DE102006012059B3

DE102006012059B3 - Verfahren zur autostereoskopischen Erzeugung von dreidimensionalen Bildinformationen aus gerasterten Subpixelauszügen mit Dunkeltastung von einzelnen Subpixeln.

Info

Publication number: DE102006012059B3
Application number: DE102006012059A
Authority: DE
Inventors: René de la Dr.-Ing. Barré; Siegmund Dr.-Ing. Pastoor
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-12-11
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2026-03-09

Abstract

Das Multiplex-Track-Verfahren MTV gemäß der Hauptanmeldung DE 102004059729 mit einem schräg zur Matrix des Bildschirms (MB) verlaufenden Trennraster (TR) und einer elektronischen Nachführung (TS) der Betrachtungszonen nutzt zwei getrennte Bildansichten (L, R) und ordnet - unter Beibehaltung jeder Subpixeladresse - fortlaufend alternierend ein, zwei oder drei Subpixel (SP) aus jedem Pixel (P) der beiden Bildansichten (L, R) im aktuellen Subpixelauszug (SPA) nebeneinander und überdeckend mit einem Versatz von einem Subpixel schräg untereinander an. Dadurch wirkt sich eine Auflösungsverringerung nurmehr auf die Subpixel (SP) aus. Das aus der Schrägstellung des Trennrasters (TR) resultierende Übersprechen wird durch diesen speziellen Aufbau des Subpixelauszugs (SPA) bei gleichzeitiger Erhaltung der Vergleichmäßigungen der Auflösung in beide Bildschirmrichtungen verringert. Eine Vergleichmäßigung des Trackings bei weiterer Reduzierung des Übersprechens ergibt sich gemäß der vorliegenden Zusatzanmeldung bei Einsatz eines schrägen Barriererasters (BR) in Verbindung mit der gezielten Dunkeltastung von Subpixeln (SP) entlang der Barrierekanten. Der konstruktiven Maske wird somit eine virtuelle Maske überlagert.

Description

Die vorliegende Zusatzanmeldung zur deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 059 729 bezieht sich auf ein Verfahren zur autosteroskopischen Erzeugung von dreidimensionalen Bildinformationen aus gerasterten Subpixelauszügen aus zumindest einer rechten und einer linken Bildansicht auf einem farbzugeordnete Subpixel in Bildzeilen aufweisenden Matrixbildschirm mit einem optischen Trennraster, bei dem die Periodizität der Trennelemente in horizontaler Richtung a) vier oder b) sechs Subpixeln entspricht und die Trennelemente mit einem dem kleinen Seitenverhältnis der Subpixel entsprechenden Anstieg schräg zur Matrix des Bildschirms verlaufen, und auf eine Anordnung zur Verfahrensdurchführung.
Unter Beibehaltung der Grundidee der Hauptanmeldung werden die dort aufgeführten Patentansprüche mit der vorliegenden Zusatzanmeldung um einen weiteren ergänzt. Der allgemeine und spezielle Stand der Technik, der dem Erfindungsgegenstand gemäß der Hauptanmeldung zugrunde liegt, wird ausführlich in der Hauptanmeldung gewürdigt.

Zusätzlich zu dem in der Hauptanmeldung gewürdigten Stand der der Technik ist auf die EP 0 836 332 B1 zu verweisen, die einen positionsadaptiven, autostereoskopischen Monitor (PAM) mit einem vertikalen Trennraster offenbart. Es wird ein Adaptionsverfahren zur Anpassung des autosteroskopischen Bildinhalts an seitliche Betrachterbewegungen beschrieben, bei dem ganze darzustellende Bildpunkte subpixelweise verschoben werden, wobei ein oder zwei dunkel getastete Subpixel als Verschiebereserve genutzt werden. Die dunkel tastbaren Subpixel können zudem noch neben unaktivierbaren Subpixeln liegen, auf denen einzelne elektronische Komponenten angeordnet sind. Das Verfahren bedient sich danach pro Bildpunkt vier oder fünf horizontal nebeneinander liegender Subpixel. Es werden zunächst sowohl sichtbare als auch zu verdeckende Subpixel dunkel getastet, um das Übersprechen zwischen den beiden Bildkanälen zu verringern. Anschließend werden je drei zusammenhängende Subpixel der linken und der rechten Bildansicht mit der komplexen Farbinformation des darzustellenden Bildpunktes subpixelweise belegt. Dabei spielt die Reihenfolge der Farben in den Subpixeln keine Rolle. Durch das Verschieben ganzer Bildpunkte ergeben sich für den Betrachter bei seitlichen Kopfbewegungen jedoch deutliche Absätze in der Bilddarstellung. Durch die Dunkeltastung auch sichtbarer Subpixel werden die Helligkeit und die Auflösung des Bildinhaltes verringert.

