ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБИНЫ ПРОСТРАНСТВА, ВОСПРОИЗВОДИМОГО АВТОСТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЙ МНОГОРАКУРСНОЙ СИСТЕМОЙ

Ю.Н. Овечкис^1,3, А.И. Винокур^1,2

¹ Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова (Moscow State University of Printing Arts);

² Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute));

³ Научно-исследовательский кинофотоинститут (Cinema and Photo Research Institute).

ovechkis@yandex.ru, alex.vinokour@gmail.com

Содержание

1. Введение

2. Анализ обобщенной автостереоскопической многоракурсной системы

3. Заключение

Литература

Аннотация

В статье рассматривается обобщенная модель применимой для научной 3D визуализации системы формирования многоракурсного автостереоскопического изображения (голографического или растрового). Показано, что при отсутствии изменения ракурсов в вертикальном направлении независимо от количества формируемых горизонтальных ракурсов и размеров элементарных зон видения глубина воспроизводимого пространства ограничена. Получены аналитические выражения для ее определения и установлено, что эта величина лежит в пределах глубины резкости глаза наблюдателя, сфокусированного на плоскость формирования изображений ракурсов. Пояснение данного ограничения – невозможность аккомодации глаз наблюдателя на рассматриваемый элемент изображения даже при бесконечно большом количестве ракурсов в одном (горизонтальном) направлении.

Ключевые слова: научная 3D визуализация, многоракурсная автостереоскопическая система, ракурс, зона видения, глубина резкости, стереоскопия, голография, стереоголография, растр, линзовый растр, объемное изображение.

1. Введение

Системы воспроизведения объемных изображения без применения очков и других специальных приспособлений всегда привлекали внимание и вызывали большой интерес, как у разработчиков, так и потребителей подобной техники вследствие полной реалистичности не только самого изображения, но и способа его предъявления. Подобные системы могут и частично уже используются в рекламе, телевидении, различных устройствах – смартфоны, планшеты, на выставках и т.п., а также в различных технических приложениях, системах обучения, тренажерах и т.д. [1 - 8].

Несомненный интерес представляют такие системы и в задачах научной визуализации: 3-D представления быстропротекающих процессов, сложных молекул, треков элементарных частиц и т.д. Однако имеются специфические требования, связанные с задачами научной визуализации, такие как, с одной стороны, высокое качество объемного изображения с возможностью оглядывания объекта, с другой стороны, возможно более доступная для исследователя и бюджетная система. Поэтому вопрос оптимизации технических характеристик и параметров системы объемной визуализации весьма актуален. Тем более, что пользователей часто обманывают и вместо действительно пространственно объемного изображения с изменением ракурсов показывают обычную плоскую динамическую картинку, как бы «висящую» в воздухе, называя ее при этом «голографической». Для этого применяются прозрачные пленки, на которые осуществляется проекция плоского изображения [9 - 10], либо используются зеркала (в том числе пленочные), собранные в виде призм, и плоские мониторы, расположенные сверху или снизу у их вершины [11, 12]. При искусно организованном показе – хорошо спрятанных проекторах и мониторах, затемнении, соответствующей динамике демонстрируемого изображения и пр., у зрителей возникает иллюзия объемности. Однако это не имеет ничего общего с истинно объемным изображением, когда в каждый момент времени наблюдатель видит два различных ракурса, вследствие чего работает механизм бинокулярного зрения, обеспечивающий возможность оценки пространственных свойств демонстрируемых объектов.

Рис. 1. Принципиальная схема устройства демонстрации объемного изображения на линзу

L – линза, O – объектив с большой апертурой, M и M₁ -  некоторая точка исходного объекта и ее изображение соответственно, V – зона видения, r и l – правый и левый глаз наблюдателя соответственно.

Принципиально отличаются от подобных систем устройства, в которых изображение формируется таким образом, что в пространстве имеется некоторая зона, в пределах которой в глаза наблюдателя попадают два ракурса изображения, причем непрерывно изменяемые при оглядывании, т.е. смещении положения головы по горизонтали и вертикали. Примером такого устройства может служить проекция объемного изображения объективом с большой апертурой на сферическое зеркало или линзу большого размера (Рис.1).

