DE10003326A1 - Verfahren und Anordnung zur räumlichen Darstellung - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur räumlichen DarstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur räumlichen Darstellung, bei dem eine Vielzahl einzelner Bildelemente alpha¶ij¶ in einem Raster aus Zeilen i und Spalten j gleichzeitig sichtbar gemacht wird, wobei die Bildelemente alpha¶ij¶ Teilinformationen aus mehreren Ansichten A¶k¶ (k = 1...n) einer Szene/des Gegenstandes weidergeben und benachbarte Bildelemente alpha¶ij¶ Licht verschiedener Wellenlängen/Wellenlängenbreiche abstrahlen. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Anordnungen zur Ausführung des Verfahrens. DOLLAR A Bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art werden für das von den Bildelementen alpha¶ij¶ ausgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben, die von der Wellenlänge abhängig sind, wobei sich die Ausbreitungsrichtungen innerhalb eines Betrachtungsraumes, in dem sich ein Betrachter aufhält, in einer Vielzahl von Schnittpunkten, die Betrachtungspositionen entsprechen, kreuzen. Von jeder Betrachtungsposition aus nimmt ein Betrachter mit einem Auge überwiegend Teilinformationen einer ersten und mit dem anderen Auge überwiegend Teilinformationen einer zweiten Auswahl aus den Ansichten A¶k¶ (k = 1...n) wahr.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur räumlichen Darstellung einer Sze
ne/eines Gegenstandes, bei dem eine Vielzahl einzelner Bildelemente αij in einem Ra
ster aus Zeilen i und Spalten j gleichzeitig sichtbar gemacht wird, wobei die Bildele
mente αij Teilinformationen aus mehreren Ansichten Ak (k = 1 . . . n) der Szene/des Gegen
standes wiedergeben und wobei benachbarte Bildelemente αij Licht verschiedener Wel
lenlängen bzw. Wellenlängenbereiche abstrahlen. Die Erfindung bezieht sich weiterhin
auf Anordnungen zur Ausführung des Verfahrens.
Im Ergebnis der Bemühungen, Gegenstände, Landschaften, Einblicke in das Innere von
Körpern und andere Dinge auf der Grundlage von Abbildungen für einen Betrachter
räumlich wahrnehmbar darstellen zu können, ist im Verlaufe der Entwicklung eine
Vielzahl von autostereoskopischen Verfahren entstanden, die man grob in Linsenra
sterverfahren, Prismenrasterverfahren und Barriereverfahren unterscheiden kann.
Diesen Verfahren liegt das Prinzip zugrunde, mehrere verschiedene Perspektivansich
ten zwar gleichzeitig optisch wiederzugeben, durch geeignete Maßnahmen jedoch je
dem Auge eines Betrachters nur eine oder auch mehrere dieser Perspektivansichten
getrennt sichtbar zu machen, wodurch ein parallaktischer Effekt entsteht, der dem
Betrachter eine räumliche Wahrnehmung erlaubt.
Bekanntermaßen treten bei diesen Verfahren bzw. bei der Benutzung von Anordnun
gen, die nach diesen Verfahren arbeiten, als unerwünschte Nebenerscheinung pseudo
skopische Effekte auf, die zur Folge haben, daß der Betrachter ein bezüglich der räum
lichen Tiefe umgekehrtes und damit unrealistisches Bild sieht. Auch entstehen in Ab
hängigkeit von der Ausgestaltung diesbezüglicher Anordnungen mehr oder weniger
wahrnehmbar die allgemein als Moiré-Streifen bezeichneten Störungen. Die vorgenannten
Erscheinungen lassen sich zwar verringern oder auch ausschließen, was in der
Regel jedoch zusätzliche Maßnahmen erfordert, durch welche die Anordnungen ver
teuert oder hinsichtlich ihrer Benutzbarkeit nachteilig beeinträchtigt werden.
Es ist bekannt, zur optischen Wiedergabe der Perspektivansichten eines Gegenstandes
zwecks autostereoskopischer Darstellung elektronisch ansteuerbare Displays zu ver
wenden, die bei Ansteuerung in der herkömmlichen Weise auch zur zweidimensionalen
Darstellung von Ansichten geeignet sind. Diesbezüglich ist es für denkbare Anwen
dungsfälle wünschenswert, eine Umschaltung von der räumlichen autostereoskopi
schen in eine zweidimensionale Darstellung (und umgekehrt) derselben Szene bzw.
desselben Gegenstandes vornehmen zu können. Nachteiligerweise verändert sich aber
bei den bekannten Anordnungen dieser Art mit der Umschaltung die Bildqualität so,
daß beispielsweise angezeigter Text in einer Betriebsart gut, in der anderen aber nur
noch unzureichend lesbar ist. Dies tritt bei Anordnungen nach dem Barriereverfahren
besonders dann auf, wenn die Barriere aus vertikal nebeneinander angeordneten, ab
wechselnd opaken und transparenten Streifen besteht. Moiré-Effekte treten hier außer
dem noch auf und sorgen für ein unangenehmes Sehempfinden. Auch Linsenraster
verringern durch die permanente optische Abbildung die Lesbarkeit von dargestelltem
Text ganz wesentlich.
In EP 0791847 ist eine Anordnung beschrieben, bei der autostereoskopische Darstel
lungen unter Verwendung eines herkömmlichen RGB-LC-Displays in Verbindung mit
schräg gestellten Lentikularen erzeugt werden, wobei vom Prinzip her Moiré-Muster
entstehen. Zur Reduzierung des Moiré-Musters wird in dieser Veröffentlichung vorge
schlagen, die den Subpixeln zugeordneten Farbfilter in einer anderen Konfiguration
anzuordnen. Nachteiligerweise ist zur Verwirklichung dieses Vorschlages ein verän
dernder Eingriff in bewährte Ausführungsformen und Fertigungsabläufe erforderlich,
was in Anbetracht der industriellen Groß-Serienfertigung der üblichen RGB-LC-Displays
mit zu hohem Aufwand verbunden wäre. Außerdem erstreckt sich die Wirkung der hier
vorgeschlagenen Maßnahme nicht auch auf die Beseitigung der Nachteile im Falle von
zweidimensionalen Darstellungen, so daß eine gleichbleibend hohe Bildgüte bei Um
schaltung einer Darstellung von autostereoskopisch auf zweidimensional nicht ge
währleistet ist. In der vorgenannten Schrift handelt es sich um eine Anordnung, bei der
zur Erzeugung der autosteroskopischen Darstellung Linsen verwendet werden.
Auch in WO 97/02709 wird eine Änderung der Flächenstruktur eines Bildanzeigegerä
tes vorgeschlagen, um eine Verringerung des Moiré-Effektes zu erzielen. Dabei soll die
RGB-Pixel-Flächenstruktur so verändert werden, daß sich ein moiré-verminderter auto
stereoskopischer Effekt ergibt. Dabei wird das Barriereverfahren genutzt, indem trans
parente Schlitze, die von opaken Flächen umgeben sind, zur Anwendung kommen.
In US 5,936,774 werden als Grundlage der autostereoskopischen Darstellung struktu
rierte Lichtquellen, die u. a. auch hinsichtlich ihrer spektralen Eigenschaften strukturiert
sein können, verwendet. Diese wirken mit linsenartigen optischen Bauelementen zu
sammen, die für jede Perspektivansicht eine Gruppe von in bestimmten Abständen
erzeugten Lichtkonzentrationen auf vorgesehene Regionen von Lichtmodulatoren, zum
Beispiel LC-Displays, abbilden. Auch bei diesen Anordnungen treten die bereits be
schriebenen nachteiligen Effekte auf.
In JP 10333090 wird vorgeschlagen, zur Richtungsselektion des von den Perspektiv
ansichten ausgehenden Lichtes eine farbige Beleuchtung und Farbfilter zu verwenden.
Zusätzlich ist ein optisches Filter vorgesehen, das die Lichtmenge in vorgegebenen
Wellenlängenbereichen verringern soll. Bei der hier beschriebenen Verfahrensweise
handelt es sich um ein zweikanaliges Verfahren, bei dem lediglich zwei Perspektivan
sichten zugrunde liegen, von denen jeweils eine einem Auge des Betrachters zur Wahr
nehmung angeboten wird. Die Breite eines Filterelementes bzw. die Breite eines Be
leuchtungselementes entspricht der Offenlegung zufolge etwa der doppelten Breite
eines Subpixels in einem LC-Display. Daraus folgt zwangsläufig, daß herkömmliche LC-
Displays zur Erzeugung der strukturierten Beleuchtung nicht anwendbar sind, da bei
diesen Displays eine RGBRGBRGB. . .-Farbstruktur der Subpixel vorgegeben ist. Außer
dem führen die periodisch angeordneten und streifenförmig ausgebildeten Farbfilter
auch hier zwangsläufig wieder zur Entstehung von Moiré-Streifen. Weiterhin nachteilig
ist der fest vorgegebene Abstand des Betrachters von der Bildebene, der sich mit den
angegebenen Gleichungen bzw. Funktionen ergibt.
Auch in JP 10186272 und JP 8194190 werden zur autostereoskopischen Darstellung
Farb-LC-Displays in Verbindung mit farbigen Beleuchtungen bzw. Farbfiltern verwen
det. Bei den hier vorgeschlagenen Anordnungen können der autostereoskopischen
Darstellung mehrere Perspektivansichten zugrunde gelegt werden. Für die Filter sind
ausschließlich die Primärfarben rot, grün und blau vorgesehen; die Beleuchtungsquel
len und die vorgeschalteten Filter sind streng periodisch in der gleichen oder der ent
gegengesetzten Reihenfolge der Primärfarben auf der zugehörigen Farbmaske struktu
riert. Dabei sind die Farbfilter streifenförmig ausgebildet, und die Breite der Filterelemente
entspricht im wesentlichen dem Produkt aus der Breite eines Subpixels und der
Anzahl der dargestellten Ansichten.
Hieraus folgt, daß die Breite eines Filterelementes mindestens doppelt so groß sein
muß wie die eines Subpixels im LC-Display. Damit ist (ebenso wie bei der Anordnung
nach JP 10333090) aufgrund der vorgegebenen RGBRGBRGB. . .-Subpixelstruktur die
Verwendung kommerzieller LC-Displays für eine strukturierte Beleuchtung nicht mög
lich. Des weiteren werden in starkem Maße Moiré-Streifen erzeugt, wenn beispielsweise
acht Perspektivansichten der autostereoskopischen Darstellung einer Szene bzw. eines
Gegenstandes zugrunde gelegt werden sollen. Dann nämlich hätte eine streifenförmige
RGB-Sequenz eines Filters, unter Annahme einer Ausdehnung von 70 µm, wie derzeit
für ein Subpixel üblich, auf dem LC-Display eine Breite von 3 × 8 × 70 µm = 1,68 mm.
