MÉTODO Y APARATO PARA GENERAR IMÁGENES EN 3D.
Un aparato para presentar imágenes en 3D, comprendiendo el aparato:
a) una pantalla (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720; 820; 920) con unas características de difusión para guiar selectivamente una dirección de luz, b) un sistema de iluminación de la pantalla (150; 250; 450; 750; 850), comprendiendo el sistema de iluminación de la pantalla: - múltiples módulos (45; 145; 245) para generar múltiples haces de luz (Ld) incidentes sobre puntos (Pk) de la pantalla, estando los módulos dispuestos de modo que cada punto de la pantalla es iluminado por múltiples módulos, y los haces de luz incidentes generados por un módulo son proyectados en múltiples direcciones diferentes (Ei) desde el módulo hacia múltiples puntos diferentes (Pk) de la pantalla, y además los diferentes haces de luz incidentes generados por un módulo son enviados hacia diferentes direcciones de emisión (E1) desde la pantalla; - medios para codificar cada haz de luz incidente con la información de imagen de un solo punto de imagen en el módulo, donde la imagen en 3D percibida por un observador es generada por múltiples módulos; c) un sistema de control para controlar los módulos; d) comprendiendo además el aparato medios para comunicar una divergencia de salida (δx) a los haces de luz que salen que son transmitidos a través de, o reflejados desde, la pantalla, correspondiendo la medida de la divergencia de salida sustancialmente al ángulo entre las direcciones de emisión vecinas (γ) asociadas con los módulos ópticamente vecinos, para así proporcionar un paralaje de movimiento sustancialmente continuo en la imagen en 3D percibida por un observador, caracterizado porque e) los módulos del sistema de iluminación comprenden medios de formación de imagen (70, 100) para generar cada uno de los haces de luz incidentes con una sección convergente para enfocar cada haz de luz incidente en un punto de la pantalla (Pk), donde una convergencia (δc) de los haces de luz incidentes no es mayor que la divergencia de salida (δx) de los haces de luz que salen de la pantalla
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/HU2005/000057.
Solicitante: BALOGH, TIBOR.
Nacionalidad solicitante: Hungría.
Dirección: ADY ENDRE UT 3/A ADY ENDRE UT 3/A 1192 BUDAPEST HUNGRIA.
Inventor/es: BALOGH, TIBOR.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 25 de Mayo de 2005.
Fecha Concesión Europea: 1 de Septiembre de 2010.
Clasificación PCT:
- G02B27/22
- H04N13/00 ELECTRICIDAD. › H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS. › H04N TRANSMISION DE IMAGENES, p. ej. TELEVISION. › Sistemas de video estereoscópico; Sistemas de video multivista; Sus detalles.
Clasificación antigua:
- G02B27/22
- H04N13/00 H04N […] › Sistemas de video estereoscópico; Sistemas de video multivista; Sus detalles.
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania.
Fragmento de la descripción:
Método y aparato para generar imágenes en 3D.
Campo del invento
Este invento se refiere a un aparato para presentar imágenes en 3D. La finalidad del invento es la de mejorar el aparato de generación en 3D conocido tal como el conocido del documento WO-A-01/88598.
El invento se refiere en particular a tal aparato que comprende una pantalla con características de difusión que dependen del ángulo para guiar luz selectivamente en dirección hacia delante, y un sistema de iluminación de la pantalla. En el aparato del invento, el sistema de iluminación de la pantalla comprende múltiples módulos para generar múltiples haces de luz incidentes sobre puntos de la pantalla. Los módulos están dispuestos de modo que cada punto de la pantalla es iluminado por múltiples módulos, y los haces de luz generados por módulo son proyectados en múltiples direcciones diferentes desde el módulo hacia los múltiples puntos diferentes de la pantalla. Los haces de luz diferentes generados por un módulo, inciden sobre la pantalla, y son enviados hacia diferentes direcciones de emisión desde la pantalla. El aparato comprende también medios para codificar cada haz de luz incidente con la información de imagen de un solo punto de imagen en el módulo, donde la imagen en 3D percibida por un observador es generada por múltiples módulos. El aparato comprende también un sistema de control para controlar los módulos, en particular para distribuir imágenes bidimensionales apropiadas a presentaciones bidimensionales dentro de los módulos.