Die Aufgabe der mit der vorliegenden Zusatzanmeldung beanspruchten Weiterbildung besteht deshalb darin, das beanspruchte Verfahren unter Beibehaltung seiner in der Hauptanmeldung dargelegten Vorteile so weiterzubilden, dass das Nachführen der Bildinhalte bei seitlichen Kopfbewegungen des Betrachters bei gleichzeitiger, möglichst weitgehender Verringerung des Übersprechens zwischen den beiden Bildkanälen möglichst absatzfrei erfolgt.

Dabei sollen Helligkeit und Auflösung des Bildinhaltes weitgehend erhalten bleiben.

Die Lösung für diese Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines schrägen Barriererasters als optischem Trennraster in Abhängigkeit von der aktuell erfassten Betrachterposition im aktuell gebildeten Subpixelauszug in der fortschreitend bildzeilenweise alternierenden Anordnung von a) zwei oder b) drei benachbarten Subpixeln aus dem rechten Speicher für die rechte Bildansicht unmittelbar neben a) zwei oder b) drei benachbarten Subpixeln aus dem linken Speicher für die linke Bildansicht in jeder Bildansicht a) ein oder b) ein oder zwei benachbarte Subpixel mit einem bildzeilenweisen Versatz von einem Subpixel in Anstiegsrichtung (a) des Barriererasters dunkel getastet werden, wobei nur solche Multiplexschemata zur Bildung des aktuellen Subpixelauszugs ausgewählt werden, die keine redundanten Subpixel enthalten.

Das weitergebildete Verfahren ermöglicht ein weitgehend stufenfreies Nachführen der Bildinhalte für den Betrachter durch die Kombination einer konstruktiven Maske mit einer virtuellen Maske. Die konstruktive Maske wird von einem schrägen Barriereraster gebildet, welches im Gegensatz zu einem Linsenraster dauerhaft bestimmte Bereiche des Displays verdeckt und so die richtige Zuordnung der beiden Bildansichten auf die Augen des Betrachters gewährleistet. Barriereraster können als Streifen-, Stufen- oder Lochraster ausgebildet sein. Bei dem Verfahren wird ein schräges Barriereraster verwendet, das eine gleichmäßige Auflösung in beide Bildrichtungen bewirkt. Es wird ein konstanter Abstand des Betrachters zum Matrixbildschirm angenommen. Seitliche Kopfbewegungen sind möglich, die durch elektronisches Tracking ausgeglichen werden.

Unter dem schrägen konstruktiven Barriereraster wird zusätzlich auf dem Matrixbildschirm eine virtuelle Maske in Form eines schrägen Rasters erzeugt, das in seiner Ausgestaltung der des verwendeten Barriererasters angepasst ist. Zum einen wird bei der Verwendung beispielsweise eines konstruktiven Streifenrasters auf dem Matrixbildschirm ein virtuelles Streifenraster erzeugt, das parallel zu dem konstruktiven Streifenraster verläuft. Zum anderen wird die virtuelle Maske auch der Breite des gewählten Barriererasters angepasst. Dieses kann eine Breite von vier Subpixeln (2 pro Bildkanal) oder sechs Subpixeln (3 pro Bildkanal) aufweisen. Der Abstand zwischen den einzelnen Barrieren beträgt dann bei vier Subpixeln ein und bei sechs Subpixeln ein oder zwei Subpixel. Es wird jeweils zumindest ein Subpixel (bei sechs Subpixeln auch zwei Subpixel) von der Barriere verdeckt. Somit ergibt sich eine Halbierung oder ein Drittelung der Bildhelligkeit. Die Breite der virtuellen Maske kann somit bei vier Subpixeln ein und bei sechs Subpixeln ein oder zwei Subpixel betragen. Dabei können die beiden benachbarten, dunkel zu tastenden Pixel am linken oder am rechten Rand des jeweiligen Pixels liegen.