Bei einer solchen Struktur entstehen Moiré-Streifen, wodurch die Darstellungsqualität
gemindert wird.
In JP 8163605 ist wiederum eine Anordnung beschrieben, bei der zwei Perspektivan
sichten verwendet werden. Dabei sind die Pixel, auf denen die Ansichten dargestellt
werden, jeweils eindeutig nur für eines der beiden Augen des Betrachters sichtbar. Zur
Richtungsselektion des von den Pixeln ausgehenden Lichtes sind streifenförmige Farb
filter vor einem Display bzw. vor einem streifenförmigen RGB-Beleuchtungselement
angeordnet. Auch hier treten die Nachteile auf, wie sie bereits weiter oben beschrieben
sind.
Nach der Beschreibung in JP 8146347 korrespondiert zum Zwecke der Richtungsselek
tion eine separate Transparent-Opak-Barriere mit einem Farbfilter. Dabei sind die
transparenten Bereiche der Barriere bzw. die transluzenten Bereiche des Farbfilters
jeweils entweder schlitz- oder kreisförmig ausgebildet. Hier wie auch bei der Anord
nung nach JP 8146346, die ein Zweikanalverfahren mit streifenförmigen, vertikalen
Farbfiltern für die Richtungszuordnung der beiden Perspektivansichten verwendet,
treten ebenfalls die beschriebenen Nachteile auf.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
mit wenigen, bevorzugt handelsüblichen optischen Baugruppen eine autostereoskopi
sche Darstellung mit verbesserter Wahrnehmbarkeit zu erreichen.
Erfindungsgemäß werden bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art für das
von den Bildelementen αij ausgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben, die
von der Wellenlänge dieses Lichtes abhängig sind, wobei sich die Ausbreitungsrichtun
gen innerhalb eines Betrachtungsraumes, in dem sich der/die Betrachter aufhalten, in
einer Vielzahl von Schnittpunkten, die jeweils einer Betrachtungsposition entsprechen,
kreuzen. Von jeder Betrachtungsposition aus nimmt ein Betrachter mit einem Auge
überwiegend Bildelemente αij einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge über
wiegend Bildelemente αij einer zweiten Auswahl aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) wahr.
Ein Bildelement αij sei in diesem Zusammenhang eine selbstleuchtende oder beleuchte
te Fläche geringer Größe mit einem Flächeninhalt von etwa 10.000 µm2 bis zu einigen
mm2, auf der ein minimaler Ausschnitt einer der Ansichten Ak (k = 1 . . . n), im folgenden
als Teilinformation einer solchen Ansicht Ak (k = 1 . . . n) bezeichnet, an der Stelle i,j wie
dergegeben werden kann. Vorteilhaft kann mit dem Indexpaar i,j auch die Position in
der Ansicht Ak bezeichnet sein, von der die Teilinformation stammt, die auf dem Bild
element αij wiedergegeben wird - sofern auch die Ansichten Ak (k = 1 . . . n) in Raster aus
Zeilen i und Spalten j gegliedert sind.
Unter einer Auswahl aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) sind die Ansichten Ak zu verstehen,
deren Bildelemente αij entweder überwiegend für das eine oder für das andere Auge
sichtbar sein sollen. Beispielsweise können die Ausbreitungsrichtungen für Licht, das
von Bildelementen αij kommt, auf denen Teilinformationen der (einer ersten Auswahl
entsprechenden) Ansichten Ak (k = 1 . . . 4) dargestellt sind, so vorgegeben werden, daß
dieses Licht bzw. diese Teilinformationen überwiegend das linke Auge eines sich im
Betrachtungsraum aufhaltenden Betrachters erreichen, während die Ausbreitungsrich
tungen für das Licht, das von Bildelementen αij kommt, auf denen Teilinformationen
der übrigen (einer zweiten Auswahl entsprechenden) Ansichten Ak (k = 5 . . . n) dargestellt
sind, so vorgegeben werden, daß dieses Licht bzw. diese Teilinformationen überwie
gend in das rechte Auge desselben Betrachters gelangen. In diesem Falle umfaßt dem
nach die erste, für das linke Auge vorgesehene Auswahl die Ansichten A1, A2, A3 und A4.
Die zweite, für das linke Auge vorgesehene Auswahl würde hierbei die Ansichten A5, A6
. . . An umfassen.
Dabei seien ausdrücklich auch die Fälle in das erfindungsgemäße Verfahren einge
schlossen, in denen das von einem Bildelement αij kommende Licht nicht vollständig,
sondern nur zum Teil in das betreffende Auge des Betrachters gelangt, was beispiel
haft bei partieller Abdeckung eines Bildelement αij, etwa durch Anordnungsteile, denk
bar ist.
Die Bedingung, daß ein Auge "überwiegend" Bildelemente aij bzw. auf diesen Bildele
menten aij wiedergegebene Teilinformationen wahrnimmt, ist auch dann erfüllt, wenn
dieses Auge beispielsweise 80% der Bildelemente aij sieht, die Teilinformationen der
Ansicht A1 wiedergeben, während das andere Auge zwar ebenfalls solche Bildelemente
aij, die Teilinformationen der Ansicht A1 wiedergeben, sehen kann, jedoch weniger als
80%.
Bevorzugt werden die Ausbreitungsrichtungen durch eine Vielzahl von Wellenlängenfil
tern βpq vorgegeben, wobei jeweils ein Bildelement αij mit mehreren zugeordneten Wel
lenlängenfiltern βpq oder ein Wellenlängenfilter βpq mit mehreren zugeordneten Bildele
menten αij derart korrespondiert, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen der Flä
chenmitte des sichtbaren Abschnittes eines Bildelementes αij und der Flächenmitte des
sichtbaren Abschnittes eines Wellenlängenfilters βpq einer Ausbreitungsrichtung ent
spricht.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Wellenlängenfilter βpq in Arrays mit Zeilen p und Spal
ten q angeordnet und eines oder mehrere solcher Arrays dem Raster mit den Bildele
menten αij, bezogen auf die Blickrichtung eines Betrachters, in einem festen Abstand z
vor- und/oder nachgeordnet sind.
Zwecks Vorgabe der Ausbreitungsrichtungen werden den Bildelementen αij, die zuge
ordnete Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) wiedergeben, genau definierte
Positionen i,j auf dem Raster zugewiesen. Den Wellenlängenfiltern βpq, die mit diesen
Bildelementen αij korrespondieren sollen, werden definierte Positionen p,q auf dem
Array zugewiesen. Die Ausbreitungsrichtungen ergeben sich dann aus den Positionen
der Bildelemente αij auf dem Raster und den Positionen der korrespondierenden Wel
lenlängenfilter βpq auf dem Array in Verbindung mit dem Abstand z zwischen Raster
und Array.
Die Zuordnung von Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) zu Bildelementen αij
wie auch die Positionierung dieser Bildelemente αij auf dem Raster kann erfindungsge
mäß nach folgender Funktion vorgenommen werden
Hierin sind bezeichnet mit
- - i der Index eines Bildelementes αij in einer Zeile des Rasters,
- - j der Index eines Bildelementes αij in einer Spalte des Rasters,
- - k die fortlaufende Nummer der Ansicht Ak (k = 1 . . . n), aus der die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement αij wiedergegeben werden soll,
- - n die Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten Ak (k = 1 . . . n),
- - cij eine wählbare Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der ver schiedenen von den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) stammenden Teilinformation auf dem Raster und
- - IntegerPart eine Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
Mit anderen Worten: Die Indizes ij bezeichnen die Positionen von Bildelementen αij, für
die anzugeben ist, aus welcher der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) die darzustellende Teilinfor
mation bezogen werden soll. Dabei steht i für den horizontalen Index (mit Werten von
1 bis zur horizontalen Bildelementauflösung, das ist im Falle der Darstellung der Tei
linformationen auf RGB-Subpixeln der dreifache Wert der Pixelauflösung) und j für den
vertikalen Index (mit Werten von 1 bis zum Wert der vertikalen Bildelementauflösung).
Soll für eine beliebige, aber feste Anzahl n von Ansichten Ak (k = 1 . . . n), die alle die glei
che Bildauflösung bzw. das gleiche Format besitzen, das auf dem Raster darzustellen
de, aus Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) zu kombinierende Gesamtbild er
mittelt werden, so ist für die Kombinationsvorschrift noch folgendes zu berücksichti
gen:
Die Koeffizientenmatrix cij kann als Einträge Werte besitzen, die reellen Zahlen entspre
chen. Dabei sind für i und j natürliche Zahlen größer "Null" im oben genannten Werte
bereich möglich.
Das auf dem Raster dargestellte, aus den verschiedenen Teilinformationen der Ansich
ten Ak (k = 1 . . . n) kombinierte Gesamtbild wird bei Vorgabe dieser Parameter entspre
chend der oben angegebenen Funktion erzeugt, indem alle möglichen Indexpaare i, j
durchlaufen werden.
Als weitere Voraussetzung für die Erzeugung einer räumlichen Darstellung wird erfin
dungsgemäß bestimmt, in welcher Struktur die Wellenlängenfilter βpq, die im Zusam
menwirken mit den Bildelementen αij die Ausbreitungsrichtungen vorgeben, innerhalb
des Arrays mit Zeilen p und Spalten q zu positionieren sind.
Die Wellenlängenfilter βpq weisen Transparenzwellenlängen- oder Transparenzwellen
längenbereiche λb auf, die bevorzugt dem Wellenlängen- oder Wellenlängenbereich λa
des von den korrespondierenden Bildelementen αij abgestrahlten Lichtes entsprechen.
Für besondere Ausgestaltungen der Erfindung, die weiter unten noch erläutert werden,
können die Wellenlängenfilter βpq beispielsweise auch Transparenzwellenlängen/-
wellenlängenbereiche λb aufweisen, die außerhalb des Spektrums des sichbaren Lichtes
liegen, so daß das sichtbare Licht durch diese Wellenlängenfilter βpq abgeblockt wird.
