DE10145133C1 - Verfahren zur räumlichen Darstellung - Google Patents
Verfahren zur räumlichen DarstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Gegenstandes, wobei mehrere unterschiedliche Ansichten der Szene oder des Gegenstandes in Teilinformationen zerlegt werden, welche optisch wahrnehmbar auf Bildwiedergabeelementen widergegeben werden, benachbarte Bildwiedergabeelemente Licht verschiedener Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche abstrahlen, und für das Licht mittels Wellenlängenfiltern Ausbreitungsrichtungen derart vorgegeben werden, daß ein Betrachter mit einem Auge überwiegend Teilinformationen einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend Teilinformationen einer zweiten Auswahl wahrnimmt. Mit der Erfindung soll die Qualität der räumlichen Darstellung verbessert werden. DOLLAR A Bei einem solchen Verfahren werden mindestens einem Bildwiedergabeelement Teilinformationen aus mindestens zwei verschiedenen Ansichten gleichzeitig zugeordnet, wobei die Zuordnung so erfolgt, daß die Wellenlänge der Teilinformationen stets mit der Wellenlänge des von dem zugeordneten Bildwiedergabeelement abgestrahlten Lichts übereinstimmt oder im Wellenlängenbereich des von dem zugeordneten Bildwiedergabeelement abgestrahlten Lichts liegt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines
Gegenstandes auf der Grundlage von mehreren unterschiedlichen Ansichten AC der
Szene oder des Gegenstandes, bei dem die Ansichten AC auf Rastern mit Spalten k
und Zeilen l in eine Vielzahl von Teilinformationen ackl, die durch ihre Wellenlänge cha
rakterisiert sind, zerlegt werden mit c = 1, . . ., n und n der Gesamtzahl von Ansichten, die
Teilinformationen ackl optisch wahrnehmbar auf Bildwiedergabeelementen αij, die in
einem Raster aus Spalten i und Zeilen j angeordnet sind, wiedergegeben werden, be
nachbarte Bildwiedergabeelemente αij Licht verschiedener Wellenlängen bzw. verschie
dener Wellenlängenbereiche abstrahlen, für das abgestrahlte Licht Ausbreitungsrich
tungen vorgegeben werden durch ein oder mehrere Arrays aus einer Vielzahl einzelner
in Spalten und Zeilen angeordneter Wellenlängenfilter, die für verschiedene Wellenlän
gen oder verschiedene Wellenlängenbereiche transparent sind und dem Raster mit den
Bildwiedergabeelementen in Blickrichtung vor- oder nachgeordnet sind, wobei jeweils
ein Bildwiedergabeelement mit mehreren zugeordneten Wellenlängenfiltern oder ein
Wellenlängenfilter mit mehreren zugeordneten Bildwiedergabeelementen derart korre
spondiert, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen dem Schwerpunkt der Quer
schnittsfläche eines sichtbaren Abschnitts des Bildwiedergabeelements und dem
Schwerpunkt der Querschnittsfläche eines sichtbaren Abschnitts des Wellenlängenfil
ters einer Ausbreitungsrichtung entspricht, so daß von jeder Betrachtungsposition aus
ein Betrachter mit einem Auge überwiegend Teilinformationen einer ersten Auswahl
und mit dem anderen Auge überwiegend Teilinformationen einer zweiten Auswahl aus
den Ansichten AC optisch wahrnimmt, und bezieht sich auf das Problem der Qualität
der Wahrnehmung von dreidimensionalen Darstellungen.
Eine Vielzahl bekannter Verfahren zur räumlichen Darstellung basiert auf der räumli
chen oder der räumlich-zeitlichen Aufteilung verschiedener Ansichten einer Szene auf
einem Gerät zur Bildwiedergabe. Bei den Ansichten handelt es sich dabei in der Regel
entweder um räumlich in der Tiefe gestaffelte Schichtbilder oder um aus verschiedenen
Perspektiven aufgenommene Bilder. Als Geräte zur Bildwiedergabe finden z. B. LC-
Displays eine immer weiter verbreitete Anwendung. So werden beispielsweise in
US 5 936 774 Verfahren und Anordnung zur autostereoskopischen Darstellung von
zwei bis vier Perspektivansichten auf einem LC-Display beschrieben. Auch in
EP 0 791 847, EP 0 783 825, JP 8 194 190 werden auf LC-Displays basierende Anord
nungen zur autostereoskopischen Darstellung beschrieben. In der deutschen Anmel
dung 100 03 326.1/51 werden ein Verfahren und Anordnungen zur Darstellung meh
rerer Ansichten einer Szene beschrieben.
