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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenkompression einer Sequenz
computergenerierter Videohologramme, CGVH.
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Im
Gegensatz zu klassischen Hologrammen, die als Interferenzmuster
photografisch oder auf andere Weise gespeichert sind, existieren
CGVH als Ergebnis der Berechnung von diskreten Hologrammdaten aus
Sequenzen einer dreidimensionalen Szene und ihrer Speicherung mit
beispielsweise elektronischen Mitteln, mit einem elektronischen
Speichermedium eines Computers, Graphikprozessors, Graphikadapters
oder in ähnlichen
Hardwarekomponenten.
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Das
modulierte interferenzfähige
Licht breitet sich im Raum vor den Augen eines Betrachters als eine
komplexe, zweidimensionale, durch die Amplitudenwerte steuerbare
Lichtwellenfront zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Szene
aus. Dabei bewirkt das Kodieren einer Lichtmodulatormatrix mit den
Hologrammwerten der computergenerierten Videohologramme, dass das
vom Displayschirm ausgehende, in Pixeln modulierte Wellenfeld durch
Interferenzen in den Raum die gewünschte dreidimensionale Szene
rekonstruiert.
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Die
Darstellung von Hologrammen in Echtzeit hat aufgrund der Weiterentwicklung
von Hardwarekomponenten und berechnungstechnischen Verfahren Anwendung
in wichtigen Bereichen erzielen können.
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Eine
wichtige Aufgabenstellung der digitalen Holographie liegt in einer
vielfach höheren
Datenmenge pro Bild im Vergleich zu herkömmlichen Videodaten. Diese
große
Datenmenge stellt sehr hohe Anforderungen an die Speicher- und Übertragungsmedien
wie beispielsweise Netzwerkkomponenten und Bus-Systeme.
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Selbst
die Übertragung
und Verarbeitung herkömmlicher
Videodaten stellt hohe Anforderungen an die Ressourcen. Mit Datenkompression
und leistungsfähigeren
Speichermedien wird versucht, die zu verarbeitende Datenmenge handhaben
zu können.
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Eine
effiziente Kompression ist wichtiges Hilfsmittel damit Speicherung
und Übertragung
der Daten hinreichend performant erfolgen. Eine handhabbare Datenmenge
soll dazu beitragen, eine Weiterverbreitung und Akzeptanz von CGVH-Systemen zu ermöglichen.
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Die
berechneten Hologrammdaten kodieren eine Lichtmodulatormatrix, welche
interferenzfähiges Licht
in Amplitude und Phase, kurz komplexwertige oder einfache Amplitude
genannt, elektronisch gesteuert beeinflusst.
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In
diesem Dokument wird als die Lichtmodulatormatrix beziehungsweise
Spatial-Light-Modulator SLM
als eine Einrichtung zum Steuern der Intensität, Farbe und/oder Phase durch
Schalten, Austasten oder Modulieren von Lichtstrahlen einer oder
mehrerer unabhängiger
Lichtquellen bezeichnet. Ein holographisches Display beinhaltet
in der Regel eine Matrix steuerbarer Pixel, wobei die Pixel die
Amplitude und/oder Phase von durchstrahlenden Lichts verändern und
so die Objektpunkte rekonstruieren. Ein SLM umfasst eine derartige
Matrix. Der SLM kann beispielsweise diskret als Akusto-optischer
Modulator AOM oder auch auch kontinuierlich aufgeführt sein.
Eine Ausführung
zur Rekonstruktion der Hologramme durch Amplitudenmodulation kann
mit einem Liquid Crystal Display (LCD) erfogen. Die vorliegende
Erfindung bezieht sich ebenso auf weitere steuerbare Vorrichtungen
um hinreichend kohärentes
Licht zu einer Lichtwellenfront oder zu einem Lichtwellenrelief
zu modulieren.