Изображение зрачка проекционного объектива O, формируемое линзой L, представляет собой зону видения V. Из этой зоны можно наблюдать и, что важно, оглядывать в небольших пределах объемное изображение объекта, создаваемое совместно объективом с линзой и реально располагаемое в пространстве перед наблюдателем. Отметим, что оценка пространственных свойств демонстрируемых объектов осуществляется как с использованием бинокулярного механизма восприятия, т.е. путем сведения осей глаз на рассматриваемый элемент изображения (изображение M₁ элемента M исходного объекта на рис. 1) так и аккомодационного механизма – фокусировка глаз на данный элемент.

Истинно объемное изображение с естественно изменяемыми ракурсами по горизонтали и вертикали создается также изобразительными голограммами [13, 14], или в системе голографического кинематографа, предложенной проф. Комаром [14 – 16]. Формирование изображения в такой системе также основано на использовании объективов с большой апертурой при съемке объектов сцены на голограмму-фильм и при проекции (рис. 1). При этом создание множества зон видения происходит благодаря проекции объемного изображения на голографический экран, представляющий собой голографическое многофокальное сферическое зеркало, которое аналогично линзе (рис. 1) переносит изображение зрачка проекционного объектива к глазам зрителя, причем размножает это изображение по местам расположения зрительских мест в кинозале.

Промежуточное положение между рассмотренными выше плоскими и объемными изображениями занимают многоракурсные автостереоскопические, т.е. безочковые, изображения с горизонтальным изменением ракурсов. Для их создания используют линзорастровые [17 – 22] или голографические методы [24, 27]. В первом случае осуществляется специальная кодировка, создание параллакс-панорамограммы, и применение линзового или щелевого растра для декодирования и разделения ракурсов.

Рис. 2. Принципиальная схема формирования и наблюдения автостереоскопического линзорастрового изображения

На рис. 2 представлена принципиальная схема формирования и наблюдения автостереоскопического многоракурсного изображения с использованием линзового цилиндрического растра L для сепарации ракурсов. Здесь в плоскости I сформирована так называемая параллакс-панорамограмма, представляющая собой совокупность узких вертикальных полосок, каждая из которых соответствует одному элементу разложения одного ракурса демонстрируемого объекта (рис.3).

Рис. 3. Формирование параллакс-панорамограммы из совокупности разноракурсных изображений

Располагаясь в области формирования раздельных (элементарных) зон видения каждого ракурса (плоскость V), являющейся изображением плоскости I в линзах растра L (по горизонтали), можно увидеть стереоскопическое изображение, т.к. в левый и правый глаз попадают разные ракурсы наблюдаемого объекта (рис. 2). Причем перемещаясь вдоль плоскости V и попадая в другие пары зон, появляется возможность оглядывания объемного изображения в пределах общей зоны видения.

Изображение параллакс-панорамограммы может быть синтезировано вычислительными методами и сформировано на различных носителях информации. Это может быть синтезированная фотография [17, 18], проекционный экран [19, 20], а также телевизионный монитор [21 - 23]. Во всех случаях декодирование параллакс-панорамограммы осуществляется с помощью установленного перед носителем информации линзового растра. Отметим, что для более равномерного распределения четкости по полю экрана в телевизионных автостереоскопических устройствах применяют предложенные в [22, 23] наклонное расположение растра и более сложную цветовую кодировку с программированием цветовых субпикселей экрана монитора.

Запись синтезированных голограмм с горизонтальным изменением ракурсов также осуществляется с использованием набора плоских изображений отдельных ракурсов объекта [24 – 27]. На первом этапе производится голографическая поочередная съемка каждого ракурса на последовательно расположенные вертикальные узкие полоски будущей голограммы. Далее осуществляется копирование этой голограммы сопряженным пучком света, при этом голограмму-копию устанавливают в месте расположения изображений плоских ракурсов. При восстановлении полученной таким образом голограммы H также сопряженным пучком света R (рис. 4) в пространстве по месту расположения первой голограммы относительно копии возникает совокупность N вертикальных раздельных зон видения V₁ , V₂ , …, V_N  зарегистрированных ракурсов объемного изображения объекта, изображения которых расположены в плоскости голограммы H.

