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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der räumlichen Darstellung,
im speziellen der ohne Hilfsmittel räumlich wahrnehmbaren
Darstellung für gleichzeitig mehrere Betrachter, der sogenannten
autostereoskopischen Visualisierung.
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Seit
geraumer Zeit existieren Ansätze zu dem vorgenannten Fachgebiet.
Ein Pionier auf diesem Gebiet war Frederic Ives, der in der Schrift
GB190418672 A ein
System mit einem „Linienschirm" zur 3D-Darstellung vorstellte.
Weiterhin sind in der Schrift von
Sam H. Kaplan „Theory
of parallax barriers", Journal of SMPTE Vol. 59, No 7, pp 11–21,
July 1952 grundlegende Erkenntnisse zur Verwendung von
Barriereschirmen für die 3D-Darstellung beschrieben.
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Lange
Zeit gelang jedoch keine umfassende Verbreitung von autostereoskopischen
Systemen. Erst in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts konnte auf
Grund der nunmehr zur Verfügung stehenden Rechenleistung
und neuartigen Displaytechnologien eine gewisse Renaissance der
3D-Systeme einsetzen. In den 90er Jahren schnellte die Anzahl von
Patentanmeldungen und Veröffentlichungen zu brillenfreien
3D-Visualisierungen förmlich in die Höhe. Herausragende
Ergebnisse wurden erzielt von den folgenden Erfindern bzw. Anbietern:
In
der
JP 8-331605 AA beschreibt
Dr. Goro Hamagishi (Sanyo) eine Stufenbarriere, bei der ein transparentes Barriereelement
in etwa die Abmaße eines Farbsubpixels (R, G oder B) aufweist.
Mit dieser Technik war es erstmals möglich, den bei den
meisten autostereoskopischen Systemen auf Grund der Darstellung
gleichzeitig mehrerer Ansichten (mindestens zwei, bevorzugt mehr
als zwei Ansichten) auftretenden Auflösungsverlust in der
horizontalen Richtung teilweise auch auf die vertikale Richtung
umzulegen. Nachteilig ist hier wie bei allen Barriereverfahren der
hohe Lichtverlust. Außerdem verändert sich der
Stereokontrast bei seitlicher Bewegung des Betrachters von nahezu
100% auf etwa 50% und dann wieder ansteigend auf 100%, was eine
im Betrachtungsraum schwankende 3D-Bildqualität zur Folge
hat.
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Pierre
Allio gelang mit der Lehre nach den
US 5,808,599 A ,
US 5,936,607 A und
WO 00/10332 A1 eine beachtenswerte
Weiterentwicklung der Lentikulartechnologie, wobei auch er eine
subpixelbasierte Ansichtenaufteilung nutzt.
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Ein
weiteres herausragendes Ergebnis wurde von Cees van Berkel mit der
EP 791 847 A1 zum
Patent angemeldet. Dabei liegen gegenüber der Vertikalen
geneigte Lentikularlinsen über einem Display, das ebenso verschiedene
Perspektivansichten zeigt. Charakteristisch werden hier n Ansichten
auf mindestens zwei Bildschirmzeilen aufgeteilt, so dass wiederum
der Auflösungsverlust von der Horizontalen teilweise auf
die Vertikale umgelegt wird.
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Lentikularlinsen
lassen sich jedoch nur aufwendig herstellen und der Produktionsprozess
für ein darauf basierendes 3D-Display ist nicht trivial.
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Gleich
mehrere Meilensteine für die Autostereoskopie begründete
Jesse Eichenlaub mit den Schriften
US 6,157,424 A und
WO 02/35277 A1 sowie etlichen
weiteren Erfindungen, die jedoch nahezu alle 3D-Systeme für
nur einen Betrachter darstellen und/oder oftmals nicht zu akzeptablen
Kosten herstellbar sind.
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Mit
der
DE 10 003 326
C2 gelang Armin Grasnick et al. eine Weiterentwicklung
der Barrieretechnologie in Bezug auf zweidimensional strukturierte
wellenlängenselektive Filterarrays zur Erzeugung eines
3D-Eindrucks. Nachteilig ist jedoch auch hier die gegenüber
einem 2D-Display stark verminderte Helligkeit derartiger 3D-Systeme.
