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Die
Erfindung betrifft einen 360°-Vollpanoramaprojektor
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Projizieren eines 360°-Vollpanoramabilds
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 10 sowie ein Projektionssystem.
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Zur
Aufnahme, insbesondere plastischen Aufnahme, von Objekten oder Räumen sind
so genannte Panoramakameras bekannt. Aufgrund einer gewünschten
hohen Auflösung
der Bilder ist es bekannt, eine CCD- oder CMOS-Zeilenkamera zu dem Objekt
auszurichten und das Panoramabild zeilenförmig aufzunehmen, indem die
Kamera definiert geschwenkt wird. Die Zeilen sind hierbei senkrecht
zur Schwenkrichtung ausgerichtet. Das Schwenken erfolgt in einer
im Wesentlichen horizontalen Ebene. Die einzelnen zeilenförmigen Bilder
werden dann gematcht und gegebenenfalls einer Koordinatentransformation
unterzogen. Zur Wiedergabe eines solchen aufgenommenen Panoramabilds
auf eine beispielsweise zylindrische Leinwand als Projektionsfläche ist es
bekannt, mehrere sich überlappende
LCD-Projektoren
zu benutzen, die kreisförmig
angeordnet werden und jeweils von einem eigenen Rechner angesteuert
werden. Die Rechner sind vernetzt und die Projektoren untereinander
kalibriert. Die Bilder werden mit Hilfe von Kalibrationsdateien
derart modifiziert, dass man in der kreisförmigen Abbildung Zylinderkoordinaten
erhält.
Je nach benötigter
Auflösung des
Systems muss eine entsprechende Anzahl Projektoren eingesetzt werden,
was relativ teuer ist.
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Andere
Verfahren und Vorrichtungen wie beispielsweise aus der US – 3,992,718
bzw. US – 3,740,469
nutzen Rotationsspiegel, um eine Zeileninformation auf die Leinwand
zu projizieren. Derartige Verfahren und Vorrichtungen nutzen üblicherweise
Laser- oder normale Shutter-RGB-Projektionstechnologien. Die laserbasierten
Verfahren sind in der Regel lichtschwach. Bei der Anwendung von normalen
Weißlichtquellen
treten hohe Energiedichten auf, die zu einem starken Verschleiß der Shutterteile
führen.
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In
der nachveröffentlichten
Patentanmeldung
DE 103 32 275 ist
eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
10 beschrieben, bei dem ein Projektor einen zeilenförmigen Ausschnitt
des Panoramabilds erzeugt und synchronisiert mit einer Zeilenfrequenz
um eine durch den Projektor verlaufende Achse rotiert wird.
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen kostengünstigen
360°-Vollpanoramaprojektor,
ein Projektionssystem und ein Verfahren zum Projizieren eines 360°-Vollpanoramabilds
zu schaffen, die kostengünstig
und lichtstark sind sowie eine hohe verzerrungsfreie Auflösung liefern.
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Die
Lösung
des technischen Problems ergibt sich durch einen Gegenstand mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 10 sowie durch ein Projektionssystem mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 16. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Von
einem Projektor wird ein zeilenförmiger Ausschnitt
des abzubildenden Panoramabilds erzeugt. Der Projektor wird auf
einer kreisförmigen Bahn
um eine rotationssymmetrische Projektionsfläche bewegt. Der Projektor bewegt
sich entlang der Projektionsfläche.