Рис.4. Принципиальная схема восстановления синтезированной голограммы

Не углубляясь в технологические подробности создания таких линзорастровых и стереоголографических изображений, отметим, что общим для них является формирование плоскости, в которой в закодированном виде сосредоточены изображения всех ракурсов демонстрируемого объекта, и плоскости зон раздельного видения этих ракурсов. Поэтому в глаза наблюдателя в зависимости от его расположения попадают различные пары ракурсов, и он имеет возможность видеть объемное стереоскопическое изображение.

Благодаря относительной простоте реализации и достаточно высокому качеству получаемого объемного изображения именно такого типа устройства в настоящее время активно развиваются и частично реализованы. Поскольку число ракурсов в таких устройствах ограничено, и чрезмерное его увеличение обычно связано с технологическими трудностями (например, с падением дифракционной эффективности для голограмм, ограниченной разрешающей способностью носителя в растровых системах), представляется интересным и необходимым определить достаточное количество ракурсов, формируемых системой и связать его с глубиной воспроизводимого пространства. Именно этому исследованию и посвящена данная работа.

2. Анализ обобщенной автостереоскопической многоракурсной системы

Рассмотрим автостереоскопическую систему (рис. 5) с горизонтальным изменением ракурсов, формирующую в пространстве вертикальную плоскость их изображений I, а также вертикальную плоскость зоны видения V, состоящую из элементарных зон видения каждого ракурса V_i, представляющих собой вертикальные полосы шириной d. Ширина общей зоны видения

D = N*d ,                    (1)

где N – число ракурсов системы. Такая зона может быть единственной, что обычно свойственно стереоголограммам, либо зоны могут повторяться в плоскости V, как это имеет место в линзорастровых системах.

Рис. 5. Обобщенная модель системы формирования автостереоскопического многоракурсного изображения

I - плоскость формирования ракурсов демонстрируемого автостереоскопического   изображения,

V - плоскость формирования зон видения этого изображения,

М₁, М₂  , … М_N   -  изображения N ракурсов точки М стереоскопического изображения, наблюдаемого из одноракурсных зон видения v₁, v₂  , … v_N  .

l – расстояние между плоскостями I и V,

l_M  - расстояние от плоскости I до точки M наблюдаемого автостереоскопического изображения

Δ – поперечный размер области перемещения стереоскопического изображения точки М при движении глаз в пределах одноракурсных зон видения.

Предполагаем также, что система идеальная, т.е. границы зон видения достаточно резкие и не пересекаются. Стереоскопический образ некоторой точки М, находящейся в предэкранном пространстве, формируется точками М₁, М₂ … М_i, М_i+1 …. М_j … М_N плоскости I.

Сначала рассмотрим случай, когда d > b_гл, где b_гл – диаметр зрачка глаза, и оба глаза находятся внутри пары соответствующих глазному базису элементарных зон, например  М_i и М_j. При неподвижном положении наблюдателя или при его небольшом смещении в пределах этой пары, он увидит обычное стереопарное изображение точки М. В отличие от стереопарной, в частности, очковой стереоскопии, при перемещении глаз наблюдателя в соседние пары зон М_i+1 и М_j+1 появляются новые ракурсы, что обеспечивает возможность оглядывания предъявляемого объекта съемки.

Однако на границе элементарных зон происходит скачок изображения. Он обусловлен тем, что при смещении глаз внутри одной пары элементарных зон наблюдаемое стереоизображение, являясь стереопарным, перемещается [17, 18] параллельно плоскости I в пределах площадки D (рис. 5) от одного ее края в начале перемещения до другого в конце. При переходе в соседнюю пару зон изображение скачком возвращается в начальное положение.

Этот скачок тем больше, чем дальше изображение точки M находится от плоскости I формирования разноракурсных изображений и чем больше размер элементарных зон d (рис. 5). Нетрудно показать, что угловая величина b сдвига изображения относительно наблюдателя при оглядывании в пределах одной пары зон равна:

b = D/*(l + l_М) = d*l_М  / l *(l + l_М),                 (2)

где l и l_М – расстояния от плоскости изображения ракурсов I до плоскости зон видения V и стереоскопического изображения M соответственно, знак ” + “ относится к изображению, расположенному за плоскостью I, знак “ - “ – перед ней по отношению к наблюдателю.