Eine Transparenzwellenlänge/ein Transparenzwellenlängenbereich λb kann auch für
eine Kombination aus verschiedenen Wellenlängenbereichen stehen (z. B. transparent
für Blau und Rot, nicht für Grün). Der Index b kann demnach Werte von 1 bis zur Ma
ximalzahl der festgelegten Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λb haben.
Im Falle eines Wellenlängenfilterarrays, das an vorgegebenen, durch das Indexpaar p,q
definierten Positionen Licht der Grundfarben R, G, B passieren lassen soll, während an
anderen solcher Positionen das gesamte sichtbare Spektrum abgeblockt werden soll,
ist bmax = 4. Dabei entsprechen beispielsweise die Transparenzwellenlängen/-
wellenlängenbereiche λ1, λ2 und λ3 rotem (R), grünem (G) oder blauem (B) Licht und die
Transparenzwellenlänge/der Transparenzwellenlängenbereich λ4 liegt vollständig au
ßerhalb des Spektralbereiches des gesamten sichtbaren Lichtes. Eine solche Transpa
renzwellenlänge/ein solcher Transparenzwellenlängenbereich λ4 ergibt dann einen
opaken Filter (S).
Die Wellenlängenfilter βpq auf dem Array können insofern als transluzente oder transpa
rente Teile eines Maskenbildes angesehen werden. Die Position eines jeden Wellenlä
genfilters βpq ist durch den Index p,q eindeutig festgelegt. Jedem Wellenlägenfilter βpq
wird eine bestimmte Transparenzwellenlänge bzw. ein bestimmter Transparenzwel
lenlängenbereich λb zugeordnet. Dabei erfolgt die Strukturierung der Wellenlägenfilter
βpq zu einem Maskenbild - analog zur Kombination der Teilinformationen der verschie
denen Ansichten Ak (k = 1 . . . n) zu einem Gesamtbild - nach folgender Vorschrift:
mit
- - p dem Index eines Wellenlängenfilters βpq in einer Zeile des Arrays,
- - q dem Index eines Wellenlängenfilter βpq in einer Spalte des Arrays,
- - b einer ganzen Zahl, die für ein Wellenlägenfilter βpq an der Position p,q eine der vorgesehenen Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λb festlegt und Werte zwischen 1 und bmax haben kann,
- - nm einem ganzzahligen Wert größer "Null", der bevorzugt der Gesamtzahl n in dem Kombinationsbild dargestellten Ansichten Ak entspricht,
- - dpq einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeugung ei nes Maskenbildes und
- - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
Die wählbare Koeffizientenmatrix dpq kann als Einträge Werte besitzen, die reellen
Zahlen entsprechen. Dabei sind für p und q, die (wie bereits dargestellt) Positionen
innerhalb des Wellenlängenfilterarrays beschreiben, natürliche Zahlen größer "Null"
möglich.
Der Erzeugung des kombinierten Gesamtbildes aus den Teilinformationen der Ansich
ten Ak (k = 1 . . . n) und der Erzeugung des Maskenbildes liegen demzufolge gleichartige
oder zumindest artverwandte Vorschriften zugrunde. Die Wellenlängenfilter βpq als
Elemente des Maskenbildes besitzen vorzugsweise die gleiche Flächenausdehnung wie
die Bildelemente αij.
Der letztgenannte Sachverhalt ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der
Verringerung von Moiré-Effekten anwendbar. Sichtbare periodische Überlagerungen
des Rasters aus Bildelementen αij zur Bildwiedergabe mit Arrays aus Wellenlängenfil
tern βpq als Maskenbild können auf diese Weise definiert verringert werden, wodurch
auch Moiré-Effekte vermindert werden.
Auch allein die Tatsache, daß jedes Maskenbild definiert wellenlängenselektiv struktu
riert ist, kann dazu ausgenutzt werden, Moiré-Effekte durch geeignet strukturierte
Maskenbilder wesentlich zu vermindern. Dies geschieht beispielsweise, wenn die Wel
lenlängenfilter βpq für die Grundfarben R, G, B jeweils auf einem im wesentlichen opaken
Hintergrundmuster in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet werden.
Dann nämlich ergibt sich für jede Grundfarbe R, G, B nicht hauptsächlich eine bevorzug
te Richtung der Überlagerung mit direkt darunter bzw. darüber liegenden Bildelemen
ten αij jeweils gleicher Grundfarbe in der Ebene des Arrays, sondern es ergeben sich
viele verschiedene Richtungen, wodurch die Wahrnehmbarkeit des Moiré deutlich ge
hemmt wird.
Es können für verschiedene b auch Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λb
gleichen Inhalts vorgegeben werden: gilt beispielsweise bmax = 8, können λ1 bis λ3 für
R, G, B in dieser Reihenfolge und λ4 bis λ8 für Wellenlängen außerhalb des sichtbaren
Lichts stehen, wobei dann λ1 bis λ3 die Farben R, G, B transmittieren und λ4 bis λ8 das
sichtbare Spektrum abblocken. Dann liefert die Kombinationsvorschrift für die Parame
ter dpq = -1 = const und nm = 8 ein Maskenbild, das periodisch auf opakem Hintergrund
schräge Streifen in den RGB-Farben erzeugt. Zwischen diesen farbigen Streifen bleiben
jeweils fünf der Bildelemente αij in jeder Zeile opak. Der Winkel der Schrägstellung der
farbigen Streifen hängt dabei ab von den Abmaßen der Bildelemente αij. Zu bevorzugen
sind Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen bmax und nm gleich groß sind.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung können wiederum mehrere der Transpa
renzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λb die gleichen Filterwirkungen haben: Seien
λ1 . . . λ7 Wellenlängenbereiche, die das gesamte sichtbare Spektrum abblocken, λ8 ein für
das sichtbare Spektrum transparenter Filterbereich und sei weiterhin nm = 8 sowie dpq =
-1 = const, so ergibt sich nach der Vorschrift zur Erzeugung eines Maskenbildes ein im
wesentlichen opakes Maskenbild, welches auf der Fläche gleichmäßig verteilte schräge
transparente Streifen beinhaltet, die etwa ein Achtel der gesamten Fläche einnehmen.
Die Wellenlängenfilter βpq und die Bildelemente αij sind einander also durch Wellenlän
gen bzw. Wellenlängenbereiche zugeordnet, d. h. ein Wellenlängenfilter βpq einer be
stimmten Transparenzwellenlänge/-wellenlängenbereich λb kann jeweils das Licht der
jenigen Bildelemente αij passieren lassen, die Licht ausstrahlen, das dieser Transpa
renzwellenlänge entspricht bzw. innerhalb des Transparenzwellenlängenbereiches λb
liegt. Es kann aber auch, wie bereits dargestellt, vorgesehen sein, daß Wellenlängenfil
ter βpq das von zugeordneten Bildelemente αij kommende Licht abblocken.
Der in Blickrichtung gemessene Abstand z zwischen dem Array aus Wellenlängenfiltern
βpq und dem Raster aus Bildelementen αij ist ein Parameter, der unter Berücksichtigung
der Breite der Bildelemente αij, der Breite der Wellenlängenfilter βpq und der Größe des
Betrachtungsraumes festzulegen ist, und zwar so, daß bei einer vorgegebenen Kombi
nation der einzelnen Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) auf dem Raster in
nerhalb des Betrachtungsraumes die dargestellte Szene/der Gegenstand dreidimensio
nal wahrnehmbar ist.
Beispielhaft kann der Abstand z zwischen dem Array aus Wellenlängenfiltern βpq und
dem Raster aus Bildelementen αij, in Blickrichtung gemessen, nach folgender Gleichung
festgelegt werden:
Hierin bedeutet:
- - sp den mittleren horizontalen Abstand zwischen zwei Wellenlängenfiltern βpq, wenn das Array mit den Wellenlängenfiltern βpq in Blickrichtung eines Betrachters hinter dem Raster aus Bildelementen αij angeordnet ist, oder den mittleren hori zontalen Abstand zwischen zwei Bildelementen αij, wenn das Raster aus Bildele menten αij in Blickrichtung eines Betrachters hinter dem Array mit den Wellenlän genfiltern βpq angeordnet ist,
- - pd die mittlere Pupillendistanz bei einem Betrachter und
- - da einen wählbaren Betrachtungsabstand, der im wesentlichen dem mittleren aller im gesamten Betrachtungsraum möglichen Abstände zwischen dem Raster aus Bildelementen αij und einem Betrachter bzw. einer Betrachtungsposition ent spricht.
Werden nun beispielsweise zur Erzeugung eines Maskenbildes mit bmax = 4 drei Transpa
renzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λ1, λ2, λ3 vorgegeben für R, G, B und ein weiterer
Transparenzwellenlängenbereich λ4, mit dem das sichtbare Licht komplett abgeblockt
werden kann, so ergibt sich unter Verwendung der Koeffizientenmatrix dpq, die man
nach der Vorschrift erzeugen kann
ein für die räumliche Darstellung eines Gegenstandes/einer Szene auf der Grundlage
von n = 8 Ansichten Ak (k = 1 . . . n) gut geeignetes Maskenbild.
Hierbei sei nm = 8; "mod" bezeichnet die Restklasse in bezug auf einen Teiler. Die Funk
tion δ gibt für alle Argumente ungleich "Null" den Wert "Null"; für das Argument "Null"
ergibt sich der Funktionswert 1, denn es gilt δ(0) = 1 und δ(x ≠ 0) = 0. Die Indizes p,q
durchlaufen alle möglichen Werte, die innerhalb des Maskenbildes liegen; das sind bei
der Darstellung auf einem Farb-LC-Display z. B. für p Werte von 1 bis 640 . 3 und für q
Werte von 1 bis 480.
Breitet sich das von den einzelnen Bildelementen αij abgestrahlte Licht in einer Weise
aus, die erfindungsgemäß vorgegeben ist, entstehen innerhalb eines Betrachtungsraumes,
der sich vor dem Raster mit den Bildelementen αij befindet, eine Vielzahl von Be
trachtungspositionen, von denen aus jeder Betrachter, der sich innerhalb dieses Be
trachtungsraumes befindet, mit einem Auge überwiegend Bildelemente αij einer ersten
Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend Bildelemente αij einer zweiten Auswahl aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) sieht, wodurch die Szene bzw. der Gegenstand
durch den jeweiligen Betrachter räumlich wahrgenommen wird.
