DE102005047718A1 - Scene/object spatially perceptible representing arrangement, has image sensor downstream with image units in line of sight, where normal distance between level of grid of image units and level of filter array is larger than preset value - Google Patents

Scene/object spatially perceptible representing arrangement, has image sensor downstream with image units in line of sight, where normal distance between level of grid of image units and level of filter array is larger than preset value Download PDF

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Abstract

The arrangement has an image sensor (2) with image units in a grid that is formed from rows and columns, where partial information from two sections of a scene/object is reproduced on the units. A filter array (1) is formed from wavelength and/or grayscale filters that are implemented as filter units. The sensor is downstream with the image units in a line of sight, so that a propagation direction is provided for light emitted from the image units, where a normal distance between a level of the grid of the image units and a level of the array is larger than a preset value.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur räumlich wahrnehmbaren Darstellung, wobei keine Hilfsmittel wie Brillen verwendet werden sollen.The Invention relates to arrangements for spatially perceptible representation, where no aids such as glasses are to be used.

Im Stand der Technik sind verschiedene derartige Verfahren und Anordnungen bekannt.in the The prior art is various such methods and arrangements known.

Eine Vielzahl bekannter Verfahren und Anordnungen zur hilfsmittelfrei räumlich wahrnehmbaren Darstellung basiert auf der räumlichen 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 Anordnungen zur autostereoskopischen Darstellung beschrieben. Eine vorteilhafte Anordnung dieser Art ist in der DE 100 03 326 C2 beschrieben. Hierbei kommt mindestens ein Wellenlängenfilterarray zum Einsatz, welches Ausbreitungsrichtungen für Licht verschiedener Bildelemente vorgibt. Besagte Bildelemente stellen Bildteilinformationen mehrerer Ansichten einer Szene bzw. eines Gegenstandes dar. Auf Grund der vorgegebenen Lichtausbreitungsrichtungen sehen die Augen eines Betrachters jeweils überwiegend eine erste und eine zweite Auswahl an Ansichten, wodurch beim Betrachter ein räumlicher Eindruck erzeugt wird.A variety of known methods and arrangements for tool-free spatially perceptible representation based on the spatial or spatio-temporal distribution of different views of a scene on a device for image reproduction. In the case of the views, these are generally either layered images spatially in depth or images taken from different perspectives. As devices for image reproduction z. As LC displays an increasingly widespread application. For example, in US 5,936,774 Method and arrangement for autostereoscopic display of two to four perspective views on a LC display described. Also in EP 0 791 847 . EP 0 783 825 . JP 8 194 190 On LC displays based arrangements for autostereoscopic display are described. An advantageous arrangement of this kind is in the DE 100 03 326 C2 described. In this case, at least one wavelength filter array is used which predefines propagation directions for light of different picture elements. Said picture elements represent picture part information of several views of a scene or an object. On the basis of the given direction of light propagation, the eyes of a viewer predominantly see a first and a second selection of views, whereby the viewer is given a spatial impression.

Nachteilig ist jedoch im Stand der Technik, daß -um eine möglichst große Tiefenwirkung beim Betrachter zu erzielen- eine möglichst hohe Kanaltrennung zwischen den Ansichten erzielt werden muß. Dies erhöht die Anforderungen an die Anordnungen bzw. Verfahren. Daher ist es Ziel der Erfindung eine Anordnung anzugeben, die trotz einer nicht vollständigen Stereokanaltrennung, d.h. mit explizit vorhandenem Übersprechen der Ansichten, große wahrnehmbare Tiefeneffekte ermöglicht.adversely However, in the prior art that -um one size To achieve the effect of depth on the viewer - one possible high channel separation between the views must be achieved. This elevated the requirements of the arrangements or procedures. Therefore, it is The aim of the invention to provide an arrangement which despite a not complete Stereo channel separation, i. with explicit crosstalk the views, great allows perceptible depth effects.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur räumlich wahrnehmbaren Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes, umfassend