Der Nachteil bei all den beschriebenen Anordnungen bzw. Verfahren ist, daß die Ma
ximalzahl darstellbarer Ansichten durch die Anzahl der Bildwiedergabeelemente des
LC-Displays in der Hinsicht beschränkt ist, daß sichergestellt sein muß, daß jeder An
sicht genügend Bildwiedergabeelemente zur Verfügung gestellt werden. Jedem Bild
wiedergabeelement wird eine Teilinformation einer Ansicht zugeordnet und auf diesem
dargestellt, wobei die Teilinformation durch ihre Wellenlänge charakterisiert ist. Wer
den z. B. Teilinformationen aus acht Ansichten auf ein typisches LC-Display mit einer
Auflösung von 1024 × 768 Pixeln gleichverteilt, so stehen jeder Ansicht selbst unter
Ausnutzung der RGB-Subpixelstruktur nur etwa 295000 Subpixel zur Verfügung. Man
erreicht auf diese Weise zwar eine dreidimensionale Darstellung, jedoch erscheinen
einem Betrachter die Perspektivbilder zumeist in der Auflösung deutlich verringert. Für
die Verbesserung des Raumeindrucks wäre es trotzdem wünschenswert, so viele Per
spektivbilder wie möglich zu verwenden, um einen quasikontinuierlichen Eindruck zu
vermitteln. Doch schon bei 40 Ansichten stehen auf einem LC-Display der o. g. Größe
nur etwa 59000 Subpixel pro Ansicht zur Verfügung. Darunter leidet die Qualität der
dreidimensionalen Darstellung. Natürlich wäre es möglich, eine größere Anzahl von
Bildwiedergabeelementen zu verwenden, dies ist jedoch nur unter größerem Aufwand
und höheren Kosten zu realisieren. Darüberhinaus sind die herstellbaren Auflösungen
von Bildgebern verschiedener Art produktionstechnisch limitiert.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung einer geringeren Anzahl von Ansichten ist
das Auftreten pseudoskopischer Effekte. In den Übergangsbereichen, in denen sich die
Ausbreitungsrichtungen zweier Ansichten überlagern bzw. wo zwei Ansichten ineinan
der übergehen, kann es bei einer leichten Bewegung des Betrachters schon zu einer
sprunghaften Änderung des Bildes kommen. Dieser Effekt ist um so größer, je mehr
die beiden Ansichten in der räumlichen Tiefe bzw. der Perspektive voneinander abwei
chen. Werden die Ansichten entsprechend ihrer räumlichen Tiefe bzw. Perspektive ge
staffelt angeordnet, so ist der Effekt besonders groß in dem Bereich, wo die erste und
die letzte Ansicht ineinander übergehen.
Um eine korrekte Darstellung zu gewährleisten, muß außerdem der Strahlensatz be
rücksichtigt werden. Aufgrund des Strahlensatzes ist es bei Anordnungen, die mit ei
nem solchen Verfahren arbeiten, nötig, die hintereinander angeordneten Komponenten
von leicht unterschiedlicher Größe zu konzipieren. Wenn beispielsweise das Wellenlän
genfilterarray in Blickrichtung vor dem Raster aus Bildwiedergabeelementen angeord
net ist, so müssen die Bildwiedergabeelemente, um dem Strahlensatz zu genügen, die
um den Faktor f = da/(z + da) verminderte Höhe und Breite gegenüber den Filterelemen
ten besitzen. Dabei ist z der Abstand zwischen dem Raster aus Bildwiedergabeelemen
ten und dem Array aus Wellenlängenfiltern, und da ein wählbarer Betrachtungsabstand,
der im wesentlichen dem mittleren aller im gesamten Betrachtungsraum möglichen
Abstände zwischen dem Raster aus Bildwiedergabeelementen und einem Betrachter
bzw. einer Betrachtungsposition entspricht. Üblicherweise werden daher die Filterele
mente der Filterarrays etwas kleiner als die Bildelemente des Bildgebers konzipiert.
Dies hat zunächst den offensichtlichen Nachteil, daß Komponenten in verschiedener
Größe hergestellt werden müssen, wünschenswert wären jedoch aus wirtschaftlichen
Gründen Baugruppen der gleichen Größe, insbesondere dann, wenn sowohl Filterarray
als auch Raster aus Bildwiedergabeelementen als LC-Displays konzipiert sind. Ein
schwerwiegender Nachteil ist aber, daß die Darstellung nicht flexibel an veränderte
Abstände von Betrachtern anpaßbar ist: Der Abstand z zwischen Filterarray und Raster
aus Bildwiedergabeelementen wird für die erwähnte Anordnung nach der Formel
z = sp.da/pd berechnet, wobei sp der Breite eines Bildwiedergabeelementes entspricht,
pd die mittlere Distanz zwischen den Pupillen eines Betrachters angibt und da der oben
eingeführte mittlere Betrachtungsabstand ist. Das heißt, ein Filterarray wird im Prinzip
für genau einen optimalen mittleren Abstand hergestellt. Bei anderen Abständen ist die
Qualität der Darstellung vermindert. Wünschenswert wäre jedoch eine gleichmäßig
gute Qualität in der Darstellung innerhalb eines größeren Bereichs von Abständen.
Handelt es sich bei dem Bildwiedergabegerät um eine LC-Display, so wird sich z. B. ein
Einzelbetrachter in der Regel etwa 25 cm vor dem Bildschirm entfernt aufhalten, wäh
rend eine kleine Gruppe von Betrachtern sich beispielsweise in einem größeren Ab
stand von etwa 50 cm bis 1 m befinden wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
bei einem Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung die Qualität der Darstellung zu
verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen
Art dadurch gelöst, daß mindestens einem Bildwiedergabeelement Teilinformationen
aus mindestens zwei verschiedenen Ansichten gleichzeitig zugeordnet werden, wobei
die Zuordnung so erfolgt, daß die Wellenlänge der Teilinformationen stets mit der
Wellenlänge des von dem zugeordneten Bildwiedergabeelement abgestrahlten Lichts
übereinstimmt oder im Wellenlängenbereich des von dem zugeordneten Bildwiederga
beelement abgestrahlten Lichts liegt.
Indem auf mindestens einem Bildwiedergabeelement Teilinformationen von verschie
denen Ansichten gleichzeitig wiedergegeben werden, können bei gleicher Auflösung
des Bildanzeigegerätes mehr Ansichten verwendet werden. Eine höhere Anzahl von
Ansichten entspricht einer dichteren Staffelung in der räumlichen Tiefe bzw. in der
Perspektive, so daß der dreidimensionale Eindruck verbessert wird. Der Ansichten
wechsel erfolgt außerdem weniger sprunghaft. Auf wievielen Bildwiedergabeelementen
dabei Teilinformationen von verschiedenen Ansichten gleichzeitig dargestellt werden,
hängt dabei sowohl von der Anzahl der zur Verfügung stehenden Bildwiedergabeele
mente als auch von der Anzahl der darzustellenden Ansichten ab.
