DE10016395A1 - Method for 3D visualizing of camera shots uses a film or video camera with two stereoscope lenses at an optic distance or at a flexible base distance. - Google Patents
Method for 3D visualizing of camera shots uses a film or video camera with two stereoscope lenses at an optic distance or at a flexible base distance.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1.
Allgemein bekannt sind die Aufzeichnungs- und/oder Reproduktionsverfahren unbewegter und bewegter Bilder (Filme) mittels konventioneller Projektoren, Film- und Videokameras. Die Aufzeichnung von Bildern und/oder Filmen wird gewöhnlich mit einobjektivischen Kameras, wie beispielsweise mit den handelsüblichen Videokameras vorgenommen. Entsprechend erfolgt die Wiedergabe auf Bildschirmen wie Fernsehern, Computermonitoren oder Kinoleinwänden ebenfalls in einer monoperspektivischen bzw. zweidimensionalen Form (Mäusl 1991; Romboy 1980).The recording and / or Reproduction process of still and moving pictures (films) by means of conventional projectors, film and video cameras. The recording of Pictures and / or films are usually taken with single-lens cameras, such as with the commercially available video cameras. The playback on screens such as televisions Computer monitors or cinema screens also in one monoperspective or two-dimensional form (Mäusl 1991; Romboy 1980).
Eine einfache dreidimensionale Betrachtung (sogn. 3-D-Technik) ermöglicht das Anaglyphenverfahren (Hering/Symanzik 1992; Mucke 1962), bei dem ein räumlicher Gegenstand von benachbarten Perspektiven aus in Komplementärfarbtechnik wiedergegeben wird (Anaglyphenbilder). Die Betrachtung dieser Bilder erfolgt mit einem optischen Hilfgerät, dessen Gläser in den gleichen Komplementärfarben gefärbt sind (Farbfilter- oder Anaglyphenbrille).A simple three-dimensional view (so-called 3-D technology) enables the anaglyph method (Hering / Symanzik 1992; Mucke 1962), in which a spatial object from neighboring perspectives in Complementary color technique is reproduced (anaglyph images). The These images are viewed with an optical auxiliary device Glasses are colored in the same complementary colors (color filter or Anaglyph glasses).
Darüber hinaus existiert das Verfahren der Stereofotografie (Pietsch 1959), bei dem in der Regel Fotokameras mit zwei Objektiven (Stereokameras) als Aufnahmegeräte dienen. Auch können unbewegte Objekte mit konventionellen einobjektivischen Kameras aufgenommen werden. Sie werden dann mit Hilfe eines Stereoschiebers entsprechend der Basislänge horizontal verschoben. Stereo- bzw. Prismenvorsätze vor dem Objektiv erlauben es, die beiden von den Endpunkten der Primenbasis aus aufgenommenen Halbbilder nebeneinander auf den Film zu werfen. In addition, there is the method of stereo photography (Pietsch 1959), in which usually photo cameras with two lenses (stereo cameras) as Serve recording devices. You can also use still objects conventional single-lens cameras can be recorded. she then with the help of a stereo slider according to the base length moved horizontally. Stereo or prism attachments in front of the lens allow the two to start from the endpoints of the primitive base throw the recorded fields side by side onto the film.
Die raumgetreue Wiedergabe stereofotografisch- bzw. -skopisch aufgenommener Bilder ist, ähnlich dem Anaglyphenverfahren, mittels eines optischen Hilfsmittels, hier dem Stereoskop möglich. Ebenfalls ist die Stereoprojektion mit polarisiertem Licht machbar. Auch sie erfordert optische Hilfsgeräte, in diesem Fall Spezialbrillen mit gekreuzten Analysatoren.The true-to-space reproduction stereophotographically or -copically Similar to the anaglyph method, the captured image is by means of a optical aids, here the stereoscope possible. Is also the Stereo projection possible with polarized light. It also requires optical Auxiliary devices, in this case special glasses with crossed analyzers.