  • – einen Bildgeber mit einer Vielzahl einzelner Bildelemente αij in einem Raster aus Zeilen j und Spalten i, wobei auf den Bildelementen αij Teilinformationen aus mindestens zwei Ansichten Ak (k = 1...n, n ≥ 2) der Szene/des Gegenstandes wiedergegeben werden,
  • – ein Filterarray aus einer Vielzahl einzelner, in Zeilen q und Spalten p angeordneter, als Filterelemente βpq ausgeführte Wellenlängen- und/oder Graustufenfilter, von denen ein Teil in vorgegebenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässig ist, und der übrige Teil lichtundurchlässig ist und welches dem Bildgeber mit den Bildelementen αij in Blickrichtung vor- oder nachgeordnet sind, so daß für das von den Bildelementen αij abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden, wobei jeweils ein Bildelement αij mit mehreren zugeordneten Filterelementen βpq oder ein Filterelement βpq mit mehreren zugeordneten Bildelementen αij derart korrespondiert, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen der Flächenmitte eines sichtbaren Abschnittes des Bildelementes αij und der Flächenmitte eines sichtbaren Abschnittes des Filterelements βpq einer Ausbreitungsrichtung entspricht, wobei sich die Ausbreitungsrichtungen innerhalb eines Betrachtungsraumes, in dem sich der/die Betrachter aufhalten, in einer Vielzahl von Schnittpunkten, die jeweils einer Betrachtungsposition entsprechen, kreuzen, wodurch von jeder Betrachtungsposition aus ein Betrachter mit einem Auge überwiegend oder ausschließlich Teilinformationen einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend oder ausschließlich Teilinformationen einer zweiten Auswahl aus den Ansichten Ak (k = 1...n) optisch wahrnimmt,
  • – wobei erfindungsgemäß der Normalenabstand z zwischen der Ebene des Rasters der Bildelemente αij und der Ebene des Filterarrays größer ist als der Wert z' = ba·spb/pd, mit ba dem (bevorzugten) Betrachtungsabstand eines Betrachters vor dem Filterarray, pd einem Wert zwischen 55 und 70 mm und spb der Breite eines Bildelementes αij.
This object is achieved by an arrangement for spatially perceptible representation of a scene / object, comprising
  • An imager having a multiplicity of individual picture elements α ij in a grid of lines j and columns i, wherein on the picture elements α ij partial information from at least two views A k (k = 1... N, n ≥ 2) of the scene Be reproduced
  • - A filter array of a plurality of individual, arranged in rows q and columns p, designed as filter elements β pq wavelength and / or grayscale filter, of which a part in predetermined wavelength ranges is translucent, and the remaining part is opaque and which the imager with the Image elements α ij are arranged in the direction of view or downstream, so that for the light emitted by the pixels α ij light propagation directions are given, each one pixel α ij with several associated filter elements β pq or a filter element β pq with several associated pixels α ij such corresponds that each of the connecting line between the center of a visible portion of the picture element α ij and the center of a visible portion of the filter element β pq corresponds to a propagation direction, wherein the propagation directions within a viewing space in which the viewer (s) stop at a plurality of intersections, each corresponding to a viewing position, whereby from each viewing position a viewer with one eye predominantly or exclusively displays partial information of a first selection and with the other eye predominantly or exclusively partial information of a second selection visually perceives the views A k (k = 1 ... n),
  • - wherein according to the invention the normal distance z between the plane of the grid of image elements α ij and the plane of the filter array is greater than the value of z '= b a · s pb / p d, with b a the (preferred) viewing distance of a viewer in front of the filter array , p d a value between 55 and 70 mm and s pb the width of a picture element α ij .

Der Wert pd entspricht vorzugsweise dem mittleren Pupillenabstand, der im allgemeinen mit 65 mm angegeben wird. Ein Bildelement αij kann ein Vollfarb- oder ein Farbsubpixel (R, G, B) sein.The value p d preferably corresponds to the average pupillary distance, which is generally indicated as 65 mm. A pixel α ij may be a full color or a color subpixel (R, G, B).

