13.6. Объемное телевидение
Человек воспринимает окружающий мир трехмерным. Осуществление глубины расположения предметов и их объемности позволяет человеку правильно ориентироваться в пространстве. Рассмотренная нами ТВ система изображение передает плоским, двумерным. Это объясняется тем, что изображение передается с одной позиции, как если бы объект передачи мы воспринимали одним глазом. Для передачи объемных изображений необходимо объект передать с разных позиций и обеспечить возможность раздольного наблюдения его правым и левым глазом. Структурная схема стереотелевизионной системы, изображена на рис. 13.13.
Рис. 13.13. Структурная схема передачи объемных изображений
Передающие трубки 1 и 2 разнесены на расстояние £ -базис. После усиления сигналы поступают в линии связи. На приемной стороне сигналы воспроизводятся на экране стереовидеоконтрольного устройства СВКУ, имеющего два кинескопа для воспроизведения правого и левого изображения стереопары. Разделение изображений выполняется при помощи зеркального стереоскопа. Для коллективного наблюдения объемного изображения применяются воспроизводящие устройства других типов, например, поляроидный способ разделения, изображения (как в стереокино).
Разновидностью стереотелевидения является многоракурсное телевидение, принцип действия которого заключается в съемке объекта передачи с многих позиций несколькими десятками, а может быть, и сотнями передающих трубок, расположенных определенным образом. Передача и воспроизведение этих изображений осуществляется на общем специальном экране. Особенностью системы является возможность зрителя, перемещаясь в горизонтальном направлении, оглядывать передаваемое изображение и видеть те предметы передаваемой сцены, которые заслонялись другими объектами при определенной позиции рассматривания.
Ниже приводится один из вариантов схем построения многоракурсных систем (рис. 13.14).
Рис.13.14. Схема построения многоракурсной телевизионной системы
Всю схему можно разделить на несколько частей, функции которых вполне определенные: съемка объекта, передача изображений, совмещение изображений и селекция ракурсов. Съемка объекта осуществляется путем размещения по дуге АБ нескольких передающих камер, формирующих телевизионные двухмерные изображения, отличающиеся друг от друга только горизонтальным параллаксом. В статических системах, работающих не в реальном масштабе времени, можно использовать одну камеру, последовательно перемещая ее по дуге АБ на угловые интервалы .
13.6.1. Голография и телевидение
Голография открывает совершенно новые возможности построения системы объемного телевидения. Воспроизводимое голограммой изображение является оптическим аналогом объекта, позволяющим не только воспроизводить глубину пространства, но и обеспечивать эффект обзора. На изображение можно смотреть с разных направлений через голограмму, как через окно в реальный мир. На голограмму записывается бесконечное количество ракурсов, непрерывно переходящих один в другой, поэтому при обзоре изображений с разных сторон нет скачков ракурсов.
Голография основана на записи и последующем восстановлении волнового фронта, рассеянного объектом света. Первый этап использует явление интерференции при взаимодействии двух когерентных пучков (рис. 13.15). Лазерным светом освещают объект и зеркало. Свет, отраженный объектом (предметный волновой фронт, предметный пучок) и зеркалом (эталонный волновой фронт, или опорный пучок, или когерентный фон), пересекается в определенной области пространства и взаимодействует между собой, образуя пространственное интерференционное поле, поле узлов и пучностей, максимумов и минимумов интенсивности.
Рисунок 13.15. Запись голограммы.
Если в этом пространстве поместить фоточувствительную среду, то она зарегистрирует часть этого интерференционного поля. Такая светочувствительная среда после фотохимической обработки называется голограммой. В простейшем случае голограмма представляет собой чередование светлых и темных полос. Число интерференционных полос, то есть количество светло-темных пар линий на единицу длины голограммы, называется пространственной частотой. Отличие голографического процесса записи от обычного фотографирования заключается в том, что на голограмме записана не только амплитудная, но и фазовая информация, выраженная в виде чередования по определенному закону светлых и темных полос. Отсюда и происхождение слова "голография": от греческих слов "олос" – полный, и "графо" – пишу, то есть запись полной информации. Голография была изобретена Дэннисом Габором. В 1947 году он предложил, а в 1948 году опубликовал однолучевую схему для голографирования полупрозрачных плоских объектов. В 1961 году Эммет Лейт и Юрис Упатниекс усовершенствовали исходную схему Габора, предложив свою двухлучевую (с наклонным опорным лучом) схему формирования плоских голограмм непрозрачных трехмерных объектов.
На
рис. 13.16 показана схема голографической
системы телевидения. На мишени передающей
трубки 5 создается, голограмма передаваемого
объекта 1, с пространственной частотой
записи
где
–
угол
между волновым фронтом (предметным
потоком) и опорным потоком лазерных
лучей;
– длина
световой волны лазера 4.
Рис.13.16. Схема голографического телевидения
Предметный и опорный потоки создаются одним лазером 4, который с помощью объектива 3 освещает передаваемый объект 1 и зеркало 2. Следовательно, на мишени передающей трубки накладываются два потока, отраженные один от объекта, другой – от зеркала. Мишень передающей трубки регистрирует волновую картину когерентного света, рассеянного объектом передачи, а опорный пучок обеспечивает запись на мишени информации не только по амплитуде, но и по фазе отраженного от передаваемого предмета света.
Записанная таким образом голограмма поступает на кодирующее устройство КУ-6, а затем передается в линию связи на декодирующее устройство ДУ-7 приемника. Полученный сигнал модулирует лазерный кинескоп 8. Модулированный когерентный световой поток с кинескопа 8 объективом 9 проектируется на светочувствительный экран 11. Изображение восстанавливают, освещая голограмму 11 световым потоком от лазера 10. При рассматривании восстановлениях, голограммой изображений можно не только ощутить глубину пространства, но и оглядеть его с разных сторон. При реализации голографических ТВ систем возникает много технических трудностей, связанных с большой информационной емкостью голограмм и высокой удельной плотностью информации. Для получения высококачественной голограммы требуется создание анализирующих (передающих трубок) и синтезирующих (кинескопов) устройств с очень высоким разрешением, что является трудно разрешимой задачей.
Вопрос о путях построения голографических телевизионных систем до сих пор еще не решен. Развитие голографического телевидения будет идти, очевидно, в двух направлениях. Одно их них ставит своей целью совершенствование всех звеньев (передающее устройство, канал связи, приемное устройство) для создания голографических телевизионных систем. Второе направление заключается в построении промежуточных паллиативных систем, в которых новые качественные параметры пространственных изображений достигались бы не слишком дорогой ценой и которые поэтому могли бы быть реализованы в обозримом будущем.