Neben der (dynamischen) Stereoskopie (Sachsenweger 1988) existieren holographische Verfahren, bei denen die Speicherung der Amplituden und Phasen eines aus kohärentem Licht bestehenden Wellenfeldes (Objektwelle) nach Überlagerung (Interferenz) mit einem anderen kohärentem Wellenfeld (Referenzwelle) erfolgt. Die durch Interferenz erzeugten Bilder (Hologramme) haben eine räumliche (3-D-)Struktur (Ackermann/Eichler 1993; Bimberg 1985).In addition to (dynamic) stereoscopy (Sachsenweger 1988) exist holographic processes in which the storage of the amplitudes and Phases of a wave field consisting of coherent light (object wave) after superposition (interference) with another coherent wave field (Reference wave). The images created by interference (Holograms) have a spatial (3-D) structure (Ackermann / Eichler 1993; Bimberg 1985).
Die konventionelle Bild(re)produktion von Dia-, Fernseh-, Video-, Kino- oder Computerbildern ermöglicht ohne zusätzliche Hilfsmittel oder technisch aufwendige holographische Methoden in der Regel keinen wirklich dreidimensionalen, sondern lediglich einen flächigen, zweidimensionalen Eindruck ohne visuelle Räumlichkeit (Tiefe). Die Verfahren zur nachträglichen Korrektur der fehlenden Räumlichkeit beschränken sich auf optische Hilfsgeräte, die dem Einzelbetrachter direkt vor die Augen geführt werden, und die durch Färbung (z. B. rot/grün) oder durch spezielle Linsentechniken (Stereoskope, Cyberbrillen) eine gewisse Abhilfe schaffen. Dies gilt des weiteren auch für graphische Computerprogramme/-spiele, deren gelegentlich so genannte 3-D-Darstellung (Köhler 2000) noch keinen wirklichen räumlichen Tiefeneindruck in der Form vermittelt, wie er dem alltäglichen menschlichen Gesichtssinn entspricht. Die technisch aufwendigeren holographischen Verfahren ermöglichen demgegenüber zwar eine dreidimensionale Bilddarstellung, lassen aber auf dem gegenwärtigen Stand der Technik z. B. nicht die Stereoprojektion in einem Filmtheater zu. The conventional image (re) production of slide, television, video, cinema or computer images enabled without additional tools or technically elaborate holographic methods usually do not really exist three-dimensional, but only a flat, two-dimensional Impression without visual spatiality (depth). The procedures for subsequent correction of the lack of space is limited to optical auxiliary devices that bring the individual viewer right in front of the eyes and by coloring (e.g. red / green) or by special Lens techniques (stereoscopes, cyber glasses) provide a certain remedy. This also applies to graphic computer programs / games, their occasionally so-called 3-D representation (Köhler 2000) none yet conveys a real spatial impression of depth in the form in which he corresponds to everyday human sight. The technically In contrast, more complex holographic processes are possible a three-dimensional image representation, but leave on the current one State of the art z. B. not the stereo projection in a movie theater.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Fehlen des räumlichen Tiefeneindruckes, wie es bei konventionellen visuellen Aufnahme- und Wiedergabeverfahren der Fall ist, zu beseitigen. Dies geschieht mittels einer einfach operationalisierbaren Methode direkt bei der Bildproduktion sowie ohne anschließende Zuhilfenahme spezieller 3-D-Brillen oder anderer optischer Hilfsgeräte. Die Bildwahrnehmung soll sich dem normalen räumlichen Gesichtssinn gemäß darstellen. Dies a) unabhängig von der optischen Perspektive des Einzelbetrachters sowie b) nicht auf die Aufnahmetechnik mit kohärentem (Laser-)Licht beschränkt (Holographie).The object of the invention is the lack of spatial depth impression, like conventional visual recording and playback processes the case is to eliminate. This is done using a simple operationalizable method directly during image production and without then using special 3-D glasses or other optical glasses Auxiliary devices. The image perception is supposed to be normal Represent the sense of sight accordingly. This a) regardless of the optical Perspective of the individual viewer and b) not on the recording technique limited coherent (laser) light (holography).
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit Hilfe eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruches 1.The object of the invention is achieved with the aid of a method the features of claim 1.