Если зрачок находится на границе двух зон, например, v_i, и v_i+1 изображение будет двоиться, в глаз попадут одновременно два ракурса М_i и М_i+1 (рис. 5). При этом угловой размер этого сдвоенного пятна, как нетрудно видеть, также определяется выражением (2).

Таким образом, накладывая естественное требование незаметности скачков и двоения при оглядывании многостереопарного (многоракурсного) изображения, потребуем, чтобы выполнялось условие b < b_гл, где b_гл - угловое разрешение глаза наблюдателя. В результате получаем ограничение на допустимую глубину изображаемого пространства (для заданного размера элементарных зон видения):

l_М  < b _гл l²/ (d + b_гл l),             (3)

где “ – “ относится к изображению, расположенному за плоскостью I, а “ +” – перед ней.

Если размер элементарной зоны d в системе меньше диаметра зрачка, в глаз всегда будут попадать более одного изображения различных ракурсов. В этом случае для наблюдения единого достаточно резкого изображения данной точки ее максимальное удаление от плоскости фокусировки стереопары должно удовлетворять выражению (4), в котором размер элементарной зоны видения d заменен на диаметр зрачка b_гл:

l_М  < b _гл l²/ (b_гл + b_гл l),                      (4)

где “ – “ относится к изображению, расположенному за плоскостью I, а “+” – перед ней.

Данное выражение определяет максимальную глубину формируемого многоракурсного изображения с заданным разрешением (b_гл) при размере элементарной зоны видения, равном диаметру зрачка глаза. С учетом (1) получаем, что необходимое число ракурсов N = D / b_гл и дальнейшее его увеличение, вообще говоря, не требуется.  Здесь необходимо отметить, что если при создании системы допустить некоторую заметную размытость формируемого изображения, т.е. выйти за пределы b_гл, то чтобы устранить возникшее дробление картинки, целесообразно уменьшить поперечный размер элементарных зон видения по сравнению с диаметром зрачка глаза. При этом следует иметь в виду, что в реальных системах имеется ряд технологических факторов, приводящих к ухудшению качества изображения – аберрации линз растра, хроматизм голограмм, протяженность источников света для их восстановления и пр., а вследствие этого упомянутое двоение будет отсутствовать.

Анализ выражения (4) показывает, что оно определяет не что иное, как глубину резкости глаза, расположенного в плоскости зон видения и сфокусированного на плоскость формирования стереопары [28]. Т.е. максимальная глубина объемной сцены, формируемой многостереопарным методом при условии возможности ее непрерывного оглядывания, определяется глубиной резкости глаза наблюдателя. При этом уменьшение размеров элементарных зон видения и соответственно увеличение числа ракурсов не приводит к возможности увеличения глубины сцены при заданном критерии резкости b_гл.

Важно отметить, что данное ограничение, связанное с глубиной резкости глаза, полностью совпадает с ограничением, характерным для стереоскопических изображений и обусловленным наличием разрыва между аккомодацией и конвергенцией [17, 29].

Физический смысл такого ограничения объясняется тем, что в отличие от наблюдения реальных объектов или их голографических или оптических образов, в которых параллаксы меняются непрерывно в горизонтальном и вертикальном направлениях, и глаза имеют возможность аккомодироваться (фокусироваться) на разглядываемую точку (рис. 1), в случае стереоскопического предъявления, в котором отсутствует вертикальный параллакс, глаза всегда сфокусированы на одну плоскость – плоскость формирования стереопар (плоскость I на рис. 5). Причем, даже при размере зоны видения отдельного ракурса, меньшем диаметра зрачка, наблюдатель видит одновременно несколько ракурсов рассматриваемой точки, но не имеет возможности сфокусироваться на нее из-за отсутствия вертикальных параллаксов.

Действительно, рассмотрим предельный случай, когда система сформирована таким образом, что размер d элементарных зон видения стремится к нулю. Пусть глаза наблюдателя сфокусировались в горизонтальной плоскости на точку М (рис. 2). Это приведет к тому, что вертикальной плоскости появится пятно рассеяния, т.к. в этом направлении отсутствует изменение ракурсов, и в зрачок, имеющий конечный не нулевой размер, попадают лучи, исходящие из единственной точки, расположенной в плоскости I. Будет создан искусственный астигматизм, при котором плоскости фокусирования глаза в горизонтальном и вертикальном направлениях не совпадают. 

