BRPI0608834A2 - cámera de captação de imagens em 3 dimensões e dispositivo de visionamento em 3d não esterescópico que não requer o uso de lupas - Google Patents

Abstract

Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas, sendo um sistema de captação e reprodução de imagens em três dimensões para que possam ser vistas sem o uso de lupas. O sistema da invenção resolve o problema de aquisição e reprodução a partir de múltiplos pontos de visão, usando as características de lentes simples, não multifacetadas. A integração das imagens distintas é feita por meio de multiplexação sequencial ao longo do tempo, usando-se obturadores de alta velocidade. A imagem varia de um ponto a outro de acordo com o movimento lateral do olho do observador, de modo que a imagem que chega a cada olho é distinta, como se estivesse presente, sem precisar de lupas e sem compreender zonas intermediárias nas quais a imagem seja confusa. A invenção compreende um sistema no qual o reprodutor cria continuações das trajetórias de luz que chegam à câmera, de modo que a operação combinada de ambos os componentes permite a captação e a reprodução de imagens em três dimensões. O sistema é constituída da câmera de captação de imagens e do aparelho reprodutor. A invenção se aplica à transmissão de televisão, rodagem e projeção de filmes de vídeo em três dimensões.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas"

Campo da técnica

A invenção pertence ao campo audiovisual, incluindo televisão e videogravações, e seus princípios também podem ser aplicados ao campo cinematográfico e fotográfico mediante adaptações. Os princípios fundamentais têm por base a ótica e a optoeletrônica para a captação e a reprodução.

Antecedentes conhecidos. Estado da técnica

Existe uma grande quantidade de patentes e aparelhos que permitem uma visão tridimensional de imagens. Existem atualmente diversos sistemas para produzir um efeito tridimensional no observador.

Os sistemas existentes podem ser classificados em três categorias:

a) sistemas que requerem a utilização de lupas. Estes sistemas podem ser chamados de estereoscópios. Eles consistem na superposição de imagens ligeiramente distintas, obtidas por exemplo por meio de duas câmeras fotográficas, de vídeo ou de cinema, ligeiramente deslocadas entre si, lateralmente, e projetadas com este mesmo deslocamento relativo. A utilização das lupas pelo observador faz com que cada uma das duas imagens superpostas chegue ao olho esquerdo e direito seletivamente, com o que é obtido o efeito tridimensional.

b) sistemas que produzem o efeito segundo a posição relativa do olho e da tela, com duas imagens também distintas que são vistas alternadamente dependendo do deslocamento lateral do olho. Estes apresentam o inconveniente de que existem posições espaciais nas quais o efeito tridimensional não é obtido, e a imagem fica confusa.

c) sistemas holográficos, nos quais a imagem varia de um ponto a outro do espaço do observador como se estivesse se deslocando no espaço em que se encontra o objeto. Estes sistemas costumam ser holografias monocromáticas de obtenção com tecnologia laser. Para a transmissão por sistemas de televisão ou cinema, apenas as duas primeiras apresentam possibilidades de utilização prática. O primeiro aparelho conhecido é um jogo composto por um par de óculos equipados com uma lente, e um disco no qual estão montados em posição diametralmente opostas pares de diapositivos obtidos por sistemas estereoscópicos de fotografia.

Todos esses dispositivos baseiam-se no fenômeno estereoscópico, por meio do qual com duas imagens distintas, uma para cada olho, eles transmitem uma percepção autêntica da distância.

Sistemas também muito antigos e conhecidos no cinema utilizam lupas para luz polarizada, de modo que a imagem projetada na tela é proveniente de duas aquisições feitas com um ligeiro deslocamento da lente, no sentido horizontal, e com um filtro de luz polarizada em ângulos que diferem de 90° para que cada olho perceba apenas uma das imagens. Outros sistemas semelhantes no cinema e em fotografia, e posteriormente também vídeos, utilizavam filtros vermelho e azul para um e outro olho, com o que também se obtinha uma percepção diferenciada da imagem procedente de cada uma das câmeras ou sistemas óticos.

A seguir estão indicados os resultados de uma busca realizada para conhecer o estado atual publicado de patentes voltadas para o mesmo objetivo da presente invenção:

<table>table see original document page 3</column></row><table> <table>table see original document page 4</column></row><table> <table>table see original document page 5</column></row><table>

Na tabela anterior estão apresentadas todas as descrições identificadas nos bancos de dados nacional e mundial que têm relação com a visualização tridimensional. A maioria delas baseia- se na estereoscopia e algumas descrições adicionais baseiam-se em alinhamento de paralaxe.

