Например, Бобцов

СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ ДИСПЛЕЙ С ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕМ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ПЕРЕСЕКАЮЩИХСЯ ПЛОСКОСТЯХ

УДК 778.534.1 + 778.41
СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ ДИСПЛЕЙ С ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕМ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ПЕРЕСЕКАЮЩИХСЯ ПЛОСКОСТЯХ

© 2010 г. К. А. Гребенюк*, канд. физ.-мат. наук; В. В. Петров**, доктор физ.-мат. наук ** Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского, г. Саратов ** Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, г. Саратов ** E-mail: KonstantinAG@yandex.ru

Создан стереоскопический дисплей, воспроизводящий левую и правую части стереопары в пересекающихся плоскостях наблюдения. Построенный дисплей позволяет устранять двоение стереоскопического изображения при воспроизведении стереопар от камер со сходящимися оптическими осями.

Ключевые слова: стереоскопия, стереодисплей, вертикальный параллакс.

Коды OCIS: 110.6880, 120.2040.

Поступила в редакцию 13.04.2010.

Введение
Объемность воспринимаемого изображения достигается в стереоскопических дисплеях за счет раздельного бинокулярного наблюдения двух перспективных изображений (стереопары), одно из которых соответствует левому, а другое – правому ракурсу предметной сцены.
Стереопару получают с помощью двух камер, которые могут быть ориентированы по схеме с параллельными или сходящимися (конвергентными) оптическими осями. При воспроизведении стереопары от конвергентных камер стандартным способом (в общей плоскости) ненулевой вертикальный параллакс, присутствующий в такой стереопаре, вызывает зрительный дискомфорт и может приводить к двоению наблюдаемого изображения [1, 2].
Целью данной работы стало построение стереодисплея, который позволил бы воспроизводить стереопары от камер со сходящимися осями без двоения.
Для устранения двоения изображения и зрительного дискомфорта, возникающего при наблюдении стереопары от камер со сходящимися осями, необходимо минимизировать угловой вертикальный параллакс. Для этого нами было предложено [3, 4] воспроизводить левое и правое перспективные изображения не на общем экране, а в пересекающихся плоскостях, что соответствовало бы геометрии съемки со сходящимися осями и приводило бы к оптической компен-

сации углового вертикального параллакса. Эта новая схема воспроизведения стереопары была реализована в построенном стереодисплее. Устройство стереоскопического дисплея
Построенный стереоскопический дисплей (см. рисунок) состоит из двух ЖК мониторов с плоскими экранами, подставки под мониторы, средств контроля положений экранов, светоделительной пластины и поляризационных очков.
Мониторы размещены на двух дисках с возможностью поворота в горизонтальной плоско-
Стереоскопический дисплей с воспроизведением изображений в пересекающихся плоскостях (вид сверху).

“Оптический журнал”, 77, 9, 2010

49

Экспериментальные значения степени двоения наблюдаемого изображения, полученные при различных значениях угла конвергенции камер β и половинного угла пересечения плоскостей наблюдения α (0 означает отсутствие двоения, 1 соответствует наиболее сильному двоению)
α, град β, град
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
2,5 0,16 0,06 0 0 0,07 0,14 0,19 0,26 0,45 0,6 0,73 0,85 0,92 0,92 0,93 0,99 5 0,33 0,26 0,2 0,05 0,05 0,01 0 0,02 0,14 0,31 0,42 0,52 0,71 0,75 0,93 0,91 7,5 0,85 0,81 0,66 0,51 0,35 0,2 0,1 0,05 0,01 0,07 0,02 0,06 0,17 0,23 0,49 0,54 10 0,98 0,96 0,92 0,82 0,81 0,68 0,54 0,3 0,14 0,02 0,05 0 0,02 0,08 0,11 0,25 15 1 1 1 0,98 0,99 0,96 0,96 0,93 0,89 0,81 0,71 0,52 0,42 0,2 0,16 0,14