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Die
Bezeichnung Pixel umfasst ein steuerbares Hologramm-Pixel der SLM,
repäsentiert
einen diskreten Wert des Hologrammpunktes und ist einzeln adressiert
und gesteuert. Jedes Pixel repräsentiert
einen Hologrammpunkt des Hologramms. Im Falle eines LCDs bedeutet
ein Pixel ein individuell ansteuerbares Display-Pixel. Für eine DLP
ist ein Pixel ein individuell steuerbaren Mikrospiegel oder eine kleine
Gruppe davon. Bei einer kontinuierlichen SLM umfasst ein Pixel eine
imaginäre Region,
welche den Hologrammpunkt representiert. Bei einer Farbdarstellung
wird in der Regel ein Pixel in mehrere Subpixel unterteilt welche
die Grundfarben repräsentieren.
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In
den meisten holographischen Systemen ist das kodierte Hologram die
Transformation der 3D-Szene. Eine Transformation wird in diesem
Dokument weitläufig
interpretiert und umfasst jedes mathematische oder rechnerunterstützte Verfahren, welches
eine Transformation darstellt oder approximiert und auf der Maxwellschen
Wellengleichung basiert. Die besonders bevorzugt verwendete Fouriertransformation
lässt sich
programmtechnisch einfach implementieren und kann überdies
sehr genau durch optische Systeme realisiert werden.
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Im
Gegensatz zur Darstellung von 2D-Videodaten wird bei der holographischen
Darstellung die Lichtwellenfront der 3D-Objekte or 3D-Szenen durch die
Interferenz und Überlagerung
kohärenter
Lichtwellen generiert. Dabei werden für jedes Pixel die Hologrammwerte
bestimmt, die erforderlich sind, die Wellenfront zur Rekonstruktion
jedes Punktes des Objekts beizutragen. Ein einzelnes Pixel trägt somit mit
dem entsprechend modulierten Licht zur Darstellung der gesamten
Szene bei. Umgekehrt betrachtet ist die Information zu jedem einzelnen
Szenepunkt auf dem gesamten Hologramm verteilt.
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Ändert sich
nur ein kleiner Bereich der zu rekonstruierenden Szene, so sind
alle Pixelwerte des Hologramms betroffen und es werden alle Pixel
mit einem neuen Wert belegt, um das nur wenig veränderte Objekt
wiederum zu rekonstruieren. Änderungen
des Objekts bewirken folglich auch, dass die Bildpunkte des Videoframes
aus welchen die Pixelwerte der SLM generiert werden, unterschiedlich sind,
obwohl der Rest der Szene gleich bleibt.
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Hieraus
ist ersichtlich, dass beispielsweise Verfahren aus der Gruppe der
Differenzbildkompression nur unbefriedigende Kompressionsraten erzielen.
Eine effiziente Kompression von Differenzbildern erscheint daher
mit derartigen Hologrammen nicht möglich.
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Stand
der Technik
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In
der Weiterführung
der Aufgabe werden in der Fachliteratur weiterführende Konzepte, beispielsweise
eine Datenkompression durch Karhunen-Loeve-Transformation KLT vorgeschlagen.
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Yoshihiro
Ishida et al "Bit
Allocation in the Transform Coding of Hologram Patterns" beschreibt eine
Realisierung einer effektiven Kompression von Hologrammmustern mit
umfangreichen Dateninformationen. Die Kompression der Muster erfolgt
anhand einer Betrachtung des reproduzierten Bildes, wobei unnötige Komponenten
zur Reproduktion des Bildes aus dem Hologrammmuster, beispielsweise durch
Bandpassfilterung, entfernt wird. Die unnötigen Komponenten werden dabei
von den notwendigen Komponenten getrennt und so die Datenmenge reduziert.
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T.
Naughton et al "Compression
of digital holograms for three-dimensional object reconstruction and
recognition", beschreibt
eine Anwendung von verlustloser und verlustbehafteter Kompression
bei dreidimensionaler Objektrekonstruktion basierend auf Phasen-Shift-Holographie.
Mit standardmäßigen verlustlosen
Kompressionstechniken wird das digitale Hologramm vor Anwendung
eines Burrows-Wheeler-coding-Algorithmus
in einer Zwischenkodierung von separaten Datenströmen für reale
und imaginäre Komponenten
gespeichert. Verlustbehaftete Kompressionstechniken basieren auf
Subsampling, Quantisierung und diskrete Fouriertransformation.