A vantagem da invenção proposta em relação às anteriores é que ela resolve a aquisição e a reprodução a partir de múltiplos pontos de vista, fazendo uso das características das lentes simples, não multifacetadas. A integração das imagens distintas é feita é por multiplexação seqüencial, ao longo do tempo, mediante o uso de obturadores de alta velocidade. Consegue-se a percepção tridimensional para todo um arco de 50° em torno do eixo vertical central da tela.

c) Explicação. Descrição detalhada

A presente invenção consiste em um sistema de captação e reprodução de imagens em três dimensões, de modo que possa ser vista sem utilizar lupas.

Explicação do funcionamento

A maneira de melhor entender o funcionamento é considerando que se trata de uma janela. Quando olhamos através do cristal de uma janela obtemos uma imagem com percepção das três dimensões. Suponhamos que estejamos olhando pela janela de uma casa; os raios de luz chegam até a janela vindos do exterior e entram na casa. Se pudéssemos fazer com que os raios de luz que penetram pela janela da câmera saíssem pela janela dos reprodutores ou telas, de modo que para cada ponto do cristal da janela correspondessem os milhares de raios luminosos que vindos de todas as direções da outra parte da janela passam com a informação luminosa, conservando a mesma intensidade e cor de cada raio em cada ponto e segundo sua direção, teríamos uma reprodução autêntica da realidade, indistinguível.

Quando se trata de focalizar uma imagem com uma câmera escura dotada de uma lente, a lente é afastada e aproximada do plano de projeção até que seja encontrada a distância à qual a imagem é nítida, para os objetos que se encontram a uma determinada distância da lente.

Se imaginarmos uma lente por exemplo de dois metros de diâmetro, em uma câmera escura gigantesca, também haverá uma distância à qual um determinado objeto plano fica oticamente enfocado. Nesse momento, os raios de luz distintos provenientes de um ponto do objeto plano e que atravessam a lente por toda a sua superfície se encontram em um único ponto correspondente do plano do sensor da câmera.

Se taparmos a lente com uma tela opaca à luz, dotada de um pequeno orifício, a imagem focalizada só chega através desse pequeno orifício. Se este orifício se deslocar por uma linha paralela ao diâmetro horizontal da lente bem na frente da lente, a imagem projetada sobre o plano da câmera é aquela quer seria vista pelo olho do observador praticamente deste mesmo ponto.

Visto que a imagem está focalizada para o objeto focalizado, esse objeto não sofre qualquer deslocamento na superfície da placa de formação da imagem na câmera escura quando o orifício se desloca da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda, uma que vez que por estar enfocado o objeto, todos os raios que atravessam a lente provenientes de um ponto do objeto focalizado coincidem em um único ponto da imagem. Isto pode ser visto na fig. 1. No entanto os objetos cuja imagem é deslocada quando o orifício é movido da direita para a esquerda são objetos não focalizados e portanto borrados. Vide fig. 1, a figura não focalizada do homem em frente da casa.

Para reprodução da imagem tridimensional é preciso que os raios de luz provenientes do objeto focalizado produzam uma imagem real ou virtual na tela diante do observador, e os objetos não focalizados pareçam estar em pontos distintos de onde são observados.

Para se conseguir uma sensação de três dimensões é necessário atingir dois objetivos no aparelho de reprodução, como pode ser visto na fig. 2:

- Em primeiro lugar, para ter uma percepção tridimensional completa é necessário que a imagem seja formada a uma certa distância do observador, aproximadamente a mesma distância que a real, que pode estar mais perto que a própria tela, e seja criada no espaço mais próximo ao observador, e também mais longe, a 10, 20 m ou a vários quilômetros.

- Em segundo lugar, o ambiente não focalizado, tanto aquele situado atrás do objeto focalizado quanto aquele que está mais próximo que o objeto focalizado, deve modificar-se com o deslocamento da posição do olho do observador, de modo a chegar a cada olho uma informação ligeiramente distinta e que dependa da posição do observador.

Para redução da informação, que começa no mesmo momento da captação do sinal na câmera, é interessante fazer reduções que simplifiquem a informação visual até um valor mínimo com significado sensorial. Exemplos dessas simplificações são comuns na reprodução de imagem e som:

- Utilizando dois alto-falantes transmite-se um sinal estereofônico. - Das infinitas cores existentes na natureza, somente três são utilizadas como fundamentais, combinando-se as mesmas para transmitir a percepção da cor.

- Dos infinitos instantes da realidade, são transmitidas 20 ou 30 aquisições por segundo para transmitir a imagem do movimento.

- A quantidade de informações por unidade de superfície de tela para os três sinais de cor é a quarta parte da densidade para o sinal de branco e preto na televisão em cores.

Da mesma forma, para transmitir uma "autêntica imagem tridimensional" não é necessário transmitir todas as informações da "janela". As simplificações na captação da imagem e na reprodução no visor são as seguintes:

- 1. Ao invés de transmitir a totalidade da janela, poderíamos "abaixar a persiana" e deixar somente uma fresta horizontal. A mudança da imagem por deslocamento vertical do observador é prescindível.