В таблице 1(следующая страница) приведены зависимости возможной глубины воспроизводимого пространства (l_М) от расстояния наблюдения автостереоскопического многоракурсного изображения (l) при различных значениях величины b_гл и ширины элементарной зоны видения глаза: d < d_гл и d > d_гл.  Отметим, что полученные значения хорошо согласуются с полученными в других работах экспериментальными данными, в частности значениями глубины воспроизводимого пространства для автостереоскопического дисплея с растром [21] и проекционной безочковой модульной многоракурсной системы [30].

разрешение (βmax, угл. мин.)	1	1	1	1	1	1
расстояние (l, мм)	300,00	600	1000,00	4000,00	6000,00	8000,00
зона (d, мм)	4,00	4,00	4,00	4,00	4,00	4,00
глубина+ (lM+, мм)	6,60	25,84	69,77	923,08	1862,07	3000,00
глубина- (lM-, мм)	6,91	28,27	81,08	1714,29	4909,09	12000,00
разрешение (βmax, угл. мин.)	2	2	2	2	2	2
расстояние (l, мм)	300	600	1000	4000	6000	8000
зона (d, мм)	4	4	4	4	4	4
глубина+ (lM+, мм)	12,92	49,54	130,43	1500,00	2842,11	4363,64
глубина- (lM-, мм)	14,14	59,34	176,47	6000,00	54000,00	∞
разрешение (βmax, угл. мин.)	3	3	3	3	3	3
расстояние (l, мм)	300,00	600	1000,00	4000,00	6000,00	8000,00
зона (d, мм)	4	4	4	4	4	4
глубина+ (lM+, мм)	18,97	71,37	183,67	1894,74	3446,81	5142,86
глубина- (lM-, мм)	21,72	93,64	290,32	36000,00	∞	∞
разрешение (βmax, угл. мин.)	5	5	5	5	5	5
расстояние (l, мм)	300	600	1000	4000	6000	8000
зона (d, мм)	4	4	4	4	4	4
глубина+ (lM+, мм)	30,34	110,20	272,73	2400,00	4153,85	6000,00
глубина- (lM-, мм)	38,03	174,19	600,00	∞	∞	∞
разрешение (βmax, угл. мин.)	2	2	2	2	2	2
расстояние (l, мм)	300	600	1000	4000	6000	8000
зона (d, мм)	10,00	10,00	10,00	10,00	10,00	10,00
глубина+ (lM+, мм)	5,30	20,85	56,60	774,19	1588,24	2594,59
глубина- (lM-, мм)	5,50	22,41	63,83	1263,16	3375,00	7384,62
разрешение (βmax, угл. мин.)	3	3	3	3	3	3
расстояние (l, мм)	300,00	600	1000,00	4000,00	6000,00	8000,00
зона (d, мм)	10,00	10,00	10,00	10,00	10,00	10,00
глубина+ (lM+, мм)	7,89	30,74	82,57	1058,82	2103,90	3348,84
глубина- (lM-, мм)	8,32	34,25	98,90	2250,00	7043,48	20571,43
разрешение (βmax, угл. мин.)	5	5	5	5	5	5
расстояние (l, мм)	300,00	600	1000,00	4000,00	6000,00	8000,00
зона (d, мм)	10,00	10,00	10,00	10,00	10,00	10,00
глубина+ (lM+, мм)	12,92	49,54	130,43	1500,00	2842,11	4363,64
глубина- (lM-, мм)	14,14	59,34	176,47	6000,00	54000,00	∞
разрешение (βmax, угл. мин.)	2	2	2	2	2	2
расстояние (l, мм)	300,00	600	1000,00	4000,00	6000,00	8000,00
зона (d, мм)	30,00	30,00	30,00	30,00	30,00	30,00
глубина+ (l+, мм)	1,79	7,11	19,61	296,30	642,86	1103,45
глубина- (l-, мм)	1,81	7,29	20,41	347,83	818,18	1523,81
разрешение (βmax, угл. мин.)	3	3	3	3	3	3
расстояние (l, мм)	300,00	600	1000,00	4000,00	6000,00	8000,00
зона (d, мм)	30,00	30,00	30,00	30,00	30,00	30,00
глубина+ (lM+, мм)	2,68	10,61	29,13	428,57	915,25	1548,39
глубина- (lM-, мм)	2,72	11,00	30,93	545,45	1317,07	2526,32
разрешение (βmax, угл. мин.)	5	5	5	5	5	5
расстояние (l, мм)	300,00	600	1000,00	4000,00	6000,00	8000,00
зона (d, мм)	30,00	30,00	30,00	30,00	30,00	30,00
глубина+ (lM+, мм)	4,43	17,48	47,62	666,67	1384,62	2285,71
глубина- (lM-, мм)	4,57	18,56	52,63	1000,00	2571,43	5333,33