Zweckmäßig werden die Teilinformationen ackl den Bildwiedergabeelementen αij mittels
der Vorschrift
zugeordnet, wobei g ein Tensor fünfter Stufe ist, dessen Elemente gcklij reelle Zahlen
sind und die Wirkung von Wichtungsfaktoren, die das Gewicht der betreffenden Teilin
formation ackl in einem Bildwiedergabeelement αij bestimmen, haben. Die Indizes c, k
und l durchlaufen dabei alle Werte von 1 bis zum jeweiligen Maximalwert, so daß alle
möglichen Kombinationen erreicht werden. Darüber hinaus ist es bei der Anwendung
von Formel (1) möglich, Teilinformationen aus Ansichten unterschiedlicher Größe ohne
eine sonst nötige Größenkonvertierung miteinander zu verknüpfen.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden der Index k zu i und der In
dex l zu j gleichgesetzt und die Teilinformationen den Bildwiedergabeelementen mit
tels der Vorschrift
zugeordnet. Auf diese Weise werden jedem Bildwiedergabeelement nur Teilinformatio
nen von der gleichen Position (i, j) in den Rastern der Ansichten zugeordnet. Die Grö
ße df ist ein Dichtefaktor, der als Werte reelle Zahlen annehmen kann und angibt, Teil
informationen wie vieler Ansichten einem Bildwiedergabeelement im Mittel zugeordnet
werden. Dabei ist für jedes Bildwiedergabeelement die gewichtete Summe der zuge
ordneten Teilinformationen auf 1 normiert, d. h. es gilt
für alle Paare (i, j).
In einer zweckmäßigen Ausführung dieses vereinfachten Verfahrens werden die Wich
tungsfaktoren gcij nach der Vorschrift
erzeugt, wobei der Dichtefaktor für alle Bildwiedergabeelemente gleich ist und einen
Wert größer als 1, vorzugsweise zwischen 1.3 und 2.0 annimmt. δ(x) ist eine Funktion,
die die Bedingungen δ(x = 0) = 1 und δ(x ≠ 0) = 0 erfüllt. Rnd(x) ist eine Funktion, die für
Argumente x ≧ 0 die nächsthöhere ganze Zahl als Funktionswert liefert, sofern der
Nachkommaanteil des Arguments x ungleich "Null" ist, ansonsten liefert sie das Argu
ment x selbst. "mod" bezeichnet die Restklasse in bezug auf einen Teiler. Frac(x) ist
eine Funktion, die für Argumente x ≧ 0 den Nachkommaanteil des Arguments x als
Funktionswert liefert, und t ist eine ganze Zahl, wobei die Summe den Wert "Null" zu
gewiesen bekommt, falls die obere Summationsgrenze kleiner ist als die untere Sum
mationsgrenze. Auch mit diesem etwas vereinfachten Verfahrens ist es möglich, bei
gleicher Bildschirmauflösung eine höhere Anzahl von Ansichten zu verwenden, wobei
der Anteil der Teilinformationen jeder Ansicht groß genug ist, um eine gute Qualität
der Darstellung zu erreichen, da die Dichte der Bildinformationen im Betrachtungsraum
erhöht wird. Ein konstanter Dichtefaktor garantiert weiterhin, daß alle Ansichten glei
chermaßen berücksichtigt werden. Implizit läßt sich durch Verwendung eines konstan
ten Dichtefaktors auch eine Helligkeitssteigerung erreichen, da für die gleiche Anzahl
verwendeter Ansichten mehr Lichtausbreitungsrichtungen vorgegeben werden können,
als bei herkömmlichen Verfahren, die als mit einem konstanten Dichtefaktor df = 1
arbeitend angesehen werden können.
Eine spürbare Verbesserung der räumlichen Darstellung kann beim erfindungsgemä
ßen Verfahren insbesondere dann erreicht werden, wenn der Quotient aus Anzahl der
Ansichten und Dichtefaktor nicht ganzzahlig ist. Dies erhöht einerseits die Bewegungs
freiheit des Betrachters, bevor eine sprunghafte Änderung des wahrgenommenen Bil
des eintritt, und zum anderen werden Übergänge zwischen Ansichten weniger abrupt
wahrgenommen. Bezogen auf das Verfahren durchführende Anordnungen läßt sich
außerdem der Abstand zwischen dem Array aus Wellenlängenfiltern und dem Raster
aus Bildwiedergabeelementen verringern, da pro Bildflächeneinheit mehr Ansichten zur
Darstellung kommen und somit im Betrachtungsraum mehr Auswahlen von Ansichten
zur Verfügung stehen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß davon zwar die Ausbreitungsrichtungen
beeinflußt werden, sich die Zuordnung von Wellenlängenfiltern zu einem Bildwiederga
beelement bzw. von Bildwiedergabeelementen zu einem Wellenlängenfilter nicht än
dert, da diese sämtlich fest positioniert sind. Weiterhin sei bemerkt, daß in einer tech
nisch äquivalenten Ausführung der Erfindung statt Filterarrays auch Zylinderlinsen
verwendet werden können, mit denen ebenfalls Lichtausbreitungsrichtungen vorgege
ben werden können. Das Verfahren läßt sich außerdem selbstverständlich auch mit
monochromen Bildgebern umsetzen, wobei dann alle Bildwiedergabeelemente Licht
der gleichen Wellenlänge oder des gleichen Wellenlängenbereichs abstrahlen.