Durch die zusätzliche Dunkeltastung von einzelnen Subpixeln in der virtuellen Maske, die an den Übergängen zwischen den beiden Bildansichten für den Betrachter gleichsam unter der konstruktiven Maske hervorschauen, kann ein Kanalübersprechen vermieden bzw. minimiert werden. Bei einer seitlichen Kopfbewegung des Betrachters wird durch eine elektronische Nachführung der virtuellen Maske ein nahezu kontinuierliches elektronisches Tracking ohne eine weitere Reduzierung der Bildhelligkeit und der Bildauflösung erreicht. Die virtuelle Maske zur Dunkeltastung einzelner Subpixel wird in der Grafikkarte des Systems erzeugt und dem aktuell ausgewählten Multiplexschema überlagert. Dabei werden jedoch nur solche Multiplexschemata ausgewählt, die keine redundanten Subpixel enthalten. Dies dient der Sicherstellung der Bilddarstellung bei einer Halbierung (Drittelung) der Bildauflösung. Werden sich überlagernde Multiplexschemata verwendet werden, könnte es zu einer Ausblendung wesentlicher Bildinhalte kommen. Nicht redundant zueinander sind gemäß Hauptanmeldung bei einer Kanalbreite von vier Subpixeln die Multiplexschemata I und III oder II und IV und bei einer Kanalbreite von sechs Subpixeln die Multiplexschemata I und IV, II und V sowie III und VI. Eine entsprechende Treibersoftware des verwendeten Trackingsystems wählt das erforderliche Multiplexschema in Abhängigkeit von der jeweiligen Pupillenposition des Betrachters unter Berücksichtigung der als bekannt vorausgesetzten optischen und geometrischen Parameter des Matrixbildschirms und des Barriererasters aus. Durch die Auswahl von nur jeweils zwei Multiplexschemata aus zwei oder drei möglichen müssen auch nur diese in die Grafikkarte implementiert werden. Dadurch verringern sich sowohl der benötigte Speicherplatz und auch die benötigten Bilderzeugungsoperationen entsprechend, was sich vorteilhaft im Komponentenpreis und in der Bildgenerierung auswirkt.

Durch die genannte Auswahl der Multiplexschemata wird ein weitgehend versatzfreies Nachführen der Bildinhalte bei seitlichen Kopfbewegungen des Betrachters ermöglicht. Zusammen mit der guten Kanaltrennung durch die dunkel getasteten Subpixel und den Vorteilen des Verfahrens nach der Hauptanmeldung DE 10 2004 059 729 ergibt sich somit für den Betrachter ein sehr komfortables Betrachtungsverfahren mit einer großen seitlichen Kopfbewegungsfreiheit.