Die wirklich dreidimensionale Bilddarstellung hat gegenüber der konventionellen flächigen vor allem einen hohen ästhetischen und medientechnischen Wert. Sie erlaubt einen höheren Realismus im Fernseh- und Kinobereich, in der Computer-/Internettechnik sowie bei der kommerziellen und privaten Videoaufzeichnung.The really three-dimensional image representation has compared to the conventional flat especially a high aesthetic and media value. It allows a higher realism in television and cinema, in computer / internet technology and at commercial and private video recording.
Neben den ästhetischen gibt es auch zahlreiche anwendungsrelevante Vorteile. So lassen sich beispielsweise 3-D-Simulationen, wie etwa die Flugsimulation in der Ausbildung von Piloten, praxisnäher realisieren, aber auch z. B. 3-D-Rekonstruktionen im AutoCAD-Bereich, in der Architektur, in der Medizin, Photogrammetrie etc. Ein wesentlicher Vorteil liegt in der einfachen und direkten technischen Umsetzbarkeit des Verfahrens, da es a) an o. g. bereits existierende stereometrische Techniken (zweiobjektivische Kameras) sowie b) an die Grundverfahren der Film- und Videotechnik anknüpft und diese zu einem neuen technologischen Verfahren miteinander verbindet. Der technische Aufwand liegt hierdurch beispielsweise erheblich unter dem von holographischen Laserverfahren. Darüber hinaus können konventionelle Bildwiedergabegeräte (Monitore, Kinoleinwände etc.) aller Wahrscheinlichkeit nach weiter genutzt werden. Es bedarf also auch z. B. keiner riesigen Projektionsflächen, um einen dreidimensionalen Eindruck zu suggerieren, wie es in neueren sogenannten 3-D-Kinos der Fall ist. In addition to the aesthetic, there are also numerous application-relevant ones Benefits. For example, 3-D simulations, such as that Flight simulation in pilot training, more practical, but also z. B. 3-D reconstructions in the AutoCAD area, in architecture, in medicine, photogrammetry etc. A major advantage is the simple and direct technical Feasibility of the procedure, since it a) an o. G. already existing stereometric techniques (two-lens cameras) and b) to the Connects basic procedures of film and video technology and these into one connects new technological processes. The technical As a result, effort is considerably lower than that of holographic laser process. In addition, conventional Image display devices (monitors, cinema screens etc.) of all Probability of being used further. So it also needs z. B. no huge projection surfaces to give a three-dimensional impression suggest, as is the case in newer so-called 3-D cinemas.
Beim bekannten stereoskopischen Aufnahmeverfahren werden in der Regel Fotokameras mit zwei Objektiven (Stereokameras) benutzt. Je zwei stereoskopische Bilder, sogenannte Halbbilder, müssen von zwei um die stereoskopische Basis verschobenen Punkten aus aufgenommen und den Augen einzeln dargeboten werden.In the known stereoscopic recording method, as a rule Photo cameras with two lenses (stereo cameras) used. Two each stereoscopic images, so-called fields, must be from two to the other stereoscopic basis shifted points from recorded and the Eyes are presented individually.
Skizze 1 zeigt die übliche Nebeneinanderordnung solcher Halbbilder, wobei hier angenommen wird, dass die Kameraaufnahme im normalen Augenabstand von ca. 62 bis 65 mm erfolgt. Üblicherweise erfolgt die dreidimensionale Bildbetrachtung mit einem Stereoskop.Sketch 1 shows the usual juxtaposition of such fields, where here it is assumed that the camera recording in normal Eye distance of approx. 62 to 65 mm. Usually this is done three-dimensional image viewing with a stereoscope.
Skizze 2 zeigt nun die Verbindung dieser stereoskopischen Aufnahme einerseits mit der konventionellen Film-/Videotechnik andererseits: die stereoskopischen Einzelbilder werden nicht (wie üblich) nebengeordnet, sondern abwechselnd aus der (a) linken und (b) rechten Augen- bzw. Kameraperspektive zu einem Film/Video hintereinandergereiht (Film) bzw. digital aufgezeichnet (Video, DVD etc.).Sketch 2 now shows the connection of this stereoscopic image on the one hand with the conventional film / video technology on the other hand: the stereoscopic single images are not subordinated (as usual), but alternately from the (a) left and (b) right eye or Camera perspective to a film / video lined up (film) or digitally recorded (video, DVD etc.).