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Armin
Schwerdtner gelang mit der
WO 2005/027534 A2 ein neuartiger technologischer
Ansatz für eine in allen (in der Regel zwei) Ansichten
vollauflösende 3D-Darstellung. Allerdings ist dieser Ansatz
mit hohem Justageaufwand verbunden und für größere
Bildschirmdiagonalen (ab etwa 25 Zoll) nur extrem schwer implementierbar.
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Schließlich
meldeten Wolfgang Tzschoppe et al. die
WO 2004/077839 A1 an,
welche eine in der Helligkeit verbesserte Barrieretechnologie betrifft.
Basierend auf dem Ansatz einer Stufenbarriere der
JP 08-331605 AA sowie der
DE 10 003 326 C2 wird
hier ein spezielles Tastverhältnis der transparenten zu
den opaken Barrierefilterelementen vorgestellt, welches größer
als 1/n mit n der Anzahl der dargestellten Ansichten ist. Die in
dieser Schrift offenbarten Ausgestaltungen und Lehren erzeugen jedoch
in aller Regel unangenehme Moiré-Effekte und/oder eine
stark eingeschränkte Tiefenwahrnehmung, da der Stereokontrast – verglichen
mit etwa der Lehre der
JP
08-331605 AA – stark herabgesetzt wird.
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In
dieser Schrift soll unter der „sichtbaren (monokularen)
Auflösung bei einem 3D-Display" diejenige Auflösung
verstanden werden, welche pro Betrachterauge im zeitlichen und räumlichen
Mittel beim Betrachten eines 3D-Displays vollfarbig gesehen wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
zur autostereoskopischen Darstellung auf Basis der Barrieretechnologie
zu schaffen, um für mehrere gleichzeitige Betrachter eine
verbesserte Wahrnehmbarkeit zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur räumlichen
Darstellung, bei welchem
- – auf einem
Raster aus Bildelementen x(i, j) Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n und n = 6 oder n = 7 sichtbar gemacht
werden, und
- – dem Raster aus Bildelementen x(i, j) im Abstand s
mindestens ein Parallaxenbarriereschirm vor- oder nachgeordnet ist,
welcher abwechselnd opake und transparente Abschnitte enthält,
wobei die transparenten Abschnitte im Wesentlichen geradlinig begrenzten
Linien entsprechen, die bei Parallelprojektion des Parallaxenbarriereschirms
auf das Raster aus Bildelementen x(i, j) gegenüber der
vertikalen Richtung des Rasters aus Bildelementen x(i, j) um mindestens
21 Grad geneigt sind und ferner in horizontaler Richtung des Rasters
aus Bildelementen x(i, j) jeweils mindestens die Breite von 1,9
Bildelementen x(i, j) aufweisen,
- – so dass ein oder mehrere Betrachter auf Grund der
Sichtbeschränkungswirkung durch den mindestens einen Parallaxenbarriereschirm
jeweils mit beiden Augen im Wesentlichen unterschiedliche Bildelemente x(i,
j) und/oder Teile davon sieht bzw. sehen, wodurch beide Augen jeweils
im Wesentlichen unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen und damit
ein räumlicher Seheindruck entsteht.
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Für
alle folgenden Ausgestaltungen wird von genau einem Parallaxenbarrierenschirm
ausgegangen, obwohl für bestimmte Anwendungsfälle
auch mehrere solcher Parallaxenbarrierenschirme von Vorteil sein können.
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Der
Index i adressiert die Zeilen und der Index j die Spalten auf dem
Raster aus Bildelementen x(i, j).
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Die
Anzahl von 6 oder 7 Ansichten erlaubt zum einen eine effiziente
3D-Inhalteerzeugung und erzeugt andererseits einen guten 3D-Eindruck.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Neigungswinkels
der transparenten Abschnitte des Parallaxenbarriereschirms von mindestens
21 Grad werden die unangenehmen Moiré-Effekte weitestgehend verhindert.
Darüber hinaus sorgt die erfindungsgemäße
Breite der mit geradlinig begrenzten Linien ausgebildeten transparenten
Abschnitte für eine sehr gute Helligkeit und gleichzeitig
sehr gute (monokulare) Auflösung des wahrgenommenen 3D-Bildes.
