PT3123234T - Aparelho de visualização estereoscópica - Google Patents

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Description

para a projeção das respetivas primeira e segunda imagens de video de um objeto, a primeira e a segunda imagens sendo imagens diferentes que são, uma ou ambas, mudadas espacial e angularmente em relação ao objeto de modo a transmitir paralaxe entre as imagens, os projetores de video compreendendo o primeiro e o segundo monitores de video tendo eixos óticos que fecham um ângulo agudo e que são acionados pelo primeiro e segundo sinais de video para apresentar as respetivas primeira e segunda imagens de video, e a primeira e a segunda disposições óticas para focar luz a partir das imagens respetivas conforme apresentado pelo primeiro e segundo monitores no primeiro espelho, cada disposição ótica compreendendo uma lente, as lentes estando localizadas lado a lado e tendo eixos óticos que fecham um ângulo agudo; um primeiro espelho que recebe luz a partir do primeiro e segundo projetores de video, em que o primeiro espelho está localizado em relação ao primeiro e segundo projetores de video, de modo a que as imagens focadas do objeto sejam produzidas no primeiro espelho e o primeiro espelho seja um espelho côncavo com um raio para que as pupilas de saida das lentes sejam refletidas pelo primeiro espelho num plano de visualização, de modo a serem visualizáveis nos respetivos olhos do observador como uma imagem estereoscópica; e pelo menos um outro espelho localizado em relação aos projetores de video e ao primeiro espelho, de modo a que a luz das lentes dos projetores de video seja refletida no primeiro espelho pelo, pelo menos um, outro espelho; em que existe um componente angular entre trajetórias de luz incidente e refletida das imagens no primeiro espelho, de modo a que a trajetória de luz refletida não intercete os outros espelhos; e em que cada uma entre a primeira e a segunda disposições óticas compreende um espelho adicional localizado em relação ao monitor de vídeo e à lente do respetivo projetor de vídeo, de modo a que a luz do monitor de vídeo seja refletida na lente pelo referido espelho adicional, e em que o espelho adicional da primeira disposição ótica e o espelho adicional das segundas disposições óticas subtendam um ângulo de reflexo entre os mesmos.
Numa forma de realização, os eixos óticos dos monitores são coaxiais, com os monitores encontrando-se opcionalmente em relação oposta.
Numa forma de realização, os sinais de vídeo são fornecidos a partir de sistemas de animação ou modelação tridimensional.
Numa forma de realização, as imagens correspondem a imagens espacialmente mudadas do objeto.
Numa forma de realização, as imagens correspondem a imagens angularmente mudadas do objeto.
Numa forma de realização, as imagens correspondem a imagens espacial e angularmente mudadas do objeto.
Numa forma de realização, as imagens correspondem a imagens ampliadas do objeto.
Numa forma de realização, o aparelho compreende ainda: conjunto de circuitos de processamento para manipulação das imagens conforme projetado pelos projetores de vídeo para remover ou acomodar pelo menos um artefacto proveniente de uma estrutura ótica do aparelho.
Numa forma de realização, o, pelo menos um, artefacto inclui distorção trapezoidal.
Num outro aspeto, a presente invenção fornece um microscópio estereoscópico que incorpora o aparelho de visualização descrito acima.
Ainda noutro aspeto, a presente invenção fornece um microscópio estereoscópico compreendendo: o aparelho de visualização descrito acima; e a primeira e a segunda câmaras de vídeo para capturar as respetivas primeira e segunda imagens ampliadas do objeto.
Numa forma de realização, o microscópio compreende ainda: uma disposição da lente objetiva para a produção da primeira e segunda imagens ampliadas do objeto, a primeira e segunda câmaras de vídeo sendo configuradas para capturar as respetivas primeira e segunda imagens ampliadas do objeto a partir da imagem, conforme produzido pela disposição da lente objetiva.
Numa forma de realização, a disposição da lente objetiva compreende a primeira e segunda objetivas de zoom, cada uma para a produção de uma imagem ampliada do objeto, a primeira e segunda câmaras de vídeo sendo configuradas para capturar as respetivas primeira e segunda imagens ampliadas do objeto a partir da imagem, conforme produzido pelas objetivas de zoom.
Numa forma de realização, os eixos óticos das objetivas de zoom fecham um ângulo agudo que corresponde a um ângulo de visualização entre os olhos do observador para a disposição do espelho.
Outras formas de realização da presente invenção são definidas na reivindicação 3 et seq.