3. Заключение

Проведен анализ обобщенной голографической и линзорастровой системы формирования многоракурсного автостереоскопического изображения, на основе которого получены соотношения, определяющие связь глубины воспроизводимого стереоскопического изображения с габаритными параметрами системы – расстояние наблюдения и размер элементарных зон видения отдельных ракурсов, определяющий их количество, и показано что:

- независимо от количества формируемых в системе ракурсов и размеров элементарных зон видения глубина воспроизводимого пространства ограничена;

- максимальная глубина пространства, воспроизводимого системой, лежит в пределах глубины резкости глаза наблюдателя, сфокусированного на плоскость формирования изображений ракурсов. При этом ширина зоны видения одного ракурса для слитного восприятия должна равняться диаметру зрачка глаза (4 мм). Дальнейшее уменьшение ширины этой зоны не приводит к увеличению возможной глубины воспроизводимого пространства.

Литература

1. http://www.telemultimedia.ru/art.php?id=489

2. http://habrahabr.ru/company/yotadevices/blog/237331/

3. http://total3d.ru/trends/92954/

4. http://geektimes.ru/post/208342/

5. http://www.3dnews.ru/923601

6. http://www.smartphone.ua/news/takee_p1__planshet_s_84dyuymovym_qhd_3d-displeem_46762.html

7. https://hi-tech.mail.ru/news/russian-anathomic-table-3d-glass-for-surgery/

8. Vinokur A.I. Information Technologies in Culture and Education: Image Processing Issues. Modern Applied Science, vol. 9(5), pp. 314-322, 2015.

9. http://www.iventashow.ru/service/additional/holo

10. http://waterstone.uz/golograficheskaya-video-proekciya

11. http://www.gefestcapital.ru/holopiramids.html 

12. http://www.evolutionmusic.ru/3d-piramid.html

13. Ванин В.А. Изобразительная голография. Ретроспективный обзор и прогноз. Мир техники кино, 2006, №4, с. 17 – 22.

14. Комар В.Г., Серов О. Б. Изобразительная голография и голографический кинематограф. Искусство. 1987, с. 286.

15. Комар В.Г. О голографическом кинематографе. Мир техники кино. 2007, №6, с. 4 – 7.

16. Komar V.G., Principle оf the Holographic Cinematography. Selected Papers on Fundamental Techniques in Holography SPIE Milestone Series, vol. MS 171, 2001.

17. Валюс H.A. Стереофотография. Стереокино. Стереотелевидение, М.: Искусство, 1986.

18. Валюс Н.А. Стереоскопия, М. : АНСССР. 1962. с. 580.

19. Elkhov V.A., Kodratiev N.V., Ovechkis Y.N., Pautova L.V. A Modular Projection Autostereoscopic System for Stereo Cinema. Stereoscopic Displays and Applications XX, San Jose, California, US, SPIE Vol. 7237, pp. 72370D-1 – 72370D-11, 19 – 21 January 2009.

20. Елхов В.А., Кондратьев Н.В., Овечкис Ю.Н., Паутова Л.В., Устройство для демонстрации растрового стереоскопического изображения с высоким разрешением, Патент РФ на изобретение № 2391689, приоритет от 29 мая 2008 г, http://www.freepatent.ru/patents/2391689.

21. Елхов В.А., Кондратьев Н.В., Овечкис Ю.Н., Паутова Л.В., Дик М.А. Автостереоскопический дисплей на базе бытового жидкокристаллического телевизора. Мир Техники Кино, 2014 г., №1, c. 3 – 9.