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Die
Parameter für den Parallaxenbarriereschirm können
unter Zuhilfenahme der beiden aus dem eingangs genannten Kaplan-Artikel
bekannten Gleichungen (1) und (2) einfach berechnet werden. Damit
ergeben sich alle notwendigen Relationen zwischen dem Abstand s
zwischen dem Raster aus Bildelementen x(i, j) und dem Parallaxenbarriereschirm,
dem zu 65 mm gesetzten durchschnittlichen Augenabstand beim Menschen, dem
Betrachtungsabstand, der (horizontalen) Periodenlänge der
transparenten Abschnitte der Barriere sowie die Streifenbreite besagter
transparenter Abschnitte.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Anordnung
der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster
aus Bildelementen x(i, j) vorteilhaft in einem zweidimensionalen
periodischen Muster, wobei die Periodenlänge in der horizontalen
und der vertikalen Richtung bevorzugt nicht mehr als jeweils 32
Bildelemente x(i, j) umfasst. Ausnahmen von dieser Obergrenze von
jeweils 32 Bildelementen x(i, j) sind zulässig.
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Bevorzugt
ist die vertikale Periodenlänge gleich der Anzahl n der
dargestellten Ansichten. Fernerhin entsprechen die Bildelemente
x(i, j) jeweils einzelnen Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern
von Farbsubpixeln (z. B. RG, GB oder RGBR oder sonstige) oder Vollfarbpixeln,
wobei mit Vollfarbpixeln sowohl weißmischende Gebilde aus
RGB-Farbsubpixeln, also RGB-Tripletts, als auch – je nach
Bilderzeugungstechnologie – tatsächliche Vollfarbpixel – wie
etwa bei Projektionsbildschirmen häufig verbreitet – gemeint
sind.
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Regelhaft
sollte der Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale
Periodenlänge des besagten zweidimensionalen periodischen
Musters als Gegen- und Ankathete aufspannt, im Wesentlichen dem
Neigungswinkel der transparenten Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm
gegenüber der Vertikalen entsprechen. Damit wird die beste
Kanaltrennung bei der 3D-Darstellung erreicht.
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Weiterhin
sollte die besagte horizontale und vertikale Periodenlänge
des besagten zweidimensionalen periodischen Musters bis auf einen
Korrekturfaktor y, wobei 0,98 < y < 1,02 gilt, mit
den jeweiligen horizontalen und vertikalen Periodenlängen
der transparenten Abschnitte des Parallaxenbarriereschirms übereinstimmen.
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Wie
bei verschiedenen anderen 3D-Wiedergabeverfahren auch, entsprechen
die Ansichten A(k) jeweils verschiedenen Perspektiven einer Szene
oder eines Gegenstandes.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird fernerhin gelöst von einer das
erfindungsgemäße Verfahren umsetzenden Anordnung
zur räumlichen Darstellung, umfassend
- – ein
Bildwiedergabegerät mit Bildelementen x(i, j) in einem
Raster (i, j), auf welchem Bildteilinformationen verschiedener Ansichten
A(k) mit k = 1, ..., n und n = 6 oder n = 7 sichtbar gemacht werden
können,
- – mindestens ein dem Bildwiedergabegerät mit
Bildelementen x(i, j) im Abstand s vor- oder nachgeordneter Parallaxenbarriereschirm,
welcher abwechselnd opake und transparente Abschnitte enthält,
wobei die transparenten Abschnitte im Wesentlichen geradlinig begrenzten
Linien entsprechen, die bei Parallelprojektion des Parallaxenbarriereschirms
auf das Raster (i, j) mit den Bildelementen x(i, j) gegenüber
der vertikalen Richtung des Rasters (i, j) aus Bildelementen x(i,
j) um mindestens 21 Grad geneigt sind und ferner in horizontaler
Richtung des Rasters mit den Bildelementen x(i, j) jeweils mindestens
die Breite von 1,9 Bildelementen x(i, j) aufweisen,
- – so dass ein oder mehrere Betrachter auf Grund der
Sichtbeschränkungen durch den mindestens einen Parallaxenbarriereschirm
jeweils mit beiden Augen im Wesentlichen unterschiedliche Bildelemente
x(i, j) und/oder Teile davon sieht bzw. sehen, wodurch beide Augen
jeweils im Wesentlichen unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen
und damit ein räumlicher Seheindruck entsteht.
