Три части телевизионной системы
- Информация о материале
- Категория: Объёмное телевидение – символ XXI века
- Опубликовано: 09.01.2015 14:49
- Автор: Павел Варгин
Телевизионная система состоит из трех основных частей: преобразователя свет-сигнал (телекамеры), линии связи (радио или проводной) и преобразователя сигнал-свет (телевизора). Такой вид имеет и простая телевизионная система передачи объёмного изображения. При этом к обычной цветной телекамере добавляется устройство определения пространственной формы снимаемых объектов. Способы определения формы могут быть различными, например, способ, разработанный автором статьи (1980), позволяет это делать с помощью импульсного инфракрасного излучения. Получаемый в результате добавления четырехкомпонентный RGBD-видеосигнал объемной телекамеры (рис.8), отличается от RGB - сигнала обычной видеокамеры D– компонентой, модуляция яркости которой соответствует рельефу объекта наблюдения. Эту компоненту принято называть картой глубины.
Рис. 8. Разложение изображения объекта на RGBD - компоненты
Четырехкомпонентный видеосигнал, поступая на объёмный монитор, позволяет воссоздать в пространстве форму поверхности и цвет снимаемых объектов. На рис. 9 приведена схема такого монитора, разработанного в ПКБ «Рельеф». Здесь красными линиями показана горизонтальная плоскость сечения поверхности изображаемого объекта, перемещающаяся равномерно вниз вдоль оси y со скоростью кадровой развертки. Синей линией, лежащей в этой плоскости, показана траектория горизонтальной развертки. Эта траектория формируется, как равномерным движением вдоль оси x лежащей на пересечении фронтальной и горизонтальной плоскостей, так и движением вдоль оси глубины z, в соответствии с величиной D – компоненты видеосигнала. Цвет элемента объёмного изображения определяется остальными R (красной),G (зеленой), и B (синей) компонентами. Монитор может использоваться, как в замкнутом (рис. 3), так и в разомкнутом (рис. 4) режиме, с помощью специальной оптической системы.
Рис. 9. Воспроизведение изображения объекта по RGBD - видеосигналу
С использованием данного монитора, описанная телевизионная система имеет формулу 4D(θ, φ, r, z) или 4D(r, z) в соответствии с приведенной выше системой классификации, то есть является подлинно объёмной, и допускающей перемещение зрителя в направлении z(ближе – дальше) без искажений изображения. При другом мониторе, например, выполненном по технологии DepthCube, система может обладать выраженной кулисностью с малым числом планов по глубине и тогда может возникнуть сильное ограничение на перемещение зрителя в направлении z из-за возможных искажений вызванных наложением или разрывами планов изображения. Подчеркнем, что приведенная формула дана без учета возможности использования телевизионной системы в режиме трехмерной интерактивности. Когда режим трехмерной интерактивности используется, он возможен в двух применениях.
Одно применение позволяет уменьшить или полностью устранить какие-либо искажения объёмного изображения при перемещении зрителя возле монитора. Оно может позволить увеличить размерность телевизионной системы в нашей системе классификации. Вариант такого применения реализуется с помощью определителя положения глаз или головы зрителя (хедтрекера).
Другое применение позволяет зрителю перемещаться в пространстве объёмного телевизионного изображения – телевизионном мире. Оно реализуется с помощью специального пульта, джойстика, компьютерной мыши или даже устройства снятия биопотенциалов с головы зрителя, позволяющее ему отдавать мысленные приказы.
Практически, любая телевизионная система передачи объёмного изображения является шестимерной, то есть описывается формулой 6D(θ, φ, r, x, y, z) или 6D(r, x, y, z), если ограничиться малой областью изменения ее параметров x, y, z. Однако, исключая этот вырожденный случай, мы будем говорить о том, что система имеет данное измерение, если область изменения соответствующего параметра, превышает величину межглазного расстояния (порядка 65 мм). Указанное расстояние соответствует появлению следующего ракурса в некоторых многоракурсных телевизионных системах.
Для того, чтобы развить нашу описанную выше телевизионную систему до уровня 5D(r, x, z), необходимо использовать две объёмных телекамеры, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, например, на расстоянии одного метра, наведенные на один объект. При этом мы получим изображения двух ракурсов объекта, вместе с соответствующими картами глубины (D – компонентами). Далее мы должны «сшить» две трехмерные модели объекта, исключив их перекрытие. Полученная телевизионная модель допускает ее оглядывание в пределах угла между двумя отснятыми ракурсами объекта. На рис. 10 приведены полученные в ПКБ «Рельеф» результаты компьютерного моделирования такой сшивки. Здесь мы можем видеть карты глубины, каркасные модели (трехмерные сетки) ракурсов объекта и синтезированное итоговое изображение (вверху справа нижней части рисунка), допускающее оглядывание в реальном масштабе времени.
Рис. 10. Компьютерное моделирование «сшивки» двух ракурсов.
Особой задачей является передача синтезированной модели по линии связи к устройству воспроизведения. Для этого модель должна быть подвергнута подходящему кодированию. Современные линии связи отличаются большим разнообразием. Телевидение передается по наземным, кабельным и спутниковым линиям, использует собственные сети и Интернет. Гибкость цифровых методов передачи информации позволяет с легкостью использовать для телевидения любые средства связи, позволяющие обеспечить приемлемое качество изображения и звука.
Новыми качествами объёмного телевидения, как отмечалось в начале статьи, являются объёмность и трехмерная интерактивность. Оба эти качества обусловлены передачей трехмерной модели физического мира – телевизионного мира. Принимать сигнал объёмного телевидения можно на телевизор объёмного изображения, стереоскопический телевизор и обычный с двумерным изображением, оснащенные соответствующими средствами декодирования. В первом случае новые качества полностью реализуются, во втором нам будут доступны интерактивность и стереоскопическое изображение, а в последнем случае только трехмерная инерактивность. Используя две объемных телекамеры, мы получим во всех случаях возможность оглядывания объекта по горизонтали, с использованием хедтрекинга, то есть обеспечим наличие х - измерения. При этом в первом случае мы будем иметь уровень телевизионной системы - 5D(r, x, z), во втором - 4,5D(r, x, z) и в третьем - 4D(x, z). Если использовать три объемные телекамеры, разместив, например, третью по середине и выше двух других, то можно добавить y - измерение и получить телевизионные системы с соответствующими формулами: 6D(r, x, y, z), 5,5D(r, x, y, z) и 5D(x, y, z).
При разработке системы объёмного телевидения необходимо учитывать свойства получателя телевизионной информации. Обратимся к физиологии зрения человека.