Weiterhin sei bemerkt, daß in Gleichung (3) die Elemente des Tensors vorzugsweise
symmetrisch bzgl. Zeilen und Spalten sind, d. h. die Verdichtung - die Erhöhung der
Dichte der Teilinformationen, die auf einem Bildwiedergabeelement dargestellt wer
den - erfolgt bei Zeilen und Spalten in gleicher Weise. Gleichung (2) ist jedoch allge
meiner, und auch der Fall einer asymmetrischen Verdichtung ist darin enthalten, wenn
nur zeilen- oder nur spaltenweise eine Verdichtung erfolgen soll, oder diese für Spalten
und Zeilen unterschiedlich sein soll. Letzterer Fall entspricht der Verwendung zweier
disjunkter Dichtefaktoren: einem für die vertikale und einem für die horizontale Ver
dichtung.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch eine zeitabhängige Anwendung, wenn die
Ansichten der Szene in mindestens zwei Sätze aufgeteilt werden, wobei die Ansichten
aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen sind, jedoch einen gemeinsamen
Fluchtpunkt haben, und die Anzahl der Ansichten von Satz zu Satz unterschiedlich ist,
der Winkel zwischen zwei Ansichten desselben Satzes jeweils gleich ist und die äußer
sten Ansichten links und rechts in allen Sätzen gleich sind. Die Ansichten jedes Satzes
werden nach dem obigen Gleichungen miteinander kombiniert, wobei jeweils jedem
Satz ein eigener Dichtefaktor zugeordnet ist, der zum Beispiel so gewählt werden
kann, daß der Quotient aus der Anzahl der Ansichten eines Satzes und des Dichtefak
tors dieses Satzes für alle Sätze konstant ist. Werden die so erzeugten Kombinations
bilder in schnell alternierender Folge mit einer Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz,
die das menschliche Auge noch als Flimmern wahrnimmt, gezeigt, so wird der räumli
che Eindruck verfeinert, da ein Betrachter eine Mischung aller Ansichten wahrnimmt.
Mittels der gewichteten Zuordnung läßt sich ebenfalls erreichen, daß Teilinformationen
je nach Wichtungsanteil im Mittel verschoben erscheinen. Wird z. B. zwei benachbarten
Bildwiedergabeelementen dieselbe Information je zur Hälfte zugeordnet, so erscheint
sie im Mittel genau zwischen diesen. Wird diese Wichtung zeitlich variabel durchge
führt, so kann bei einem stereoskopischen Trackingverfahren die Qualität der Darstel
lung verbessert werden, da der Bildinhalt der Augenposition des Betrachters kontinu
ierlich nachgeführt werden kann und Sprünge, die sonst durch die diskrete Anzahl von
Bildwiedergabeelementen und deren Ausdehnung bedingt werden, im wesentlichen
vermieden werden. Bewegte Optiken sind in diesem Fall ebenfalls nicht nötig, was von
großem Vorteil ist.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung der Erfindung wird der Dichtefaktor nach
der Vorschrift df = f bestimmt, wobei f eine positive reelle Zahl ist, die nach der Vor
schrift f = da/z + da bestimmt wird und z der Abstand zwischen dem Raster aus Bildwie
dergabeelementen und dem Array aus Wellenlängenfiltern ist, und da ein wählbarer
Betrachtungsabstand ist, der im wesentlichen dem mittleren aller im gesamten Betrach
tungsraum möglichen Abstände zwischen dem Raster aus Bildwiedergabeelementen
und einem Betrachter bzw. einer Betrachtungsposition entspricht. Indem dem Dichte
faktor der Wert f zugewiesen wird, der explizit vom Abstand zwischen dem Array aus
Wellenlängenfiltern und dem Raster aus Bildwiedergabeelementen abhängt, wird die
Zuweisung der Teilinformationen so korrigiert, d. h. dem Strahlensatz angepaßt, daß
sie der physischen Korrektur mit dem Korrekturfaktor f entspricht. Dies ermöglicht
zweierlei: Zum einen können nun Wellenlängenfilterarrays und das Raster aus Bildwie
dergabeelementen die gleichen Abmaße besitzen, was zu einer Vereinfachung bei der
Herstellung von Anordnungen führt, die ein solches Verfahren anwenden. Zum anderen
kann, da der mittlere Betrachtungsabstand in den Dichtefaktor eingeht, dieser leicht an
veränderte Abstände eines Betrachters oder einer Gruppe von Betrachtern angepaßt
werden, so daß die Qualität der Darstellung verbessert wird. Auch eine Kombination
dieser Zuweisungsvorschrift mit einem Trackingverfahren ist denkbar, wobei der
Dichtefaktor dann immer dem Abstand eines Betrachters oder dem mittleren Abstand
mehrerer Betrachter kontinuierlich angepaßt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden die Wichtungsfakto
ren nach der Vorschrift
erzeugt, wobei der Dichtefaktor in diesem Fall von der Position (i, j) im Raster der Bild
wiedergabeelemente abhängt. Diese Variante des Verfahrens bietet sich insbesondere
dann an, wenn nur wenige Ansichten insgesamt zur Verfügung stehen. Die explizite
Abhängigkeit des Dichtefaktors von der Position bietet vor allem die Möglichkeit, daß
der Effekt der sprunghaften Änderung an den Übergängen von der letzten zur ersten
Ansicht vermindert wird, in dem nur an diesen Stellen, möglicherweise in verminder
tem Maße auch in der Umgebung dieser Stellen, Teilinformationen der jeweiligen An
sichten verdichtet kombiniert einem Bildwiedergabeelement zugeordnet werden, an
sonsten aber jeweils nur die Bildinformation einer Ansicht pro Bildwiedergabeelement
gezeigt wird.
Vorzugsweise wird dabei der Dichtefaktor durch die Funktion
beschrieben, mit einem wählbaren, reellen und positiven Parameter cpeak, einem wählba
ren, reellen und positiven Parameter d offset|f, der eine Verschiebung der Funktionswerte
zu höheren Werten veranlaßt und der Funktion Int(x), die die größte ganze Zahl als
Funktionswert liefert, welche das Argument x nicht übersteigt.