As formas de realização preferidas da presente invenção serão agora aqui descritas abaixo como exemplo apenas com referência às figuras anexas, nas quais: a Figura 1 (a) ilustra um aparelho de visualização estereoscópica de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção; a Figura 1 (b) ilustra uma vista lateral parcial do aparelho de visualização da Figura 1 (a), ilustrando a relação angular entre as trajetórias de luz incidente e refletida na disposição do espelho no sentido vertical; as Figuras 2 (a) a (c) ilustram vistas em perspetiva lateral e frontal de um aparelho de visualização estereoscópica de acordo com uma segunda forma de realização da presente invenção; a Figura 3 ilustra um aparelho de visualização estereoscópica de acordo com uma terceira forma de realização da presente invenção; e a Figura 4 ilustra um aparelho de visualização estereoscópica de acordo com um exemplo que não constitui uma parte da presente invenção; e as Figuras 1(a) e (b) ilustram um aparelho de visualização estereoscópica de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção. 0 aparelho de visualização compreende uma disposição da lente objetiva 3 para a produção da primeira e segunda imagens ampliadas de um objeto localizado num plano de objeto PO nesta forma de realização, conforme definido por uma abertura do diafragma 5.
Nesta forma de realização, a disposição da lente objetiva 3 compreende a primeira e segunda objetivas de zoom 4a, b, em que cada uma compreende uma lente objetiva 7 e lentes adicionais 9, 11, que permitem o controlo da ampliação através da alteração das posições relativas das lentes adicionais 9, 11 em relação à lente objetiva 7.
Nesta forma de realização, os eixos óticos das objetivas de zoom 4a, b são dispostos em relação convergente, de modo a permitir paralaxe entre as imagens produzidas do obj eto.
Numa forma de realização, os eixos óticos das objetivas de zoom 4a, b fecham um ângulo agudo que corresponde ao ângulo de visualização entre os olhos para uma disposição do espelho 35, conforme será aqui descrito abaixo em mais detalhe. 0 aparelho de visualização compreende ainda uma primeira e segunda câmaras de vídeo 15a, b, em que cada uma inclui um sensor 19 para capturar as respetivas primeira e segunda imagens ampliadas do objeto, cujas imagens são mudadas espacial ou angularmente em relação ao objeto, de modo a que, quando as pupilas de saída correspondentes são apresentadas aos respetivos olhos esquerdo e direito de um observador, tal como será aqui descrito abaixo em mais detalhe, a imagem percebida é uma imagem tridimensional. 0 aparelho de visualização compreende ainda projetores de imagem 20a, b que projetam imagens focadas numa disposição do espelho 35 de luz a partir das respetivas imagens ampliadas do objeto conforme capturado pela primeira e segunda câmaras de video 15a, b.
Nesta forma de realização, cada um dos projetores de imagem 20a, b compreende um monitor 21 que é acionado para apresentar uma respetiva primeira e segunda imagens ampliadas do objeto conforme capturado pela primeira e segunda câmaras de video 15a, b, e uma disposição ótica 25 para fornecer uma imagem focada numa disposição do espelho 35 de luz a partir das imagens ampliadas conforme apresentado pelo respetivo monitor 21 dos projetores de imagem 20a, b.
Nesta forma de realização, o monitor 21 compreende um monitor de video de alta definição (HD - High Definition), opcionalmente um monitor de ultra alta definição (UHD - Ultra-High Definition).
Nesta forma de realização, os monitores 21 dos projetores de imagem 20a, b são dispostos com uma disposição coaxial, aqui em relação oposta. Em formas de realização alternativas, os monitores 21 podem ter qualquer relação angular ou espacial.
Nesta forma de realização, cada disposição ótica 25 compreende pelo menos uma lente 29 que permite a imagem focada, e pelo menos um espelho 31 que direciona a trajetória ótica a partir do respetivo monitor 21 para a disposição do espelho 35. 0 aparelho de visualização compreende ainda uma disposição do espelho 35 que recebe luz de cada uma das imagens conforme apresentado pelos monitores 21 dos projetores de imagem 20a, b, a disposição do espelho 35 encontrando-se localizada de modo a que as imagens ampliadas focadas do objeto sejam produzidas na disposição do espelho 35, e a luz recebida pela disposição do espelho 35 é refletida numa lente de visualização 37.
Nesta forma de realização, a disposição do espelho 35 compreende um espelho côncavo, aqui formado como um único espelho, no qual as imagens focadas ou reais do objeto são sobrepostas, e o raio do espelho é selecionado de modo a que as pupilas de saida das lentes 29 das disposições óticas 25 dos respetivos projetores de imagem 20a, b sejam retransmitidas aos olhos do observador num plano de visualização PV, tal como será aqui descrito mais abaixo.