Die Vielzahl solcher Betrachtungspositionen ist dabei so groß und die Betrachtungspo
sitionen liegen so dicht nebeneinander, daß Betrachter sich innerhalb des Betrach
tungsraumes bewegen können, während sich ihre Augen quasi stets in einer solchen
Betrachtungsposition befinden, denn die Betrachtungspositionen entsprechen jeweils
Schnittpunkten der definiert vorgegebenen Ausbreitungsrichtungen und die für das
Auge sichtbaren Lichtstrahlen haben einen zwar kleinen, jedoch vorhandenen Flächen
querschnitt.
Als Betrachtungsraum sei im Zusammenhang mit dieser Erfindung der Bereich zu ver
stehen, in dem sich der Betrachter aufhalten bzw. bewegen und dabei, sofern er in
Richtung zum Raster blickt, die Szene bzw. den Gegenstand räumlich wahrnehmen
kann. Je nach der Struktur des Maskenbildes und verwendeter Anzahl n von Ansichten
Ak (k = 1 . . . n) sind so Blickwinkel auf das Raster von über 45° möglich, d. h. der Betrach
tungsraum kann einen von der Mittelsenkrechten des Rasters ausgehenden Öffnungs
winkel von über 45° haben.
Dieses neue Verfahren zur autostereoskopischen Darstellung unterscheidet sich ge
genüber den aus dem Stand der Technik bekannten einschlägigen Verfahren wesent
lich. Während bei den bekannten Verfahren Teilinformationen einer Ansicht aus
schließlich nur für das eine oder das andere Auge des Betrachters sichtbar sein sollen,
läßt dieses neue Verfahren absichtlich zu, daß Teilinformationen einer oder mehrerer
Ansichten für beide Augen des Betrachters sichtbar sind.
Als Voraussetzung für die räumliche Wahrnehmung ist die Bedingung zu erfüllen, daß
jeweils ein Auge mehr Teilinformationen derselben Ansicht sieht als das andere Auge.
Allerdings wird bei Einhaltung der erfindungsgemäß vorgegebenen Ausbreitungsrich
tungen erreicht, daß die Anzahl "falscher", weil eigentlich dem anderen Auge zuzuord
nender Teilinformationen einen Grenzwert nicht überschreitet, von dem an die räumli
che Wahrnehmung nicht mehr in ausreichender Qualität möglich ist. Dabei ist es vorteilhaft,
jedoch nicht zwingend erforderlich, als Ansichten der Szene/des Gegenstandes
Perspektivansichten zu verwenden.
Soll etwa ein Gegenstand auf der Grundlage von beispielhaft acht Perspektivansichten
Ak (k = 1 . . . 8) dreidimensional dargestellt werden, ist bei erfindungsgemäß vorgegebenen
Ausbreitungsrichtungen von der Vielzahl der Betrachtungspositionen aus die räumliche
Wahrnehmung auch dann in hoher Qualität gewährleistet, weil das rechte Auge des
Betrachters zwar nicht ausschließlich, aber überwiegend Bildelemente αij mit Teilinfor
mationen beispielhaft der Ansichten A1 bis A4 und das linke Auge des Betrachters zwar
nicht ausschließlich, aber überwiegend Bildelemente αij mit Teilinformationen der An
sichten A5 bis A8 wahrnimmt, wobei für das linke Auge in begrenzter Anzahl auch Bild
elemente αij oder Teile davon mit Teilinformationen der Ansichten A1 bis A4 und für das
rechte Auge in begrenzter Anzahl auch Bildelemente αij oder Teile davon mit Teilinfor
mationen der Ansichten A5 bis A8 sichtbar sind.
Die dabei für beide Augen sichtbaren "falschen" Bildelemente αij führen zwar prinzipiell
zu einer geringen Verfälschung des dreidimensionalen Eindrucks, was jedoch innerhalb
des Betrachtungsraumes nicht den in der Tiefe korrekten 3D-Eindruck zerstört.
Hieraus ergibt sich auch ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens,
der darin besteht, daß dessen Umsetzung und Nutzung mit Anordnungen möglich ist,
die unter Verwendung weniger handelsüblicher Serienprodukte, wie beispielsweise
Farb-LC-Displays sowohl für die Wiedergabe der Teilinformationen auf den Bildelemen
ten αij als auch für die Erzeugung des Maskenbildes mit Wellenlängenfiltern βpq, ko
stengünstig herstellbar sind. Wenn die Subpixel R, G, B eines Farb-LC-Displays als Bild
elemente αij dienen und diese die Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) wieder
geben, kann eine erstaunliche Farbtreue und Farbbrillanz erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, daß je nach Auflösung
des zur Bildwiedergabe verwendeten Rasters die Möglichkeit besteht, der dreidimen
sionalen Darstellung quasi beliebig viele, jedoch wenigstens zwei Ansichten einer Sze
ne bzw. eines Gegenstandes zugrunde zu legen.
Außerdem ist es möglich, die Lesbarkeit von dargestelltem Text - verglichen mit be
kannten Schwarz-Weiß-Barriereverfahren - wesentlich zu verbessern. Werden nämlich in
einer Anordnung, die im Rahmen dieser Erfindung liegt, wellenlängenabhängige Mas
kenbildstrukturen ganz ohne opake Flächen verwendet und gewöhnlicher Text untergelegt,
so ist - im Gegensatz zu einer Schwarz-Weiß-Barriere für vier Ansichten, bei der
im Mittel nur ein Teil, nämlich ein Viertel der dargestellten Textfläche sichtbar ist - der
Text unter jedem Wellenlängenfilter βpq sichtbar. Dies erleichtert die Textlesbarkeit
ganz wesentlich.
Außerdem kann in diesem Falle für ein dreidimensional dargestelltes Bild (z. B. bei Ver
wendung von Bandpaßfiltern mit einer Transmission von 100%) bezogen auf die mittle
re Flächenleuchtdichte um etwa ein Drittel heller sein als das gleiche, jedoch mit einer
Schwarz-Weiß-Barriere erzeugte dreidimensionale Bild.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht nur auf das Licht im
sichtbaren Spektralbereich beschränkt, sondern es können mit einem entsprechend
modifizierten Wellenlängenfilter-Array auch Anteile des nicht sichtbaren elektromagne
tischen Spektrums zurückgehalten oder durchgelassen werden und auf diese Weise,
wenn sich dabei an der Stelle des Betrachters eine für diese Spektralbereiche ausgeleg
te stereoskopische Kamera befindet, dreidimensionale Aufnahmen gewonnen und nach
Frequenzwandlung zwecks visueller Auswertung sichtbar gemacht werden. Damit er
geben sich allein schon für den medizinischen Bereich zahlreiche Anwendungsmög
lichkeiten, wenn nämlich beispielhaft eine Strahlendosis mit vorgegebener Wellenlänge
in eine bestimmte räumliche Tiefe eines Körpers eingebracht werden soll.
Jedes Wellenlängenfilter βpq kann fest vorgegebene Transparenzwellenlängen/-
wellenlängenbereiche λb aufweisen, die der Wellenlänge des von den zugeordneten
bzw. korrespondierenden Bildelementen αij kommenden Lichtes beinhaltet. Alternativ
hierzu können allerdings auch Wellenlängenfilter βpq vorgesehen sein, deren Transpa
renzwellenlänge/-wellenlängenbereich λb in Abhängigkeit von einer Ansteuerung ver
änderbar ist.
Dabei ist bei entsprechender Programmierung einer Ansteuerschaltung auch eine Ver
änderung der Filterwirkung der Wellenlängenfilter βpq während des Betriebes möglich,
was vorteilhaft dazu genutzt werden kann, die autosteroskopische Wahrnehmbarkeit
eines dargestellten Gegenstand dem individuellen Eindruck eines Betrachters anglei
chen zu können. Dies geschieht, indem das Maskenbild verändert wird. So kann z. B.
ein Wellenlängenfilter βpq je nach Ansteuerung eine bestimmte Grundfarbe, beispiels
weise R, optimal oder gar nicht oder in einer helligkeitsabhängigen Zwischenstufe
transmittieren.
Auch können auf diese Weise ausgewählte, zu einem vorgegebenen Bereich des Arrays
gehörende Wellenlängenfilter βpq möglichst vollständig transparent geschaltet werden,
wodurch dieser Bereich eine zweidimensionale Darstellung der Szene bzw. des Gegen
standes erzeugt, während die übrigen, nach wie vor wellenlängengefilterten Bereiche
weiterhin eine dreidimensionale Darstellung wiedergeben. Selbstverständlich ist es auf
diese Weise auch möglich, die gesamte Szene/den gesamten Gegenstand durch ent
sprechende Ansteuerung aller Wellenlängenfilter βpq wahlweise zweidimensional oder
dreidimensional darzustellen.
Letzteres kann beispielsweise erreicht werden, wenn als Wellenlängenfilter-Array ein
transparentes Farb-LC-Display genutzt wird, das ebenso wie das zur Bildwiedergabe
vorgesehene Farb-LC-Display über separat ansteuerbare (zur Unterscheidung mit einem
Apostroph versehene) Subpixel R', G', B' verfügt, und diesem eine über die gesamte
Fläche des Displays sich ausdehnende flächige Beleuchtung zugeordnet wird. Bei ein
geschalteter Beleuchtung gehen dann von jedem Subpixel R', G', B' Strahlungen der
entsprechenden Grundwellenlänge bzw. entsprechender Wellenlängen-/Wellenlängenbe
reiche aus.
Wird nun beispielhaft einem zur Wiedergabe der Bildelemente αij vorgesehenen Farb-
LC-Display mit Subpixeln R, G, B ein als Wellenlängenfilter-Array dienendes Farb-LC-
Display mit Subpixeln R', G', B' vorgeordnet, so läßt sich erreichen, daß die von einem
Subpixel R kommende Strahlung stets nur durch Subpixel R' des vorgeordneten Farb-
LC-Displays hindurchtreten kann. Wird dabei dem Subpixel R die Teilinformation einer
der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) zugeordnet, sind mit den Geraden durch die Flächenmitten
der Subpixel R' und des Subpixels R die Ausbreitungsrichtungen für die Information
dieses Bildelementes αij vorgegeben. Das trifft im übertragenen Sinne auch für die Sub
pixel G und G' bzw. B und B' zu.