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Auch
hier wird im Folgenden von zunächst lediglich einem Parallaxenbarriereschirm
ausgegangen.
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Die
Zuordnung der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k)
zu den Bildelementen x(i, j) erfolgt in einem zweidimensionalen
periodischen Muster, wobei die Periodenlänge in der horizontalen
und der vertikalen Richtung bevorzugt nicht mehr als jeweils 32
Bildelemente x(i, j) umfaßt.
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Bevorzugt
ist die vertikale Periodenlänge gleich der Anzahl n der
dargestellten Ansichten.
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Fernerhin
entsprechen die Bildelemente x(i, j) jeweils einzelnen Farbsubpixeln
(R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z. B. RG, GB oder
RGBR oder sonstige) oder Vollfarbpixeln, wobei mit Vollfarbpixeln
sowohl weißmischende Gebilde aus RGB-Farbsubpixeln, also
RGB-Tripletts, als auch – je nach Bilderzeugungstechnologie – tatsächliche
Vollfarbpixel – wie etwa bei Projektionsbildschirmen häufig
verbreitet – gemeint sind.
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Der
Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale Periodenlänge
des besagten zweidimensionalen periodischen Musters als Gegen- und
Ankathete aufspannt, entspricht im Wesentlichen dem Neigungswinkel
der transparenten Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm gegenüber
der Vertikalen.
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Weiterhin
sollte die besagte horizontale und vertikale Periodenlänge
des besagten zweidimensionalen periodischen Musters bis auf einen
Korrekturfaktor y, wobei 0,98 < y < 1,02 gilt, mit
den jeweiligen horizontalen und vertikalen Periodenlängen
der transparenten Abschnitte des Parallaxenbarriereschirms übereinstimmen.
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Das
Bildwiedergabegerät kann bevorzugt ein Farb-LCD-Bildschirm,
ein Plasma-Display, ein Projektionsschirm, ein LED-basierter Bildschirm,
ein SED-Bildschirm oder ein VFD-Bildschirm sein.
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Bevorzugt
sind 6 Ansichten mit einer horizontale Periodenlänge von
8 Bildelementen x(i, j) vorgesehen.
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Um
zu praktisch gut herstellbaren Anordnungen zu gelangen, besteht
der Parallaxenbarriereschirm bevorzugt aus einem Glassubstrat, auf
welches an der Rückseite die Barrierestruktur aufgebracht
ist. Andere Ausgestaltungen sind möglich, wie etwa Substrate,
die nicht aus Glas bestehen (z. B. aus Kunststoff).
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Vorzugsweise
ist nun die Barrierestruktur ein belichteter und entwickelter fotografischer
Film, der rückseitig auf das Glassubstrat auflaminiert
ist, wobei bevorzugt die Emulsionsschicht des fotografisches Films nicht
zum Glassubstrat zeigt. Demgegenüber ist es auch möglich,
daß die opaken Bereiche der Barrierestruktur durch auf
das Glassubstrat aufgedruckte Farbe gebildet werden.
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Fernerhin
enthält der Parallaxenbarriereschirm vorteilhaft Mittel
zur Verminderung von Störlichtreflexen, bevorzugt mindestens
eine interferenzoptische Entspiegelungsschicht. Es können
aber auch übliche Antiglare-Mattierungen zum Einsatz kommen.
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Der
Parallaxenbarriereschirm ist mittels eines Abstandshalters dauerhaft
an dem Bildwiedergabegerät angebracht, beispielsweise angeklebt
oder angeschraubt.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau zur Umsetzung des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
-
2 einen
Parallaxenbarriereschirm zur Verwendung im erfindungsgemäßen
Verfahren,
-
3 eine
beispielhafte Bildkombination der Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten
-
4 Sichtbeispiele
für ein erstes Betrachterauge bei Zugrundelegung der Verhältnisse
der 1 bis 3,
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5 Sichtbeispiele
für ein zweites Betrachterauge bei Zugrundelegung der Verhältnisse
der 1 bis 3, sowie
-
6 ein
Schema zur Bemaßung des Parallaxenbarriereschirmes.