- 2. Ao invés de transmitir uma imagem nítida e precisa da totalidade dos objetos, só é transmitida nitidamente a imagem dos objetos focalizados. Estamos acostumados a ver que os objetos não focalizados apresentam uma imagem borrada e de menor resolução.

- 3. O sistema proposto acrescenta o fato de que a imagem focalizada é praticamente a mesma para todos os pontos de visão transmitidos pela câmera, sendo distinta a imagem de um ponto de visão ao outro para os objetos não focalizados (que não estão à distância "de foco"). As imagens distintas que são obtidas em um deslocamento lateral do observador diferem na posição relativa dos objetos mais distantes e dos menos distantes, em relação ao objeto focalizado. Se considerarmos que o objeto focalizado está fixo no plano focalizado, isto é, que no plano paralelo ao plano da superfície fotossensível da câmera é visto com a máxima nitidez, a imagem correspondente não sofre deslocamentos ao mover-se da esquerda para a direita, os objetos que se encontram a uma distância maior parecem mover-se da esquerda para a direita, e os mais próximos parecem mover-se da direita para a esquerda.

O sistema proposto é um sistema no qual a imagem varia de um ponto a outro segundo o movimento lateral do olho do observador, com o que a imagem que chega a cada olho é distinta, como se estivesse presente, não requer lupas e não há zonas intermediárias nas quais a imagem fique confusa. E um sistema no qual o reprodutor cria as continuações das trajetórias luminosas que chegam à câmera, com o que o funcionamento dos dois juntos permite a captação e a reprodução de imagens em três dimensões, isto é, o reprodutor pode dar uma imagem tridimensional que provém de sinais elaborados pela câmera. Existem outros sistemas reprodutores, por exemplo estereoscópicos para um único observador ou para múltiplos observadores, com ou sem lupas, cujas imagens podem ser obtidas das imagens elaboradas pela câmera proposta nesta invenção, por meio de um certo processamento que seleciona dois locais na fenda, ou pares de locais na fenda. Naturalmente também é possível gerar sinais por meio de um computador sem utilizar a câmera, mas essas não seriam imagens "da realidade".

Os elementos mais característicos da invenção são a lente de fenda, a série de obturadores e o fotossensor de alta velocidade.

A fenda permite uma gama linear de posições possíveis do olho do observador. Todas as imagens do objeto focalizado são coincidentes em uma imagem única, de modo que ainda que a seleção de posições seja discreta e não contínua, este fato não é percebido na imagem do objeto focalizado. Ao contrário, os objetos não focalizados ficam localizados em posições distintas dependendo do ponto de fenda do qual são observados. Esses objetos apresentam contornos difusos pelo fato de não estarem focalizados, de modo que as posições discretas não têm efeito perceptível.

Quanto à série de obturadores, ela permite a seleção de posições discretas da fenda mediante a abertura seletiva dos obturadores. Os obturadores devem ser optoeletrônicos, para permitir um controle rápido, flexível e confiável. Existem no mercado obturadores baseados em fenômenos magnetoóticos e em fenômenos eletroóticos que podem ser adaptados para a função requerida. O elemento fotossensível de alta velocidade deve ser capaz de obter a imagem para o tempo de abertura do obturador optoeletrônico.

A seguir estão descritos os componentes da invenção, a câmera e o reprodutor.

Câmera, fig. 3

A câmera compreende uma fenda e uma lente. A lente pode ser reduzida a um corte de uma lente entre dois planos paralelos entre si e paralelos ao eixo da lente. Mesmo assim, a lente deve ter uma distância focai grande para não produzir aberrações na imagem produzida pelas extremidades da lente. Por outro lado por ser de muito pouca altura, já que só passa por ela a luz que atravessa a fenda horizontal, a distância focai em relação à altura é todavia maior. Por isso, na curvatura superficial na direção vertical a exigência é menor que na direção horizontal, e é possível baratear sua construção utilizando geratrizes horizontais na superfície dianteira e diretriz circular ou parabólica; entretanto a geratriz será vertical na superfície traseira, com diretriz esférica ou parabólica neste caso.

Na frente da lente coloca-se um obturador, que abre um furo em uma tela opaca, furo este que permite a passagem da luz que vai se deslocando de um extremo ao outro da fenda uma vez por outra.

Em cada uma dessas posições forma-se uma imagem ligeiramente distinta da imagem anterior quando é projetada a luz que passa pelo buraco na tela do dispositivo na qual a imagem é focalizada. A imagem que é processada é a imagem focalizada sobre o plano de detecção, que corresponde a uma distância concreta da câmera ao objeto focalizado. A informação da distância de foco deve ser transmitida para um controle de posicionamento da imagem na unidade reprodutora, bem como a abertura angular ou zoom. E necessário que a câmera seja dotada de um dispositivo de aquisição de imagens de grande velocidade, da ordem de 1000 a 100000 imagens por segundo, dependendo da amplitude da ranhura e da precisão desejada do efeito tridimensional.