Antecedentes del invento
Por las razones que se han explicado en lo que antecede en el citado documento WO-A-01/88598, el aparato comprende además medios para comunicar una divergencia de salida a los haces de luz que salen que son transmitidos a través de, o reflejados desde, la pantalla. La medida de la divergencia de salida corresponde sustancialmente al ángulo entre las direcciones de emisión vecinas asociadas con los módulos ópticamente vecinos. La finalidad de la divergencia de salida es la de proporcionar un paralaje de movimiento sustancialmente continuo en la imagen de 3D percibida por un observador, es decir, asegurar el cambio sustancialmente continuo de una imagen en 3D percibida.
El principio de la generación de una imagen en 3D con el aparato del presente invento es similar al descrito en el documento WO-A-01/88598, y cuyas enseñanzas se presume que son conocidas para la comprensión del presente invento. Sin embargo, se da también una breve explicación en lo que sigue, con referencia a las Figs. 1 a 7.
El aparato es para proporcionar imágenes tridimensionales, es decir, imágenes con un sentido de espacio para el observador. Se puede obtener un sentido de espacio si el observador percibe diferentes vistas de un objeto cuando mira al objeto desde diferentes direcciones. En consecuencia, existe la necesidad de un aparato que sea capaz de emitir diferentes haces de luz, dependiendo del ángulo con el cual éstos sean emitidos. Esto puede conseguirse mediante un aparato que tiene un principio de trabajo representado en las Figs. 1 y 2. Este aparato es ciertamente capaz de emitir diferentes haces de luz en diferentes direcciones de emisión, como se explica con detalla en lo que sigue con referencia a la Fig. 3.
Para este fin, el aparato tiene una pantalla 20 que transmite y/o refleja la dirección de la luz selectivamente. Por selectividad de la dirección de la pantalla 20 se entiende que los haces de luz Lc que salen lo hacen desde la pantalla 20 dependiendo del ángulo de incidencia del haz de luz proyectado Ld que llega a la pantalla 20, es decir, que un ángulo de emisión bien definido está asociado a un ángulo de incidencia dado. En otras palabras, la dirección del haz de luz incidente Ld determina explícitamente la dirección del haz de luz de salida Le, frente a lo que ocurre en las pantallas de difusión, en donde después de la incidencia de un haz de luz salen otros haces de luz en un ángulo de espacio relativamente amplio y la dirección del haz de excitación incidente no puede ser determinada a partir de un haz de luz que salga en una dirección dada.
En la pantalla 20 hay puntos P de pantalla que no están necesariamente diferenciados físicamente, cuya posición se determina mediante los haces de luz incidentes y emergentes en un caso dado. Es también viable, sin embargo, que la posición de los puntos P de pantalla sea también fijada físicamente en la pantalla, por ejemplo, con los aparatos apropiados. En tales casos, los puntos P de pantalla pueden ser también separados físicamente por una línea de frontera 21 entre los puntos P de pantalla, como se ha ilustrado en la Fig. 3. En la mayoría de los casos, como en los ejemplos descritos en las Figs. 1 a 6, se consigue la selectividad de la dirección de la pantalla 20, de modo que la pantalla 20 transmite los haces de luz Ld que llegan a los puntos de la pantalla P sin cambiar sus direcciones, pero son también posibles otras realizaciones. Por ejemplo, la pantalla 20 puede reflejar los haces de luz Ld como un espejo o como un retrorreflector. Tales realizaciones se han descrito también en el documento WO-A-01/88598.
