谈谈立体电视

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通常我们所看到的电视都是平面电视。它的图象和一般的照片一样,不论我们用两只眼睛怎样地看,也不会有空间立体感,使画面的艺术感染力大大降低,而立体电视则不同,由于比平面电视更加形象逼真,不仅增加了人们对画面的艺术感,使电视观众产生身临其境的感觉之外,还可在科研、生产等部门发挥特殊的效能。例如在轧钢工业方面,轧钢工人操纵轧钢机轧制钢材时,通过普通工业电视就无法辨别被轧制的钢材移动的距离和体积。而用立体电视观察现场就好象身在轧机旁,可以清楚地辨别钢材的移动距离,钢材的体积等等。又如在医疗方面,为了诊断病情,医生用X光平面透视,只能看到平面图象,因此无法准确地判断病灶的深浅和大小。而用立体电视,由于它提供了真实的立体形象,就能使医生准确地进行诊断,为治疗提供了比较可靠的依据。至于在军事及其它方面,其应用效果就更明显了。下面我们谈谈立体电视的原理和实现的方法。

视差与立体成象

当观看周围的物体时,我们的眼睛之所以有立体感,是由于双目有视差的原因。我们要分辨物体的远近,必须要用两只眼睛同时观看,用一只眼睛则不易区别。例如,我们用两只眼睛去观察远处前后有一定距离的两棵树时,很容易分辨出它们的远近。而用一只眼睛去观察时,就很难辨别。这是因为我们用两只眼睛观看周围的物体时,两只眼睛之间有一定的距离,因此两只眼睛观察同一物体的角度就略有差异,即同一物体在人的两眼视网膜上所形成的象就稍有不同。这种人眼的视觉差异就叫做“视差”。

依照被观察物体在空间的位置,一定是有一只眼睛看到它的较近的部分,另一只眼睛则看到它的较远的部分。右眼看到物体的正面即比较近部分(如图1(a)所示)。左眼看到物体的侧面即比较远的部分(如图1(b)所示),两只眼所得到的是物体的两幅图象,在人的大脑中合成为一幅立体象。那么两幅图象又是怎样地合成为一立体象的呢?

图1
图1 🔍原图 (371×205)

通常,我们把每只眼睛看物体的中心线称为视轴,两只眼睛视轴之间的距离(见图2a)称为目基。当然目基的宽窄因人而异,但是其平均距离为65毫米左右。由于两眼之间有一定的距离,所以观察同一物体时,两视轴必然交叉在所观察的物体上。两视轴相交的夹角(如图2b)称为会聚角。物体离人眼的距离不同,会聚角也不一样。会聚角的大小又与每只眼球转动的角度有关,两眼球的转动又需要一定的肌肉做功,我们的大脑对两只眼睛的视神经所得到的图象信息和眼球肌肉做功用力强度的比较,便能得出物体的一幅立体图象的概念。立体电视就是根据这个原理研制出来的。

图2
图2 🔍原图 (388×275)

立体电视的形成原理

为了便于说明立体电视的形成原理,我们先介绍一下立体电影是怎样形成的。立体电影的拍摄就是模仿人的两眼看某一景物的情形进行的。根据上述视差立体成象原理,在拍摄时,必须用相隔一定距离的两架摄影机,同时以不同的角度拍摄同一景物,以得到两幅略有差异的图象。在放映电影时,同样也必须放演两幅略有差异的图象,并且使两幅图象轮流出现在银幕上。而电影观众,需带上特殊的眼镜,使得左眼只能看到从左边拍摄的图象;右眼只能看到从右边拍摄的图象,以造成两只眼睛的视差,使银幕上再现了生动逼真的立体景象。

和立体电影一样,立体电视也是以双目的视差立体成象原理为基础的,在摄象端,也要把两台摄象机相隔一段距离,即从不同的角度拍摄同一景物。在显象端,也同样是交替显示在同一荧光屏上,并设法使左眼只能看到左边的图象,右眼只能看到右边的图象。于是观众就得到了具有深度感的立体图象了。由上述介绍可以看出,实现立体电视必须满足下列条件:

1.摄象端必须使用相隔一定距离的两架摄象机并从不同的角度拍摄同一景物。

2. 传输两幅图象信号。

3.显象端设法把两幅图象分开,使左眼只能看到左边的图象,右眼只能看到右边的图象。

立体电视的实现方法

比较容易实现立体电视的方法是采用闭路电视系统。因为闭路电视的信号传输是通过电缆直接进行的。根据实现立体电视必要条件,在摄象端用两架性能一致的摄象机,相隔一定距离从不同角度拍摄同一景物,得到两幅图象信号,然后分别经过预放,中间放大及校正电路,最后经电缆传送到显象端,如图3。在显象端为了获得立体图象,不仅应该重现原来的左、右两个图象,而且还把这两幅图象分开,使观众的左眼只能看到左面的图象,右眼只能见到右面的图象,这是实现立体图象的关键。分开两幅图象的方法很多,大体分为两类。一是从观众方面采取措施,即让观众带上使两眼可以选择左右图象的眼镜,从而把反映到荧光屏上的两幅图象分开;另一是在荧光屏上采取措施,把左右图象分开。

图3
图3 🔍原图 (894×384)

眼镜法之一是观众戴上用电子开关控制的偏振镜片眼镜。这种方法,要求摄象端、显象端和眼镜三者同时受一定频率的电子开关同步控制,即当摄象端左边的摄象机摄象的瞬间,右边的摄象机被截止,这时显象端只显示左边的图象,偏振片眼镜的左边镜片被打开,右边的被关闭。在另一瞬间,则左面的各部分全部被电子开关关闭,右面各部分工作,得到右面的图象,由于电子开关频率足够高(例如50赫),所以就得到了一幅立体图象。

眼镜法之二是用两种滤色镜制作眼镜,并要求在两架摄影机前也各用一种颜色滤色镜如红色和蓝色滤色镜。在显象端,也要求显象管能同时显示出红色和蓝色的图象(如用两只不同色的显象管)。观众戴上眼镜后,通过蓝色镜片只能看到蓝色调的图象;通过红色镜片只能看到红色调的图色,由两种颜色互为补色,可获得黑白色调的立体感图象。

由于眼镜法需戴眼镜很不方便,同时也限制了观众的人数,人们又在荧光屏上和显象管的结构上下功夫。采用类似彩色显象管的特制的双电子枪显象管,它的两个电子枪相互成一定角度,使两电子束交叉通过荧光屏前面的荫罩板,然后以不同角度投射到荧光屏上。这个荧光屏与普通的不同,是由许多互成一定角度的半圆柱形透镜做成的透明屏。电子束通过荫罩后分别正好射到各自的半圆柱形透明屏上,结果形成互相间有一定角度的左图象条和右图象条组成的两幅图象。由于两幅图象以相间且互相有一定角度的垂直条的形式显现在荧光屏上,所以观众的左眼只能看到左图象条,右眼只能看到右图象条,结果得到立体图象。

实现立体广播电视要比立体闭路电视复杂一些。立体广播电视在摄象和显象的技术处理上和闭路立体电视相同,关键是在信号的传输处理上复杂一些。类似于彩色电视信号的传输处理方式,在发射端为了使两幅图象信号互不混淆,选择了一个副载波使其中一图象信号对副载波进行调制,然后再和另一信号混合发射出去;在接收端经过放大和检波后用滤波器加以区分。其中对调制在副载波上的那个信号。需要再一次进行解调即进行两次检波,然后两信号分别送到两个电子枪,最后得到两幅图象。

立体电视是很有发展前途的,特别是那些使人无法接近的场合,采用立体电视可以得到更加逼真的图象。利用彩色立体电视系统广播电视节目,可使观众得到更加真实的艺术享受。(王连铮)