Reprodutor.

O sistema de reprodução contém uma tela geradora de imagens (um "monitor de televisão" por exemplo), um grupo de lentes, um sistema de adaptação para o foco, bem como um servocontrole para controlar a posição de foco e a abertura angular, e um conjunto linear de obturadores. A imagem plana reproduzida em uma tela de vídeo, de raios catódicos; esta imagem deve estar reproduzida em princípio tantas vezes quantas a repetição de aquisições feitas pela câmera de 1000 a 100000 imagens por segundo, as imagens sendo em geral muito semelhantes de uma aquisição à outra, mas o número de imagens por segundo pode ser maior se forem realizadas interpolações, ou menor perdendo informação. A imagem é colhida e invertida com uma lente que forma uma imagem real da tela. Esta imagem real é colhida por uma segunda lente, e forma uma imagem virtual que dependendo da distância relativa entre as lentes e a tela se situa no infinito ou em qualquer plano a qualquer distância do observador. Depois que os raios de luz passarem por esta segunda lenta já terão recuperado a direção com que chegaram à fenda na câmera, mas apenas para uma pequena zona da janela de visão.

Para que a imagem vista por um olho seja distinta daquela vista pelo outro olho, e para que ao se deslocar o observador veja vistas distintas, tal como ocorre na realidade, que ao nos deslocarmos de um lado para o outro vemos um alinhamento variável dos objetos, é necessária que haja uma projeção distinta para cada posição do obturador aberto da câmera. Isto pode ser obtido com um obturador que abre um furo que só deixa passar uma imagem de um ponto, um buraco na lâmina opaca, que se move lateralmente de forma correspondente ao movimento que o buraco do obturador teria na câmera. A diferença é que agora ao invés de ser um buraco de dimensões similares em termos de altura e largura de alguns centímetros de diagonal, ele pode ser uma fenda vertical, de maneira que a mesma imagem poderá ser observada de alturas distintas, dentro do campo de observação. Dentro deste campo a imagem não se modifica ao se variar a altura do observador e se modifica ao se variar a posição do observador mais para a esquerda ou para a direita. Se o observador se deslocar para frente ou para trás, ele perceberá que se aproxima da imagem, o que lhe parecerá real.

Alternativas

Também é possível utilizar espelhos parabólicos no lugar das lentes, o que permite a focalização das imagens distintas em um lugar fixo.

A colocação da série de obturadores de abertura seqüencial admite várias alternativas. A mais fácil de explicar é aquela indicada, antes da primeira lente, bem na fenda, na câmera, e correspondentemente, bem junto à lente e mais próxima do observador, no caso do reprodutor. Outras localizações alternativas estão, no plano focai da primeira lente, dentro da câmera; no caso do reprodutor, no plano focai da última lente e em alguma posição intermediária, que pode ser entre o plano focai e a tela. E também inserida no meio da lente externa. O efeito de colocar os obturadores em posições distintas pode ser visto na fig. 8.

Se a série de obturadores estiver situada no plano focai da lente externa (fig. 8 Β), o funcionamento do reprodutor pode ser analisado de outra maneira. O plano focai corresponde ao conjunto de ponto cuja imagem real formada está no infinito. Se estivermos observando uma paisagem distante, por exemplo uma cordilheira montanhosa de longe, a lua, o firmamento à noite, a imagem produzir-se sobre o plano focai para que na reprodução seja vista à distância, no infinito. De fato, de um ponto a outro da fenda da câmera não ocorrem variações significativas da imagem focalizada neste caso. O que se encontra no plano focai são fragmentos angulares iguais cada um com sua imagem. Se utilizarmos o plano focai para a localização da série de obturadores, isto nos daria a impressão de que existem algumas linhas verticais na distância.

Portanto não se deve utilizar obturadores no plano focai da lente externa quando se estiver focalizando objetos distantes. Se o reprodutor ou a câmera forem dotados de obturadores no plano focai, estes devem ser deslocados do plano focai quando se estiver focalizando objetos a uma distância maior que uma distância dada. No entanto, quando são focalizados objetos situados a uma distância próxima, os obturadores da lente externa também estariam próximas da distância de foco do olho do observador, e algumas linhas verticais indesejáveis poderiam ser visíveis posto que seriam conseqüência da utilização do conjunto de dispositivos câmera reprodutor. Pode-se recomendar o uso da série de obturadores no plano focai uma vez que estes estariam fora de foco e não seriam facilmente distinguidos pelo observador. A interpretação do funcionamento da série de obturadores no plano focai pode ser entendida de forma que não é uma posição da fenda que é selecionada na câmera, mas sim direções angulares principais, algo como uma varredura como é feito pelos radares de antena giratória em aeroportos ou barcos.