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Bei
den vielfach genannten Vorschlägen
zur verlustbehafteten Datenkompression kann der Nachteil einer Qualtitätseinbuße der holografischen
Darstellung nicht überwunden
werden.
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Aufgabe
der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, für
die Darstellung von digitalen Videohologrammen in Echtzeit ein Verfahren
zur effizienten Kompression einer Sequenz von Hologrammdaten bereitzustellen.
Dabei soll die zur Speicherung oder Verarbeitung erforderliche Datenmenge
pro Videoframe signifikant verringert werden. Überdies sollen die resultierenden
Hologrammdaten die Anwendung bekannter, möglichst einfacher beziehungsweise
standardisierter Datenkompressionsverfahren erlauben und dabei so
hohe Kompressionsraten erzielen, dass eine ressourcenschonende und
wirtschaftliche Anwendung ermöglicht
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
Verfahren dient zur Datenkompression einer Sequenz computergenerierter
Videohologramme, welche ausgehend von einem Bildinhalt aus Bilddaten
mit Tiefeninformation als Hologrammwerte kodiert sind.
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Zur
Wiedergabe der Sequenz ist eine Einrichtung mit einem Spatial-Light-Modulator,
SLM, mit einer Vielzahl von Pixeln vorgesehen.
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Aus
hinreichend kohärentem
Licht wird von dem mit Hologrammwerten gesteuerten SLM ein moduliertes
Wellenfeld erzeugt und durch Interferenzen im Raum die gewünschte reale
oder virtuelle dreidimensionale Szene rekonstruiert.
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Ausgehend
vom SLM werden in pyramidenstumpfförmigen Rekonstruktionsräumen Betrachterfenster
generiert. Die Fenster liegen in Augennähe des Betrachters und können mit
bekannten Positionserkennungs- und Nachführeinrichtungen der aktuellen
Betrachterposition nachgeführt
werden.
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Es
ist ein Ausgangspunkt der Erfindung, dass jener Bereich, in dem
ein Betrachter eine Szene sieht, durch einen pyramidenstumpfförmigen Rekonstruktionsraum,
das sogenannte Frustrum, gegeben ist, der sich vom SLM zum Betrachterfenster
erstreckt. Der Pyramidenstumpf kann in einer Näherung durch eine Pyramide
ersetzt werden, da das Betrachterfenster viel kleiner als der SLM
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Einrichtung sind die Betrachterfenster so klein dimensioniert,
dass, bei einer inversen Betrachtungsweise, Änderungen in beschränkten Bereichen
des zu kodierenden Bildinhalts nur in beschränkten Bereichen der SLM, also
in wenigen Pixeln, Änderungen
der Hologrammwerte hervorrufen.
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Schritt 1 Phasenmatrix
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In
ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine Phasenmatrix mit festgelegten Phasenwerten definiert.
In einer einfachen Lösung werden
die Zufallswerte der Phasen gleichverteilt gewählt, wobei weitere Verteilungen
gegebenenfalls zur weiteren Bildverbesserung denkbar sind. Vorzugsweise
wird ausgehend von einer Auflösung
des SLM mit m-Pixelzeilen und n-Pixelspalten eine Phasenmatrix gleicher
Dimension festgelegt.
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Schritt 2 Sichtbarkeit
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Der
zweite Verfahrensschritt umfasst die Ermittlung der Sichtbarkeit
der Szene. Gemäß der Position
des Betrachters und der Tiefeninformation des Bildinhalts wird die
Szene in sichtbare Objektpunkte strukturiert. In einer einfachen
Lösung
wird das Objekt der Szene innerhalb des Frustrums mit einer dreiachsigen
Diskretisierung strukturiert und ausgehend vom Betrachterfenster
die sichbaren Objektpunkte der Szene ermittelt. Bei dieser Berechnung wird
die Szene in eine Vielzahl virtueller Ebenen geschnitten, die zur
SLM parallel liegen.