Auf diese Weise sind durch Zuordnung von Teilinformationen der verschiedenen An
sichten Ak (k = 1 . . . n) zu Subpixeln R, G, B des bildgebenden Farb-LC-Displays die jeweils
gewünschten Ausbreitungsrichtungen der Bildinformationen festlegbar. So kann mit
einem einfachen Aufbau, wie er nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert wird, erreicht werden, was beabsichtigt war, nämlich die wellenlängenabhän
gige Zuordnung der Bildelemente αij einer der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) überwiegend zu
dem einen oder dem anderen Auge eines Betrachters.
Insofern bezieht sich die Erfindung auch auf eine Anordnung zur räumlichen Darstel
lung einer Szene/eines Gegenstandes, bei der zur Wiedergabe der Bildelemente αij ein
Farb-LC-Display mit separat ansteuerbaren Subpixeln R, G, B vorgesehen und mit einer
Ansteuerschaltung gekoppelt ist, die auf den Subpixeln R, G, B Bildelemente der Ansich
ten Ak (k = 1 . . . n) generiert, bei der weiterhin mindestens ein Array aus einer Vielzahl von
Wellenlängenfiltern βpq vorhanden ist, das, bezogen auf die Blickrichtung eines Betrach
ters, dem Farb-LC-Display in einem vorgegebenen Abstand z vor- und/oder nachge
ordnet ist, wobei jeweils mehrere der Wellenlängenfilter βpq mit einem der Subpixel
R, G, B derart korrespondieren, daß diese Wellenlängenfilter βpq für das von dem korre
spondierenden Subpixel R, G, B ausgehende Licht transparent sind und wobei die Aus
breitungsrichtungen des von diesem Subpixel R, G, B ausgehenden Lichtes durch die
Positionen dieser Wellenlängenfilter βpq bestimmt sind.
Der Abstand der Subpixel R, G, B auf dem Farb-LC-Display zueinander, der Abstand der
Wellenlängenfilter βpq innerhalb des Arrays zueinander und der Abstand z zwischen
dem Array aus Wellenlängenfiltern βpq und dem Farb-LC-Display in der Blickrichtung
eines Betrachters gemessen sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß sich das von
den Subpixeln R, G, B ausgehende Licht durch die korrespondierenden Wellenlängenfil
ter βpq derart in den bestimmten Richtungen ausbreitet, daß sich wie oben beschrieben
eine dreidimensional wahrnehmbare Darstellung ergibt.
Bevorzugt ist als Wellenlängenfilterarray ein Farb-LC-Display vorgesehen und dieses mit
einer Ansteuerschaltung gekoppelt, die die Subpixel R', G', B' in Abhängigkeit von den
Parametern dpq, nm und λb ansteuert, wobei jeweils die einem Wellenlängenfilter βpq zu
geordnete Wellenlänge λb der Grundfarbe eines Subpixels R', G', B' bzw. eines korre
spondierenden Subpixels R, G, B entspricht. Als zusätzlicher Wellenlängenbereich λb
kann neben R, G, B ein für das sichtbare Licht komplett opaker Wellenlängenbereich λb
vorgesehen sein, der im weiteren mit S bezeichnet wird.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfindung Anordnungen einschließt,
bei denen das Wellenlängenfilter-Array in bezug auf die Blickrichtung eines Betrachters
dem zur Wiedergabe der Bildelemente dienenden Farb-LC-Display nach- oder auch vor
geordnet ist und auch Anordnungen denkbar sind, bei denen dem Farb-LC-Display zur
Wiedergabe der Bildelemente sowohl ein Wellenlängenfilter-Array vor- als auch ein
Wellenlängenfilter-Array nachgeordnet ist.
Die Wellenlängenfilter βpq können auch bezüglich ihres Transparenzverhaltens auch
zeitlich unveränderlich ausgelegt sein. Entscheidend und erfindungswesentlich ist, daß
die Subpixel R, G, B zur Wiedergabe der Bildelemente αij mit Wellenlängenfiltern βpq bzw.
Subpixeln R', G', B' so korrespondieren, daß sich eine Vielzahl von Ausbreitungsrich
tungen entsprechend dem oben genannten Verfahren ergibt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß entweder dem Farb-
LC-Display zur Darstellung der Bildelemente αij oder einem als Wellenlängenfilter-Array
dienenden Farb-LC-Display eine flächige Beleuchtungsquelle beigestellt ist, die im we
sentlichen weißes Licht abstrahlt und deren flächige Ausdehnung etwa der Ausdeh
nung des jeweiligen Farb-LC-Displays entspricht. Dabei sind Farb-LC-Display und flä
chige Beleuchtungsquelle, so miteinander verbunden bzw. zueinander positioniert, daß
das von der Beleuchtungsquelle ausgehende Licht durch die Subpixel R, G, B bzw.
R', G', B' des Displays hindurch abgestrahlt und dabei entsprechend der Grundwellen
längen R, G, B gefiltert wird.
Mit dieser Anordnung wird vorteilhaft erreicht, daß von jedem der Subpixel R, G, B Licht
mit im wesentlichen gleicher Intensität in Richtung auf die zugeordneten Subpixel
R', G', B' bzw. umgekehrt abgestrahlt wird.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung ist die flächige Beleuchtungsquelle bezüg
lich ihrer Lichtintensität veränderbar, wodurch es möglich ist, während der räumlichen
Darstellung eines Gegenstandes die Intensität zu variieren und somit dem Betrachter
individuell anzupassen, um so die räumliche Wahrnehmbarkeit zu optimieren.
In konkreter Ausgestaltung der Erfindung kann die Baueinheit bestehend aus Beleuch
tungsquelle und zugeordnetem Array durch ein elektrolumineszentes Display, eine
Elektronenstrahlröhre, ein Plasma-Display, ein laserstrahlbeleuchtetes Display, ein LED-
Display, ein Feldemissionsdisplay oder auch ein polymer-basiertes Anzeigegerät gebil
det sein. Beispielsweise kann hierbei ein Plasma-Display vom Typ Pioneer PDP-501 MX
oder Philips SFTV1.5-E; Model: 42PW9982/12 zum Einsatz kommen. Auch Großdis
plays für Stadionanzeigen oder ähnlich sind denkbar.
Unter Umständen ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der bisher beschriebenen erfin
dungsgemäßen Anordnung in Blickrichtung eines Betrachters eine vergrößernde oder
verkleinernde Linse, bevorzugt eine Fresnellinse vorgeordnet ist. Dadurch wird erreicht,
daß für den Betrachter eine reelle oder virtuelle Abbildung des räumlichen Bil
des der Szene bzw. des Gegenstandes entsteht.
Die Erfindung bezieht sich auch weiterhin noch auf eine Anordnung zur wahlweise
räumlichen oder zweidimensionalen Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes, wo
bei diese mit Mitteln zur Veränderung der Transmissionseigenschaften der Wellenlän
genfilter βpq ausgestattet ist. Dabei können die Wellenlängenfilter βpq wahlweise zum
Zwecke einer 3D-Darstellung gemäß oben beschriebener Vorschrift zur Erzeugung ei
nes Maskenbildes für eine vorgegebene Transparenzwellenlänge/-wellenlängenbereich
λb transmittieren oder aber, zu Zwecken einer 2D-Darstellung, so transparent wie mög
lich, d. h. für das sichtbare Licht möglichst durchlässig, gesteuert werden.
Im konkreten Falle der Verwendung eines Farb-LC-Display als Wellenlängenfilterarray
bedeutet dies, daß auf dem als 2D-Anzeige zu verwendenden Bildabschnitt alle RGB-
Subpixel optimal transparent gesteuert werden, wobei ein weißer Beleuchtungsab
schnitt entsteht, der für einen unbeeinträchtigten 2D-Eindruck sorgt.
Vorteilhaft ist im vorgenannten Fall die Ansteuerschaltung so ausgebildet, daß wahl
weise entweder nur eine Auswahl der Wellenlängenfilter βpq oder die Gesamtheit der
Wellenlängenfilter βpq hinsichtlich ihrer Transmissionseigenschaften umschaltbar sind,
wodurch wahlweise die gesamte Darstellung der Szene/des Gegenstandes von der
räumlichen auf die zweidimensionale Darstellung oder lediglich ausgewählte Anzeige
bereiche von der räumlichen auf die zweidimensionale Darstellung verändert werden
können.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert
werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Ausgestaltungsvariante, bei der in Blickrichtung eines Betrachters zu
nächst ein erstes Farb-LC-Display als bilddarstellendes Raster und in einem
vorgegebenen Abstand z dahinter ein zweites Farb-LC-Display als Wellen
längenfilter-Array anordnet ist,
Fig. 2 ein Beispiel für ein Maskenbild, erzeugt mit den als Wellenlängenfilter βpq
genutzten Subpixeln R'G'B' des zweiten Farb-LC-Displays, stark vergrö
ßert und nicht maßstäblich dargestellt,
Fig. 3 ein Beispiel für ein Gesamtbild aus den Teilinformationen der Ansichten Ak
(k = 1 . . . n), erzeugt mit den als Bildelemente αij genutzten Subpixeln RGB des
ersten Farb-LC-Displays, stark vergrößert und nicht maßstäblich dargestellt,
Fig. 4 die Struktur eines Maskenbildes nach Fig. 2, das ausschließlich aus roten
Subpixeln R' gebildet ist,
Fig. 5 die Positionen der Teilinformationen aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . 8), die im
Gesamtbild nach Fig. 3 durch rote Subplixel R wiedergegeben werden,
Fig. 6 die sichtbaren Teilinformationen bzw. Teile davon für ein Auge eines Be
trachters beim Blick aus einer der Betrachtungsposition durch das Masken
bild aus Fig. 4 hindurch,
Fig. 7 die sichtbaren Teilinformationen bzw. Teile davon für das andere Auge des
Betrachters beim Blick aus einer der Betrachtungsposition durch das Mas
kenbild aus Fig. 4 hindurch,
Fig. 8 eine von der Ausgestaltungsvariante nach Fig. 1 abweichende Ausgestal
tung, bei der anstelle des zweiten Farb-LC-Displays ein Array aus Wellen
längenfiltern βpq fest vorgegebenen Transparenzwellenlängen/-wellenlän
genbereichen λb vorgesehen ist,
Fig. 9 einen Schnitt durch eine in Fig. 8 dargestellte Anordnung mit den Gegeben
heiten nach Fig. 3 und Fig. 4,
Fig. 10 eine weitere von der Ausgestaltungsvariante nach Fig. 1 abweichende Aus
gestaltung, bei der in Blickrichtung des Betrachters zunächst ein Array aus
Wellenlängenfiltern βpq fest vorgegebenen Transparenzwellenlängen/-
wellenlängenbereichen λb und im Abstand z dahinter das bildgebende
Farb-LC-Display positioniert sind,
Fig. 11 ein Beispiel zum Zustandekommen des Moiré-Effektes,
Fig. 12 ein Beispiel einer Maskenbildstruktur bei einer aus dem Stand der Technik
bekannten Schwarz-Weiß-Barriere,
Fig. 13 ein Beispiel einer RGB-Maskenbildstruktur.