Quando os objetos focalizados estão muito próximos, existe uma variação muito grande nas imagens obtidas de posições muito próximas em deslocamento lateral, ou, em outras palavras, para obturadores distintos da fenda, o que requereria multiplicar o número de obturadores. A utilização combinada de obturadores no plano focai e na lenta externa simplifica a construção dos dispositivos, visto que é possível ter o equivalente a nxm obturadores com η obturadores no plano focai da lente externa e m obturadores junto à lente externa.

Processamento e transmissão da imagem

O processamento da imagem requer métodos de compressão da informação, para que não seja necessário um cabedal de informações correspondentes a tantas vezes a informação de um só canal como o número de obturadores que são utilizados.

A utilização de técnicas de compressão digital permite reduzir ainda mais a quantidade de informações por unidade de tempo, com base na uniformidade no tempo ou em determinada direção ou na repetição de argumentos ou em outros princípios.

As características da imagem obtida com a câmera proposta permitem simplificar as informações pelos seguintes motivos:

- A imagem correspondente a uma superfície plana paralela à câmera, (perpendicular ao eixo da lente), quando se encontra justamente no plano de foco, é invariável de uma posição à outra da abertura de passagem da luz pelos obturadores (coincidência dos objetos focalizados)

- As imagens de um objeto, em um plano próximo porém não coincidente com o plano de foco, para duas posições de obturadores abertos apresentam um ligeiro deslocamento entre si, e o deslocamento será maior quanto maior for a distância entre as duas posições dos obturadores abertos (deslocamento nítido na proximidade ao plano de foco)

- A imagem de um objeto que não está próximo ao plano de foco é uma imagem sem contornos nítidos, e varia sua posição relativa na imagem quando as imagens de dois obturadores separados são comparadas. A diferença nas posições relativas será maior quanto maior for a distância do objeto ao plano de foco, e será maior quanto maior for a distância entre as duas posições do furo do obturador aberto, sendo aproximadamente proporcional a ambas.

Se o objeto estiver mais longe que o plano de foco o deslocamento relativo ocorrerá em um sentido, e se estiver mais perto o deslocamento relativo ocorrerá no sentido contrário.

(Deslocamento borrado)

d) Descrição dos desenhos

Fig. 1

Na fig. 1 podemos ver esquematicamente uma casa na frente da qual há uma pessoa. Vemos a câmera, com a fileira de obturadores, a lente e a placa de detecção da imagem. Podemos ver que o objeto focalizado é a casa, e que a pessoa está mais perto da câmera do que a casa. Vemos como os raios de luz provenientes de um único ponto da casa, o vértice do telhado, quando passam por dois obturadores distintos, coincidem em um único ponto da placa. No entanto, a imagem da pessoa situada na frente da casa dá lugar a duas imagens distintas para dois obturadores distintos, isto é, para dois pontos de visão distintos.

Fig. 2

Na fig. 2 podemos distinguir as partes AeB. Na parte A vemos 3 objetos (1), (2) e (3), uma lente (4) que forma uma imagem sobre o anteparo (5), e uma situação possível dos olhos (6) e (7). O objeto (1) produz sua imagem com a lente (4) em (8), situada sobre o mesmo anteparo (5). O objeto (3) produz sua imagem em (10), que não está sobre o anteparo (5), com o que dois obturadores distintos poderiam gerar no anteparo duas imagens distintas. Igualmente, o objeto (2) produz sua imagem real em (9), e com dois obturadores distintos a interseção com o anteparo produziria duas imagens distintas.

Passando agora para a parte B, vemos a imagem obtida quando o observador em (16) e (17) está olhando para o reprodutor de imagem. Vemos duas lentes (21) e (14). No ponto (18) forma-se uma imagem nítida sobre a tela (15). Esta é a imagem que é gerada por transmissão da informação a partir do anteparo (5). A lente (21) gera uma imagem real invertida. Com a lente (14) gera-se uma imagem virtual para os observadores (16) e (17), por prolongamento dos raios entre (14) e (17). Vemos a imagem virtual de (18) em (11), que por sua vez corresponde ao objeto real (1). Os outros pontos que aparecem em (15) geram imagens reais com a lente 921) em (20) e (19). Estas imagens são duplas e não simultâneas, e com a lente (14) dão imagens virtuais no plano em que está a imagem (11). A imagem (23) aparece quando está aberto o obturador correspondente ao observador (17), e da mesma forma, a imagem em (25) aparece quando está aberto o obturador correspondente ao observador de (16). A impressão visual para o observador com os olhos em (16) e (17) é que (23) e (25) são a percepção de (13) a partir de dois pontos de visão.

O mesmo ocorre com as imagens (24) e (22) que só são visíveis de (16) e (17), e que para o observador é produzida a impressão de que correspondem a um objeto (12). Vemos que os objetos virtuais (11), (12) e (13) correspondem aos objetos reais (1), (2) e (3).