Durch diese erfindungsgemäße Umsetzung führt der gegenüber dem Stand der Technik bewußte vergrößerte Abstand z dazu, daß eine erhöhte Tiefenwahrnehmung beim Betrachter herbeigeführt wird.By this reaction according to the invention leads the across from the prior art conscious increased distance z that a increased Depth perception in the viewer is brought about.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß der besagte Normalenabstand z zwischen der Ebene des Rasters der Bildelemente αij und der Ebene des Filterarrays sogar größer oder gleich dem Wert z'' = 2·ba·spb/pd ist, wobei immer noch ba dem bevorzugten Betrachtungsabstand eines Betrachters vor dem Filterarray und pd einem Wert zwischen 55 und 70 mm und spb der Breite eines Bildelementes αij entspricht.Furthermore, it can be provided that the said normal spacing z between the plane of the raster of the picture elements α ij and the plane of the filter array is even greater than or equal to the value z '' = 2 * b a * s pb / p d , whereby still b a is the preferred viewing distance of a viewer in front of the filter array and p d is a value between 55 and 70 mm and s pb is the width of a pixel α ij .

Der Bildgeber kann beispielsweise ein LC-Display, ein Plasmadisplay, ein Projektionsdisplay, ein laserbasiertes Display, ein LED-Display oder ein OLED sein. Andere Ausgestaltungen sind möglich.Of the For example, an imager can be an LC display, a plasma display, a projection display, a laser-based display, an LED display or an OLED. Other embodiments are possible.

Bevorzugt sind die Filterelemente βpq für das sichtbare Licht im wesentlichen transparent oder opak.Preferably, the filter elements β pq for the visible light are substantially transparent or opaque.

Um den weiter oben bereits eingeführten Betrachtungsabstand ba zu gewährleisten, werden die mindestens zwei Ansichten Ak (k = 1...n, n ≥ 2) auf den Bildelementen αij vorzugsweise derart wiedergegeben werden, daß jede Ansicht zwischen zwei anderen Ansichten auf den Bildelementen αij im Mittel eine Breite von spb' = z·pd/ba einnimmt, worin gilt: z ist der Normalenabstand zwischen der Ebene des Rasters der Bildelemente αij und der Ebene des Filterarrays, ba ist der Betrachtungsabstand eines Betrachters vor dem Filterarray und pd ist ein Wert zwischen 55 und 70 mm. Diese An der Ansichtenwiedergabe auf den Bildelementen αij kann beispielsweise durch Anwendung der in der DE 101 45 133 C1 der Anmelderin beschriebenen Lehre durchgeführt werden.In order to ensure the viewing distance b a already introduced above, the at least two views A k (k = 1... N, n ≥ 2) on the picture elements α ij are preferably reproduced in such a way that each view is interposed between two other views a width of s pb '= z · p d / b a is assumed on the picture elements α ij , where z is the normal spacing between the plane of the raster of the picture elements α ij and the plane of the filter array, b a is the viewing distance of a Observer in front of the filter array and p d is a value between 55 and 70 mm. This on the display reproduction on the picture elements α ij , for example, by applying the in the DE 101 45 133 C1 taught by the Applicant.

Selbstverständlich ist der erfindungsgemäße Gedanke auch auf andere 3D-Darstellungsverfahren wie etwa Lentikularverfahren anwendbar.Of course it is the inventive idea also to other 3D imaging techniques such as lenticular procedures applicable.

Die Vergrößerung der Tiefenwahrnehmung wird als Prinzipskizze in den 1a und 1b erläutert.The magnification of the depth perception is a schematic diagram in the 1a and 1b explained.

In 1a zum Stand der Technik wie auch in 1b, die die Verkörperung des erfindungsgemäßen Gedankens illustriert, ist 1 ein jeweils gleich großer Abschnitt eines Filterarrays und 2 ein jeweils gleich großer Abschnitt eines Bildgebers.In 1a to the state of the art as well as in 1b , which illustrates the embodiment of the inventive concept, is 1 an equal section of a filter array and 2 an equal section of an imager.

