DE10145133C1

DE10145133C1 - Verfahren zur räumlichen Darstellung

Info

Publication number: DE10145133C1
Application number: DE10145133A
Authority: DE
Inventors: Markus Klippstein; Ingo Relke
Original assignee: 4D Vision GmbH
Current assignee: Newsight 07745 Jena De GmbH
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: WO2003024122A1; JP2008262195A; CN1552162A; KR20050025293A; RU2290769C9; US20040245440A1; EP1423979A1; KR100582667B1; RU2290769C2; JP4132048B2; AU2002339501A2; AU2002339501B2; JP2005502969A; CA2475927A1; US7321343B2; RU2004110409A

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 A_C der Szene oder des Gegenstandes, bei dem die Ansichten A_C auf Rastern mit Spalten k und Zeilen l in eine Vielzahl von Teilinformationen a_ckl, die durch ihre Wellenlänge cha rakterisiert sind, zerlegt werden mit c = 1, . . ., n und n der Gesamtzahl von Ansichten, die Teilinformationen a_ckl optisch wahrnehmbar auf Bildwiedergabeelementen α_ij, die in einem Raster aus Spalten i und Zeilen j angeordnet sind, wiedergegeben werden, be nachbarte Bildwiedergabeelemente α_ij 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 A_C 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 = d_a/(z + d_a) 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 d_a 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 = s_p.d_a/p_d berechnet, wobei s_p der Breite eines Bildwiedergabeelementes entspricht, p_d die mittlere Distanz zwischen den Pupillen eines Betrachters angibt und d_a 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 a_ckl den Bildwiedergabeelementen α_ij mittels der Vorschrift

zugeordnet, wobei g ein Tensor fünfter Stufe ist, dessen Elemente g_cklij reelle Zahlen sind und die Wirkung von Wichtungsfaktoren, die das Gewicht der betreffenden Teilin formation a_ckl in einem Bildwiedergabeelement α_ij 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 d_f 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 g_cij 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 d_f = 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 d_f = f bestimmt, wobei f eine positive reelle Zahl ist, die nach der Vor schrift f = d_a/z + d_a bestimmt wird und z der Abstand zwischen dem Raster aus Bildwie dergabeelementen und dem Array aus Wellenlängenfiltern ist, und d_a 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 c_peak, 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 g_cij, die nach der Glei chung (2) mit einem Faktor d_f = 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 d_f = 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 d_f = 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 d_f = 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 α_ij 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 g_cij 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 p_t 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/d_f gewichteten Ansichten mit großen Zahlen gekennzeichnet, die mit 0,5/d_f 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 d_f = 1,7 zeigt. Die gepunkteten Kästchen markieren dabei die Lage der Wellenlängenfilter, und jeweils im Abstand von n/d_f.p_t befindet sich ein transparenter Filter der Breite p_t, 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.

Bezugszeichenliste

1

Farb-LC-Display

2

Ansteuereinrichtung

3

Wellenlängenfilterarray

4

Betrachter,

5

Betrachtungsraum

Claims

1. Verfahren zur räumlichen Darstellung einer Szene oder eines Gegenstandes auf der Grundlage von mehreren unterschiedlichen Ansichten (A_C) der Szene oder des Gegenstandes, bei dem
die Ansichten (A_C) auf Rastern (R_C) mit Spalten (k) und Zeilen (l) in eine Vielzahl von Teilinformationen (a_ckl), die durch ihre Wellenlänge charakterisiert sind, zerlegt werden, mit c = 1, . . ., n und (n) der Gesamtzahl von Ansichten,
die Teilinformationen (a_ckl) optisch wahrnehmbar auf Bildwiedergabeelemen ten (α_ij), die in einem Raster aus Spalten (i) und Zeilen (j) angeordnet sind, wieder gegeben werden,
benachbarte Bildwiedergabeelemente (α_ij) 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 (β_pq), die für verschiedene Wellenlängen (λ) oder verschiedene Wellenlängenbereiche (Δλ) transparent sind und dem Raster mit den Bildwiedergabeelementen (α_ij) in Blickrichtung vor- oder nachgeordnet sind, wobei jeweils ein Bildwiedergabeelement (α_ij) mit mehreren zugeordneten Wellenlängen filtern (β_pq) oder ein Wellenlängenfilter (β_pq) mit mehreren zugeordneten Bildwie dergabeelementen (α_ij) derart korrespondiert, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen dem Schwerpunkt der Querschnittsfläche eines sichtbaren Abschnitts des Bildwiedergabeelements (α_ij) und dem Schwerpunkt der Querschnittsfläche eines sichtbaren Abschnitts des Wellenlängenfilters (β_pq) 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 (A_C) optisch wahrnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einem Bildwiedergabeelement (α_ij) Teilinformationen (a_ckl) aus minde stens zwei verschiedenen Ansichten (A_C) gleichzeitig zugeordnet werden,
wobei die Zuordnung so erfolgt, daß die Wellenlänge der Teilinformationen (a_ckl) stets mit der Wellenlänge (λ) des von dem zugeordneten Bildwiedergabeele ment (α_ij) abgestrahlten Lichts übereinstimmt oder im Wellenlängenbereich (Δλ) des von dem zugeordneten Bildwiedergabeelement (α_ij) abgestrahlten Lichts liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilinformationen (a_ckl) den Bildwiedergabeelementen (α_ij) mittels der Vorschrift
zugeordnet werden, wobei
(g) ein Tensor fünfter Stufe ist, dessen Elemente (g_cklij) reelle Zahlen sind und die Wirkung von Wichtungsfaktoren, die das Gewicht der betreffenden Teilinformati on (a_ckl) in einem Bildelement (α_ij) 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 (a_ckl) den Bildelementen (α_ij) mittels der Vorschrift
zugeordnet werden, wodurch
jedem Bildwiedergabeelement (α_ij) nur Teilinformationen (a_cij) von gleichen Posi tionen (i, j) in den Rastern (R_C) der Ansichten (A_C) zugeordnet werden, und wobei
(d_f) ein Dichtefaktor ist, der als Werte reelle Zahlen annehmen kann und angibt, Teilinformationen (a_cij) wie vieler Ansichten einem Bildwiedergabeelement (α_ij) im Mittel zugeordnet werden, wobei für jedes Bildwiedergabeelement (α_ij) die gewich tete Summe der zugeordneten Teilinformationen (a_cij) auf 1 normiert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wichtungsfaktoren (g_cij) nach der Vorschrift
erzeugt werden, wobei
der Dichtefaktor (d_f) für alle Bildwiedergabeelemente (α_ij) 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 (d_f) 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 (α_ij) und dem
Array aus Wellenlängenfiltern (β_pq) ist, und
(d_a) ein wählbarer Betrachtungsabstand ist, der im wesentlichen dem mittleren aller im gesamten Betrachtungsraum möglichen Abstände zwischen dem Raster aus Bildwiedergabeelementen (α_ij) 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 (d_f) von der Position (i, j) im Raster der Bildwiedergabeelemente (α_ij) abhängt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtefaktor (d_f) durch die Funktion
beschrieben wird, mit
einem wählbaren, reellen und positiven Parameter (c_peak),
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.