Fig.3

Na fig. 3 vemos a câmera em duas vistas seccionais. Pode-se observar que as lentes e fendas são muito mais compridas que altas. Vemos a fileira de obturadores indicados em (1), situados entre as lentes (2) e (3). Há uma lente (4) quer serve para focalizar com o motor (6). Em (5) vemos o anteparo de captação de imagem.

Fig. 4 Na fig. 4 vemos o reprodutor de imagem. A tela plana bidimensional é (5). Com a lente (4) é gerada uma imagem real invertida que é vista do exterior através das lentes (2) e (3). Entre as lentes (2) e (3) encontram-se os obturadores (1). O posicionamento da imagem virtual é controlado com os motores (6) que posicionam a tela (5).

Fig. 5 e Fig. 6

Na fig. 5 vemos a fileira de obturadores da câmera, e na fig. 6 vemos a fileira de obturadores do reprodutor.

Fig. 7

Na fig. 7 representamos o funcionamento da câmera e de diversos reprodutores. A direita da figura vemos os olhos de um observador, o olho direito Re e o olho esquerdo Le. Nela está representada esquematicamente a linha de obturadores da câmera, assinalada com a letra L. Com as letras NeM está representada esquematicamente a janela de dois reprodutores. Com os algarismos romanos I, II, III, IV e IV' estão representadas localizações possíveis e distintas das imagens geradas. A localização assinalada com I representa ao mesmo tempo o objeto representado pela câmera L. Pode-se ver o objeto A1 situado a uma distância d da câmera que é o objeto focalizado. Pode-se ver o ponto Bi, que não sendo o objeto focalizado, sua imagem varia dependendo de qual seja o obturador aberto. Vemos representadas as projeções difusas das vistas dos dois obturadores sobre a linha do ponto A1 que representa o plano de foco. Por conseguinte, a localização aparente de Bi, que está assinalada como B2, é uma localização imprecisa em conseqüência de não ser o objeto focalizado.

Os pontos A1 e B1 também representam as imagens que podem ser vistas com o reprodutor M, imagem que está fora do reprodutor, entre o reprodutor e o observador Re-Le. Ai é a imagem real produzida pelas lentes do reprodutor a partir da imagem do monitor.

A imagem de Bi também aparece no plano de A1 mas aproximadamente aparecer em uma posição distinta da imagem para cada obturador aberto, ela chega em uma posição distinta a cada olho Re-Le, de modo que aparece como objeto borrado em uma localização um pouco imprecisa, porém dando uma boa impressão tridimensional. Para que as imagens sejam produzidas por um reprodutor M mais próximo que o reprodutor, os obturadores do reprodutor devem estar situados de modo que sua imagem, isto é, a imagem dos obturadores produzida pela lente externa do reprodutor M esteja situada em L. Os obturadores do reprodutor não podem estar situados em L, já que estariam foram do reprodutor, mas podem estar situados em uma posição tal que sua imagem seja L.

Nesta zona I, a imagem Ai só pode ser observada da zona ranhurada delimitada pela linha k. O olho Re pode ver A1 mas o olho Le não pode vê-lo.

Se passarmos agora para a imagem na zona II, esta seria uma imagem gerada pelo reprodutor M em 1/2 escala na qual a distância e será a metade de d. O observador está na mesma posição Re-Le.

Os obturadores estão distribuídos ao longo de M, em um comprimento que é a metade do comprimento de L. Como no caso anterior, a imagem real é A2, ao passo que B2 é percebida nessa posição em conseqüência da diferença de imagens que chegam aos olhos Re-Le. Os obturadores do reprodutor neste caso devem estar situados junto à lente externa do reprodutor, pelo lado de fora.

Se passarmos agora para a imagem na zona III, esta seria uma imagem gerada pelo reprodutor M em uma escala 1:1, na qual a distância c será igual à distância d. O observador está na mesma posição Re-Le. Os obturadores estão distribuídos ao longo de M, em um comprimento que é a metade do comprimento de L, porém com a mesma densidade ou comprimento de obturador individual, de modo que haverá somente a metade de obturadores que existem em L. Como no caso anterior, a imagem real é A3, ao passo que B3 é percebida nessa posição em conseqüência da diferença de imagens que chegam aos olhos Re-Le. Os obturadores do reprodutor também neste caso devem estar situados junto à lente externa do reprodutor, pelo lado de fora. Mas esta imagem da zona III também pode ser produzida por um reprodutor N, fazendo com que os obturadores do reprodutor estejam situados em um alinhamento tal que a imagem real dos obturadores, produzida com a última lente do reprodutor N, fica situada na linha M. Passamos agora para a imagem na zona IV; a imagem é gerada pelo reprodutor N em uma escala 1:1, na qual a distância b será igual à distância d. O observador está na mesma posição Re-Le. Os obturadores estão distribuídos ao longo de N, com o mesmo comprimento do obturador individual, igual aos que existem em L. Como no caso anterior, a imagem real é A4, ao passo que B4 é percebida nessa posição em conseqüência da diferença de imagens que chegam aos olhos Re-Le. Os obturadores do reprodutor também neste caso devem estar situados junto à lente externa do reprodutor, pelo lado de fora.