Eine weitere Möglichkeit, die sich bei Verwendung der Gleichungen (1) und (2) eröffnet,
und bei der ebenfalls nicht allen Bildwiedergabeelementen Teilinformationen mehrerer
Ansichten zugeordnet werden, ist die Zuordnung von Teilinformationen aus einer An
zahl von m Ansichten auf eine Anzahl s benachbarter Bildwiedergabeelemente, wobei
m kleiner als s ist. Dies kommt einer Dehnung bei der Bilddarstellung gleich. Auf eini
gen Bildwiedergabeelementen werden Teilinformationen lediglich einer Ansicht darge
stellt, während anderen Bildwiedergabeelementen gleichzeitig Teilinformationen meh
rerer Ansichten zugeordnet werden. Wenn z. B. acht fortlaufende Ansichten auf neun
horizontal benachbarte Bildwiedergabeelemente aufgeteilt werden, so wird dem ersten
Bildwiedergabeelement lediglich eine Teilinformation der ersten Ansicht zugeordnet,
während dem zweiten Bildwiedergabeelement 1/8 einer Teilinformation der ersten An
sicht und 7/8 einer Teilinformation der zweiten Ansicht zugeordnet werden. Dem drit
ten Bildwiedergabeelement wiederum werden 2/8 einer Teilinformation der zweiten
Ansicht und 6/8 einer Teilinformation der dritten Ansicht zugeordnet. Dem neunten.
Bildwiedergabeelement schließlich wird ausschließlich eine Teilinformation der achten
Ansicht zugeordnet. Diese Zuordnung wiederholt sich periodisch in jeder Zeile.
In einer praktischen Ausführung kann die vorstehend beschriebene Ausführungsvarian
te des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Plasma-Bildschirm, z. B. einem Sony
PFM-42B-Gerät, welche mit einem entsprechendem Filterarray ausgestattet ist, umge
setzt werden. Dieser Bildschirm verfügt über eine physische Auflösung von
1024 × 1024 Bildpunkten und kann unter anderem mit einer Bildauflösung von
1024 × 768 angesteuert werden, wobei hier ein dreidimensionales Bild für die Ansteue
rung zu Grunde gelegt wird, welches in jedem Bildelement Bildinformation exakt einer
Ansicht zeigt. Dabei findet die Dehnung bei der tatsächlichen Bilddarstellung inhärent
in der Vertikalen statt, da im Zuge der Darstellung von 768 Bildinformationszeilen auf
1024 tatsächlichen Bildelementzeilen also jeweils Bildinformation dreier Zeilen - dies
entspricht bei der oben genannten Ansteuerung in der Regel drei Ansichten - auf vier
physische Bildschirmzeilen aufgeteilt wird. Die Qualität der dreidimensionalen Dar
stellung wird insofern verbessert, als daß der gesamte Bildschirm und nicht nur ein
Teilbereich ausgenutzt wird, ohne daß Abstriche am räumlichen Eindruck zu machen
wären.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert
werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
Fig. 1 ein Beispiel zur verdichteten Kombination von Teilinformationen zweier An
sichten von unterschiedlicher Größe,
Fig. 2 eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anordnung, bei der in Blick
richtung eines Betrachters zunächst ein Wellenlängenfilterarray und dahinter
ein Raster mit Bildwiedergabeelementen, welches mit einer Ansteuerung ver
sehen ist, angeordnet ist,
Fig. 3 für einige Tripel (c, i, j) Werte des dreistufigen Tensors gcij, die nach der Glei
chung (2) mit einem Faktor df = 1,5 für insgesamt n = 12 Ansichten erzeugt
wurden,
Fig. 4 die gewichtete Zuordnung der einzelnen Ansichten zu den Bildwiedergabee
lementen auf einem Raster aus RGB-Subpixeln, ebenfalls für n = 12 Ansichten
mit einem Dichtefaktor von df = 1,5,
Fig. 5 ein Wellenlängenfilterarray aus transparenten und opaken Filtern,
Fig. 6 die Sichtverhältnisse für ein Auge in einer ersten Position,
Fig. 7 die Sichtverhältnisse für ein Auge in einer zweiten Position,
Fig. 8 die gewichtete Zuordnung der einzelnen Ansichten zu den Bildwiedergabee
lementen auf einem Raster aus RGB-Subpixeln, ebenfalls für n = 12 Ansichten
mit einem Dichtefaktor von df = 1,7.
In Fig. 1 ist beispielhaft für zwei monochrome Ansichten der Größen 4 × 4 und 8 × 8
dargestellt, wie Teilinformationen zweier Ansichten unterschiedlicher Größe mit Hilfe
von Formel (1) verdichtet miteinander kombiniert und als ein Bild dargestellt werden
können. Die Zahlen in den Rastern entsprechen dabei monochromen Farbwerten, d. h.
Graustufen. Die verdichtete Kombination beider Ansichten zu einem Bild mit der Größe
der kleineren der beiden Ansichten ist im unteren Teil der Fig. 1 dargestellt. Je eine
Information der Ansicht c = 1 wird mit vier Informationen der Ansicht c = 2 verknüpft.
Für die dem Bildwiedergabeelement α11 zugeordneten Informationen werden die Ele
mente des Tensors in dem Beispiel wie folgt gewählt: g11111 = 0,8 und g21111 = g22111 =
g22211 = g21211 = 0,05. Diese Werte werden mit dem jeweiligen Graustufenwert der Bildin
formation multipliziert und ergeben in der Summe den Graustufenwert des Bildwieder
gabeelements des Kombinationsbildes.
In Fig. 2 ist eine Anordnung gezeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet ist. Zur Bildwiedergabe ist hier ein Farb-LC-Display 1 mit roten (R),
grünen (G) und blauen (B) Subpixeln, welches mit einer Ansteuerung 2 versehen ist,
vorgesehen, wobei einem Bildwiedergabeelement ein Subpixel R, G oder B entspricht.