Der Eindruck einer Bewegung erfolgt in der konventionellen Filmtechnik (Romboy 1980) einerseits durch die stroboskopische Bewegungstäuschung (erscheint ein Objekt in unmittelbar aufeinanderfolgenden Bildern an verschiedenen Orten A und B, so erblickt das Auge eine Bewegung dieses Objekts von A nach B), andererseits durch die Nachbildwirkung infolge der Trägheit des Auges (Hecht 1999). Das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 macht sich insbesondere diese Nachbildwirkung zunutze: eine flimmerfreie Bildverschmelzung der beiden stereoskopischen Teilbilder erfordert, analog zum konventionellen Film, eine Bildfrequenz von mindestens 48 Bildern pro Sekunde (Flimmerverschmelzungsfrequenz). Der Eindruck der Dreidimensionalität des Bildmaterials (3-D-Visualisierung) entsteht gemäß Skizze 2 durch die rasche Aufeinanderfolge der Einzelbilder: perspektivisch abwechselnd jeweils rechts, links, rechts, links, rechts, links etc. In diesem raschen perspektivischen Hin-und-her-Wechsel müssen die Einzelbilder mit der Film-/Videokamera aufgezeichnet werden. The impression of movement occurs in conventional film technology (Romboy 1980) on the one hand due to the stroboscopic illusion of movement (an object appears in immediately successive images different places A and B, so the eye sees a movement of this Object from A to B), on the other hand by the afterimage effect due to the Inertia of the eye (Hecht 1999). The procedure with the characteristics of Claim 1 makes particular use of this afterimage effect: a Flicker-free image fusion of the two stereoscopic partial images analogous to conventional film, requires a frame rate of at least 48 frames per second (flicker fusion frequency). The Impression of the three-dimensionality of the image material (3-D visualization) is created according to sketch 2 by the rapid succession of the individual images: alternating perspectives right, left, right, left, right, left etc. In this rapid perspective back and forth change, the Still images can be recorded with the film / video camera.
Aufgrund der Trägheit des Auges ist der Perspektivenwechsel der stereoskopischen Teilbilder ab einer Frequenz von 48 Bilder/s nicht mehr wahrnehmbar. Nach der Flimmerverschmelzungsfrequenz verschmelzen die perspektivischen Teilbilder zu einem oszillierenden Bild mit räumlich dreidimensionaler Tiefe. Dieser Umstand macht es möglich, dass auf optische Hilfsgeräte (Stereoskope, Stereobrillen etc.) zur Bildbetrachtung verzichtet werden kann.Due to the sluggishness of the eye, the change of perspective is the stereoscopic partial images from a frequency of 48 frames / s no longer noticeable. After the flicker fusion frequency, the merge perspective drawing files to an oscillating picture with spatial three-dimensional depth. This fact makes it possible to opt Auxiliary devices (stereoscopes, stereo glasses, etc.) for viewing images are dispensed with can be.
Analog zur konventionellen Stereoskopie ergibt sich der Eindruck räumlicher Tiefe sodann durch die Querdisperation (Breitenverschiebung auf den Netzhäuten). Er ist störungsfrei nur möglich, wenn die Siebzig- Bogenminuten-Bedingung eingehalten wird, d. h. bei der Betrachtung zweier Punkte in verschiedener Entfernung vom Beobachter darf die Winkeldifferenz zwischen den Sehstrahlen (stereoskopischer Parallelaxenwinkel) bei konstanter Akkomodation 70 Bogenminuten nicht überschreiten. Als Ausgangsbasis der stereoskopischen Aufnahme dient der normale Augenabstand von ca. 62-65 mm. Eine Variante sind größere Basislängen, etwa bei Fernaufnahmen, um eine erhöhte plastische Differenzierung in der Bildtiefe zu erreichen. Film- und Videokameras zur 3-D-Visualisierug gemäß dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 könnten demnach auch über die Möglichkeit zur flexiblen Einstellung der Basislänge zwischen den Objektiven verfügen.Analogous to conventional stereoscopy, the impression is more spatial Then the depth through the transverse dispersion (latitude shift to the Retinas). It is only possible if the seventy Arc minute condition is met, d. H. when considering two The angle difference may be points at different distances from the observer between the visual rays (stereoscopic parallel axis angle) at constant accommodation should not exceed 70 arc minutes. As The starting point for stereoscopic imaging is the normal one Eye relief of approx. 62-65 mm. A variant are larger base lengths, for example for long-distance shots, to increase the plastic differentiation in the To achieve image depth. Film and video cameras for 3-D visualization according to the method with the features of claim 1 could accordingly about the possibility of flexible adjustment of the base length between the Lenses.