Hierbei wird der zeilenförmige Ausschnitt
auf die Projektionsfläche,
eine Leinwand, projiziert. Die Bewegung erfolgt synchronisiert mit
einer Zeilenfrequenz des Panoramabilds. Die Zeilenfrequenz ist die
Frequenz, mit der die verschiedenen zeilenförmigen Ausschnitte des Panoramabilds
erzeugt werden. Dies bedeutet, dass in der Regel die zeilenförmigen Ausschnitte,
die während
eines Umlaufs des Projektors auf die Leinwand projiziert werden,
die gesamte Bildinformation des Panoramabilds, d. h. sämtliche
Zeilen des Panoramabilds, auf die Leinwand projizieren. Hierdurch
werden mehrere Vorteile erreicht. Zum einen entfällt gegenüber den Systemen mit mehreren
stationär
angeordneten Projektoren jegliche Koordinatentransformation, da
die zeilenförmigen
Ausschnitte direkt auf die Leinwand projiziert werden. Ferner ist
nur ein Projektor erforderlich. Die Auflösung der Abbildung ist im Wesentlichen
nur noch von der Auflösung
des Projektors entlang der Zeilenrichtung abhängig. Die Auflösung von bekannten
Projektoren, die beispielsweise LCDs oder DLPs zur Erzeugung von
zeilenförmigen
Ausschnitten eines Panoramabilds anwenden, ist hierfür ausreichend.
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Wird
der Projektor mit einer ausreichend hohen Kreisfrequenz, beispielsweise
größer 25 Hz,
bewegt, nimmt der Betrachter aufgrund der Trägheit des Auges das projizierte
Bild als starres Bild wahr. Im Gegensatz zu bekannten 360°-Vollpanoramaprojektoren,
die rotierende Spiegel oder einen rotierenden Projektor verwenden,
findet die Projektion von außen
auf die Leinwand statt. Der von der Leinwand umschlossene Raum kann
also vollständig
genutzt und von Betrachtern begangen werden, ohne dass es Abschattungen
auf der Leinwand gibt.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Projektor
zeilenförmig
ausgestaltet ist und mindestens eine Segmente enthaltende Emitterzeile
umfasst, wobei jedes Segment zum Erzeugen farbigen Lichts für einen
Bildpunkt vorgesehen ist. Hierdurch kann die Auflösung in
senkrechter Richtung, der Zeilenrichtung, auf einfache Weise erhöht werden,
indem die Anzahl der Segmente erhöht und deren Dimensionierung
entsprechend angepasst wird.
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Bei
einer besonders kostengünstigen
Fortentwicklung der Erfindung umfassen die Segmente jeweils drei
Leuchtdioden zum Erzeugen des farbigen Lichts mit Hilfe eines Farbmischverfahrens. Leuchtdioden
sind leichte, massenproduzierte Artikel, die eine gute Lichtausbeute
bei geringem Energieaufwand liefern und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
Sie lassen sich auf einfache Weise elektronisch ansteuern. Außerdem ist
die Masse eines Projektors, der mit Leuchtdioden bestückt ist,
stark reduziert. Alternativ können
auch LCD- oder Laserdioden oder andere geeignete Lichterzeugungseinrichtungen
zur Anwendung kommen.
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Um
die Abbildungseigenschaften des Projektors zu verbessern, umfasst
eine Ausführungsform
der Erfindung Optikmittel zum Abbilden des farbigen Lichts der Segmente
auf die Projektionsfläche. Die
Optikmittel können
so ausgestaltet sein, dass jedes Segment eine eigene Abbildungsoptik
aufweist. Es ist aber auch möglich,
die Optikmittel so zu gestalten, dass das farbige Licht mehrerer
oder aller Segmente der Emitterzeile von einer Abbildungsoptik abgebildet
wird.
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Um
Stereobilder zu projizieren, werden ein Panoramabild und ein weiteres
dazu korreliertes Panoramabild gleichzeitig auf die Projektionsfläche abgebildet.
Das zur Projektion des Panoramabilds verwendete Licht ist hierbei
orthogonal zu dem Licht polarisiert, das zur Projektion des weiteren
korrelierten Panoramabilds verwendet wird. Bei einer hierfür besonders
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Projektor eine weitere weitere Segmente enthaltende
Emitterzeile, wobei die Emitterzeile und die weitere Emitterzeile
Licht verschiedener Polarisationsrichtungen emittieren.
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Um
möglichst
wenig Masse bewegen zu müssen,
umfasst die Antriebsvorrichtung zwei kreisförmige Schienenkörper, auf
denen sich der Projektor relativ zu den Schienenkörpern bewegt.