Der Abstand z zwischen dem Filterarray 1 und dem Bildgeber 2 ist in 1a ein üblich dimensionierter, während er in 1b erfindungsgemäß größer, hier beispielhaft verdoppelt, ist. Als Folge ist der virtuelle Schnittpunkt P, auf welchen hin die Augen eines Betrachters bei Betrachtung der erfindungsgemäßen Anordnung konvergieren, deutlich nach hinten (respektive vorn) verlagert, so daß die Tiefenwahrnehmung wie gewünscht vergrößert ist. Als Nebeneffekt wird hier die horizontale und/oder vertikale Bewegungsfreiheit für den/die Betrachter vor der Anordnung verringert, was aber bei Nutzung von deutlich mehr als zwei Ansichten Ak (z.B. acht Ansichten Ak) toleriert werden kann.The distance z between the filter array 1 and the imager 2 is in 1a a standard sized while in 1b larger according to the invention, doubled here by way of example. As a result, the virtual intersection P on which converges the eyes of a viewer when viewing the arrangement according to the invention, clearly backwards (respectively front), so that the depth perception is increased as desired. As a side effect here the horizontal and / or vertical freedom of movement for the / the viewer before the arrangement is reduced, but this can be tolerated when using significantly more than two views A k (eg eight views A k ).

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die Tiefenwahrnehmung bei gängigen Anordnungen zur räumlich wahrnehmbaren Darstellung spürbar verbessert werden kann.The Invention has the advantage that the depth perception at common Arrangements for spatial perceptible representation noticeable can be improved.

Claims (5)