Eine weitere Variante der beschriebenen Synthese aus stereoskopischer Aufnahme einerseits mit den Film-/Videoverfahren andererseits ist die Aufnahme mit konventionellen einobjektivischen Kameras. Die entstehenden Bilder werden dann mit Hilfe eines Stereoschiebers entsprechend der Basislänge horizontal verschoben. Stereo- bzw. Prismenvorsätze vor dem Objektiv erlauben es, die beiden von den Endpunkten der Primenbasis aus aufgenommenen Halbbilder zu einem Film/ Video aneinanderzureihen und gemäß dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 dreidimensional wiederzugeben.Another variant of the described synthesis from stereoscopic Recording on the one hand using the film / video process is the Shot with conventional single-lens cameras. The emerging Images are then displayed with the help of a stereo slider Base length shifted horizontally. Stereo or prism attachments in front of the Objectively allow the two from the endpoints of the primes base line up the recorded fields into a film / video and according to the method with the features of claim 1 three-dimensional to play.
Obwohl die visuelle Bildverschmelzung generell eine Bildfrequenz von 48 Bildern/s verlangt, werden Tonfilme mit Rücksicht auf den Frequenzumfang der Randtonaufzeichnung mit 24 Bildern/s aufgenommen und abgespielt. Bei der Projektion unterbricht jedoch die Flügelblende des Filmprojektors das stehende Bild so oft, dass die Flimmerverschmelzungsfrequenz erreicht wird. Die Aufnahme und Wiedergabe von Fernsehfilmen erfolgt wegen der Abtastnorm mit 25 Bildern/s bzw. (bei Video mit zwei Köpfen) mit 50 Halbbildernis.Although visual merging generally has a frame rate of 48 Frames / s, sound films are taken into account with regard to the frequency range the boundary tone recording was recorded at 24 frames / s and played back. At however, the projection interrupts the film projector's wing panel standing image so often that the flicker fusion frequency is reached. The recording and playback of television films takes place because of the Scanning standard at 25 frames / s or (for video with two heads) at 50 Half portrait.
Da das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 im Vergleich zur konventionellen Technik die doppelte Anzahl von Bildern aufzeichnen muss (nämlich pro dreidimensionalem Einzelbild jeweils zwei Halbbilder: 1. linke und 2. rechte Perspektive), ist entweder a) die Aufnahme- und Wiedergabegeschwindigkeit entsprechend zu erhöhen, und/oder es muss b) die Unterbrechungsfrequenz der Flügelblende (Tonfilm) bzw. die Abtastnorm (Fernsehfilm) angepaßt werden. Since the method with the features of claim 1 compared to conventional technology must record twice the number of images (namely two fields per three-dimensional single image: 1st left and 2nd right perspective), is either a) the admission and Increase playback speed accordingly, and / or it must b) the interruption frequency of the wing panel (sound film) or the scanning standard (TV film) can be adjusted.
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Claims (4)
- - dass a) mindestens zwei perspektivische Halbbilder beliebiger unbewegter oder bewegter Objekte in alternierender Rechts-links-Folge filmtechnisch (analog oder digital) aufgezeichnet und als (Kino-, Fernseh-, Video-, DVD- etc.)Film wiedergegeben werden;
- - dass b) die dreidimensionale Bildwahrnehmung ohne zusätzliche optische Hifsgeräte (Stereoskope, 3-D-Brillen etc.) erfolgt.
- - that a) at least two perspective fields of any immobile or moving objects are recorded in alternating right-left sequence in film technology (analog or digital) and reproduced as (cinema, television, video, DVD, etc.) film;
- - That b) the three-dimensional image perception takes place without additional optical aids (stereoscopes, 3-D glasses etc.).
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