22. Berkel van C., Clarke J. Autostereoscopic display apparatus. US Pat, No. 6,064,424, May 2000.

23. Berkel van C., Parker D.W., Franklin A.R. Multi-view LCD Display. Proc SPIE. Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems III. Vol. 2653, P. 32-39, 1996. 

24. Баканас Р., Захаровас С. Цифровая изобразительная голография для музеев. Мир Техники Кино, 2011, № 22, с. 20-21.

25. Brothherton-Ratcliffe David. Large format digital Colour Holograms Produced using RGB Pulsed Laser Technology. Proc.7^th International Symhosion on Dissplay Holography, ISBN 0955352711, pp. 200-209, 2006, UK.

26. Zacharovas Stanislovas. Advances in Digital Holography. IWHM 2008 International Workshop on Holographic Memories Digests, pp. 55-67, 2008, Japan.

27. Karnaukhov V.N., Merzlyakov N.S., Ovechkis Yu.N. Synthesis of hybrid optical-digital rainbow holograms and stereo holograms. Optics Communications, Vol. 42, № 1, pp. 10-12, 1982.     

28. Артюшин Л.Ф., Барский И.Д., Винокур А.И. Справочник кинооператора. Москва. Галактика-Л, 1999, с. 256.

29. Елхов В.А., Кондратьев Н.В., Овечкис Ю.Н., Паутова Л.В. Особенности формирования объемного изображения в цифровом стереоскопическом кинематографе. Мир техники кино, 2011, № 20, С.4-8.

30. Комар В.Г. О резкости изображения в кинематографе. Техника кино и телевидения, 1962, № 10, с. 1-11.

31. Елхов В.А., Кондратьев Н.В., Овечкис Ю.Н., Паутова Л.В. Цифровой синтез многоракурсных стереоскопических изображений для безочковой растровой демонстрации. Мир техники кино, 2012, № 24, С. 21-25.

---

RESEARCH OF A SPACE DEPTH REPRODUCIBLE BY A MULTI-VIEW AUTO-STEREOSCOPIC SYSTEM

Yu.N. Ovechkis^1,3, A.I.Vinokur^1,2

¹ Moscow State University of Printing Arts;

² National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute);

³ Cinema and Photo Research Institute.

ovechkis@yandex.ru, alex.vinokour@gmail.com

Abstract

In this article, a generalized model of system for formation of a multi-view auto-stereoscopic image, i.e. holographic or raster, is viewed and this system can be used for 3D scientific visualization. It is shown that the space depth is limited in the absence of views’ changes in vertical direction regardless of the number of formed horizontal views and sizes of elementary viewing zones. Analytic expressions for its determination were obtained and it was established that this value lies within the depth of eye sharpness of the observer focused on the plane for image views forming. This restriction can be explained by impossibility of accommodation of an observer’s eyes on the defined image element even if there is an infinitely large number of views in one (horizontal) direction.

Keywords: 3D scientific visualization, multi-view auto-stereoscopic system, view, viewing zone, the depth of sharpness, stereoscopy, holography, stereoholography, raster, lens raster, three-dimensional image

References

1. http://www.telemultimedia.ru/art.php?id=489

2. http://habrahabr.ru/company/yotadevices/blog/237331/

3. http://total3d.ru/trends/92954/

4. http://geektimes.ru/post/208342/

5. http://www.3dnews.ru/923601

6. http://www.smartphone.ua/news/takee_p1__planshet_s_84dyuymovym_qhd_3d-displeem_46762.html

7. https://hi-tech.mail.ru/news/russian-anathomic-table-3d-glass-for-surgery/

8. Vinokur A.I. Information Technologies in Culture and Education: Image Processing Issues. Modern Applied Science, vol. 9(5), pp. 314-322, 2015.

9. http://www.iventashow.ru/service/additional/holo

10. http://waterstone.uz/golograficheskaya-video-proekciya

11. http://www.gefestcapital.ru/holopiramids.html 

12. http://www.evolutionmusic.ru/3d-piramid.html

13. Vanin V.A. Izobrazitel'naja golografija. Retrospektivnyj obzor i prognoz [Graphic holography. A retrospective review and forecast]. The world of cinema technology. 2006, no. 4, pp. 17 – 22. [In Russian]

14. Komar V.G., Serov O. B. Izobrazitel'naja golografija i golograficheskij kinematograf [Graphic holography and holographic cinematography.]. Iskusstvo. 1987, pp. 286. [In Russian]

15. Komar V.G. O golograficheskom kinematografe [About holographic cinematography]. The world of cinema technology. 2007, no. 6, pp. 4 – 7. [In Russian]

16. Komar V.G., Principle of the Holographic Cinematography. Selected Papers on Fundamental Techniques in Holography SPIE Milestone Series, vol. MS 171, 2001.