Das mit der vorliegenden Zusatzanmeldung beanspruchte Verfahren zur autosteroskopischen Erzeugung von dreidimensionalen Bildinformationen aus gerasterten Subpixelauszügen mit Dunkeltastung von einzelnen Subpixeln. wird zu dessen weiterem Verständnis nachfolgend anhand der schematischen Figur näher erläutert. Dabei zeigt die Figur in einem Bildausschnitt einen Subpixelauszug für einen Einblickswinkel mit dem rechten Betrachterauge bei einer Barrierenperiode von ungefähr vier Subpixeln. In der Figur und der nachfolgenden Figurenbeschreibung nicht erwähnte oder beschriebene Komponenten sind der Hauptanmeldung DE 10 2004 059 729 zu entnehmen.
In der Figur ist als Ausführungsbeispiel für das MTV (Multiplex-Track-Verfahren) schematisch ein Ausschnitt aus einem mit einem gerasterten Subpixelauszug SPA belegten Matrixbildschirm MB zur autostereoskopischen Informationswiedergabe dargestellt. Auf dem Matrixbildschirm MB (LCD, Plasma-Display) werden gerastert gleichzeitig eine linke (L) und eine rechte (R) Bildansicht (Stereoansicht, Stereohalbbild) wiedergegeben, gemeint sind die Ansichten für das linke bzw. rechte Auge eines Betrachters. Der Matrixbildschirm MB weist vertikale Farbstreifen aus blauen Subpixeln SP (in der Figur nach rechts ansteigend schraffiert dargestellt), grünen Subpixeln SP (in der Figur waagerecht schraffiert dargestellt) und roten Subpixeln SP (in der Figur nach rechts abfallend schraffiert gezeigt) auf. Die Subpixel SP sind in horizontalen Bildzeilen BZ angeordnet. Ein Pixel P einer Bildinformation setzt sich zusammen aus einem blauen, einem grünen und einem roten Subpixel SP. Der Farbwert des Pixels P ergibt sich aus der Überlagerung der Intensitäten der drei Subpixel SP (die Farbmischung findet im Auge des Betrachters statt). Bei dem schräg zur Matrix des Matrixbildschirms MB verlaufenden Trennraster TR gehören entsprechend farbige Subpixel SP entlang der Schrägstellung zu einem Pixel P. Die Zuordnung der Subpixel SP aus beiden Bildansichten L, R in die gerasterte Bildansicht auf dem Matrixbildschirm MB wird durch ein Multiplexschema MUX_i beschrieben.
Ein dem Matrixbildschirm MB vorgesetztes Trennraster TR ist unter einem Winkel α zur vertikalen Achse des Matrixbildschirms MB gedreht angebracht (Slanted-Raster-Prinzip). Der Winkel berechnet sich zu α = arctg b/a, wobei b die schmale Seite und a die breite Seite eines Subpixels SP bezeichnet. Damit entspricht der (negative) Anstieg des Trennrasters TR dem kleinen Seitenverhältnis der Subpixel SP. Bei einem Verhältnis von b:a = 1:3 ergibt sich ein Winkel α von 18,43° für die Schrägstellung des Trennrasters TR. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Trennraster TR als Barriereraster BR ausgebildet und in der Figur in der Ausführungsform eines Streifenrasters SR gezeigt. Die Trennelemente TE werden von entsprechend ausgebildeten Barrieren BA gebildet. Dabei ist die Barrierenbreite BB (Pitch) im gewählten Ausführungsbeispiel mit einer Subpixelperiode von vier Subpixeln SP so gewählt, dass eine Barriere BA in horizontaler Richtung die Breite von etwa drei Subpixeln SP aufweist. Im jeweiligen Spalt zwischen den einzelnen Barrieren BA ist dann ein Subpixel SP sichtbar. Eine Überdeckung einer Barriere BA von vier oder fünf Subpixeln SP ist ebenfalls möglich, die Barrierenbreite BB ist dann entsprechend größer, der Anstieg des Trennrasters TR ändert sich nicht.
Zur optischen Adressierung der beiden Augen eines Betrachters wird ein Trackingverfahren verwendet. Bei Kopfbewegungen des Betrachters erfolgt eine Nachführung der Betrachtungszonen für das linke und rechte Auge durch eine entsprechende Auswahl oder Anpassung des Multiplexschemas MUX_i (elektronisches Tracking). Nähere Einzelheiten zu der Belegung der Subpixel nach den einzelnen Multiplexschemata MUX_i ist der Hauptanmeldung DE 10 2004 059 729 zu entnehmen. Dabei ist für die mit der vorliegenden Zusatzanmeldung beanspruchte Ausführungsform zu beachten, dass nur solche Multiplexschemata MUX_i verwendet werden können, die keine redundanten Subpixel SP umfassen. Somit kann gleichsam jedes zweite Multiplexschema MUX_i bei vier Subpixel SP pro Pixel P und jedes dritte Multiplexschema MUX_i bei sechs Subpixeln SP pro Pixel P verwendet werden, da zwischen zwei aufeinander folgenden Multiplexschemata MUX_i immer nur eine Verschiebung von einem Subpixel SP erfolgt.
Zusätzlich werden einzelne Subpixel SP dunkel getastet, um das Kanalübersprechen zwischen den beiden Bildkanälen zu minimieren. In der Figur sind die dunkel getasteten Subpixel SP weiß umrandet. Zu erkennen ist, dass die dunkel getasteten Subpixel SP einen zeilenweisen Versatz von einem Subpixel SP aufweisen und somit der Anstiegsrichtung des Streifenrasters SR folgen. Gut ist außerdem zu erkennen, dass der von dem Barrierenraster BR gebildeten konstruktiven Maske eine virtuelle Maske in Form der dunkel getasteten Subpixel SP überlagert wird. Durch das Zusammenwirken dieser beiden Masken kann das Übersprechen zwischen den beiden Bildkanälen verringert werden. Durch die elektronische Nachführbarkeit der virtuellen Maske an die aktuelle Betrachterposition wird zusätzlich eine Vergleichmäßigung des elektronischen Trackings erreicht.