Numa forma de realização alternativa, a disposição do espelho 35 pode compreender um espelho plano ou asférico e uma lente esférica na superfície do espelho. O aparelho de visualização compreende ainda uma lente de visualização 37 para retransmitir as pupilas de saída correspondentes a cada uma das imagens conforme recebido pela disposição do espelho 35 a um plano de visualização PV, de modo a serem visualizáveis nos respetivos olhos de um observador como uma imagem estereoscópica.
Os presentes inventores descobriram surpreendentemente que o detalhe da imagem tridimensional observada é muito maior do que o detalhe como seria esperado a partir da "síntese" do detalhe na primeira e segunda imagens.
Além disso, a presente invenção permite que os sinais de vídeo sejam registados e apresentados subsequentemente como vídeo fixo ou em movimento.
As Figuras 2 (a) a (c) ilustram um aparelho de visualização estereoscópica de acordo com uma segunda forma de realização da presente invenção. 0 aparelho de visualização desta forma de realização é muito semelhante ao aparelho de visualização da primeira forma de realização descrita. Para evitar duplicação desnecessária da descrição, apenas as diferenças serão descritas em detalhe, com partes iguais sendo designadas por sinais de referência iguais. 0 aparelho de visualização desta forma de realização difere do da primeira forma de realização descrita, uma vez que os eixos óticos dos monitores 21 dos projetores de imagem 20a, b não são coaxiais, mas fecham um ângulo agudo, e uma vez que cada uma das disposições óticas 25 dos projetores de imagem 20a, b compreende uma diversidade de lentes 29a, b e uma diversidade de espelhos 31a, b, com um dos espelhos 31b sendo comum a cada uma das disposições óticas 25. A Figura 3 ilustra um aparelho de visualização estereoscópica de acordo com uma terceira forma de realização da presente invenção. 0 aparelho de visualização desta forma de realização é muito semelhante ao aparelho de visualização da primeira forma de realização descrita. Para evitar duplicação desnecessária da descrição, apenas as diferenças serão descritas em detalhe, com partes iguais sendo designadas por sinais de referência iguais. 0 aparelho de visualização desta forma de realização difere do da primeira forma de realização descrita, uma vez que os eixos óticos das objetivas de zoom 4a, b são dispostas em relação espaçada paralela e partilham uma lente objetiva 7 convergente comum, de modo a permitir paralaxe entre as imagens produzidas do objeto. A Figura 4 ilustra um aparelho de visualização estereoscópica de acordo com um exemplo que não constitui uma parte da presente invenção. 0 aparelho de visualização deste exemplo é muito semelhante ao aparelho de visualização da primeira forma de realização descrita. Para evitar duplicação desnecessária da descrição, apenas as diferenças serão descritas em detalhe, com partes iguais sendo designadas por sinais de referência iguais. 0 aparelho de visualização deste exemplo difere do da primeira forma de realização descrita por compreender ainda um separador de feixe 51 que é disposto no eixo ótico entre a disposição do espelho 35 e a lente de visualização 37 para receber luz a partir dos espelhos 31 das disposições óticas 25 do primeiro e segundo projetores 20a, b, que são dispostos em relação ortogonal relativamente ao separador de feixe 51. Tal como será visto, esta disposição remove o componente angular β entre as trajetórias de luz incidente e refletida na disposição do espelho 35 como presente na primeira forma de realização descrita, e consequentemente a distorção da imagem, proveniente da projeção angular numa superfície plana como na primeira forma de realização descrita, é muito reduzida, embora com intensidade de luz reduzida.
Neste exemplo, o separador de feixe 51 é um cubo prismático, mas pode em alternativa ser um espelho semi-refletor.
Finalmente, será compreendido que a presente invenção foi descrita nas respetivas formas de realização preferidas e pode ser modificada de muitas formas diferentes de acordo com o âmbito da invenção conforme definido pelas reivindicações apensas.
Por exemplo, embora a primeira e a segunda imagens de vídeo conforme apresentado pelos monitores 21 dos projetores de vídeo 20a, b sejam derivadas de uma disposição de objetivas de zoom na primeira forma de realização descrita, os monitores 21 podem em alternativa ser acionados por outros sinais de vídeo, tal como fornecido por sistemas de animação ou modelação, por exemplo, sistemas de modelação CAD 3D, com os sinais de vídeo a serem fornecidos a partir de vistas que têm uma relação angular e/ou espaçada.
Numa forma de realização, o conjunto de circuitos de processamento pode ser empregue para manipular as imagens conforme apresentado pelos monitores 21 dos projetores de vídeo 20a, b, para acomodar artefactos provenientes da estrutura ótica, tal como a distorção trapezoidal, que surge da projeção angular numa superfície plana.
