一種與普通電視兼容的立體電視技術(shù)方案

摘要：本文從電視枝術(shù)的空間結(jié)構(gòu)和它的空間狀態(tài)的角度，探討立體電視為何不能走進(jìn)千家萬戶百姓家，為何不能形成大產(chǎn)業(yè)？主要的瓶頸是立體電視和現(xiàn)行電視的兼容問題。提出解決問題的可能途徑。

關(guān)鍵詞：立體電視；裸眼；線性空間；熵；頻率調(diào)制；相位調(diào)制；時間調(diào)制；空間調(diào)制。

立體電視為何不能走進(jìn)千家萬戶百姓家？為何不能形成大產(chǎn)業(yè)？因?yàn)槟壳斑€沒有符合下面這二條：首先技術(shù)上要達(dá)到立體電視和普通電視的兼容，其次，是價格上不能太貴。阻礙兼容問題是，現(xiàn)在的立體電視只是一種偽立體，它很容易讓人們誤入歧途，而無法創(chuàng)新地建立嶄新的體系。目前立體電視顯示的方法，都建筑在用左右兩幅圖像，通過頻率調(diào)制，或者相位調(diào)制，或者時間調(diào)制，分別傳遞到觀察者雙眼，然后再形成立體影像這種陳舊的基礎(chǔ)上的。而且，都采用左右兩幅稍有差異圖像一起投射到同一屏幕上，裸眼觀察模糊不清, 再需要借助于附加的，不同的左右眼鏡特性將左右兩幅圖像分別傳遞到觀察者相應(yīng)的左右眼，從而在觀察者的大腦中合成出立體圖像。顯而易見，這種立體圖像顯示的方法，從誕生至今從來沒有進(jìn)步過，既無法進(jìn)行裸眼觀察，又不能簡化信息傳送量，所以無法與現(xiàn)有的電視制度相兼容。為了使立體電視能進(jìn)入到千家萬戶，能與現(xiàn)有的電視制度相互兼容是必不可少的，所以，只有徹底否定”用左右兩幅圖像來復(fù)原的立體圖像”的這一命題，而建立起新型的立體電視制度；才能創(chuàng)建在一幅平面圖像基礎(chǔ)上，構(gòu)建成一個完全的立體圖像，這樣才是通向解決上述困惑的一條坦途。

如何解決兼容問題？主要解決以下二個問題：

1、為了與現(xiàn)行的電視系統(tǒng)相兼容，立體電視系統(tǒng)的帶寬應(yīng)不大于8兆赫，這就意味著對立體電視系統(tǒng)的巨大信息量要進(jìn)行縮減；

2、立體電視系統(tǒng)應(yīng)該是裸眼觀看，以適合觀眾的觀看習(xí)慣。

我們知道，傳統(tǒng)電視系統(tǒng)是由行向量H，幀向量V，亮度向量Y組成的三維線性空間的結(jié)構(gòu)。用以下的矩陣來表示：

現(xiàn)行的彩色電視系統(tǒng)中，由行向量H，幀向量V，亮度向量Y組成的，表達(dá)彩色信息的是由紅向量R，綠向量G，蘭向量B的三維線性空間。也可用以下的矩陣來表示：

而現(xiàn)在的偽立體電視是由行向量H，幀向量V，亮度向量Y組成的三維線性空間。表達(dá)彩色信息的是由紅向量R，R'，綠向量G，G'，蘭向量B，B'組成的。共有H,V,Y,R,G,B,R',G',B'九個向量，通過不同的線性組合,組成的三維線性空間。可用以下左右二個的矩陣來表示：

從上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，我們可以看出，三個系統(tǒng)都處在相同的三維線性空間中，而它們的復(fù)雜性卻越來越大，表示它們傳送的信息量也越來越大。偽立體電視所傳送的信息量巨大，是普通電視系統(tǒng)無法適應(yīng)的。所以，這就是不能相互兼容的問題所在。我們知道，系統(tǒng)的信息量越大，那未系統(tǒng)的熵也越大。為了減小熵值，我們可以提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的維數(shù)。如果我們重新設(shè)計(jì)一種新型的立體電視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，這立體電視系統(tǒng)是采用空間調(diào)制原理，由一幅平面圖象組成，而它的每一象素都受一景深信號Z所控制，呈現(xiàn)出與現(xiàn)眾距離的變化，在空間中形成一幅立體的虛像。這樣既解決降低系統(tǒng)的熵值，又實(shí)現(xiàn)了裸眼觀看。要實(shí)行這個目標(biāo)，我們首先應(yīng)定義景深向量Z=(z1，z2，z3，…)，它是與觀眾觀察每一象素的視角大小有關(guān)。那未新型的立體電視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是由由行向量H，幀向量V，亮度向量Y，景深向量Z組成的，表達(dá)彩色信息的是由紅向量R，綠向量G，蘭向量B的四維線性空間。也可用以下的矩陣來表示：