Los puntos de pantalla P de la pantalla 20 pueden emitir haces de luz de diferentes intensidades y/o colores en las diferentes direcciones. Esta característica de la pantalla 20 facilita la operación del aparato como una presentación tridimensional. En las Figs. 1-3 se muestra una realización, en donde los haces de luz Ld no cambian prácticamente su dirección cuando pasan a través de la pantalla 20 y salen como haces de luz Lc dentro del rango α de ángulos de emisión.
Para la explicación de los contenidos de las Figs. 1 a 7, y en particular de la Fig. 3, se usa el siguiente convenio de anotación. Suponemos que hay un número q de módulos en el aparato, en donde marcamos un módulo arbitrario con un índice intermedio j desde uno de los 1 ... q módulos. Un módulo puede emitir haces de luz en n direcciones diferentes, y las anotaciones para las direcciones arbitrarias intermedias son i, m o g. Hay un número p de puntos de pantalla P en la pantalla 20, y el índice intermedio es k. La luz puede emerger desde un punto de pantalla P en n* direcciones de emisión, ese camino de n* direcciones de emisión puede ser asociado con un punto P de la pantalla, y de esta manera también la totalidad de la pantalla 20. Los índices intermedios usados aquí son i*, m* ó g* en el caso de haces de luz, los subíndices (s, c, d, e,) se refieren a la función del haz de luz en el sistema óptico, donde Ls representa los haces de luz emitidos por la fuente de luz, Lc representa los haces de luz colimada, Ld representa haces de luz desviados, y Le representa los haces de luz finalmente emitidos desde la pantalla 20 hacia el observador. Los superíndices se refieren al módulo en línea, a la dirección de emisión relacionada con el módulo y a los puntos de pantalla P concernidos de la pantalla. Por lo tanto, un haz de luz Lej,g,k + 1 indica que el haz de luz sale de la pantalla 20, emitido en la dirección g desde el módulo j, tocando (en este caso emergiendo desde) el punto P de la pantalla k+i-ésimo.
Los haces de luz son generados por un sistema de iluminación dentro del aparato. Este sistema contiene módulos para generar los haces de luz desviados Ld y, indirectamente, los haces de luz emitida Le. Los haces de luz Le están asociados a múltiples puntos diferentes de la pantalla 20, y están también asociados a diferentes direcciones de emisión E de los puntos P de pantalla. Por ejemplo, en la realización de la Fig. 3, un módulo 45 contiene la fuente de luz 70 y los haces de luz Ld'-Ld'' emitidos por el módulo j-ésimo 45j pasan a través de los diferentes puntos de la pantalla Pk-2 ... Pk+2 de la pantalla 20. Es también visible que como una continuación de cada haz de luz desviado Ld1 - Ldn, los haces de luz emitida Lej,l,k-2, Lej,l,k-1, LeL,mk, Lej,g,k+1, Lej,n,k+2 salen de la pantalla 20 propagándose en las diferentes direcciones de emisión E1-En. Al mismo tiempo, la luz llega al mismo punto P de la pantalla desde otros módulos. Véase por ejemplo, en la Fig. 3, que el haz de...
Reivindicaciones:
1. Un aparato para presentar imágenes en 3D, comprendiendo el aparato:
2. El aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque la pantalla no proporciona divergencia horizontal adicional alguna con objeto de proporcionar una divergencia de salida (δx) de los haces de luz que salen de la pantalla que sea sustancialmente igual a la convergencia (δc) de los haces de luz incidentes.
3. El aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque la pantalla proporciona una divergencia horizontal (δd) además de la convergencia de entrada (δc) para contribuir a la divergencia de salida (δx) de los haces de luz que salen de la pantalla.
4. El aparato según las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el ángulo de convergencia (δc) de la sección convergente de los haces de luz incidentes corresponde sustancialmente al ángulo (γ) entre las direcciones de emisión vecinas (Ei) asociadas con los módulos vecinos (145i).