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Sämtliche
Zeichnungen sind nicht maßstäblich. Dies betrifft
insbesondere auch Winkelmaße.
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Zunächst
zeigt also 1 den schematischen Aufbau zur
Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Darin
enthalten sind ein Raster 1 aus Bildelementen x(i, j),
auf welchem Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit
k = 1, ..., n und n = 6 oder n = 7 sichtbar gemacht werden, und
ein dem Raster 1 aus Bildelementen x(i, j) im Abstand s
in Betrachtungsrichtung eines Betrachters 3 vorgeordneter
Parallaxenbarriereschirm 2. Selbstredend können
es auch mehrere Betrachter 3 sein, die auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens
einen räumlichen Eindruck gewinnen.
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Weiterhin
zeigt 2 den Ausschnitt eines Parallaxenbarriereschirms 2 zur
Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren. Dieser
Parallaxenbarriereschirm 2 enthält abwechselnd
opake und transparente Abschnitte, wobei die transparenten Abschnitte
erfindungsgemäß im Wesentlichen geradlinig begrenzten
Linien entsprechen, die bei Parallelprojektion des Parallaxenbarriereschirms 2 auf
das Raster 1 aus Bildelementen x(i, j) gegenüber
der vertikalen Richtung des Rasters 1 aus Bildelementen
x(i, j) um mindestens 21 Grad geneigt sind und ferner in horizontaler
Richtung des Rasters 1 aus Bildelementen x(i, j) jeweils
mindestens die Breite von 1,9 Bildelementen x(i, j) aufweisen. Der
besagte Neigungswinkel von mindestens 21 Grad ist hier als Winkel
a eingezeichnet; wegen der Unmaßstäblichkeit der
Zeichnung erscheint er sogar deutlich größer als
21 Grad. Die besagte geforderte Breite der transparenten Abschnitte
ist deutlich den 3 und 4 augenscheinlich
zu entnehmen.
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Für
den Fachmann selbstredend bekannt werden die Parameter für
den Parallaxenbarriereschirm 2 gemäß beiden
aus dem eingangs genannten Kaplan-Artikel bekannten Gleichungen
(1) und (2) berechnet; Beispielparameter folgen weiter unten. Eingangsparameter
sind dabei insbesondere auch die Höhe und die Breite der
Bildelemente x(i, j).
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Des
Weiteren gibt 3 eine beispielhafte Bildkombination
der Bildteilinformationen von sechs verschiedenen Ansichten A(k)
mit k = 1, ..., 6 wieder. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren erfolgt die Anordnung der Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten A(k) auf dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,
j) vorteilhaft in einem streng zweidimensionalen periodischen Muster.
Im Beispiel gemäß 3 umfasst
die horizontale Periodenlänge 8 und die vertikale Periodenlänge
sechs Bildelemente x(i, j), als gestrichelter Rahmen gekennzeichnet.
Dabei rührt die Bildteilinformation für jedes
Bildelement x(i, j) jeweils von der Position (i, j) aus der entsprechenden
Ansicht A(k) her.
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In
dem hier vorgestellten Ausgestaltungsbeispiel entspricht die vertikale
Periodenlänge also vorteilhaft der Anzahl n = 6 der dargestellten
Ansichten.
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Fernerhin
entsprechen die Bildelemente x(i, j) jeweils einzelnen Farbsubpixeln
(R, G oder B).
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Die 4 und 5 zeigen
Sichtbeispiele für ein erstes bzw. ein zweites Betrachterauge
bei Zugrundelegung der Verhältnisse der 1 bis 3.
Dabei ist der Parallaxebarrierenschirm 2 im Abstand s in
Betrachtungsrichtung vor dem Raster 1 aus Bildelementen
x(i, j) angeordnet.