Als Array mit Wellenlängenfiltern 3 ist ein statisches Wellenlängenfilterarray vorgese
hen, z. B. in Form einer bedruckten Folie. Auch andere Anordnungen sind denkbar,
z. B. die Verwendung eines weiteren Farb-LC-Displays als Wellenlängenfilterarray 3,
sofern sich das Verfahren mit ihnen durchführen läßt. Bei der Anordnung zur beispiel
haften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens blickt ein Betrachter 4 in ei
nem Betrachtungsraum 5 zunächst auf das Wellenlängenfilterarray 3, dem das Farb-LC-
Display 1 nachgeordnet ist.
Im Beispiel sollen 12 Ansichten jeweils zeilen- und spaltenweise mit einem konstanten
Dichtefaktor df = 1,5 verdichtet werden. Mit einem Dichtefaktor von 1,5 können 12
Ansichten periodisch auf acht Bildwiedergabeelementen verdichtet dargestellt werden.
Dabei sollen die einem Bildwiedergabeelement αij zugeordneten Teilinformationen aus
den Ansichten jeweils von derselben Rasterstelle (i, j) stammen. Jedem Bildwiederga
beelement werden im Mittel 1,5 Teilinformationen zugeordnet. Für den hier zur Ver
wendung kommenden dreistufigen Tensor gcij lassen sich nun nach Gleichung (2) die
Elemente bestimmen, von denen einige in Fig. 3 für verschiedene Tripel (c, i, j) angege
ben sind.
In Fig. 4 ist für die gewählte Konfiguration ein Ausschnitt des Rasters aus Bildwiederga
beelementen dargestellt. Je ein Kästchen verkörpert ein Bildwiedergabeelement. In die
Kästchen eingetragen sind die Nummern der Ansichten, aus denen die Teilinformatio
nen dem Bildwiedergabeelement zugeordnet worden, versehen mit der jeweiligen
Wichtung als Vorfaktor.
In Fig. 5 ist ein Filterarray dargestellt, wie es in der Anordnung zu beispielhaften Durch
führung eingesetzt sein kann, es ist jedoch nicht speziell auf dieses Verfahren zuge
schnitten. Das dargestellte Wellenlängenfilterarray besteht in einer typischen Ausfüh
rung aus einer mit transparenten und opaken Filtern, die jeweils als weiß bzw. schwarz
gekennzeichnet sind, bedruckten Folie. Auch farbige Wellenlängenfilter wären denkbar,
sowie ein mit einer zweiten Ansteuerung versehenes Wellenlängenfilterarray, bei dem
die Transparenzwellenlängenbereiche mittels der zweiten Ansteuerung verändert wer
den können. Höhe und Breite der Filterelemente entsprechen hier im wesentlichen den
Abmaßen der Bildwiedergabeelemente, die Breite der Filterelemente wird mit pt be
zeichnet. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Darstellungen von Rastern
aus Bildwiedergabeelementen und von Wellenlängenfilterarrays nicht maßstabsgetreu
sind und jeweils nur einen Ausschnitt aus einem Raster bzw. Array zeigen. Das in Fig. 5
gezeigte Array ist im vorbekannten Verfahren, bei dem nur die Teilinformation einer
Ansicht einem Bildwiedergabeelement zugeordnet wird, zur Darstellung von acht An
sichten ausgelegt: In jeder Zeile und Spalte befinden sich transparente Filter an jeder
achten Rasterposition. Mit einem Dichtefaktor von 1,5 ist es möglich, 12 Ansichten so
darzustellen, daß das gleiche Filterarray benutzt werden kann. Implizit kommt dies
einer Helligkeitssteigerung gleich, da die Anzahl der transparenten Filter größer ist, als
sie für ein nach den vorbekannten Verfahren für 12 Ansichten ausgelegtes Wellenlän
genfilterarray wäre.
In Fig. 6 und Fig. 7 ist beispielhaft dargestellt, was die beiden Augen eines Betrachters
unter diesen Voraussetzungen jeweils wahrnehmen können. Dabei sind die mit t/df
gewichteten Ansichten mit großen Zahlen gekennzeichnet, die mit 0,5/df gewichteten
Ansichten mit kleinen. Da beide Augen schließlich überwiegend im Mittel verschiedene
Ansichten wahrnehmen, wird ein dreidimensionaler Eindruck erweckt.
An dieser Stelle soll noch einmal ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß ein
Dichtefaktor vo 1,5 nur als anschauliches Beispiel gedacht ist, da sich in der Anwen
dung eher solche Dichtefaktoren als günstig erweisen, die, wenn man die Gesamtzahl
der Ansichten n durch den Dichtefaktor dividiert, ein nichtganzzahliges Ergebnis lie
fern. Dies geht beispielsweise aus Fig. 8 hervor, die für n = 12 Ansichten eine gewich
tete Zuordnung der einzelnen Ansichten zu den Bildwiedergabeelementen auf einem
Raster aus RGB-Subpixeln mit einem Dichtefaktor von df = 1,7 zeigt. Die gepunkteten
Kästchen markieren dabei die Lage der Wellenlängenfilter, und jeweils im Abstand von
n/df.pt befindet sich ein transparenter Filter der Breite pt, die restlichen Gebiete sind
opak. Während die ersten transparenten Filter von links in einer Zeile noch direkt über
den Bildelementen positioniert sind, sind die weiter rechts angeordneten aufgrund der
Wahl des Dichtefaktors jeweils um ein kleines Stück nach rechts verschoben. Dies er
höht die Beweglichkeit eines Betrachters im Vergleich zur oben beschriebenen Ausfüh
rung, da jeweils dieselbe Ansicht nun in einem größeren Winkelbereich sichtbar bleibt.
Weiterhin werden Übergänge zwischen Ansichten weniger abrupt wahrgenommen.