Anordnung zur räumlich wahrnehmbaren Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes, umfassend – einen Bildgeber mit einer Vielzahl einzelner Bildelemente (αij) in einem Raster aus Zeilen (j) und Spalten (i), wobei auf den Bildelementen (αij) Teilinformationen aus mindestens zwei Ansichten (Ak) (k = 1...n, n ≥ 2) der Szene/des Gegenstandes wiedergegeben werden, – ein Filterarray aus einer Vielzahl einzelner, in Zeilen (q) und Spalten (p) angeordneter, als Filterelemente (βpq) ausgeführte Wellenlängen- und/oder Graustufenfilter, von denen ein Teil in vorgegebenen Wellenlängenbereichen lichtdurchlässig ist, und der übrige Teil lichtundurchlässig ist und welches dem Bildgeber mit den Bildelementen (αij) in Blickrichtung vor- oder nachgeordnet sind, so daß für das von den Bildelementen (αij) abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden, wobei jeweils ein Bildelement (αij) mit mehreren zugeordneten Filterelementen (βpq) oder ein Filterelement (βpq) mit mehreren zugeordneten Bildelementen (αij) derart korrespondiert, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen der Flächenmitte eines sichtbaren Abschnittes des Bildelementes (αij) und der Flächenmitte eines sichtbaren Abschnittes des Filterelements (βpq) einer Ausbreitungsrichtung entspricht, wobei sich die Ausbreitungsrichtungen innerhalb eines Betrachtungsraumes, in dem sich der/die Betrachter aufhalten, in einer Vielzahl von Schnittpunkten, die jeweils einer Betrachtungsposition entsprechen, kreuzen, wodurch von jeder Betrachtungsposition aus ein Betrachter mit einem Auge überwiegend oder ausschließlich Teilinformationen einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend oder ausschließlich Teilinformationen einer zweiten Auswahl aus den Ansichten (Ak) (k = 1...n) optisch wahrnimmt, – dadurch gekennzeichnet, daß der Normalenabstand z zwischen der Ebene des Rasters der Bildelemente (αij) und der Ebene des Filterarrays größer ist als der Wert z' = ba·spb/pd, mit ba dem Betrachtungsabstand eines Betrachters vor dem Filterarray, pd einem Wert zwischen 55 und 70 mm und spb der Breite eines Bildelementes (αij).Arrangement for spatially perceptible representation of a scene / object, comprising - an imager having a multiplicity of individual picture elements (α ij ) in a grid of lines (j) and columns (i), partial information consisting of at least two on the picture elements (α ij ) Views (A k ) (k = 1 ... n, n ≥ 2) of the scene / object are reproduced, - a filter array of a plurality of individual, in rows (q) and columns (p) arranged as filter elements (β pq ) executed wavelength and / or grayscale filter, of which a part is transparent in predetermined wavelength ranges, and the remaining part is opaque and which are upstream of the imager with the pixels (α ij ) in the viewing direction, so that for the of the light-propagation directions emitted by the picture elements ( .alpha..sub.ij ) are predetermined, wherein in each case one picture element (.alpha. ij ) with a plurality of assigned filter elements ( .beta.pq ) or a filter element (β pq ) with a plurality of associated pixels (α ij ) corresponds such that in each case the connecting line between the center of a visible portion of the picture element (α ij ) and the center of a visible portion of the filter element (β pq ) corresponds to a propagation direction, wherein the Propagation directions within a viewing space in which the observer (s) reside intersect at a plurality of intersections, each corresponding to a viewing position, whereby from each viewing position a viewer with one eye predominantly or exclusively displays partial information of a first selection and with the other eye predominantly or exclusively optically perceives partial information of a second selection from the views (A k ) (k = 1... n), characterized in that the normal spacing z is between the plane of the raster of the picture elements (α ij ) and the plane of the filter array is greater than the W ert z '= b a · pb s / p d, a with b the viewing distance of a viewer in front of the filter array, p d a value between 55 and 70 mm and the width s pb of an image element (α ij). Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Normalenabstand z zwischen der Ebene des Rasters der Bildelemente (αij) und der Ebene des Filterarrays größer oder gleich dem Wert z'' = 2·ba·spb/pd ist, mit (ba) dem Betrachtungsabstand eines Betrachters vor dem Filterarray, (pd) einem Wert zwischen 55 und 70 mm und spb der Breite eines Bildelementes (αij).Arrangement according to claim 1, characterized in that arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the said normal distance z between the plane of the raster of the picture elements (α ij ) and the plane of the filter array is greater than or equal to the value z '' = 2 · B a · s pb / p d , with (b a ) the viewing distance of a viewer in front of the filter array, (p d ) a value between 55 and 70 mm and s pb the width of a picture element (α ij ). Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber ein LC-Display, ein Plasmadisplay, ein Projektionsdisplay, ein laserbasiertes Display, ein LED-Display oder ein OLED ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Imager an LC display, a plasma display, a projection display, a laser-based display, an LED display or an OLED. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (βpq) für das sichtbare Licht im wesentlichen transparent oder opak sind.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the filter elements (β pq ) for the visible light are substantially transparent or opaque. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Ansichten (Ak) (k = 1...n, n ≥ 2) auf den Bildelementen (αij) derart wiedergegeben werden, daß jede Ansicht zwischen zwei anderen Ansichten auf den Bildelementen (αij) im Mittel eine Breite von spb' = z·pd/ba einnimmt, worin gilt: (z) ist der Normalenabstand zwischen der Ebene des Rasters der Bildelemente (αij) und der Ebene des Filterarrays, (ba) ist der Betrachtungsabstand eines Betrachters vor dem Filterarray und (pd) ist ein Wert zwischen 55 und 70 mm.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two views (A k ) (k = 1 ... n, n ≥ 2) are reproduced on the picture elements (α ij ) such that each view is between two other views on the image elements (α ij) on average, a width of s pb '= z occupies · p d / b a, wherein: (z) is the normal distance between the plane of the grid of image elements (α ij) and the plane of the filter array , (b a ) is the viewing distance of a viewer in front of the filter array and (p d ) is a value between 55 and 70 mm.
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