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Vorzugsweise
wird ausgehend von einer Auflösung
des SLM mit m-Pixelzeilen und n-Pixelspalten die Schnittebenen in
eine äquivalente
Rasterung mit m-Objektpunkten pro Zeile und n-Objektpunkten pro
Spalte diskretisiert. Die Schnittebenen liegen dabei innerhalb des
pyramidenförmigen
Frustrums und werden mit Vorteil trotz der unterschiedlichen Ausdehungen
in die gleiche Anzahl von n*m Punkten diskretisiert. Mit Vorteil
wird dabei erreicht, dass Bereiche der Szene, die näher zum
Betrachter liegen entsprechend feiner disketisiert werden als Bereiche,
die vom Betrachter weit entfernt sind. In einer einfachen Ausführung wird
für alle
Punkt geprüft, ob
sie bereits von einem dem Betrachter näheren Punkt verdeckt werden.
Im Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden weitere Ausführungsformen erläutert.
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Die
Ermittlung der Sichtbarkeit ergibt in Verbindung mit der zur SLM
analog gewählten
Rasterung in Summe über
alle Schnittebenen n*m sichtbare Objektpunkte, für welche im ersten Verfahrensschritt
ebenso viele Phasenwerte bereitgestellt wurden. Ist die Anzahl der
sichtbaren Objektpunkte kleiner als die vorgesehene Dimension n*m,
so wird den restlichen Punkten die verschwindende Intensität Null zugewiesen.
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Die
Szene ist somit durch n*m sichtbare Objektpunkte hinreichend genau
strukturiert. Andere Verhältnisse
der Rasterungen zwischen SLM, Phasenmatrix und den sichtbaren Objektpunkten
sind denkbar und können
entsprechend transformiert werden.
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Schritt 3 Kodierung
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Im
Weiteren liegt dem Verfahren der Gedanke zugrunde, dass eine effizientere
Kompression einer Sequenz erreichbar ist, soferne Objektpunkte, deren
Amplitude sich nicht ändert,
in aufeinanderfolgenden Bildern einer Sequenz auch identische Phasenwerte
behalten.
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Die
im ersten Schritt festgelegte Phasenmatrix wird für jedes
zu berechnende Hologramm der Sequenz verwendet. Dabei wird den sichtbaren
Objektpunkten bei einer Transformation zu Hologrammwerten unabhängig von
der jeweiligen Tiefeninformation eines jeweiligen Objektpunkts und
in jedem Bild der Sequenz der gleiche definierte Phasenwert zugrunde
gelegt.
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Bleibt
ein Objektpunkt in aufeinanderfolgenden Bildern gleich, so bekommt
er automatisch in jedem Bild der Sequenz den gleichen Hologrammwert. Entfällt ein
Objektpunkt, so bekommt unter Umständen ein anderer Punkt im nächsten Bild
der Sequenz stattdessen den Phasenwert, die der erste Objektpunkt
zuvor hatte. Die einmal einem Objektpunkt zugewiesenen Phasenwerte
werden nicht mehr geändert.
Unveränderte
Objektpunkte implizieren unveränderte
Hologrammwerte. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit
eine effiziente Datenkompression der Sequenz und erlaubt überdies
die Anwendung einfacher und schneller Kompressionsverfahren, wie
sie beispielsweise durch die Gruppe der Differenzbildverfahren realisiert
werden können.
Die Anwendung weiterer Kompressionsverfahren ist ebenso möglich.
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Die
Kodierung nach Burckhardt bzw. Zweiphasenkodierung wird im Ausfürhungsbeispiel
näher erläutert. Weitere
Verfahrensgruppen der Kodierung, beispielsweise Kinoform sind denkbar.
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Bei
einer handelsüblichen
Auflösung
des SLM, welche bereits eine qualitativ hochwertige Darstellung
des Hologramms ermöglicht,
können
die bisher sehr hohen und kostenintensiven Anforderungen an die
Speicher- und Übertragungsmedien
nachhaltig verringert werden. Es handelt sich um eine Erfindung
von hohem wirtschaftlichem Wert.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die Kompressionseinrichtung werden anhand der nachfolgenden
Ausführungsbeispiele
weiterführend
erläutert.
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Die
Beispiele basieren auf Einrichtungen zur Darstellung von computergenerierten
Videohologrammen, welche der Anmelder bereits in PCT/EP 2005 009604
sowie WO 2004/044659 beschrieben hat.