сти, под которыми находятся транспортиры и линейные шкалы (подставка с дисками изготовлена А.А. Лащенко). Для контроля положений экранов на мониторах закреплены специальные указатели.
Левое и правое перспективные изображения выводятся на экраны различных мониторов и имеют полное разрешение и яркость. Изображения экранов мониторов совмещаются в поле зрения наблюдателя с помощью светоделительной пластины, при этом изображение одного из экранов наблюдается в прошедшем, а другого – в отраженном свете. Путем поворота мониторов обеспечивается наблюдение изображений их экранов в различных плоскостях, пересекающихся под углами от 0° до 60°.
Объемное изображение наблюдается через поляризационные очки, причем для сепарации частей стереопары используется исходная поляризация ЖК дисплеев. Очки выполнены с возможностью поворота анализаторов, что позволяет достичь высокой степени сепарации.
Таким образом, построенный стереодисплей позволяет наблюдать левое и правое изображения в различных плоскостях, пересекающихся под заданным углом. При этом вывод каждого из перспективных изображений на отдельный экран и использование поляризационного метода сепарации обеспечивают высокое качество воспринимаемого объемного изображения.
Тестирование стереоскопического дисплея
Тестирование стереоскопического дисплея проводилось с участием семи наблюдателей с нормальным зрением. При заданном значении угла пересечения плоскостей наблюдения левого и правого изображений 2α зрителю пооче-

редно предъявлялись стереопары тестовой решетки, полученные при различных значениях угла конвергенции β. Зритель оценивал степень двоения наблюдаемого изображения по пятиуровневой шкале от “точно двоится” до “точно не двоится”.
При обработке полученных данных каждому ответу ставилось в соответствие численное значение степени двоения изображения, причем ответу “точно двоится” соответствовала степень двоения равная единице, а ответу “точно не двоится” – степень двоения равная нулю.
В таблице представлены средние значения степени двоения наблюдаемого изображения, полученные для каждого из экспериментальных условий*. Каждое из этих значений является результатом усреднения по 21 измерению (три измерения с каждым из семи наблюдателей).
Как видно из таблицы, при воспроизведении тестовых стереопар стандартным способом в общей плоскости (α = 0) наблюдалось более или менее заметное двоение изображения. При воспроизведении тестовых стереопар предложенным способом в пересекающихся плоскостях для трех стереопар нашлось хотя бы по одному значению угла пересечения 2α, при котором степень двоения оказалась равной нулю. Нулевая степень двоения означает, что в каждом измерении, проведенном в данных условиях, был получен ответ “точно не двоится”, т. е. двоение, имевшееся при α = 0, было устранено полностью.
Для стереопары с β = 7,5° наименьшее значение степени двоения оказалось равным 0,01:
* Так как углом конвергенции называют лишь половину угла между осями объективов камер, в таблице значениям угла конвергенции β поставлены в соответствие не значения полного угла 2α между плоскостями наблюдения левого и правого изображений, а значения половинного угла α пересечения этих плоскостей.

50 “Оптический журнал”, 77, 9, 2010

в данных условиях в 20 измерениях из 21 был получен ответ “точно не двоится” и в одном измерении – “скорее не двоится”. Для стереопары с β = 15° нулевая степень двоения не была получена, так как требуемое для этого значение угла α лежит за пределами диапазона, исследованного в эксперименте.
Заключение
Построен стереоскопический дисплей, реализующий предложенную в [3, 4] оптическую компенсацию углового вертикального параллакса при воспроизведении стереопар от камер со сходящимися осями.
Оптическая компенсация вертикального параллакса осуществляется благодаря воспроизведению левого и правого перспективных изображений в пересекающихся плоскостях и позволяет наблюдать объемное изображение от камер со сходящимися осями без двоения и зрительного дискомфорта.
В проведенных экспериментах стереопары с вертикальным параллаксом, вызывающим сильное двоение при воспроизведении в общей плоскости, наблюдались как единое объемное

изображение при воспроизведении с помощью построенного дисплея в пересекающихся плоскостях.
Наилучшее устранение двоения в проведенных экспериментах наблюдалось именно при тех значениях половинного угла пересечения плоскостей наблюдения α, при которых, согласно полученному в [3] условию, должна происходить компенсация углового вертикального параллакса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Валюс Н.А. Стереоскопия. М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1962. 379 с.
2. Woods A., Docherty T., Koch R. Image Distortions in Stereoscopic Video Systems // Proc. SPIE. 1993. V. 1915. P. 36–48.
3. Гребенюк К.А., Петров В.В. Устранение геометрических искажений в стереоскопических системах со сходящимися оптическими осями // Опт. и спектр. 2008. Т. 104. № 4. С. 698–703.
4. Гребенюк К.А., Петров В.В. Способ воспроизведения стереоскопического изображения от видеокамер со сходящимися осями // Патент РФ на изобретение № 2340116. 2008.

“Оптический журнал”, 77, 9, 2010

51