一种与普通电视兼容的立体电视技术方案

摘要：本文从电视枝术的空间结构和它的空间状态的角度，探讨立体电视为何不能走进千家万户百姓家，为何不能形成大产业？主要的瓶颈是立体电视和现行电视的兼容问题。提出解决问题的可能途径。

关键词：立体电视；裸眼；线性空间；熵；频率调制；相位调制；时间调制；空间调制。

立体电视为何不能走进千家万户百姓家？为何不能形成大产业？因为目前还没有符合下面这二条：首先技术上要达到立体电视和普通电视的兼容，其次，是价格上不能太贵。阻碍兼容问题是，现在的立体电视只是一种伪立体，它很容易让人们误入歧途，而无法创新地建立崭新的体系。目前立体电视显示的方法，都建筑在用左右两幅图像，通过频率调制，或者相位调制，或者时间调制，分别传递到观察者双眼，然后再形成立体影像这种陈旧的基础上的。而且，都采用左右两幅稍有差异图像一起投射到同一屏幕上，裸眼观察模糊不清, 再需要借助于附加的，不同的左右眼镜特性将左右两幅图像分别传递到观察者相应的左右眼，从而在观察者的大脑中合成出立体图像。显而易见，这种立体图像显示的方法，从诞生至今从来没有进步过，既无法进行裸眼观察，又不能简化信息传送量，所以无法与现有的电视制度相兼容。为了使立体电视能进入到千家万户，能与现有的电视制度相互兼容是必不可少的，所以，只有彻底否定”用左右两幅图像来复原的立体图像”的这一命题，而建立起新型的立体电视制度；才能创建在一幅平面图像基础上，构建成一个完全的立体图像，这样才是通向解决上述困惑的一条坦途。

如何解决兼容问题？主要解决以下二个问题：

1、为了与现行的电视系统相兼容，立体电视系统的带宽应不大于8兆赫，这就意味着对立体电视系统的巨大信息量要进行缩减；

2、立体电视系统应该是裸眼观看，以适合观众的观看习惯。

我们知道，传统电视系统是由行向量H，帧向量V，亮度向量Y组成的三维线性空间的结构。用以下的矩阵来表示：

现行的彩色电视系统中，由行向量H，帧向量V，亮度向量Y组成的，表达彩色信息的是由红向量R，绿向量G，兰向量B的三维线性空间。也可用以下的矩阵来表示：

而现在的伪立体电视是由行向量H，帧向量V，亮度向量Y组成的三维线性空间。表达彩色信息的是由红向量R，R'，绿向量G，G'，兰向量B，B'组成的。共有H,V,Y,R,G,B,R',G',B'九个向量，通过不同的线性组合,组成的三维线性空间。可用以下左右二个的矩阵来表示：

从上述系统结构中，我们可以看出，三个系统都处在相同的三维线性空间中，而它们的复杂性却越来越大，表示它们传送的信息量也越来越大。伪立体电视所传送的信息量巨大，是普通电视系统无法适应的。所以，这就是不能相互兼容的问题所在。我们知道，系统的信息量越大，那未系统的熵也越大。为了减小熵值，我们可以提高系统结构的维数。如果我们重新设计一种新型的立体电视系统的结构，这立体电视系统是采用空间调制原理，由一幅平面图象组成，而它的每一象素都受一景深信号Z所控制，呈现出与现众距离的变化，在空间中形成一幅立体的虚像。这样既解决降低系统的熵值，又实现了裸眼观看。要实行这个目标，我们首先应定义景深向量Z=(z1，z2，z3，…)，它是与观众观察每一象素的视角大小有关。那未新型的立体电视系统的结构是由由行向量H，帧向量V，亮度向量Y，景深向量Z组成的，表达彩色信息的是由红向量R，绿向量G，兰向量B的四维线性空间。也可用以下的矩阵来表示：

我们可以比较上述的不同电视系统的矩阵，新的立体电视系统与普通的电视系统只增加了一个景深向量。通过将三维线性空间转化为新的四维线性空间，系统的维数增加了，熵值也减小了，传送的信息量也得到缩减。这为兼容问题确立了理论上的基础。如何在实际的应用上付诸实施呢？我们只要研制成一幅利用电光器件，作为立体电视接收部份的屏幕前的景深屏，进行空间调制，它具有光线折射率α随着电信号(景深信号z)的改变而发生变化，景深信号z→景深屏的光线折射率α→观察者的视角→景深L。它们之间的函数关系：

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

式中L ： 观察者认为的景深；z ：景深信号。 

本方法运用主、付摄像机所取得的主、付两幅图像信号，经运算分离出景深信号z，

    使     z=g (λ) ..............(2 )

式中z：分离出景深电信号；λ： 摄像机与被摄物体的距离。

如图3所示：主摄像机(1)和付摄像机(2)在同步信号的启动下，同步进行两幅平面图像的行扫描和帧扫描，然后，在每一行扫描时，将主、付两摄像机的同步输出的略有差异的主、付两幅图像信号的相位φ1、φ2进行运算分离得到即时的景深信号：

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

式中z：电视景深信号；φ1：主摄像机输出的图像信号的相位；φ2：付摄像机输出的图像信号的相位。

而主幅图象就是通常的平面电视图象。付幅图象信号的相位φ2主要用于与主幅图象信号的相位φ1进行运算分离(3)出景深信号z，进而再去控制景深屏(7)的光折射率α，同时，在景深屏(7)上进行同步的帧、行扫描，使景深屏(7)上形成了由光折射率α不同，而组成的一幅潜像。这样，就会使普通屏幕(8)的图象上的每一象素与景深屏(7)潜像上的每一象素一一对应，这样，观察者的视角就会产生，在前后位置有规律的变化。那未，观察者的景深L也按原来的立体场景进行重现。假设景深信号z为一常量k，那么景深屏(7)的光射率α也不发生变化，景深L也没有发生改变，这就显示出通常的平面电视图像。这样，就完成了立体电视与平面电视相兼容的任务。

图1，是观众观察像素S，而体现景深距离L。

图2，是观众通过光折射屏A，观察像素S，而体现景深距离L'。观众体现景深距离发生变化。  

图3，取得景深信号的框图。    

图4a，新型立体电视系统的发射部份的框图。其中虚线部份，即是在普通电视系统基础上新增的部份。 

图4b，新型立体电视系统的接收部份的框图。其中虚线部份，即是在普通电视系统基础上新增的部份。

景深屏可以采用多种方案来考虑，如采用一种透明的压电陶瓷材料两面涂以透明电极，组成类似三明治结构。在不同的电压下，透明压电陶瓷对光的折射率会发生变化；或再采用点阵的扫描方法，来完成同步的帧、行扫描。