Reihen (N1, N2) des ersten und letzten Bildpunktes einer Nutzbildlinie zwischen den Reihen (P1, Pn) eines ersten und eines letzten Bildpunktes einer Linie eines überdimensionierten Bildes liegen

man die ausgewählten Bildpunkte in analoge Form überträgt, um zweite Videosignale zu erzeugen, die repräsentativ für ein linkes und ein rechtes Nutzbild der beobachteten Szene sind

2. Stereoskopische, bilderzeugende Vorrichtung, die zwei Bilderzeugungseinrichtungen (10) einer beobachteten Szene aufweist, wobei die Bilderzeugungseinrichtungen symmetrisch bezüglich einer mittleren optischen Achse (80) angeordnet sind, wobei die Bilderzeugungseinrichtungen jeweils einen optoelektrischen Empfänger (15) aufweisen, um erste Videosignale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß:

die ersten Videosignale repräsentativ für ein linkes und ein rechtes überdimensioniertes Bild der beobachteten Szene sind, und

daß sie analoge/Digital-Umsetzungseinrichtungen (20) aufweist, die mit den optoelektrischen Empfängern verbunden sind, um ausgehend von den ersten Videosignalen numerische Daten zu erzeugen, die repräsentativ für Bildpunkte des linken und rechten überdimensionierten Bildes sind, wobei erste Speichereinrichtungen (30) mit den analogen/Digital- Umsetzungseinrichtungen (20) verbunden sind, um die numerischen Daten zu sammeln, wobei Steuereinrichtungen (50) eingangs einen Wert des stereoskopischen Konvergenzwinkels empfangen, und sie angeordnet sind, um aus den Speichereinrichtungen (30) einen Teil der gesammelten numerischen Daten in Reaktion auf den Wert des Konvergenzwinkels auszulesen, und sie zwei "Lesefenster" darstellen, die jeweils von einem ersten Bildpunkt derselben Reihe N1 und einem letzten Bildpunkt derselben Reihe N2 bestimmt sind, wobei die Reihen (N1, N2) des ersten und letzten Bildpunktes einer Nutzbildlinie zwischen den Reihen (P1, Pn) eines ersten und letzten Bildpunktes einer Linie des überdimensionierten Bildes liegen, und wobei analoge/Digital-Umsetzungseinrichtungen (40) die ausgelesenen numerischen Daten empfangen, um zweite Videosignale zu liefern, die jeweils repräsentativ für ein rechtes und ein linkes Nutzbild der beobachteten Szene sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, die außerdem zweite Speichereinrichtungen (35) aufweist, die parallel zur ersten Speichereinrichtung (30) zwischen den Videoumsetzungseinrichtungen (20, 40) geschaltet sind, und die symmetrisch und wechselweise im Lesen und Schreiben arbeiten.