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Den
genannten Verfahren und Displays liegt dabei der Gedanke zugrunde,
nicht das Objekt der Szene zu rekonstruieren, welches sodann vom
Betrachter gesehen werden kann, sondern in zwei kleine Betrachtungsfenster,
welche jeweils die Pupillen der Betrachter überdecken, jene Wellenfront
zu rekonstruieren, die das Objekt der Szene aussenden so aussenden
würde,
wenn es an der vorgegebenen Stelle real existieren würde.
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Durch
die Betrachterfenster kann der Betrachter die Szene sehen. Die virtuellen
Betrachterfenster überdecken
die Pupillen des Betrachters und werden mit bekannten Positionserkennungs-
und Nachführeinrichtungen
der aktuellen Betrachterposition nachgeführt.
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Zwischen
dem SLM des Hologrammdisplays und den Betrachterfenstern ist ein
virtueller pyramidenstumpförmiger
Betrachterbereich aufgespannt, wobei die SLM die Grundfläche und
das Betrachterfenster die Spitze bildet. Bei sehr kleinen Betrachterfenstern
kann der Pyramidenstumpf als Pyramide betrachtet werden. Der Betrachter
sieht durch die Betrachterfenster in Richtung der SLM und nimmt
im Betrachterfenster die Wellenfront wahrgeneriert wird, welche
die Szene repräsentiert
sieht das im Betrachterbereich rekonstruierte Objekt der Szene.
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In
einem ersten Ausfürungsbeispiel
des Verfahrens werden die computergenerierten Videohologramme mit
einem Hologrammdisplay rekonstruiert, welches der Anmelder bereits
in der Druckschrift PCT/EP 2005 009604 "Verfahren und Einrichtung zum Kodieren
und Rekonstruieren von computergenerierten Videohologrammen" beschrieben hat.
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Die
horizontale Parallaxe zur Erzeugung des Stereo-Effekts wird durch
räumliches
Multiplexing, beispielsweise durch eine Lentikularmaske und die Darstellung
der Hologramme in benachbarten SLM-Spalten erzielt.
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Die
Betrachterfenster sind dabei so klein dimensioniert, dass, bei einer
inversen Betrachtungsweise Änderungen
in beschränkten
Bereichen des zu kodierenden Bildinhalts nur in beschränkten Bereichen
der SLM, also in wenigen Pixeln, Änderungen der Hologrammwerte
hervorrufen.
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Die
folgende Ausführung
wird mit einer SLM mit m-Pixelzeilen und n-Pixelspalten weiterführend erläutert. Der
SLM ist hier ein LCD-Display, welches hinreichend moduliertes Licht
in den Amplitudenwerten moduliert. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren
zur Datenkompression weiterführend
erläutert.
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In
einem ersten Verfahrensschritt wird eine Phasenmatrix mit Phasenwerten
festgelegt. Die Phasenmatrix umfasst gleich der SLM m-Zeilen und n-Spalten,
wobei die Phasenwerte in Zeilen- und Spaltenrichtung gleichverteilt
gewählt
sind.
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Ein
zweiter Verfahrensschritt betrifft die Diskretisierung des Objekts
der Szene und die Ermittlung von sichbaren Objektpunkten der Szene.
Die Ermittlung der Sichtbarkeit erfolgt gemäß der Position des Betrachters,
also der Blickrichtung durch die kleinen Betrachterfenster auf das
Objekt der Szene sowie gemäß der Tiefeninformation
der Szenepunkte.
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In
einer einfachen Realisierung wird das Objekt in Ebenen parallel
zur SLM geschnitten. In jeder Schnittebene wird das Objekt innerhalb
des Betrachterbereichs in Punkte gerastert und zwar analog zur Auflösung der
SLM in ebenso n-Zeilen und m-Spalten. Ausgehend vom Betrachterauge
werden nun die Punkte in der Sichtbarkeitsebene geprüft, ob ein
neuer Punkt schon von einem vorhergehenden Punkt verdeckt ist. Infolge
der gleichen Anzahl an Rasterpunktwerten in jedem Datensatz verändert sich
damit die zugeordnete Fläche
zu den einzelnen Rasterpunkten proportional zum Abstand vom Betrachterfenster.