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Die
Schienenkörper
können
bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung als Spannungszuführung für den Projektor
dienen.
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Um
auf große
Projektionsflächen
projizieren zu können
oder die Umlaufgeschwindigkeit des mindestens einen Projektors verringern
zu können,
weist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung mindestens einen
weiteren Projektor auf, der synchron mit dem Projektor mit Hilfe
der Antriebsvorrichtung bewegbar ist.
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Bei
einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
weist die der Projektionsfläche
zugewandte Seite des mindestens einen Projektors und/oder des mindestens
einen weiteren Projektors eine Krümmung auf, die mit einer Krümmung der
Projektionsfläche
korrespondiert. Bei dieser Weiterbildung kann die Projektionsfläche eine
nahezu beliebige rotationssymmetrische Form annehmen. Insbesondere
kann mit dieser Weiterbildung ein Kugelsegment oder eine Kugel vollständig abgebildet werden.
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Die
Merkmale der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Projektionssystems
weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale des 360°-Vollpanoramaprojektors
auf.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Hierbei
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht durch ein Projektionssystem mit einem
360°-Vollpanoramaprojektor;
und
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2 eine
schematische Ansicht eines zeilenförmig ausgestalteten Projektors.
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In 1 ist
eine schematische Schnittansicht eines Projektionssystems 1.
Ein Panoramakino 2 ist von einer Leinwand 3 vollständig umgeben.
Die Leinwand 3 weist eine gute Diffusität und Transparenz auf, um für eine Projektion
mit einem Durchlichtverfahren geeignet zu sein.
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Um
die Leinwand 3 herum ist ein 360°-Vollpanoramaprojektor 4 mit
einer Antriebsvorrichtung 5 angeordnet. Die Antriebsvorrichtung 5 umfasst
ein Schienensystem 6. An dem Schienensystem 6 sind ein
Projektor 7 und weitere Projektoren 8 in gleichen Abständen angeordnet.
Um eine Vollbildprojektion zu erhalten, reicht einzig der Projektor 7 aus.
Ein Einsatz und die Anzahl der weiteren Projektoren 8 orientiert sich
an der angestrebten Bildwiederholrate. Der Projektor 7 und
die weiteren Projektoren 8 bewegen sich synchron mit konstanter
Kreisgeschwindigkeit auf einer Kreisbahn entlang der Leinwand 3 um
die Leinwand 3 herum, wie durch Pfeil 10 angedeutet
ist. Die Bewegung erfolgt ferner synchronisiert mit einer Zeilenfrequenz
des Panoramabilds, das in einer Datenquelle abgespeichert ist.
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Der
Projektor 7 und die weiteren Projektoren 8 sind
gleich aufgebaut. Im Folgenden wird der Projektor 7 genauer
beschrieben, der schematisch in 2 gezeigt
ist. Der Projektor weist eine zeilenförmige Struktureinheit 11 auf.
Die Struktureinheit 11 ist an zwei Schienenkörpern 12, 13 des
Schienensystems 6 befestigt. Die Verbindung kann starr
sein, sodass sich der Projektor 7 gemeinsam mit den Schienenkörpern 12, 13 bewegt.
Bevorzugt wird jedoch eine Ausgestaltung, bei der sich die Struktureinheit 11,
und somit der Projektor 7, relativ zu den Schienenkörpern 12, 13 bewegt.
Hierbei ist die Gesamtmasse, die bewegt werden muss, verringert.
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In
der Struktureinheit 11 ist eine Emitterzeile 14 angeordnet.
Wie in 2 zu erkennen ist, ist die Emitterzeile in Segmente 15 unterteilt.
Jedes Segment 15 erzeugt farbiges Licht für einen
Bildpunkt des zeilenförmigen
Ausschnitts des Panoramabilds. Das farbige Licht wird mittels eines
Farbmischverfahrens, beispielsweise einer R-G-B-Farbmischung, erzeugt.