Das Ausführungsbeispiel, das nachfolgend zur Erläuterung der Erfindung dient, sieht
sowohl für die Wiedergabe der Kombination von Teilinformationen der Ansichten Ak
(k = 1 . . . n) auf Bildelementen αij als auch zur Erzeugung des Maskenbildes mittels Wel
lenlängenfiltern βpq jeweils ein derzeit handelsüblich verfügbares Farb-LC-Display vor,
wie beispielsweise Sanyo LMU-TK 12A. Auf diese Weise läßt sich die erfindungsgemäße
Anordnung einfach und kostengünstig realisieren. Das schließt jedoch nicht aus, daß
für die Bildwiedergabe als auch für die Wellenlängenfilterung jede andere denkbare
Ausführung möglich ist, sofern die Grundbedingungen der Erfindung erfüllt sind.
Von den verschiedenen Möglichkeiten, die hinsichtlich der Anordnung von bilddarstel
lendem Raster aus Bildelementen αij, Array aus Wellenlängenfiltern βpq und flächiger
Beleuchtungsquelle möglich sind, ist in Fig. 1 eine Variante dargestellt, bei der in Blick
richtung B eines Betrachters 1 zunächst ein Farb-LC-Display 2 als bilddarstellendes
Raster und in einem vorgegebenen Abstand z dahinter ein Farb-LC-Display 3 als Wel
lenlängenfilter-Array angeordnet sind. Das Farb-LC-Display 3 ist mit einer flächigen
Beleuchtungsquelle 4 zu einer Baueinheit verbunden.
Außerdem sind das bildwiedergebende Farb-LC-Display 2 mit einer Ansteuerschaltung
5 und das als wellenlängenselektierende Farb-LC-Display 3 mit einer Ansteuerschaltung
6 verknüpft. Jedes der beiden Farb-LC-Displays 2, 3 verfügt über separat ansteuerbare
Subpixel der Grundfarben rot (R), grün (G) und blau (B). Zur besseren Unterscheidbar
keit werden nachfolgend die Subpixel des Farb-LC-Displays 2 mit R, G, B bezeichnet, die
Subpixel des Farb-LC-Displays 3 mit R', G', B', die den jeweiligen Transparenzwellen
längen/-wellenlängenbereichen λb entsprechen.
Die Ansteuerschaltung 5 ist so ausgebildet, daß wie oben beschrieben auf den einzel
nen Subpixeln R, G, B Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) generiert werden
können.
Die Ansteuerschaltung 6 ist so ausgelegt, daß mit ihr die einzelnen Subpixel R', G', B'
für die jeweilige Grundwellenlänge rot, grün und blau mit einer Transparenz zwischen
0% und 100% geschaltet werden können. Dabei würde die Transparenz mit 0% einem
opaken Wellenlängenfilter βpq entsprechen.
Der Abstand z zwischen dem Farb-LC-Display 2 und dem Farb-LC-Display 3 beträgt
3,8 mm, wobei in diesem Falle die Subpixel R', G', B' des Farb-LC-Displays 3 mit den
Subpixeln R, G, B des Farb-LC-Displays 2 so korrespondieren, daß sich die damit festge
legten Ausbreitungsrichtungen des von den Subpixeln R', G', B' austretenden und
durch die Subpixel R, G, B hindurchtretenden Lichtes innerhalb eines Betrachtungsrau
mes 7, in dem sich ein oder mehrere Beobachter 1 befinden, in einer Vielzahl von
Schnittpunkten treffen. Diese Schnittpunkte der Ausbreitungsrichtungen entsprechen
Beobachtungspositionen, von denen aus mit einem Augenpaar die Szene/der Gegen
stand räumlich wahrgenommen werden kann.
Dabei wurde der Abstand z für die Ausgestaltungsvariante nach Fig. 1 ermittelt aus
Für sp wurde der mittlere horizontale Abstand der Subpixel R', G', B' auf dem in Blick
richtung nachgeordneten Farb-LC-Display 3 mit 70 µm angenommen. Für die mittlere
Pupillendistanz pd wurde 65 mm gesetzt. Als mittlerer Betrachtungsabstand da wurde
2,5 m gewählt. Daraus ergibt sich der auszuführende Abstand z mit 3,8 mm.
Vorteilhaft ist das Array mit den Wellenlängenfiltern βpq, sofern dies dem Raster aus
Bildelementen αij in Blickrichtung des Betrachters vorgeordnet ist, möglichst dünn aus
geführt. Umgekehrt, sofern das Raster aus Bildelementen αij vorgeordnet ist, sollte die
ses möglichst dünn ausgeführt sein. Daher ist in Fig. 1, Fig. 8 und Fig. 10 der Abstand z
zwischen den einander zugekehrten Flächen des Arrays bzw. des Rasters eingetragen
und beinhaltet nicht noch zusätzlich die Dicke der jeweils vorgeordneten Baugruppe.
Als solche möglichst dünnen Baugruppen kommen beispielsweise bedruckte Folien
oder dünne Farb-LC-Displays in Frage.
Die Ausbreitungsrichtungen sind jeweils durch die Flächenmitten der sichtbaren Ab
schnitte der betreffenden Subpixel R', G', B' und RGB vorgegeben, wobei sich die
Strahlengänge nicht nur in einer Ebene, sondern vielfach räumlich verteilt ausbreiten.
In Fig. 2 ist ein Beispiel für ein Maskenbild anhand einzelner Subpixel R', G', B' des
Farb-LC-Displays 3 in einer Draufsicht auf die Displayfläche dargestellt, der Anschau
lichkeit halber stark vergrößert und nicht maßstäblich. Die dargestellten Teilflächen
entsprechen jeweils einem Subpixel, das bei Transparentsteuerung für Licht der jewei
ligen Grundfarbe rot (R'), grün (G') und blau (B') durchlässig ist. Mit S sind die Subpi
xel bezeichnet, die opak gesteuert sind. Die Teilflächen sind hier vereinfacht quadra
tisch dargestellt; auf die exakte Darstellung der Form der Subpixel R', G', B' wurde hier
bewußt verzichtet.
Werden beispielsweise zur Erzeugung eines Maskenbildes mit bmax = 4 drei Transpa
renzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λ1, λ2, λ3 vorgegeben für R, G, B und ein weiterer
Transparenzwellenlängenbereich λ4, mit dem das sichtbare Licht komplett abgeblockt
werden kann, so ergibt sich unter Verwendung der Koeffizientenmatrix dpq, die man
nach der Vorschrift erzeugen kann
ein für die räumliche Darstellung eines Gegenstandes/einer Szene auf der Grundlage
von n = 8 Ansichten Ak (k = 1 . . . n) gut geeignetes Maskenbild.
Hinter dem in Fig. 2 dargestellten Array, in diesem Falle also unterhalb der Zeich
nungsebene der Fig. 2, befindet sich die flächige Beleuchtungsquelle 4. Bei eingeschal
teter Beleuchtungsquelle 4 geht von den einzelnen Subpixeln R', G', B' Licht der jewei
ligen Grundfarben rot, grün und blau aus. Die mit S bezeichneten Subpixel bleiben
dunkel.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Kombination von Teilinformationen verschiedener An
sichten Ak (k = 1 . . . 8) in einer Draufsicht auf das Raster des Farb-LC-Displays 2, die nach
der bereits beschriebenen Funktion erzeugt worden ist
wobei cij = const. und n = 8 gewählt sind.
Auch hier entspricht jede quadratische Teilfläche einem Subpixel R, G, B. Die innerhalb
der quadratischen Teilflächen angegebenen Ziffern 1 . . . 8 = k geben die jeweilige Ansicht
Ak (k = 1 . . . n) an, zu der die auf einem Subpixel bzw. einem Bildelementen αij angezeigte
Teilinformation gehört. So gehört eine auf einem mit k = 1 bezeichneten Subpixel ange
zeigte Teilinformation zur Ansicht A1, eine auf einem mit k = 2 bezeichneten Subpixel
angezeigte Teilinformation zur Ansicht A2 usw. In dem gewählten Ausführungsbeispiel
sind demnach zur räumlichen Darstellung acht Ansichten A1 bis A8, vorzugsweise Per
spektivansichten, vorgesehen.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde u. a. darauf verzichtet, die "Black-Matrix" dar
zustellen, die oftmals technisch bedingt in Farb-LC-Displays eingearbeitet ist.
Stellt man sich nun vor, daß das in Fig. 3 dargestellte Raster dem in Fig. 2 dargestellten
Array in Blickrichtung vorgeordnet ist, wie in Fig. 8 gezeigt, so ist das jeweils von einem
Subpixel R' der Grundfarbe rot kommende Licht (Fig. 2) durch alle korrespondierenden
Subpixel R des Rasters (Fig. 3) hindurch in den Betrachtungsraum 7 (der über der Zei
chenebene liegt) hinein gerichtet und führt dabei die Teilinformationen mit, die auf
den Subpixeln R dargestellt sind und Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) ent
sprechen.
Die Wirkungsweise, die hierbei dem Zustandekommen des räumlichen Eindrucks zu
grunde liegt, soll nun anhand von Fig. 4 bis Fig. 7 ausführlich erläutert werden, wobei
eine Anordnung gemäß Fig. 10 zugrunde liegt.
Vereinfachend werden diesbezüglich ausschließllich rote Bildelemente αij bzw. rote
Wellenlängenfilter βpq betrachtet. Das bedeutet, daß in Fig. 4 nur die roten Wellenlän
genfilter βpq aus Fig. 2 dargestellt sind; Fig. 4 zeigt demzufolge die Struktur eines Mas
kenbildes mit Subpixeln R'. Entsprechend zeigt Fig. 5 nur die roten Bildelemente αij aus
Fig. 3. Die in die Spalten der Darstellung in Fig. 5 eingetragenen Zahlen entsprechen der
fortlaufenden Nummer k der Ansicht Ak (k = 1 . . . 8), aus der die auf diesem Bildelement αij
bzw. Subpixel R darzustellende Teilinformation zu entnehmen ist, um ein Kombinati
onsbild aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . 8) zu erzeugen. Diese beispielhafte Erläuterung ist
auf blau und grün in äquivalenter Weise übertragbar.