Mas esta imagem da zona IV também pode ser produzida por um reprodutor M, fazendo com que os obturadores do reprodutor estejam situados em um alinhamento tal que a imagem virtual dos obturadores, produzida com a última lente do reprodutor M, fica situada na linha N.

Na zona IV' está representada uma imagem reduzida, produzida com o reprodutor Ν. A imagem foi reduzida com um fator de escala. A posição de A' é dada pela imagem virtual gerada pela lente externa do reprodutor Ν. A imagem de B" passa a B', já que a diferença das imagens que passam por cada obturador também é afetada pelo mesmo fator de escala.

Fig.8

Na fig. 8 pode-se ver o efeito da colocação dos obturadores em posições distintas do reprodutor.

Na parte A, encontra-se representada a série de obturadores Sh, a uma distância d > f, f sendo a distância focai da lente externa do reprodutor. Pode-se ver que o obturador aberto produz uma imagem em Sh' de maneira que se na câmera f só for permitida a passagem da luz pelo obturador homólogo daquele representado, pela tela S só vão passar raios luminosos que convergem no ponto correspondente à imagem real do obturador aberto Sh, Sh'. A localização dos obturadores representada nesta imagem é adequada para visualizar objetos "fora" da tela do reprodutor, mais perto do observador do que está o próprio reprodutor. Na parte B, encontra-se representado o caso de que o plano que contém a série de obturadores se encontra justamente no plano focai da lente externa do reprodutor. Vemos que, neste caso, só passa a luz que sai da tela S em uma determinada direção. Portanto, se a imagem plana focalizada pelo reprodutor estiver situada no infinito, só se vê uma única cor e intensidade luminosa nessa direção, e conforme vai mudando de um obturador aberto para outro, vai se observando uma gama de direções. No caso de a imagem plana não estar situada no infinito para o observador, isto é, no caso de não haver uma imagem real focalizada no plano focai da última lente do reprodutor, a imagem variará dependendo de qual seja a imagem que corresponde ao obturador aberto.

Por fim, na parte C encontra-se representada a primeira das localizações possíveis, que é justamente no lado externo ou dentro da própria lente externa.

Fig.9

Na figura 9 está representada uma perspectiva da lente de fenda.

e) Descrição detalhada de pelo menos 1 modo de realização

f1 - A câmera (de fenda)

A câmera mais simples pode ser construída da seguinte maneira:

Uma câmera com mais de 85 cm de largura e 1,5 metro de profundidade, e 45 cm de altura. Na parte dianteira ela é dotada de uma fenda horizontal de 80 cm de largura, de lado a lado da caixa, e 5 cm de altura, formando um retângulo de 5 χ 80 cm. Atrás da fenda, já dentro da caixa há um obturador composto por 30 obturadores retangulares de 2,67 χ 5 cm. Um ao lado do outro. E estes cobrem toda a fenda. Os obturadores se abrem e fecham de maneira que o orifício ao longo da fenda vai se deslocando, mesmo que haja dois ou mais de 2 obturadores abertos simultaneamente.

Atrás do obturador há uma lente convergente de 1 m de diâmetro, cortada nas dimensões retangulares da caixa. Visto que só é utilizada uma fenda para a luz, só é necessário um fragmento da lente correspondente à área limitada pelos dois planos horizontais dispostos simetricamente em relação ao eixo focai da lente. A lente tem uma distância focai de 1 m, e a tela de formação da imagem invertida mede 0,4 m de altura por 0,71 de largura. A imagem formada na tela é lida por uma câmera rápida que capta 750 imagens por segundo, cada imagem correspondendo a um obturador aberto e os outros fechados. Um dispositivo mede a distância de foco, da câmera ao objeto focalizado.

F2 - O reprodutor (de janela)

O reprodutor de imagens consta de um monitor de raios catódicos de 0,4 m de altura 0,71 m de largura, no qual são projetadas 750 imagens por segundo, correspondentes às 30 aquisições deslocadas 2,67 cm focalizadas sobre a tela com um ritmo de 25 vezes por segundo todas as aquisições. A imagem é projetada invertida, de cima para baixo e da esquerda para a direita. Na frente do monitor de raios catódicos encontram-se um obturador e uma lente. O obturador é por sua vez constituído de 30 obturadores, que vão se abrindo e fechando de um em um de modo que em nenhum momento há mais de 2 abertos simultaneamente. Os obturadores individuais são todos iguais e de uma altura aproximadamente igual à do monitor, estão dispostos lado a lado, e o comprimento que ocupam é de 80 cm na horizontal. O obturador está moldurado e só permite a passagem da luz proveniente do monitor através do obturador que está aberto. Atrás do obturador há uma lente de dois metros de diâmetro. A distância focai é de 1 m para que a lente produza uma imagem focalizada do monitor e do mesmo tamanho a uma distância de aproximadamente um metro da lente. Esta imagem será uma imagem não invertida, já que inverte a imagem da tela de raios catódicos que é projetada invertida. Uma segunda lente, de dois metros de diâmetro, e uma distância de 5 m permite ver a imagem real do monitor a uma distância que depende da situação da imagem não invertida formada pela primeira lente. O posicionamento das lentes é feito utilizando o sinal de distância do plano de foco emitido pela câmera.