我們可以比較上述的不同電視系統(tǒng)的矩陣，新的立體電視系統(tǒng)與普通的電視系統(tǒng)只增加了一個景深向量。通過將三維線性空間轉(zhuǎn)化為新的四維線性空間，系統(tǒng)的維數(shù)增加了，熵值也減小了，傳送的信息量也得到縮減。這為兼容問題確立了理論上的基礎(chǔ)。如何在實(shí)際的應(yīng)用上付諸實(shí)施呢？我們只要研制成一幅利用電光器件，作為立體電視接收部份的屏幕前的景深屏，進(jìn)行空間調(diào)制，它具有光線折射率α隨著電信號(景深信號z)的改變而發(fā)生變化，景深信號z→景深屏的光線折射率α→觀察者的視角→景深L。它們之間的函數(shù)關(guān)系：

             L=f (z) ....................(1)   

式中L ： 觀察者認(rèn)為的景深；z ：景深信號。 

本方法運(yùn)用主、付攝像機(jī)所取得的主、付兩幅圖像信號，經(jīng)運(yùn)算分離出景深信號z，

    使     z=g (λ) ..............(2 )

式中z：分離出景深電信號；λ： 攝像機(jī)與被攝物體的距離。

如圖3所示：主攝像機(jī)(1)和付攝像機(jī)(2)在同步信號的啟動下，同步進(jìn)行兩幅平面圖像的行掃描和幀掃描，然后，在每一行掃描時，將主、付兩攝像機(jī)的同步輸出的略有差異的主、付兩幅圖像信號的相位φ1、φ2進(jìn)行運(yùn)算分離得到即時的景深信號：

z==ζ(φ1-φ2 )..................( 3 )                    

式中z：電視景深信號；φ1：主攝像機(jī)輸出的圖像信號的相位；φ2：付攝像機(jī)輸出的圖像信號的相位。

而主幅圖象就是通常的平面電視圖象。付幅圖象信號的相位φ2主要用于與主幅圖象信號的相位φ1進(jìn)行運(yùn)算分離(3)出景深信號z，進(jìn)而再去控制景深屏(7)的光折射率α，同時，在景深屏(7)上進(jìn)行同步的幀、行掃描，使景深屏(7)上形成了由光折射率α不同，而組成的一幅潛像。這樣，就會使普通屏幕(8)的圖象上的每一象素與景深屏(7)潛像上的每一象素一一對應(yīng)，這樣，觀察者的視角就會產(chǎn)生，在前后位置有規(guī)律的變化。那未，觀察者的景深L也按原來的立體場景進(jìn)行重現(xiàn)。假設(shè)景深信號z為一常量k，那么景深屏(7)的光射率α也不發(fā)生變化，景深L也沒有發(fā)生改變，這就顯示出通常的平面電視圖像。這樣，就完成了立體電視與平面電視相兼容的任務(wù)。

圖1，是觀眾觀察像素S，而體現(xiàn)景深距離L。

圖2，是觀眾通過光折射屏A，觀察像素S，而體現(xiàn)景深距離L'。觀眾體現(xiàn)景深距離發(fā)生變化。  

圖3，取得景深信號的框圖。    

圖4a，新型立體電視系統(tǒng)的發(fā)射部份的框圖。其中虛線部份，即是在普通電視系統(tǒng)基礎(chǔ)上新增的部份。 

圖4b，新型立體電視系統(tǒng)的接收部份的框圖。其中虛線部份，即是在普通電視系統(tǒng)基礎(chǔ)上新增的部份。

景深屏可以采用多種方案來考慮，如采用一種透明的壓電陶瓷材料兩面涂以透明電極，組成類似三明治結(jié)構(gòu)。在不同的電壓下，透明壓電陶瓷對光的折射率會發(fā)生變化；或再采用點(diǎn)陣的掃描方法，來完成同步的幀、行掃描。