Die Darstellungen in Fig. 4 und Fig. 5 sind nicht maßstäblich gezeichnet, und das Mas
kenbild ist etwas vergrößert dargestellt. Dies soll den Sachverhalt widerspiegeln, daß
z. B. bei Verwendung eines Maskenbildes nach Fig. 2, bei dem die Wellenlängenfilter βpq
tatsächlich die gleichen Abmessungen besitzen wie die Bildelementen αij in Fig. 3, das
Maskenbild einem Betrachter auf Grund der näheren Position in Blickrichtung etwas
größer erscheint als das Raster mit den Bildelementen αij.
Legt man nun - gedanklich - dieses leicht vergrößerte Maskenbild nach Fig. 4 unmittel
bar auf das Kombinationsbild nach Fig. 5, so werden die für verschiedene Augenposi
tionen sichtbaren Bildelemente αij oder Anteile davon erkennbar.
Dies ist in Fig. 6 und Fig. 7 beispielhaft für zwei - jeweils für verschiedene Augenposi
tionen gedachte - Maskenbilder dargestellt. Man erkennt, daß z. B. aus der Augenpositi
on, die der Fig. 6 zugeordnet ist, vornehmlich Bildelemente αij (oder Anteile davon) der
Ansichten A7 und A8 wahrnehmbar sind. Nach Fig. 7 dagegen sind aus einer Position, in
der sich das andere Auges desselben Betrachters befindet, vornehmlich Bildelemente αij
(oder Teile davon) aus den Ansichten A4 und A5 sichtbar.
Damit soll lediglich das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht
werden. Mit der Vielfalt, die aus der flächenhaften Anordnung von Bildelementen αij
resultiert, ergibt sich dann die dreidimensionale Wahrnehmung: beide Augen sehen
aus den Betrachtungspositionen Bildelemente αij bzw. Teilinformationen überwiegend
verschiedener Ansichten Ak (k = 1 . . . n), wobei der Anteil der für jedes Auge wahrnehmba
ren Teilinformationen für die dreidimensionale Wahrnehmung entscheidend ist.
Abweichend von der Grundkonfiguration nach Fig. 1 sind weitere Ausgestaltungsvarian
ten der Erfindung möglich. So kann z. B. - wie in Fig. 8 dargestellt - vorgesehen sein,
daß anstelle des Farb-LC-Displays 3 (in Fig. 1) ein Wellenlängenfilter-Array 8 angeordnet
ist, das zwar in ähnlicher Weise wie das Farb-LC-Display 3 strukturiert angeordnete
Wellenlängenfilter βpq aufweist, die beispielsweise jedoch bezüglich ihrer Wellenlängen
selektivität nicht veränderbar sind. Jedem dieser Wellenlängenfilter βpq ist die Selektivi
tät nach den Grundfarben rot, grün oder blau bzw. opak oder anderer Transpa
renzwellenlänge/-wellenlängenbereich λb unveränderbar zugeordnet, weshalb hier auch
die Ansteuerschaltung überflüssig ist.
Fig. 9 gibt einen Schnitt durch eine solche in Fig. 8 dargestellte Anordnung wieder, wo
bei die Gegebenheiten nach Fig. 3 und Fig. 4 zugrunde gelegt worden sind. Die Dar
stellung ist auch hier unmaßstäblich, kann aber trotzdem zur Erläuterung dienen: In
Fig. 9 sieht beispielsweise das rechte Auge r jeweils etwa ein halbes Bildelement αij mit
Teilinformationen aus den Ansichten A3 (in diesem Falle R) und A8 (in diesem Falle B)
und einen sehr geringen Teil eines Bildelementes αij mit einer Teilinformation aus der
Ansicht A6 (in diesem Falle G). Das linke Auge hingegen nimmt jeweils etwa ein halbes
Bildelement αij mit Teilinformationen aus den Ansichten A4 (in diesem Falle R) und A
(in diesem Falle G) sowie jeweils einen sehr geringen Teil eines Bildelementes αij mit
Teilinformationen aus den Ansichten A1 und A2 (in diesem Falle B) wahr.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante, die von Fig. 1 und Fig. 2 abweicht, kann nach
Fig. 10 vorgesehen sein, daß von der Position des Betrachters 1 in Blickrichtung zu
nächst das Wellenlängenfilter-Array 8 und in dem Abstand z dahinter das bildgebende
Farb-LC-Display 2 positioniert sind, wobei letzteres mit der flächigen Beleuchtung 4 zu
einer Baueinheit verbunden ist. Hiermit wird grundsätzlich der gleiche Effekt erzielt,
nämlich die Ausbreitungsrichtungen des von den Subpixeln R, G, B des Farb-LC-Displays
2 kommenden Lichtes durch die korrespondierenden Subpixel R', G', B' des Wellen
längenfilter-Arrays 8 hindurch schneiden sich im Betrachtungsraum 7 in einer Vielzahl
von Betrachtungspositionen, aus denen der dargestellte Gegenstand räumlich wahr
nehmbar ist.
Nochmals sei darauf hingewiesen, daß sich der Gegenstand der Erfindung nicht auf die
hier beispielhaft dargestellten Anordnungen beschränkt, sondern daß von der Erfindung
alle Anordnungen erfaßt sind, bei denen die Ausbreitungsrichtungen durch eine
wellenlängenselektive Struktur, die nach oben genannter Vorschrift erzeugt wird, im
Zusammenspiel mit einem - bevorzugt farbigen - Raster aus Bildelementen αij festge
legt werden.
Wie die Verringerung bzw. Vermeidung von Moiré-Effekten als ein wesentlicher Vorteil
der Erfindung zustande kommt, soll nachfolgend beispielsweise anhand der in Fig. 10
gezeigten Anordnung erläutert werden, wobei das Kombinationsbild aus Fig. 3 und das
Maskenbild aus Fig. 2 zugrunde gelegt werden. Es wird als bekannt vorausgesetzt, daß
Moiré-Streifen bei der Überlagerung streifenförmig ähnlicher Muster in der Richtung
entstehen, welche senkrecht auf der Winkelhalbierenden des eingeschlossenen Winkels
aus zwei Vorzugsrichtungen der verschiedenen besagten Muster stehen.
Im Falle eines handelsüblichen Farb-LC-Displays sind die Subpixel in Spalten angeord
net, wobei genau jede dritte Spalte ausschließlich rote Subpixel enthält. Da im gewähl
ten Ausführungsbeispiel sowohl für die Wiedergabe der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) als auch
für die Erzeugung des Maskenbildes handelsübliche Farb-LC-Displays verwendet wer
den, ist demnach eine der für die Ermittlung der Winkelhalbierenden in Betracht zu
ziehende Richtung stets die Vertikale. Die jeweils zweite Richtung ergibt sich, wenn
man auf dem Maskenbild einen ausgewählten roten Subpixel mit einem anderen durch
eine Gerade verbindet. (Bezugspunkte seien stets die unteren linken Ecken der Subpi
xel).
In Fig. 11 ist dies für eine solche Gerade beispielhaft dargestellt. Die resultierende Win
kelhalbierende ist mit einer Strichlinie dargestellt, während die Mittelsenkrechte auf
der Winkelhalbierenden die Ausbreitungsrichtung des zugeordneten Moiré-Streifens
angibt. Für alle weiteren in Fig. 11 dargestellten Verbindungsgeraden bzw. -richtungen
zweier roter Wellenlängenfilter βpq des Maskenbildes lassen sich so analog die korre
spondierenden Ausbreitungsrichtungen für Moiré-Streifen ermitteln. Darüberhinaus
gibt es noch eine Vielzahl weiterer relevanter Richtungen, die wegen der ausschnitt
weisen Darstellung des Maskenbildes hier nicht ersichtlich sind.
Die Wahrnehmbarkeit der Moiré-Streifen hängt unmittelbar zusammen mit der Raum
frequenz der roten Wellenlängenfilter βpq auf den Verbindungsgeraden. Je geringer der
Abstand der roten Wellenlängenfilter βpq auf den Geraden ist, d. h. je höher die Raum
frequenz der roten Wellenlängenfilter βpq ist, um so deutlicher sind die entsprechenden
Moiré-Streifen wahrnehmbar.
Da sich in einer Anordnung nach Fig. 2 bzw. Fig. 11 aber gleichzeitig sehr viele Moiré-
Streifen entwickeln, ist für einen Betrachter keine dominierende Moiré-Vorzugsrichtung
wahrzunehmen.
Sämtliche hier dargelegten Überlegungen gelten gleichermaßen auch für die grünen
und blauen Bildelemente αij bzw. Wellenlängenfilter βpq, wodurch auch dort eine Ver
minderung der Moiré-Effekte erzielt wird.
Die Gründe für die verbesserte Textlesbarkeit - verglichen mit bekannten Schwarz-
Weiß-Barriereverfahren - sollen im folgenden anhand der Fig. 12 und der Fig. 13 erläu
tert werden. Fig. 12 zeigt beispielsweise die Verhältnisse bei einer aus dem Stand der
Technik bekannten Schwarz-Weiß-Barriere, wenn auf eine für das sichtbare Licht trans
parente Spalte T drei opake Spalten S folgen, was einer Barriere für ein System mit vier
Ansichten entspricht.
Werden wellenlängenabhängige Maskenbildstrukturen ganz ohne opake Flächen ver
wendet, wie beispielsweise in Fig. 13 gezeigt, und wird beiden Maskenbildstrukturen
nach Fig. 12 und Fig. 13 gewöhnlicher Text untergelegt, so ist unter der Schwarz-Weiß-
Barriere im Mittel nur ein Teil, nämlich ein Viertel der dargestellten Textfläche sichtbar.
Bei der RGB-Barriere nach Fig. 13 hingegen ist der Text unter jedem Filter sichtbar. Dies
erleichtert die Textlesbarkeit ganz wesentlich.