5. El aparato según la reivindicación 1, en el que la abertura de salida tiene una forma predeterminada para compensar una distribución de la intensidad de la luz no uniforme de la sección convergente de los haces de luz.
6. El aparato según las reivindicaciones 1 a 5, en el cual los haces de luz incidentes vecinos (Ld) se solapan al menos parcialmente, teniendo la región de solapamiento (242) de cada haz de luz una intensidad inferior a un valor nominal de la distribución de la intensidad angular del haz de luz en el centro, de modo que la intensidad del solapamiento resultante de los dos haces de luz vecinos corresponde sustancialmente al valor nominal.
7. El aparato según las reivindicaciones 1 a 5, en el cual los haces de luz incidentes vecinos (Ld) tocan en una región de borde.
8. El aparato según las reivindicaciones 1 a 5, en el cual hay un espacio de separación no iluminado entre los haces de luz incidentes vecinos (Ld).
9. El aparato según las reivindicaciones 1 a 8, en el cual los haces de luz de salida (Le) tienen una divergencia (δy) a lo largo de la dirección vertical diferente de la divergencia (δx) a lo largo de la dirección horizontal.
10. El aparato según las reivindicaciones 1 a 9, que comprende una pantalla difusora (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720; 820; 920) para comunicar una divergencia a los haces de luz de salida a lo largo de al menos una dirección, preferiblemente una pantalla difusora vertical.
11. El aparato según las reivindicaciones 9 a 10, que comprende una pantalla difusora (220) para comunicar una divergencia horizontal adicional, donde un ángulo de difusión (δd) de la pantalla difusora es sustancialmente igual a la diferencia del ángulo (γ) entre las direcciones de emisión vecinas y el ángulo de convergencia (δc) de los haces de luz incidentes.
12. El aparato según la reivindicación 10 u 11, en el cual la difusión vertical de la pantalla (220) es mayor que su difusión horizontal.
13. El aparato según las reivindicaciones 10 a 12, en el cual los puntos de pantalla con idénticas características físicas forman una pantalla uniforme y cada punto de la pantalla difusora tiene características de difracción o de refracción periódicas angularmente, donde el ángulo de difusión es menor que el ángulo de desviación generado por la difracción o la refracción.
14. El aparato según las reivindicaciones 10 a 13, en el cual la pantalla difusora presenta además una característica de refracción para modificar la dirección principal de los haces de luz enviados de acuerdo con la posición del haz de luz incidente.
15. El aparato según las reivindicaciones 10 a 14, en el cual la pantalla difusora (720) comprende una cualquiera de entre una pantalla holográfica, una pantalla de microlentes, una pantalla lenticular, una pantalla de retro reflexión, una hoja difusora de refracción o de difracción, una lente de Fresnel o cualquier combinación de las mismas, o bien una superficie creada por un flujo laminar de una sustancia.
16. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el cual la pantalla difusora (720) tiene una superficie plana o curvada.
17. El aparato según las reivindicaciones 1 a 16, en el cual los módulos (345) están dispuestos periódicamente a lo largo de una curva en un plano sustancialmente horizontal, o bien en múltiples curvas, desplazadas verticalmente, sustancialmente horizontales, y los módulos están dispuestos para proyectar imágenes en 2D sin información de paralaje vertical.
18. El aparato según las reivindicaciones 1 a 17, en el cual la pantalla y los módulos están dispuestos en una configuración de proyección frontal o de retro proyección.
19. El aparato según las reivindicaciones 1 a 18, en el cual la pantalla y los módulos están dispuestos en una configuración horizontalmente simétrica y verticalmente oblicua.
20. El aparato según la reivindicación 19, en el cual la pantalla es una pantalla transparente (720) de carácter parcialmente difusor, que transmite parte de los haces de luz incidentes sin difusión.
