Телевізійні методи отримання стереозображень.

При створенні стереотелевізійних систем фахівці телебачення пішли по шляху моделювання апарата глибинного зору людини. Детальне дослідження різних принципів побудови таких систем показало, що в телевізійній системі, у якій еквівалентом очей спостерігача є оптичні пристрої (об’єктиви), практично єдино можливим з погляду реалізації є використання властивостей бінокулярного зору. Тому для одержання тривимірних зображень у стереотелевізійній системі потрібно вирішити наступні задачі.

1. Здійснити передачу по каналі зв’язку відеосигналів, що відповідають двом
зображенням (стереопарі) того самого об’єкта, отриманим із двох позицій аборакурсів, аналогічних позиціям спостереження лівого і правого очей глядача.

2. Забезпечити глядачу роздільне розглядання лівим і правим оком відповідних зображень відтвореної стереопари на прийомному кінці стереотелевізійної системи.

Для виконання даних умов стереотелевізійна система, як правило, повинна містити дві передавальні телевізійні камери, рознесені в просторі на деяку відстань, рівну базису розглядання в_к (Рис. 2). Відзначимо, що на мал. 2 показані тільки оптичні елементи телевізійних передавальних камер, тобто камерні об’єктиви і передавальні трубки. Нехай оптичні осі передавальних камер зведені (конвергировані) у площині, що відповідає передньої поверхні об’єкта розглядання, що у даному випадку є площиною конвергенції передавальних камер. У цьому випадку горизонтальний лінійний паралакс площини конвергенції дорівнює нулю, а об’єкт спостереження буде спроекційован на мішені фотоелектричних перетворювачів передавальних трубок з лінійним паралаксом р. величина якого залежить від глибинної довжини об’єкта.

Рис 2 – Оптична схема передавальної частини стереотелевізійної системи

Для визначення аналітичної залежності між глибинним розміром об’єкта N і величиною лінійного паралакса р проаналізуємо оптичну схему стереотелевізійної камери (Рис. 2). З подоби трикутників ООД та ОО_лО_п, а також авО_п та ОДО_П випливає, що

N=p/,

де L – відстань від об’єктивів передавальних камер до площини конвергенції; fob – фокусна відстань камерного об’єктива.

Рис. 3 – Конструкція однотрубкової стереотелевізійної камери

Таким чином, при використанні двох телевізійних камер одна буде сприймати як би ліве зображення об’єкта і формувати відеосигнал, що відповідає лівому зображенню, а інша – праве зображення об’єкта. Базис розглядання в стереотелевізійній системі може бути різним, навіть перемінним. Наприклад, для посилення стереоефекта базис спостереження в стереотелевізійній системі повинний бути більше, ніж нормальна міжзрачкова відстань людини, рівна 65 мм. У цьому випадку збільшується значення лінійного паралакса р. При розгляданні окремих мікрооб’єктів базис може бути менше 65 мм. Якщо базис стереотелевізійної системи в багато разів більше базису людини, то доцільно використовувати дві зовсім ідентичні передавальні камери, рознесені в просторі на необхідну відстань. У випадку невеликого базису в стереотелевізійної системі може бути застосована одна передавальна камера з двома об’єктивами і двома передавальними трубками. При використанні стереотелевізійної системи в прикладних цілях дуже часто потрібно, щоб передавальна частина стереосистеми була як можна більш компактна і легка. У цьому випадку доцільно застосовувати однотрубкову передавальну стереокамеру (Рис. 3). Стереотелевізійна камера подібного типу містить наступні основні елементи:

два об’єктиви 1, що рознесені в просторі на величину базису в_к, призменну насадку 2, що передає трубку з фокусуючою та відклоняючою системами З, попередній відеопідсилювач 4. За допомогою призменної насадки й об’єктивів на фотокатод або мішень передавальної трубки 3 проектується стереопара, тобто зображення лівого і правого ракурсів об’єкта. Призменна насадка 2 складається з двох скляних призм, бічні грані яких розташовані під кутом 45° до оптичних осей об’єктивів. Базис розглядання в цьому випадку визначається розносом у просторі об’єктивів камери О_л і О_п і розмірами призменної насадки. Як передавальні трубки в стереокамерах можуть використовуватися видикони або суперортикони. Якщо ж одночасно з тривимірністю необхідно відтворювати кольоровість об’єктів, то як передавальні трубки варто використовувати плюмбикони.

У залежності від призначення стереотелевізійної системи передача відеосигналів від лівого і правого зображень стереопари може здійснюватися послідовно в часі або одночасно.

У першому випадку стереотелевізійна система буде одноканальною. Для одержання в подібній стереосистемі стереозображення такої ж якості, як і у віщальному телебаченні, буде потрібно канал зв’язку з подвоєною шириною смуги пропущення, тому що в 2 рази зростає кількість переданої візуальної інформації в одиницю часу в порівнянні з віщальним телебаченням. Послідовна передача може здійснюватися як при використанні в стереотелевізійної системі однотрубкової передавальної камери, так і при застосуванні двох камер або двухтрубкової камери. Причому для однотрубкової камери з горизонтальним розташуванням зображень стереопари на фотомішені передавальної трубки чергування відеосигналу може здійснюватися з послідовністю рядків у процесі телевізійного розгорнення зображення стереопари в площині фотомішені. Для двухтрубкової камери чергування відеосигналів відбувається з послідовністю полів або кадрів за допомогою спеціального комутатора відеосигналів електронного типу.

При одночасній передачі відеосигналів стереотелевізійна система в загальному випадку є двухканальною. При такому способі передачі відеосигналів стереопари також потрібно подвоєна смуга пропущення каналу зв’язку в порівнянні з віщальним телебаченням. Одночасний спосіб передачі двох відеосигналів використовується в основному при застосуванні на передавальному кінці двох камер або однієї двухтрубкової стереокамери.

Прийомний пристрій стереотелевізійної системи по своїй конструкції може бути різним у залежності від способу передачі відеосигналів. При послідовній передачі відеосигналів, як правило, використовується прийомний пристрій, що містить один кінескоп, причому два зображення стереопари можуть відтворюватися одночасно на одному кінескопі при їхньому горизонтальному розташуванні на його екрані. У цьому випадку на одній половині екрана кінескопа буде відтворюватися одне зображення стереопари, а на другий половиш – інше. Подібна конструкція прийомного стереотелевізійного пристрою використовується при застосуванні на передавальному кінці однотрубкової камери з горизонтальним розташуванням зображень – стереопари на фотомішені передавальної трубки. Якщо ж використовується двухтрубкова передавальна камера з чергуванням відеосигналів з послідовністю полів чи кадрів, то на екрані одного кінескопа зображення стереопари відтворюються також послідовно з періодичністю полів або кадрів.

При одночасній передачі відеосигналів прийомний пристрій стереотелевізійної системи звичайно містить два кінескопи, на яких одночасно відтворюються ліве і праве зображення стереопари; на екрані одного кінескопа завжди відтворюється ліве зображення, а на екрані іншого кінескопа — праве.

Для сприйняття стереоефекта зображення, отримане від лівої камери, повинне розглядатися тільки лівим оком глядача, праве око якого повине сприймати тільки зображення від правої передавальної камери. Ця умова виконується за допомогою пристроїв просторового поділу зображень стереопари, що широко використовуються в стереокінотехніці, стереофотографії і стереотелебаченні.