Многоракурсное телевидение

Техника телевидения развивается, по пути обеспечения максимальной выразительности воспроизводимых на экранах телевизоров изображений.

В этом отношении большим шагом вперед было создание систем цветного телевидения. Однако до сих пор зрители наблюдают на телевизионных экранах только двумерные (плоские) изображения объектов, При этом они не могут полностью оценить глубинное расположение объектов относительно друг друга, не воспринимают все богатство рельефа отдельных предметов, не видят блеска кристаллов, игру бликов полированных поверхностей. Все это снижает художественную выразительность изображений, воспроизводимых на экранах телевизоров.

Одним из важных способов повышения качества телевизионного вещания является создание стереоскопических систем, базирующихся на бинокулярных свойствах зрительного аппарата человека. Для воспроизведения объемных изображении в простейшей стереосистеме необходимо обеспечить передачу двух изображений одного и того же объекта, фиксируемых с некоторым базисом съемки. При приеме требуется раздельное воздействие соответствующих изображений на правый и левый глаза зрителей.

К настоящему времени принципы построения подобных систем достаточно подробно исследованы теоретически и экспериментально. В марте 1975 г. по второй программе Ленинградского телецентра уже проводилась опытная стереопередача.

Однако трехмерное изображение при стереоскопическом воспроизведении одной стереопары оказывается несовершенным. Это объясняется тем, что в этом случае объект наблюдения виден для зрителей всегда только с одной позиции, в одном ракурсе. Когда же человек рассматривает объекты окружающего нас мира, он обычно совершает либо случайные, либо преднамеренные движения головой и видит объекты с различных позиций. В этом заключается так называемый эффект оглядывания.

Чтобы восприятие у телезрителей практически не отличалось от естественного рассматривания окружающих нас объектов, надо воспроизвести этот эффект оглядывания, передавать несколько изображений одного и того же объекта, полученных с различных позиций или ракурсов. Подобные системы получили название многоракурсных.

Наиболее совершенную многоракурсную систему возможно сделать, используя последние достижения голографии. Однако практическая реализация голографиче-кого метода в телевидении в настоящее время сопряжена со многими техническими трудностями. Это объясняется тем, что для передачи и воспроизведения гологра-фического изображения требуются каналы связи с полосой частот до 1011 Гц и передающие и приемные трубки с разрешающей способностью до 1000 лин/мм. С точки зрения требований телевизионного вещания, голографическая система обладает избыточностью информации, так как в ней передаются данные о бесконечно большом числе ракурсов. Но зрительный аппарат человека обладает ограниченной разрешающей способностью, поэтому в телевидении целесообразно воспроизводить конечное число ракурсов объекта.

Для получения многоракурсных изображений с ограниченным числом ракурсов объекта можно использовать оптические растры, представляющие собой совокупность вертикально расположенных цилиндрических линзочек. Оптические растры используются в стереокинематографе уже более 20 лет, а в последние годы стали широко применяться и для получения объемных полиграфических иллюстраций и открыток.

Рассмотрим возможную схему получения объемного изображения с помощью оптических растров. Изображение с экрана кинескопа (рис. 1) с помощью проекционного объектива проецируется в плоскость оптического растра и затем на диффузно-рассеивающий экран, находящийся на расстоянии fp (фокусное расстояние цилиндрических линзочек) от оптического растра. Изображение на диффузно-рассеивающем экране получается в штриховой форме.

Допустим теперь, что проецируется несколько изображений различных ракурсов объекта несколькими проекционными объективами, расположенными в одном горизонтальном ряду перед оптическим растром. В этом случае на диффузно-рассеивающем экране будет образовано многоракурсное изображение.

Для пространственной селекции изображений отдельных ракурсов световые лучи от многоракурсного изображения должны снова пройти через оптический растр (рис. 2), аналогичный изображенному на рис. 1. Световые лучи от всех элементов-штрихов изображения каждого ракурса, проходя через оптический раст, собираются в определенной точке, в которой образуется зона видения изображения данного ракурса.

Таким образом, на расстоянии L от оптического растра образуется зона стереовидения. В пределах этой зоны зритель при отклонении головы будет рассматривать объект в различных ракурсах. Световые лучи от каждого элементарного штриха изображения одновременно проходят через несколько соседних линзочек оптического растра. За счет этого имеется возможность обеспечить условия наблюдения многоракурсных изображений одновременно нескольким зрителям.

В телевидении пространственная селекция изображений с помощью оптических растров может осуществляться несколькими способами. Один из вариантов изображен на рис. 3. Для получения информации о наблюдаемом объекте устанавливаются п телевизионных камер, каждая из которых фиксирует объект только с определенного ракурса. Далее изображение объекта воспроизводится на отдельной проекционной трубке, откуда с помощью проекционного объектива проецируется в плоскость оптического растра. За растром, в плоскости фокуса его линзочек, располагается просветный экран. Полученное на экране изображение воспринимается одной передающей камерой и передается по каналу связи.

В пункте приема изображение непосредственно воспроизводится на плоском телевизионном экране. Селекция отдельных ракурсов многоракурсного изображения производится с помощью оптического растра.

Практическая реализация данного способа получения объемного изображения сталкивается с рядом серьезных технических трудностей. Например, необходимо иметь передающие и приемные трубки с разрешающей способностью, в п раз превышающие обычные. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что число воспроизводимых изображений отдельных ракурсов n в многоракурсном телевидении должно достигать 20—30. Кроме того, требуется канал связи с полосой пропускания более 120 МГц. При непосредственном воспроизведении объемного изображения на экране приемного устройства требуется совмещение электронного растра с оптическим. Для этого допустимое значение коэффициента нелинейности строчной развертки должно находиться в пределах сотых долей процента.

Другой вариант построения многоракурсной телевизионной системы представлен на рис. 4. В этом, как и в предыдущем случае используются n передающих камер. От них отдельные изображения передаются по многоканальной линии. В приемном пункте изображение, соответствующее каждому ракурсу, воспроизводится на отдельном проекционном кинескопе. С помощью объективов оно проецируется в плоскость растрового стереоэкрана, состоящего из двух оптических растров и расположенного между ними диффузно-рассеивающего просветного экрана. Система двух растров стереоэкрана обеспечивает раздельное видение соответствующих изображений для правого и левого глаза.

В общем случае для передачи п изображений отдельных ракурсов в такой системе требуется расширение полосы частот в п раз, но система является многоканальной, поэтому имеется возможность более эффективно использовать тракт передачи, что позволит до некоторой степени сократить необходимую полосу частот. Например, часть отдельных изображений можно будет передавать в ограниченной полосе частот до 1 МГц, так как для хорошего восприятия объемного изображения достаточно, чтобы только один глаз зрителя воспринимал изображение с полной четкостью. Кроме того, для реализации многоракурсной телевизионной системы с раздельной передачей отдельных изображений нет необходимости использовать приемные и передающие трубки с повышенной разрешающей способностью, потому что каждое изображение различных ракурсов воспринимается и воспроизводится на индивидуальной трубке. Преимуществом этого способа является и отсутствие совмещения электронного и оптического растров на передаче, что позволяет выполнять генераторы разверток с ныне принятой линейностью и применить синхронизацию этих генераторов с точностью, принятой в обычном вещательном телевидении. Поэтому подобная телевизионная система может быть практически реализована уже в настоящее время.

Однако ввиду сложности приемного проекционного устройства многоракурсные телевизионные системы, вероятно, целесообразно использовать в специализированных телетеатрах, куда вещательная программа от телецентра может подаваться по кабельным линиям связи, а также в тех случаях, когда требуется получить наибольшую выразительность отображения.