REIVINDICAÇÕES 1. Um aparelho de visualização para a produção de uma imagem estereoscópica para um observador, o aparelho de visualização compreendendo: primeiro e segundo projetores de vídeo para a projeção das respetivas primeira e segunda imagens de vídeo de um objeto, a primeira e segunda imagens sendo imagens diferentes que são, uma ou ambas, mudadas espacial e angularmente em relação ao objeto de modo a transmitir paralaxe entre as imagens, os projetores de vídeo compreendendo: o primeiro e segundo monitores de vídeo (21) que são acionados pelo primeiro e segundo sinais de vídeo para apresentar as respetivas primeira e segunda imagens de vídeo, em que os eixos óticos dos monitores fecham um ângulo agudo, e a primeira e segunda disposições óticas para focar luz a partir das respetivas imagens conforme apresentado pelo primeiro e segundo monitores no primeiro espelho, cada disposição ótica compreendendo uma lente (29), as lentes estando localizadas lado a lado e tendo eixos óticos que fecham um ângulo agudo; um primeiro espelho (35) que recebe luz a partir do primeiro e segundo projetores de vídeo, em que o primeiro espelho está localizado em relação ao primeiro e segundo projetores de vídeo, de modo a que as imagens focadas do objeto sejam produzidas no primeiro espelho e o primeiro espelho seja um

Claims (12)

  1. espelho côncavo com um raio para que as pupilas de saída das lentes sejam refletidas pelo primeiro espelho num plano de visualização, de modo a serem visualizáveis nos respetivos olhos do observador como uma imagem estereoscópica; e pelo menos um outro espelho (31; 31b) localizado em relação aos projetores de vídeo e ao primeiro espelho, de modo a que a luz das lentes dos projetores de vídeo seja refletida no primeiro espelho pelo, pelo menos um, outro espelho; em que existe um componente angular (β) entre trajetórias de luz incidente e refletida das imagens no primeiro espelho, de modo a que a trajetória de luz refletida não intercete os outros espelhos; e em que cada uma entre a primeira e a segunda disposições óticas compreende um espelho adicional (31a) localizado em relação ao monitor de vídeo e à lente do respetivo projetor de vídeo, de modo a que a luz do monitor de vídeo seja refletida na lente pelo referido espelho adicional, e em que o espelho adicional da primeira disposição ótica e o espelho adicional das segundas disposições óticas subtendem um ângulo de reflexo entre os mesmos.
  2. 2. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 1, em que cada projetor de vídeo compreende um par de lentes (29a, 29b) que partilham um eixo ótico comum, e os pares de lentes estão localizados lado a lado.
  3. 3. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que os sinais de vídeo são fornecidos a partir de sistemas de animação ou modelação tridimensional.
  4. 4. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, em que a disposição ótica compreende pelo menos um espelho para direcionar uma trajetória de luz ótica a partir do monitor para o primeiro espelho.
  5. 5. 0 aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que as imagens correspondem a imagens ampliadas do objeto.
  6. 6. 0 aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 compreendendo ainda: conjunto de circuitos de processamento para manipulação das imagens conforme projetado pelos projetores de vídeo para remover ou acomodar pelo menos um artefacto proveniente de uma estrutura ótica do aparelho.
  7. 7. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 6, em que o, pelo menos um, artefacto inclui distorção trapezoidal.
  8. 8. Um microscópio estereoscópico que incorpora o aparelho de visualização de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7.
  9. 9. Um microscópio estereoscópico compreendendo: o aparelho de visualização de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7; e a primeira e segunda câmaras de vídeo para a captura das respetivas primeira e segunda imagens ampliadas do objeto.
  10. 10. O microscópio de acordo com a reivindicação 9 compreendendo ainda: uma disposição da lente objetiva para a produção da primeira e segunda imagens ampliadas do objeto, a primeira e segunda câmaras de vídeo sendo configuradas para capturar as respetivas primeira e segunda imagens ampliadas do objeto a partir da imagem, conforme produzido pela disposição da lente obj etiva.
  11. 11. O microscópio de acordo com a reivindicação 10, em que a disposição da lente objetiva compreende a primeira e segunda objetivas de zoom, cada uma para a produção de uma imagem ampliada do objeto, a primeira e segunda câmaras de vídeo sendo configuradas para capturar as respetivas primeira e segunda imagens ampliadas do objeto a partir da imagem, conforme produzido pelas objetivas de zoom.
  12. 12. O microscópio de acordo com a reivindicação 11, em que os eixos óticos das objetivas de zoom fecham um ângulo agudo que corresponde a um ângulo de visualização entre os olhos do observador em relação à disposição do espelho.
PT157915786T 2014-11-17 2015-11-05 Aparelho de visualização estereoscópica PT3123234T (pt)

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