Ziel der Sichtbarkeitsbestimmung ist die Bestimmung beziehungsweise
Selektion von m mal n sichtbaren Punkten die nunmehr das sichtbare
Objekt diskretisieren.
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Die
Schrittweite zwischen den Schnittebenen ist in einfachen Ausführungsformen äquidistant, kann
jedoch individuell der Tiefeninformation der Szene angepasst werden.
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Ausgehend
vom Betrachter werden in jeder Schnittebene der Schnitt mit dem
Objekt ermittelt und von diesen Randpunkten die Sichtbarkeit geprüft, ob sie
bereits von einem dem Betrachter näheren Punkt verdeckt werden.
Beginnend mit den virtuellen Schnittebene, welche dem Betrachter
am nächsten liegt.
Die Sichtbarkeit der Objektpunkte wird durch Randpunkte bestimmt,
die als Schnitt der Ebene mit dem Rand des Objekts ermittelt.
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Ein
abgetasteter Szenepunkt in Zeile i und Spalte j einer entfernteren
Ebene liegt für
das Auge im Zentrum des Viewing window verdeckt hinter dem Element
in Zeile i und Spalte j einer näheren
Ebene. Bei der Berechnung wird also geprüft, ob ein Szenepunkt i, j
schon in einer dem Auge näherliegenden Ebene
vorhanden ist und gegebenenfalls eliminiert.
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Im
dritten Verfahrensschritt, der Kodierung, wird den sichtbaren Objektpunkten
bei einer Transformation zu Hologrammwerten unabhängig von
der jeweiligen Tiefeninformation eines jeweiligen Objektpunkts und
in jedem Bild der Sequenz der gleiche definierte Phasenwert zugrunde
gelegt. Bleibt ein Objektpunkt in aufeinanderfolgenden Bildern gleich,
so bekommt er automatisch in jedem Bild der Sequenz den gleichen
Hologrammwert. Eine Anwendung der Differenzbildkompression erlaubt
eine effiziente Verringerung des Datenumfangs der Sequenz.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
werden im Gegensatz zum oben genannten räumlichen Multiplexing die Betrachterfenster
bei einem Hologrammdisplay nach der Druckschrift WO 2004/044659 "Videohologramm und
Einrichtung zur Rekonstruktion von Videohologrammen" durch zeitliches
Multiplexing generiert.
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Durch
sequentielles Schalten der Lichtquelle und des SLM-Inhalts werden
zwei leicht perspektivisch verschiedene Bildansichten an die jeweiligen Betrachterfenster
gelenkt. Das erfindungsgemäße Verfahren
zur Datenkompression kann auf beide Bildansichten angewendetwerden.
Eine zusätzliche Verringerung
der gespeicherten Datenmenge kann erzielt werden, wenn beispielsweise
die untschiedliche Perspektive für
Bereiche im Hintergrund der Szene vernachlässigt wird und die Ansichten
als gleich angenommen werden.
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Die
erhaltenen in den beiden Ausfürungsbeispiel
generierten Hologrammwerte werden in eine Burckhardt-Kodierung oder
in eine Zweiphasenkodierung umgewandelt.
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Im
Falle der Burckhardt-Kodierung wird der komplexe Wert durch drei,
in den Werten 0 bis 255 diskretisierten Graustufen repräsentiert,
wobei der durch 255 repräsentierte
Wert den maximal erzielbaren Komponentenwert repräsentiert.
Ausgehend von einer festgelegten maximal erzielbaren Signalstärke wird
die aktuelle Signalstärke
gemäß dem Maximalwert
als Bezugsgröße und den
verfügbaren
255 Intervallen normiert.
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Der
Maximalwert wird am Beginn der Datenkompression gewählt und
initialisiert.
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Eine Änderung
des Maximalwerts zwischen zwei Bildern führt zu einer Änderung
der Hologrammwerte in allen Pixeln und vermindert dadurch die erzielbare
Kompressionsrate der Sequenz, da sich bei Bildern, wo sich der Maximalwert ändert, die
ansonsten hohe Kompressionsrate nicht erzielen lässt.