α: Winkel von TR zur vertikalen Achse
a: breite Seite eines Subpixels SP
b: schmale Seite eines Subpixels SP
BA: Barriere
BB: Barrierenbreite
BR: Barriereraster
BZ: Bildzeile
L: linke Bildansicht
MB: Matrixbildschirm
MTV: Multiplex-Track-Verfahren
MUX_i: Multiplexschema
P: Pixel
R: rechte Bildansicht
SP: Subpixel
SPA: Subpixelauszug
SR: Streifenraster
TR: Trennraster

Claims

Verfahren zur autosteroskopischen Erzeugung von dreidimensionalen Bildinformationen aus gerasterten Subpixelauszügen aus zumindest einer rechten und einer linken Bildansicht auf einem farbzugeordnete Subpixel in Bildzeilen aufweisenden Matrixbildschirm mit einem optischen Trennraster, bei dem die Periodizität der Trennelemente in horizontaler Richtung a) vier oder b) sechs Subpixeln entspricht und die Trennelemente mit einem dem kleinen Seitenverhältnis der Subpixel entsprechenden Anstieg schräg zur Matrix des Bildschirms verlaufen, mit einer • Ablage der Adressen der Subpixel der rechten Bildansicht in einem rechten Speicher und der Adressen der Subpixel der linken Bildansicht in einem linken Speicher und einer • Bestimmung der aktuellen Augenposition zumindest eines Betrachters, nach einem der Verfahrensansprüche gemäß Hauptanmeldung DE 10 2004 059 729 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verwendung eines schrägen Barriererasters (BR) als optischem Trennraster (TR) in Abhängigkeit von der aktuell erfassten Betrachterposition im aktuell gebildeten Subpixelauszug (SPA) in der fortschreitend bildzeilenweise alternierenden Anordnung von a) zwei oder b) drei benachbarten Subpixeln (SP) aus dem rechten Speicher (R-Buffer) für die rechte Bildansicht unmittelbar neben a) zwei oder b) drei benachbarten Subpixeln (SP) aus dem linken Speicher (L-Buffer) für die linke Bildansicht in jeder Bildansicht a) ein oder b) ein oder zwei benachbarte Subpixel (SP) mit einem bildzeilenweisen Versatz von einem Subpixel (SP) in Anstiegsrichtung (a) des Barriererasters (BR) dunkel getastet werden, wobei nur solche Multiplexschemata (MUX_i) zur Bildung des aktuellen Subpixelauszugs (SPA) ausgewählt werden, die keine redundanten Subpixel (SP) enthalten.