1
Betrachter
2
Farb-LC-Display mit Bildelementen αij
3
Farb-LC-Display mit Wellenlängenfiltern βpq
4
Beleuchtungsquelle
5
Ansteuerschaltung
6
Ansteuerschaltung
7
Betrachtungsraum
8
Wellenlängenfilter-Array
αij
αij
Bildelemente in Zeilen i und Spalten j
βpq
βpq
Wellenlängenfilter in Zeilen p und Spalten q
λb
λb
Tranzparenzwellenlängen/-wellenlängebereiche
i, p Zeilen
j, q Spalten
z Abstand
R, G, B Subpixel der Grundfarben (rot, grün, blau) als Bild elemente αij
i, p Zeilen
j, q Spalten
z Abstand
R, G, B Subpixel der Grundfarben (rot, grün, blau) als Bild elemente αij
R', G', B' Subpixel der Grundfarben (rot, grün, blau) als Wel
lenlängenfilter βpq
Claims (15)
1. Verfahren zur räumlichen Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes, bei dem
eine Vielzahl einzelner Bildelemente αij in einem Raster aus Zeilen i und Spalten j
gleichzeitig sichtbar gemacht wird,
- - wobei die Bildelemente αij Teilinformationen aus mehreren Ansichten Ak (k = 1 . . . n) der Szene/des Gegenstandes wiedergeben und
- - benachbarte Bildelemente αij Licht verschiedener Wellenlängen λ bzw. Wellenlän genbereiche Δλ abstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß
- - für das von den Bildelementen αij abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vor gegeben werden, die von der Wellenlänge λ bzw. dem Wellenlängenbereich Δλ dieses Lichtes abhängig sind,
- - wobei sich die Ausbreitungsrichtungen innerhalb eines Betrachtungsraumes (7), in dem sich der/die Betrachter (1) aufhalten, in einer Vielzahl von Schnittpunkten, die jeweils einer Betrachtungsposition entsprechen, kreuzen,
- - wodurch von jeder Betrachtungsposition aus ein Betrachter (1) mit einem Auge überwiegend Teilinformationen einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend Teilinformationen einer zweiten Auswahl aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) optisch wahrnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitungsrich
tungen vorgegeben werden durch ein oder mehrere Arrays aus einer Vielzahl
einzelner, in Zeilen p und Spalten q angeordneter Wellenlängenfilter βpq, die dem
Raster mit den Bildelementen αij in Blickrichtung vor- und/oder nachgeordnet
sind, wobei jeweils ein Bildelement αij mit mehreren zugeordneten Wellenlängen
filtern βpq oder ein Wellenlängenfilter βpq mit mehreren zugeordneten Bildelement
αij derart korrespondieren, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen der Flä
chenmitte eines sichtbaren Abschnittes des Bildelementes αij und der Flächenmitte
eines sichtbaren Abschnittes des Wellenlängenfilters βpq einer Ausbreitungs
richtung entspricht.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuordnung von Teilinformationen aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) zu Bild
elementen αij der Position i,j nach der Funktion vorgenommen wird
mit
mit
- - i dem Index eines Bildelementes αij in einer Zeile des Rasters,
- - j dem Index eines Bildelementes αij in einer Spalte des Rasters,
- - k der fortlaufenden Nummer der Ansicht Ak (k = 1 . . . n), aus der die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement αij wiedergegeben werden soll,
- - n der Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten Ak (k = 1 . . . n),
- - cij einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der ver schiedenen von den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) stammenden Teilinformationen auf dem Raster und
- - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wellenlängenfilter βpq in Abhängigkeit von ihrer Transparenzwellenlän
ge/ihrem Transparenzwellenlängenbereich λb nach folgender Funktion zu einem
Maskenbild kombiniert werden
mit
mit
- - p dem Index eines Wellenlängenfilters βpq in einer Zeile des Arrays,
- - q dem Index eines Wellenlängenfilter βpq in einer Spalte des Arrays,
- - b einer ganzen Zahl, die für ein Wellenlägenfilter βpq an der Position p,q eine der vorgesehenen Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λb festlegt und Werte zwischen 1 und bmax haben kann,
- - nm einem ganzzahligen Wert größer "Null", der bevorzugt der Gesamtzahl k in dem Kombinationsbild dargestellten Ansichten Ak entspricht,
- - dpq einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeugung ei nes Maskenbildes und
- - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand z zwischen dem Array aus Wellenlängenfiltern βpq und dem Ra
ster aus Bildelementen αij, in Blickrichtung gemessen, nach folgender Gleichung
festgelegt wird:
worin bedeuten
worin bedeuten
- - sp den mittleren horizontalen Abstand zwischen zwei Wellenlängenfiltern βpq, wenn das Array mit den Wellenlängenfiltern βpq in Blickrichtung eines Betrachters hinter dem Raster aus Bildelementen αij angeordnet ist, oder den mittleren hori zontalen Abstand zwischen zwei Bildelementen αij, wenn das Raster aus Bildele menten αij in Blickrichtung eines Betrachters hinter dem Array mit den Wellenlän genfiltern βpq angeordnet ist,
- - pd die mittlere Pupillendistanz bei einem Betrachter und
- - da einen wählbaren Betrachtungsabstand, der im wesentlichen dem mittleren aller im gesamten Betrachtungsraum möglichen Abstände zwischen dem Raster aus Bildelementen αij und einem Betrachter bzw. einer Betrachtungsposition ent spricht.
6. Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes nach
einem der vorgenannten Verfahrensschritte, dadurch gekennzeichnet, daß
- - zur Wiedergabe von Teilinformationen aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) ein Farb-LC- Display (2) mit separat ansteuerbaren Subpixeln R, G, B vorgesehen ist, wobei je weils ein Subpixel R, G, B in der Zeile i und in der Spalte j einem Bildelement αij entspricht,
- - das Farb-LC-Display (2) mit einer Ansteuerschaltung gekoppelt ist, die auf den
Subpixeln R, G, B Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) nach der Funktion
generiert
- - und ein Array aus einer Vielzahl von Wellenlängenfiltern βpq, bezogen auf die Blickrichtung eines Betrachters, dem Farb-LC-Display (2) in einem vorgegebenen Abstand z vor- und/oder nachgeordnet ist, wobei mit der Position der Wellenlän genfilter βpq im Array für das von den Subpixeln R, G, B ausgehende Licht Ausbrei tungsrichtungen vorgegeben sind, die sich in Betrachtungspositionen schneiden, von denen aus Teilinformationen einer ersten Auswahl der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) in überwiegender Anzahl von dem einen und Teilinformationen einer zweiten Auswahl der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) in überwiegender Anzahl von dem anderen Auge eines oder mehrerer Betrachter (1) wahrnehmbar sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Array aus Wel
lenlängenfiltern βpq ein Farb-LC-Display (3) mit Subpixeln R', G', B' vorgesehen
ist, die nach der Funktion in Zeilen p und Spalten q angesteuert sind
mit
mit
- - p dem Index eines Wellenlängenfilters βpq in einer Zeile des Arrays,
- - q dem Index eines Wellenlängenfilter βpq in einer Spalte des Arrays,
- - b einer ganzen Zahl, die für ein Wellenlägenfilter βpq an der Position p, q eine der vorgesehenen Transparenzwellenlängen/-wellenlängenbereiche λb festlegt und Werte zwischen 1 und bmax haben kann,
- - nm einem ganzzahligen Wert größer "Null", der bevorzugt der Gesamtzahl k in dem Kombinationsbild dargestellten Ansichten Ak entspricht,
- - dpq einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeugung ei nes Maskenbildes und
- - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Farb-LC-Display
(3) mit einer Ansteuerschaltung (6) zur Veränderung der Transparenz der Subpi
xel R', G', B' gekoppelt ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in
Blickrichtung eines Betrachters (1) dem Farb-LC-Display (2) mit den Subpixeln
R, G, B und dem Farb-LC-Display (2) mit den Subpixeln R', G', B' eine flächige Be
leuchtungsquelle (4), die weißes Licht ausstrahlt, nachgeordnet ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Array aus Wellenlängenfiltern βpq und die zugeordnete flächige Beleuchtungs
quelle (4) Teile einer Baueinheit sind, bevorzugt eines elektrolumineszenten Dis
plays, einer Elektronenstrahlröhre, eines Plasmadisplays, eines laserstrahlbeleuchteten
Displays, eines LED-Displays, eines Feldemissionsdisplays oder eines
polymer-basierten Anzeigegerätes.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilflächen, welche die einzelnen Wellenlängenfilter βpq im Array einnehmen,
einen vieleckigen, bevorzugt quadratischen, besonders bevorzugt rechteckigen
Umriß aufweisen.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Farb-LC-Display (2) mit Subpixeln R, G, B und das Array aus Wellenlängenfil
tern βpq zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, wobei der in Blickrichtung
gemessene Abstand z zwischen dem Farb-LC-Display (2) und dem Array aus
Wellenlängenfiltern βpq 1 mm bis 10 mm beträgt.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
Baueinheit aus dem Farb-LC-Display (2) und dem Array aus Wellenlängenfiltern βpq
in Blickrichtung eines Betrachters (1) eine Linse, bevorzugt eine Fresnellinse vor
geordnet ist, wodurch je nach Ausbildung der Linse eine reelle oder virtuelle Ab
bildung der räumlichen Darstellung der Szene/des Gegenstandes für den Be
trachter entsteht.
14. Anordnung zur wahlweise räumlichen oder zweidimensionalen Darstellung nach
den Ansprüchen 6 bis 13, jedoch ausgestattet mit Mitteln zur Veränderung der
Transmissionseigenschaften der Wellenlängenfilter βpq derart, daß die Wellenlän
genfilter βpq je nach Ansteuerung entweder zwecks dreidimensionaler Darstellung
gemäß Anspruch 7 ausgebildet oder zwecks zweidimensionaler Darstellung in ih
rer Gesamtheit so transparent wie möglich, d. h. für das sichtbare Licht möglichst
durchlässig, sind.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansteuerschal
tung vorgesehen ist, mit der wahlweise eine Auswahl der Wellenlängenfilter βpq
oder die Gesamtheit der Wellenlängenfilter βpq hinsichtlich ihrer Transmissionsei
genschaften umschaltbar sind, wodurch wahlweise entweder die gesamte Dar
stellung der Szene/des Gegenstandes von der räumlichen auf die zweidimensio
nale Darstellung oder lediglich ausgewählte Ansichtsbereiche von der räumlichen
auf die zweidimensionale Darstellung verändert werden können.
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