Das Licht in den hierfür
benötigten
Grundfarben wird mit Hilfe von drei verschiedenfarbigen Leuchtdioden 16 (LED)
erzeugt. Jedes Segment kann zusätzlich
Optikmittel umfassen, um das erzeugte farbige Licht auf die Leinwand 3 abzubilden.
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Um
Stereo-Panoramabilder projizieren zu können, ist es erforderlich,
gleichzeitig mit dem Panoramabild ein weiteres Panoramabild auf
die Leinwand 3 zu projizieren. Die Struktureinheit 11 umfasst daher
eine weitere Emitterzeile 17, die weitere Segmente 18 enthält. Die
weitere Emitterzeile 17 und die Emitterzeile 14 sowie
die Segmente 15 und die weiteren Segmente 18 sind
im Wesentlichen identisch ausgestaltet. Bei der Projektion eines
Stereo-Panoramabilds ist es jedoch erforderlich, das das farbige Licht
und das weitere farbige Licht der beiden Halbbilder, des Panoramabilds
und des weiteren Panoramabilds, eine zueinander orthogonal ausgerichtete Polarisation
aufweisen. Das farbige Licht der Emitterzeile 14 ist beispielsweise
horizontal (-) polarisiert und das weitere farbige Licht der weiteren
Emitterzeile 17 vertikal (|) polarisiert. Diese Polarisation
kann mittels Polarisationsfiltern 19, 20 durchgeführt werden.
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Die
Segmente 15 und die weiteren Segmente 18 können irgendwelche
beliebigen Vorrichtungen sein, die modulierbares farbiges Licht
und weiteres farbiges Licht erzeugen können, die zueinander orthogonal
polarisiert sind. Beispielsweise können Laserdioden oder LCD-Techniken
usw. für
die Lichterzeugung verwendet werden.
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Eine
Struktureinheit 11 ist aerodynamisch gestaltet, sodass
bei der Bewegung des Projektors 7 ein geringer Luftwiderstand
zu überwinden
ist und keine Geräuschentwicklung
auftritt. Die Struktureinheit 11 dient ferner zur thermischen
Konditionierung des Projektors 7. Die Stromversorgung des
Projektors 7 erfolgt über
die beiden Schienenkörper 12, 13.
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Die
Leinwand 3 kann nahezu eine beliebige rotationssymmetrische
Gestalt, beispielsweise die einer Halbkugel, aufweisen. Um auf solch
eine Projektionsfläche
ein 360°-Vollpanoramabild
zu projizieren, ist es vorgesehen, dass die der Projektionsfläche zugewandte
Seite des Projektors entsprechend gekrümmt ist. Dies bedeutet, dass
der Projektor beim Durchlaufen der Kreisbahn des Vollpanoramaprojektors 4 im
Wesentlichen eine zu der Projektionsfläche ähnliche gekrümmte virtuelle
Fläche
aufspannt bzw. durchläuft,
wobei der Abstand der Projektionsfläche von der virtuellen Fläche in jedem
Punkt der Projektionsfläche
nahezu gleich ist.
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Da
sich die Datenrate eines 360°-Vollpanoramaprojektors 4,
der neben dem Projektor 7 weitere zeilenförmig ausgestaltete
Projektoren 8 umfasst, linear mit den weiteren Projektoren 8 skalieren
lässt, können Ansteuerdaten
zu dem Projektor 7 und den weiteren Projektoren 8 über drahtlose
Schnittstellen übertragen
werden. Alternativ kann die Übertragung auch
drahtgebunden erfolgen, wobei dann vorzugsweise die Ansteuerdaten über die
Schienenkörper 12, 13 übertragen
werden. Die Ansteuerdaten selbst müssen mit Hilfe eines Algorithmus
an die jeweilige Position des Projektors 7 bzw. weiteren
Projektors 8 angepasst werden. Dieses ist einfach möglich, da
die Abstände
zwischen dem Projektor 7 und den weiteren Projektoren 8,
starr, gleich groß und
bekannt sind. Somit können
die Positionen des Projektors 7 und der weiteren Projektoren 8 als
bekannt vorausgesetzt werden.