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Auf
Grund der Sichtbeschränkungswirkung des Parallaxenbarriereschirms 2 sieht
bzw. sehen ein oder mehrere Betrachter 3 jeweils mit beiden
Augen im Wesentlichen unterschiedliche Bildelemente x(i, j) und/oder Teile
davon, wodurch beide Augen jeweils im Wesentlichen unterschiedliche
Ansichten A(k) wahrnehmen und damit ein räumlicher Seheindruck
entsteht, wie es in den 4 und 5 dargestellt
ist. Dabei können bis zu einem gewissen Grade die beiden
Augen ein- und desselben Betrachters 3 sogar Bildteilinformationen
derselben Ansicht A(k) sehen, ohne dass der räumliche Eindruck
zerstört wird.
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Der
Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale Periodenlänge
des besagten zweidimensionalen periodischen Musters als Gegen- und
Ankathete aufspannt, entspricht im Wesentlichen dem Neigungswinkel
a (siehe 2) der transparenten Abschnitte
auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 gegenüber der
Vertikalen. In 3 könnte die Gegenkathete
zum Beispiel über die untere horizontale gestrichelte Linie
und die Ankathete über die rechte vertikale gestrichelte
Linie definiert werden.
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Damit
wird in der Regel die beste Kanaltrennung bei der 3D-Darstellung
erreicht.
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Wie
bei verschiedenen anderen 3D-Wiedergabeverfahren auch, entsprechen
die Ansichten A(k) jeweils verschiedenen Perspektiven einer Szene
oder eines Gegenstandes.
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Zur
weiteren Illustration einer beispielhaften erfindungsgemäßen
Anordnung, welche das erfindungsgemäße Verfahren
umsetzt, dienen wiederum die Zeichnungen 1 bis 6.
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Zunächst
zeigt also 1 den schematischen Aufbau zur
Umsetzung der Anordnung.
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Darin
enthalten sind
- – ein eine Bilddiagonale
von etwa 40'' messender LCD-Bildschirm vom Typ NEC LCD4010 als Bildwiedergabegerät,
ausgestattet mit Farbsubpixeln R, G, B als Bildelemente x(i, j)
in einem Raster 1 mit einer Auflösung von Zeilen
i = 1, ..., 768 und Spalten j = 1, ..., 1360·3 = 4080,
wobei auf den Bildelementen x(i, j) Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n und n = 6 sichtbar gemacht werden
können sowie
- – ein dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,
j) im Abstand s in Betrachtungsrichtung eines Betrachters 3 vorgeordneter
Parallaxenbarriereschirm 2.
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Selbstredend
können es auch mehrere Betrachter 3 sein, die
auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung einen
räumlichen Eindruck gewinnen.
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Weiterhin
zeigt 2 den Ausschnitt eines Parallaxenbarriereschirms 2 zur
Verwendung in einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Dieser Parallaxenbarriereschirm 2 enthält abwechselnd
opake und transparente Abschnitte, wobei die transparenten Abschnitte
erfindungsgemäß im Wesentlichen geradlinig begrenzten
Linien entsprechen, die bei Parallelprojektion des Parallaxenbarriereschirms 2 auf
das Raster 1 aus Bildelementen x(i, j) gegenüber
der vertikalen Richtung des Rasters 1 aus Bildelementen
x(i, j) um mindestens 21 Grad geneigt sind und ferner in horizontaler
Richtung des Rasters 1 aus Bildelementen x(i, j) jeweils
mindestens die Breite von 1,9 Bildelementen x(i, j) aufweisen. Der
besagte Neigungswinkel von mindestens 21 Grad ist hier als Winkel
a eingezeichnet; wegen der Unmaßstäblichkeit der
Zeichnung erscheint er sogar deutlich größer als
21 Grad (und ist in praxi oft tatsächlich größer
als 21 Grad). Die besagte geforderte Breite der transparenten Abschnitte
wird noch in den 3 und 4 augenscheinlich.
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Für
den Fachmann selbstredend bekannt werden die Parameter für
den Parallaxenbarriereschirm 2 gemäß beiden
aus dem eingangs genannten Kaplan-Artikel bekannten Gleichungen
(1) und (2) berechnet; Beispielparameter folgen weiter unten. Eingangsparameter
sind dabei insbesondere auch die Höhe und die Breite der
Bildelemente x(i, j).