17. Valjus H.A. Stereofotografija. Stereokino. Stereotelevidenie. [Stereo Image. Stereoscopic. Stereo television.] Iskusstvo, 1986. [In Russian]

18. Valjus N.A. Stereoskopija [Stereoscopy]. ANSSSR. 1962. pp. 580. [In Russian]

19. Elkhov V.A., Kodratiev N.V., Ovechkis Y.N., Pautova L.V. A Modular Projection Autostereoscopic System for Stereo Cinema. Stereoscopic Displays and Applications XX, San Jose, California, US, SPIE Vol. 7237, pp. 72370D-1 – 72370D-11, 19 – 21 January 2009.

20. Elhov V.A., Kondrat'ev N.V., Ovechkis Ju.N., Pautova L.V. Ustrojstvo dlja demonstracii rastrovogo stereoskopicheskogo izobrazhenija s vysokim razresheniem [Device for demonstration raster stereoscopic images with high resolution]. The Russian patent for invention number 2391689, priority of May 29, 2008. http://www.freepatent.ru/patents/2391689. [In Russian]

21. Elhov V.A., Kondrat'ev N.V., Ovechkis Ju.N., Pautova L.V., Dik M.A. Avtostereoskopicheskij displej na baze bytovogo zhidkokristallicheskogo televizora [Autostereoscopic display based on the domestic LCD TV]. The world of cinema technology. 2014, no. 1, pp. 3 – 9. [In Russian]

22. Berkel van C., Clarke J. Autostereoscopic display apparatus. US Pat, No. 6,064,424, May 2000.

23. Berkel van C., Parker D.W., Franklin A.R. Multi-view LCD Display. Proc SPIE. Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems III. Vol. 2653, P. 32-39, 1996. 

24. Bakanas R., Zaharovas S. Cifrovaja izobrazitel'naja golografija dlja muzeev [Digital Art holography for museums]. The world of cinema technology, 2011, no. 22, pp. 20-21. [In Russian]

25. Brothherton-Ratcliffe David. Large format digital Colour Holograms Produced using RGB Pulsed Laser Technology. Proc.7th International Symhosion on Dissplay Holography, ISBN 0955352711, pp. 200-209, 2006, UK.

26. Zacharovas Stanislovas. Advances in Digital Holography. IWHM 2008 International Workshop on Holographic Memories Digests, pp. 55-67, 2008, Japan.

27. Karnaukhov V.N., Merzlyakov N.S., Ovechkis Yu.N. Synthesis of hybrid optical-digital rainbow holograms and stereo holograms. Optics Communications, Vol. 42, no. 1, pp. 10-12, 1982.    

28. Artjushin L.F., Barskij I.D., Vinokur A.I. Spravochnik kinooperatora [Handbook of cameraman]. Galaktika-L, 1999, pp. 256. [In Russian]

29. Elhov V.A., Kondrat'ev N.V., Ovechkis Ju.N., Pautova L.V. Osobennosti formirovanija ob#emnogo izobrazhenija v cifrovom stereoskopicheskom kinematografe [Features of formation of three-dimensional image stereoscopic digital cinematography]. The world of cinema technology, 2011, no. 20, pp. 4-8.  [In Russian]

30. Komar V.G. O rezkosti izobrazhenija v kinematografe [On the sharpness of the image in cinematography]. Film and Television Technology. 1962, no. 10, pp. 1-11. [In Russian]

31. Elhov V.A., Kondrat'ev N.V., Ovechkis Ju.N., Pautova L.V. Cifrovoj sintez mnogorakursnyh stereoskopicheskih izobrazhenij dlja bezochkovoj rastrovoj demonstracii [Digital synthesis of multi-angle stereoscopic images for glasses-free scanning demonstration]. The world of cinema technology, 2012, no. 24, pp. 21-25. [In Russian]