f) Como é suscetível de aplicação

A aplicação é a transmissão de televisão, rodagem e projeção de filmes de vídeo, programas em primeiro plano nos quais os protagonistas estão dentro da sala do espectador, e as paisagens e os espaços abertos são vistos à distância. A imagem obtida com a câmera pode ser vista com um sistema estereoscópico daqueles já existentes, prescindindo do excesso de informações.

Claims (11)

1. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas" caracterizada por ser uma câmera de captação de imagens, constituída de uma câmera escura que contém: - um diafragma em forma de fenda horizontal de comprimento muito maior que sua altura - um obturador constituído de um furo de passagem da luz feito sobre um elemento opaco, o furo deslizando ao longo da fenda - um sistema de foco constituído de uma ou várias lentes ou espelhos e um mecanismo de ajuste de foco mediante deslocamento antero-posterior das lentes - um sensor da posição de foco que emite um sinal que representa a distância de foco à qual se encontra o objeto focalizado, e o grau de abertura angular da câmera.

2. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por obter uma série de imagens correspondentes a diversas posições do ponto de visão obtidas pelo deslocamento do obturador, e que se caracteriza pelo fato de os objetos focalizados ocuparem uma posição que não varia com a variação das posições do furo do obturador e do ponto de visão correspondente, e que também se caracteriza pelo fato de os objetos não focalizados ocuparem posições distintas nas imagens correspondentes a posições distintas do ponto de visão.

3. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por utilizar uma combinação de abertura de obturadores de dois planos distintos, para conseguir uma resolução maior na aquisição de imagens, especialmente daquelas mais próximas da câmera.

4. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de as lentes serem um fragmento de uma lente de seção circular compreendido entre dois planos paralelos ao eixo da lente e entre si, dispostos simetricamente em relação ao centro da lente.

5. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ter as lentes da câmera indicada na reivindicação 6, as duas superfícies dióptricas definidas como superfícies reguladas de geratriz reta, a geratriz de uma face sendo ortogonal à geratriz da outra face, isto é, dois cilindros de eixos cruzados.

6. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas" caracterizada por ser um aparelho de reprodução de imagens em três dimensões que contém: - uma tela luminescente geradora de imagens como por exemplo um monitor de raios catódicos - um grupo de lentes ou espelhos de posicionamento, foco e correção cromática, e de outras aberrações óticas - um sistema de lentes de adaptação da imagem para o foco ou posicionamento da imagem virtual ou real. - um ou vários diafragmas de obturador com deslocamento, ou várias filas de obturadores múltiplos constituídas cada uma de uma fileira de obturadores individuais caracterizados pelo fato de a abertura sucessiva de todos eles definir uma janela completa de passagem da luz proveniente da tela.

7. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas", de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de a imagem apresentada ser uma imagem virtual formada pelo prolongamento dos raios luminosos ou real pelo corte dos raios luminosos provenientes da tela luminescente, o que cria uma imagem da imagem plana da tela a uma distância maior ou menor até o fundo, ou mais próxima até o observador.

8. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas", de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de a posição em que é formada a imagem real ou virtual que é observada pelo observador segundo descrito na reivindicação 8 é controlada por um servomecanismo de posicionamento que por sua vez é controlado pelo sinal que representa a distância de foco na câmera indicada na reivindicação 1.

9. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas", de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a imagem visível em cada posição do observador, mais para a esquerda ou mais para a direita, ser selecionada em conseqüência da ação dos obturadores dispostos em fileira horizontal indicados na reivindicação 8 que ficam alinhados com cada posição.

10. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas", de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de as filas de obturadores se encontrarem no plano focai interno da lente mais externa ou em um plano interno que produz uma imagem virtual dos obturadores com a lente externa, ou em um plano interno que produz uma imagem real dos obturadores mais externos que a lente e que o ponto de onde deve estar situado o observador, ou uma combinação de duas delas ou das três, de modo que as imagens podem ser observadas em caso de distância grande, intermediária ou mais próxima do observador.

11. "Câmera de Captação de Imagens em 3 Dimensões e Dispositivo de Visionamento em 3D não Estereoscópico que não requer o uso de Lupas", de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por utilizar uma combinação de abertura de obturadores situados em dois planos distintos, para aumentar a resolução da imagem especialmente na focalização de objetos próximos.