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Die
Bildelemente x(i, j) entsprechen jeweils einzelnen Farbsubpixeln
(R, G oder B).
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Des
Weiteren gibt 3 eine beispielhafte Bildkombination
der Bildteilinformationen von sechs verschiedenen Ansichten A(k)
mit k = 1, ..., 6 wieder. Bei der erfindungsgemäßen
Anordnung erfolgt die Zuordnung der Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten A(k) auf dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,
j) vorteilhaft in einem streng zweidimensionalen periodischen Muster.
Im Beispiel der 3 umfasst die horizontale Periodenlänge
8 und die vertikale Periodenlänge 6 Bildelemente x(i, j),
als 6 Farbsubpixel R, G, B, wie in der Zeichnung durch die Strichlinien
angedeutet. Dabei rührt die Bildteilinformation für
jedes Bildelement x(i, j) jeweils von der Position (i, j) aus der
entsprechenden Ansicht A(k) her.
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In
dem hier vorgestellten Ausgestaltungsbeispiel entspricht die vertikale
Periodenlänge also vorteilhaft der Anzahl n = 6 der dargestellten
Ansichten.
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Die 4 und 5 zeigen
Sichtbeispiele für ein erstes bzw. ein zweites Betrachterauge
bei Zugrundelegung der Verhältnisse der 1 bis 3.
Dabei ist der Parallaxenbarrierenschirm 2 im Abstand s
in Betrachtungsrichtung vor dem Raster 1 aus Bildelementen
x(i, j), d. h. genauer gesagt vor der Bildfläche des LCD-Bildschirms 1,
angeordnet.
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Auf
Grund der Sichtbeschränkungswirkung des Parallaxenbarriereschirms 2 sieht
bzw. sehen ein oder mehrere Betrachter 3 jeweils mit beiden
Augen im Wesentlichen unterschiedliche Bildelemente x(i, j) und/oder Teile
davon, wodurch beide Augen jeweils im wesentlichen unterschiedliche
Ansichten A(k) wahrnehmen und damit ein räumlicher Seheindruck
entsteht, wie es in den 4 und 5 dargestellt
ist. Dabei können bis zu einem gewissen Grade die beiden
Augen ein- und desselben Betrachters 3 sogar Bildteilinformationen
derselben Ansicht A(k) sehen, ohne dass der räumliche Eindruck
zerstört wird.
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Der
Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale Periodenlänge
des besagten zweidimensionalen periodischen Musters als Gegen- und
Ankathete aufspannt, entspricht im Wesentlichen dem Neigungswinkel
a (siehe 2) der transparenten Abschnitte
auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 gegenüber der
Vertikalen. In 3 würde die Gegenkathete
zum Beispiel über die untere horizontale gestrichelte Linie
und die Ankathete über die rechte vertikale gestrichelte
Linie definiert werden.
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Damit
wird in der Regel die beste Kanaltrennung bei der 3D-Darstellung
erreicht.
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Wie
bei verschiedenen anderen 3D-Wiedergabeverfahren auch entsprechen
die Ansichten A(k) jeweils verschiedenen Perspektiven einer Szene
oder eines Gegenstandes.
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Um
zu praktisch gut herstellbaren Anordnungen zu gelangen, besteht
der Parallaxenbarriereschirm 2 bevorzugt aus einem Glassubstrat,
auf welches an der Rückseite die eigentliche Barrierestruktur
aufgebracht ist. Andere Ausgestaltungen sind möglich, wie
etwa Substrate, die nicht aus Glas bestehen (z. B. aus Kunststoff).
Vorzugsweise ist nun die Barrierestruktur ein belichteter und entwickelter
fotografischer Film, der rückseitig auf das Glassubstrat
auflaminiert ist, wobei bevorzugt die Emulsionsschicht des fotografisches
Films nicht zum Glassubstrat zeigt.
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Fernerhin
enthält der Parallaxenbarriereschirm 2 vorteilhaft
Mittel zur Verminderung von Störlichtreflexen, bevorzugt
mindestens eine interferenzoptische Entspiegelungsschicht. Es können
aber auch übliche Antiglare-Mattierungen zum Einsatz kommen.