21. El aparato según las reivindicaciones 1 a 19, en el cual cada módulo (145, 345) está realizado como un proyector de vídeo, un proyector de datos, un motor óptico de proyector de vídeo, un motor óptico de RPTV (TV de Retro Proyección), un proyector de LED, y un proyector de láser o similar.
22. El aparato según las reivindicaciones 1 a 21, en el cual los módulos comprenden además:
23. El aparato según las reivindicaciones 1 a 22, en el cual los módulos comprenden además medios de iluminación para proporcionar una iluminación gran angular a la presentación bidimensional (252), comprendiendo los medios de iluminación:
24. El aparato según la reivindicación 23, en el cual la fuente de luz (254) comprende LEDs o chips de LED dispuestos en una matriz con filas y columnas, donde los LEDs o los chips de LED del mismo color están dispuestos en las filas, cada uno asociado con una posición horizontal diferente en la pupila de salida, mientras que los LEDs o los chips de LED de diferentes colores están dispuestos en las columnas y están asociados a la misma posición horizontal sustancialmente en la pupila de salida.
25. El aparato según la reivindicación 23, en el cual los medios de iluminación comprenden LEDs o chips de LED de más de tres colores primarios diferentes (RGB) o de una rueda de colores con más de tres segmentos de filtro de diferentes colores.
26. El aparato según las reivindicaciones 1 a 25, que comprende un motor óptico de 3D, comprendiendo el motor óptico de 3D múltiples módulos como una sola unidad mecánica.
27. El aparato según las reivindicaciones 1 a 26, que comprende una óptica de formación de imagen adicional (630, 635), que transpone la imagen en 3D a un lugar aparte de la pantalla.
28. El aparato según la reivindicación 27, que comprende una guía de luz (535) hecha de materiales de un índice de refracción más alto que el de la atmósfera ambiente, para dirigir los haces de luz a la pantalla a través de múltiples reflexiones internas totales, controladas geométricamente.
29. El aparato según las reivindicaciones 1 a 25, que comprende una pantalla sustancialmente horizontal (220) y al menos un grupo de filas de módulos de proyección de luz dispuestos a través de la dirección de la difusión gran angular de la pantalla.
30. El aparato según las reivindicaciones 1 a 29, en el cual el sistema de control comprende un bucle de ordenadores.
31. El aparato según las reivindicaciones 1 a 30, en el cual el sistema de control comprende medios para efectuar una calibración de los sistemas ópticos de los módulos.
32. El aparato según la reivindicación 31, en el cual los medios para efectuar una calibración están adaptados para modificar la entrada de datos de imagen en 3D a las presentaciones en los módulos, de acuerdo con los datos de calibración almacenados, cuyos datos de calibración pueden ser usados para compensar las desalineaciones por distorsiones geométricas y/o las faltas de homogeneidad en el brillo de la imagen en 3D final, y que por ello pueden ser usados para corregir las imágenes físicas proyectadas para conformarlas a las imágenes proyectadas libres de error teóricas.
33. El aparato según las reivindicaciones 1 a 33, que comprende medios para generar datos de calibración para el sistema óptico de cada uno de los módulos (145), y medios de memoria para almacenar los datos de calibración asociados con el sistema óptico de cada módulo.
34. El aparato según la reivindicación 33, que comprende medios de software para evaluar la imagen detectada, en el cual los medios de software están adaptados para establecer una diferencia entre la imagen detectada (804) y una imagen libre de error teórica (806).
35. El aparato según la reivindicación 33 o 34, que comprende un dispositivo detector de imagen teórica para detectar una imagen generada por uno o más módulos.
36. Un método para presentar imágenes en 3D, comprendiendo el método los pasos de:
37. El método según la reivindicación 36, caracterizado porque el haz de luz incidente con una convergencia definida es enviado por la pantalla sin divergencia alguna adicional ni difusión para proporcionar una divergencia de salida (δx) de los haces de luz que salen de la pantalla que sea sustancialmente igual a la convergencia (δc) de los haces de luz incidentes.