1
Farb-LC-Display
2
Ansteuereinrichtung
3
Wellenlängenfilterarray
4
Betrachter,
5
Betrachtungsraum
Claims (7)
1. Verfahren zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Gegenstandes auf
der Grundlage von mehreren unterschiedlichen Ansichten (AC) der Szene oder
des Gegenstandes, bei dem
die Ansichten (AC) auf Rastern (RC) mit Spalten (k) und Zeilen (l) in eine Vielzahl von Teilinformationen (ackl), die durch ihre Wellenlänge charakterisiert sind, zerlegt werden, mit c = 1, . . ., n und (n) der Gesamtzahl von Ansichten,
die Teilinformationen (ackl) optisch wahrnehmbar auf Bildwiedergabeelemen ten (αij), die in einem Raster aus Spalten (i) und Zeilen (j) angeordnet sind, wieder gegeben werden,
benachbarte Bildwiedergabeelemente (αij) Licht verschiedener Wellenlängen (λ) bzw. verschiedener Wellenlängenbereiche (Δλ) abstrahlen,
für das abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden durch ein oder mehrere Arrays aus einer Vielzahl einzelner, in Spalten (p) und Zeilen (q) an geordneter Wellenlängenfilter (βpq), die für verschiedene Wellenlängen (λ) oder verschiedene Wellenlängenbereiche (Δλ) transparent sind und dem Raster mit den Bildwiedergabeelementen (αij) in Blickrichtung vor- oder nachgeordnet sind, wobei jeweils ein Bildwiedergabeelement (αij) mit mehreren zugeordneten Wellenlängen filtern (βpq) oder ein Wellenlängenfilter (βpq) mit mehreren zugeordneten Bildwie dergabeelementen (αij) derart korrespondiert, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen dem Schwerpunkt der Querschnittsfläche eines sichtbaren Abschnitts des Bildwiedergabeelements (αij) und dem Schwerpunkt der Querschnittsfläche eines sichtbaren Abschnitts des Wellenlängenfilters (βpq) einer Ausbreitungsrich tung entspricht, so daß von jeder Betrachtungsposition aus ein Betrachter mit ei nem Auge überwiegend Teilinformationen einer ersten Auswahl und mit dem an deren Auge überwiegend Teilinformationen einer zweiten Auswahl aus den An sichten (AC) optisch wahrnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einem Bildwiedergabeelement (αij) Teilinformationen (ackl) aus minde stens zwei verschiedenen Ansichten (AC) gleichzeitig zugeordnet werden,
wobei die Zuordnung so erfolgt, daß die Wellenlänge der Teilinformationen (ackl) stets mit der Wellenlänge (λ) des von dem zugeordneten Bildwiedergabeele ment (αij) abgestrahlten Lichts übereinstimmt oder im Wellenlängenbereich (Δλ) des von dem zugeordneten Bildwiedergabeelement (αij) abgestrahlten Lichts liegt.
die Ansichten (AC) auf Rastern (RC) mit Spalten (k) und Zeilen (l) in eine Vielzahl von Teilinformationen (ackl), die durch ihre Wellenlänge charakterisiert sind, zerlegt werden, mit c = 1, . . ., n und (n) der Gesamtzahl von Ansichten,
die Teilinformationen (ackl) optisch wahrnehmbar auf Bildwiedergabeelemen ten (αij), die in einem Raster aus Spalten (i) und Zeilen (j) angeordnet sind, wieder gegeben werden,
benachbarte Bildwiedergabeelemente (αij) Licht verschiedener Wellenlängen (λ) bzw. verschiedener Wellenlängenbereiche (Δλ) abstrahlen,
für das abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden durch ein oder mehrere Arrays aus einer Vielzahl einzelner, in Spalten (p) und Zeilen (q) an geordneter Wellenlängenfilter (βpq), die für verschiedene Wellenlängen (λ) oder verschiedene Wellenlängenbereiche (Δλ) transparent sind und dem Raster mit den Bildwiedergabeelementen (αij) in Blickrichtung vor- oder nachgeordnet sind, wobei jeweils ein Bildwiedergabeelement (αij) mit mehreren zugeordneten Wellenlängen filtern (βpq) oder ein Wellenlängenfilter (βpq) mit mehreren zugeordneten Bildwie dergabeelementen (αij) derart korrespondiert, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen dem Schwerpunkt der Querschnittsfläche eines sichtbaren Abschnitts des Bildwiedergabeelements (αij) und dem Schwerpunkt der Querschnittsfläche eines sichtbaren Abschnitts des Wellenlängenfilters (βpq) einer Ausbreitungsrich tung entspricht, so daß von jeder Betrachtungsposition aus ein Betrachter mit ei nem Auge überwiegend Teilinformationen einer ersten Auswahl und mit dem an deren Auge überwiegend Teilinformationen einer zweiten Auswahl aus den An sichten (AC) optisch wahrnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einem Bildwiedergabeelement (αij) Teilinformationen (ackl) aus minde stens zwei verschiedenen Ansichten (AC) gleichzeitig zugeordnet werden,
wobei die Zuordnung so erfolgt, daß die Wellenlänge der Teilinformationen (ackl) stets mit der Wellenlänge (λ) des von dem zugeordneten Bildwiedergabeele ment (αij) abgestrahlten Lichts übereinstimmt oder im Wellenlängenbereich (Δλ) des von dem zugeordneten Bildwiedergabeelement (αij) abgestrahlten Lichts liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilinformationen (ackl) den Bildwiedergabeelementen (αij) mittels der Vorschrift
zugeordnet werden, wobei
(g) ein Tensor fünfter Stufe ist, dessen Elemente (gcklij) reelle Zahlen sind und die Wirkung von Wichtungsfaktoren, die das Gewicht der betreffenden Teilinformati on (ackl) in einem Bildelement (αij) bestimmen, haben.