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Der
in einer Videosequenz auftretende Maximalwert, beziehungsweise das
entsprechende Quantil einer Normalverteilung, ist zu Beginn der
Kodierung nicht bekannt. Eine einfache Lösungsmöglichkeit besteht darin, die
Spitzenwerte, welche den Maximalwert überschreiten, abzuschneiden
und durch den Maximalwert zu ersetzen. Der Maximalwert entspricht
einem entsprechenden Quantil der Normalverteilung und erlaubt eine
entsprechende statistische Beschreibung.
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Eine
zu große
Wahl des Maximalwerts bedingt naturgemäß eine gröbere Rasterung der Zwischenintervalle.
Andererseits hat eine zu kleine Wahl zur Folge, dass ein entsprechend
höherer
Anteil von Spitzenwerten nur durch den Maximalwert angenähert werden
kann. In diesen Punkten kann der in die Kodierung eingehende Eingangswert
nicht mehr durch einen entsprechenden Ausgangswert nach der Kodierung
rekonstruiert werden.
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Die
Kompressionseinrichtung zur Duchrführung der Datenkompression
umfasst mindestes Speichermittel zur Speicherung der Phasenmatrix,
Rechenmittel zur Generierung der Phasenwerte der Phasenmatrix, Rechenmittel
zur Strukturierung der Szene in sichtbare Objektpunkte mit entsprechenden Speichermitteln,
Rechenmittel zur Kodierung der sichtbaren Objektpunkte aufgrund
der Phasenwerte zu Hologrammwerten und weiteren Speichermitteln, welche
zumindest eine Teilsequenz als Eingangsdaten für die Datenkompression bereitstellt.
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Die
Druckschrift
DE 10 2004
063 838 des Anmelders beschreibt ein Verfahren zum Berechnen von
computergenerierten Videohologrammen. Es ordnet Objekte mit komplexen
Amplitudenwerten einer dreidimensionalen Szene in Rasterpunkten
von parallelen, virtuellen Schnittebenen zu, um zu jeder Schnittebene
einen separaten Objektdatensatz mit diskreten Amplitudenwerten in
Rasterpunkten zu definieren und aus den Bilddatensätzen eine
holographische Kodierung für
eine Lichtmodulatormatrix eines Hologrammdisplays zu berechnen.
Im Weiteren beschreibt die Schrift eine Signalbearbeitungseinrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens. Die Verfahrenschritte sind durch die entsprechenden
Elemente der Signaleinrichtung implementiert und umfassen:
- – (S1)
Transformation des Objektdatensatzes einer jeden Schnittebene in
eine zweidimensionale Verteilung von Wellenfeldern in mindestens
ein virtuelles Fenster in einer Referenzebene nahe den Augen eines
Betrachters
- – (S2)
Addition der berechneten Verteilungen für alle Schnittebenen in einen
Referenzdatensatz
- – (S3)
Transformation des Referenzdatensatzes von der Referenzebene in
eine endlich entfernte, parallele Hologrammebene am Ort des SLMs
zur Erzeugung eines Hologrammdatensatzes für das gemeinsame CGH.
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Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in einer einfachen Ausführung
auf diese Signaleinrichtung zur Kodierung aufgebaut. Alternativ
besteht die Möglichkeit,
die Signaleinrichtung zu erweitern, indem einzelne Verfahrensschritte
modifiziert werden.
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Die
Verwendung der Schnittebenen bietet in einer Modifikation ebenso
die Möglichkeit,
die Szene, wie im ersten Ausführungsbeispiel
erläutert,
in sichtbare Objektpunkte zu strukturieren. Die Kodierung wird erweitert,
indem, wie in den vorangestellten Ausführungsbeispielen erläutert, den
sichtbaren Objektpunkten die Phasenwerte der Phasenmatrix zugeordnet
werden. Die generierten Hologramm werden in drei- oder zweiphasige
Komponenten getrennt und beispielsweise durch ein Differenzbildverfahren,
welches ebenfalls mit entsprechenden Rechenmitteln implementiert
ist, effizient komprimiert.