38. El método según la reivindicación 36, en el que el ángulo de convergencia (δc) de los haces de luz incidentes (Ld) es menor que el ángulo de divergencia (δx) de los haces de luz que salen (Le),
en el cual el método comprende además los pasos de
39. El método según la reivindicación 36 o 38, proyectando los haces de luz a solamente una parte de la pantalla o bien proyectando múltiples haces al mismo punto en la pantalla mediante al menos una parte de los módulos.
40. El método según la reivindicación 39, en el que se selecciona la distribución de la intensidad angular de los haces de luz incidentes para que sean una función correlacionada inversamente de la característica de difusión angular de la pantalla, con objeto de proporcionar una distribución de la intensidad constante de los haces de luz de salida y una transición de la intensidad suave entre los haces de luz que salen que pertenezcan a direcciones de emisión vecinas.
41. El método según las reivindicaciones 38 a 40, que comprende además el paso de dividir cada uno de los haces de luz incidente en múltiples haces de luz de salida, y enviar los haces de luz de salida divididos en múltiples direcciones de salida, y emplear una pantalla con una característica de difracción o de refracción periódica de cada punto de la pantalla para los fines de dividir y de enviar de manera selectiva en cuanto a la dirección cada uno de los haces de luz en múltiples direcciones con una divergencia correspondiente al ángulo entre las direcciones de emisión vecinas.
42. El método según las reivindicaciones 36 a 41, que comprende los pasos de generar imágenes en 3D con paralaje horizontal solamente en las cuales los haces de luz de salida presentan una divergencia a lo largo de la dirección vertical diferente a la divergencia a lo largo de la dirección horizontal, y emplear una pantalla que tenga un mayor ángulo de difusión en la dirección vertical que el ángulo de difusión en la dirección horizontal.
43. El método según las reivindicaciones 36 a 42, que comprende los pasos de emplear haces de luz incidentes con ángulos de convergencia y posiciones de emisión controlables, y controlar independientemente las secciones dentro de los haces de luz incidentes convergentes.
44. El método según la reivindicación 43, que comprende los pasos de:
45. El aparato según la reivindicación 32, en el cual los medios para efectuar una calibración están adaptados para modificar las imágenes bidimensionales que constituyen los datos de imagen en 3D.
46. El aparato según la reivindicación 45, que comprende:
47. El aparato según la reivindicación 45 ó 46, que comprende:
48. El aparato según la reivindicación 47, que comprende un dispositivo detector de imágenes ópticas (800) para detectar una imagen generada por el sistema óptico de uno o más módulos (145), y medios de software para evaluar la imagen detectada.
49. El aparato según la reivindicación 48, en el cual los medios de software están adaptados para establecer una diferencia entre la imagen detectada (804) y una imagen teórica libre de errores (806).
50. El método según la reivindicación 37, que comprende los pasos de:
51. El método según la reivindicación 50, en el cual la modificación de los datos de entrada de los módulos (145) con los correspondientes datos de calibración y el envío de los datos de imagen modificados a las presentaciones en 2D en los módulos, se efectúa en tiempo real.
52. El método según la reivindicación 50, que comprende además los pasos de aplicar un procedimiento de calibración para asegurar que los haces de luz emitidos desde los diferentes módulos (145) que inciden sobre la pantalla (120) la alcanzan en un punto predeterminado de la pantalla con una intensidad predeterminada, compensando con ello las imperfecciones ópticas de distorsiones, desalineaciones geométricas, y diferencias de brillo/contraste entre los sistemas ópticos de los módulos.
53. El aparato según la reivindicación 1, en el cual la pantalla difusora (220; 520) está compuesta de dos capas ópticos con objeto de obtener las características ópticas requeridas por medio de la combinación de las capas.
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