zugeordnet werden, wobei
(g) ein Tensor fünfter Stufe ist, dessen Elemente (gcklij) reelle Zahlen sind und die Wirkung von Wichtungsfaktoren, die das Gewicht der betreffenden Teilinformati on (ackl) in einem Bildelement (αij) bestimmen, haben.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß
der Index k zu i und der Index l zu j gleichgesetzt werden,
die Teilinformationen (ackl) den Bildelementen (αij) mittels der Vorschrift
zugeordnet werden, wodurch
jedem Bildwiedergabeelement (αij) nur Teilinformationen (acij) von gleichen Posi tionen (i, j) in den Rastern (RC) der Ansichten (AC) zugeordnet werden, und wobei
(df) ein Dichtefaktor ist, der als Werte reelle Zahlen annehmen kann und angibt, Teilinformationen (acij) wie vieler Ansichten einem Bildwiedergabeelement (αij) im Mittel zugeordnet werden, wobei für jedes Bildwiedergabeelement (αij) die gewich tete Summe der zugeordneten Teilinformationen (acij) auf 1 normiert ist.
zugeordnet werden, wodurch
jedem Bildwiedergabeelement (αij) nur Teilinformationen (acij) von gleichen Posi tionen (i, j) in den Rastern (RC) der Ansichten (AC) zugeordnet werden, und wobei
(df) ein Dichtefaktor ist, der als Werte reelle Zahlen annehmen kann und angibt, Teilinformationen (acij) wie vieler Ansichten einem Bildwiedergabeelement (αij) im Mittel zugeordnet werden, wobei für jedes Bildwiedergabeelement (αij) die gewich tete Summe der zugeordneten Teilinformationen (acij) auf 1 normiert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wichtungsfaktoren
(gcij) nach der Vorschrift
erzeugt werden, wobei
der Dichtefaktor (df) für alle Bildwiedergabeelemente (αij) gleich ist und einen Wert größer als 1, vorzugsweise zwischen 1.3 und 2.0 annimmt,
δ(x) eine Funktion ist, die die Bedingungen δ(x = 0) = 1 und δ(x ≠ 0) = 0 erfüllt,
Rnd(x) eine Funktion ist, die für Argumente x ≧ 0 die nächsthöhere ganze Zahl als Funktionswert liefert, sofern der Nachkommaanteil des Arguments (x) ungleich "Null" ist, und ansonsten das Argument (x) selbst,
"mod" die Restklasse in bezug auf einen Teiler bezeichnet, Frac(x) eine Funktion ist, die für Argumente x ≧ 0 den Nachkommaanteil des Ar guments (x) als Funktionswert liefert, und
(t) ein ganze Zahl ist, und die Summe den Wert "Null" zugewiesen bekommt, falls die obere Summationsgrenze kleiner als die untere Summationsgrenze ist.
erzeugt werden, wobei
der Dichtefaktor (df) für alle Bildwiedergabeelemente (αij) gleich ist und einen Wert größer als 1, vorzugsweise zwischen 1.3 und 2.0 annimmt,
δ(x) eine Funktion ist, die die Bedingungen δ(x = 0) = 1 und δ(x ≠ 0) = 0 erfüllt,
Rnd(x) eine Funktion ist, die für Argumente x ≧ 0 die nächsthöhere ganze Zahl als Funktionswert liefert, sofern der Nachkommaanteil des Arguments (x) ungleich "Null" ist, und ansonsten das Argument (x) selbst,
"mod" die Restklasse in bezug auf einen Teiler bezeichnet, Frac(x) eine Funktion ist, die für Argumente x ≧ 0 den Nachkommaanteil des Ar guments (x) als Funktionswert liefert, und
(t) ein ganze Zahl ist, und die Summe den Wert "Null" zugewiesen bekommt, falls die obere Summationsgrenze kleiner als die untere Summationsgrenze ist.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dichtefaktor (df) nach der Vorschrift
d =
bestimmt wird, und (f) eine positive reelle Zahl ist, die nach der Vorschrift bestimmt wird, wobei
(z) der Abstand zwischen dem Raster aus Bildwiedergabeelementen (αij) und dem
Array aus Wellenlängenfiltern (βpq) ist, und
(da) ein wählbarer Betrachtungsabstand ist, der im wesentlichen dem mittleren aller im gesamten Betrachtungsraum möglichen Abstände zwischen dem Raster aus Bildwiedergabeelementen (αij) und einem Betrachter bzw. einer Betrachtungs position entspricht.
d =
bestimmt wird, und (f) eine positive reelle Zahl ist, die nach der Vorschrift bestimmt wird, wobei
(z) der Abstand zwischen dem Raster aus Bildwiedergabeelementen (αij) und dem
Array aus Wellenlängenfiltern (βpq) ist, und
(da) ein wählbarer Betrachtungsabstand ist, der im wesentlichen dem mittleren aller im gesamten Betrachtungsraum möglichen Abstände zwischen dem Raster aus Bildwiedergabeelementen (αij) und einem Betrachter bzw. einer Betrachtungs position entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wichtungsfaktoren nach der Vorschrift
erzeugt werden, wobei
der Dichtefaktor (df) von der Position (i, j) im Raster der Bildwiedergabeelemente (αij) abhängt.
die Wichtungsfaktoren nach der Vorschrift
erzeugt werden, wobei
der Dichtefaktor (df) von der Position (i, j) im Raster der Bildwiedergabeelemente (αij) abhängt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtefaktor (df)
durch die Funktion
beschrieben wird, mit
einem wählbaren, reellen und positiven Parameter (cpeak),
einem wählbaren, reellen und positiven Parameter (d offset|f), der eine Verschiebung der Funktionswerte zu höheren Werten veranlaßt, und
der Funktion Int(x), die die größte ganze Zahl als Funktionswert liefert, welche das Argument (x) nicht übersteigt.
beschrieben wird, mit
einem wählbaren, reellen und positiven Parameter (cpeak),
einem wählbaren, reellen und positiven Parameter (d offset|f), der eine Verschiebung der Funktionswerte zu höheren Werten veranlaßt, und
der Funktion Int(x), die die größte ganze Zahl als Funktionswert liefert, welche das Argument (x) nicht übersteigt.
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