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Der
Parallaxenbarriereschirm 2 ist mittels eines Abstandshalters
zur Wahrung des weiter oben definierten Abstandes s dauerhaft an
dem Bildwiedergabegerät 1 angebracht, beispielsweise
angeklebt oder angeschraubt.
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Für
die beschriebene beispielhafte Anordnung auf Basis eines 40''-LCD-Bildschirms
sind folgende weitere Parameter vorteilhaft:
Die Farbsubpixel
(R, G, B) entsprechen bekanntlich in dem Beispiel den Bildwiedergabeelementen
x(i, j), wobei deren Höhe der jeweils etwa 0,648 mm und
die Breite etwa 0,216 mm beträgt.
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Gemäß der
Bemaßung in 6 stehen die transparenten Abschnitte
des Parallaxenbarriereschirms 2 gegenüber der
Vertikalen unter einem Neigungswinkel a = 23,96248897°.
Die Breite e der besagten Abschnitte in horizontaler Richtung des
Rasters 1 mit den Bildelementen x(i, j) beträgt
0,4305692 mm und ihre Höhe l beträgt 0,968781
mm. Die horizontale Periode ze beträgt 1,7222768 mm und
die vertikale Periode zl der transparenten Abschnitte beträgt
3,875124 mm.
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In
einer weiteren Ausführung kommt an Stelle des 40''-LCD-Bildschirms
ein 32''-LCD-Bildschirm vom Typ NEC LCD3210 als Bildwiedergabegerät
zur Anwendung.
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Auch
hier werden die Farbsubpixel (R, G, B) als Bildwiedergabeelemente
x(i, j) eingesetzt. Dabei ist ebenfalls eine Auflösung
von Zeilen i = 1, ..., 768 und Spalten j = 1, ..., 1360·3
= 4080 vorgesehen, wobei die Höhe der Bildwiedergabeelemente
x(i, j) etwa 0,511 mm und die Breite etwa 0,17033 mm beträgt,
die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) gemäß 3 angeordnet
sind, der Neigungswinkel a der transparenten Abschnitte des Parallaxenbarriereschirms 2 gegenüber
der Vertikalen 23,96248897° ist und die Breite e der besagten
Abschnitte in horizontaler Richtung des Rasters 1 mit den
Bildelementen x(i, j) jeweils 0,339776 mm und ihre Höhe
l 0,764496 mm beträgt.
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Die
horizontale Periode ze beträgt 1,359104 mm und die vertikale
Periode zl der transparenten Abschnitte beträgt 3,057984
mm (vergleiche 6).
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Zu
bemerken ist noch, dass die LCD Bildschirme NEC LCD3210 und NEC
4010 zwar nativ über 1366·3 Bildelemente in der
Horizontalen verfügen, für die pixelgenaue Ansteuerung
jedoch in der Regel nur 1360·3 = 4080 horizontale Bildelemente,
d. h. Farbsubpixel R, G, B verwendet werden können.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel kommt ein 17''-LCD-Bildschirm
vom Typ BenQ FP72E als Bildwiedergabegerät zur Anwendung.
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Auch
hier werden die Farbsubpixel (R, G, B) als Bildwiedergabeelemente
x(i, j) eingesetzt. Dabei ist ebenfalls eine Auflösung
von Zeilen i = 1, ..., 1024 und Spalten j = 1, ..., 1280·3
= 3840 vorgesehen, wobei die Höhe der Bildwiedergabeelemente
x(i, j) etwa 0,264 mm und die Breite etwa 0,088 mm beträgt,
die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) gemäß 3 angeordnet
sind, der Neigungswinkel a der transparenten Abschnitte des Parallaxenbarriereschirms 2 gegenüber
der Vertikalen 23,96248897° ist und die Breite e der besagten
Abschnitte in horizontaler Richtung des Rasters 1 mit den
Bildelementen x(i, j) jeweils 0,175762 mm und ihre Höhe
l 0,3954645 mm beträgt.
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Die
horizontale Periode ze beträgt 0,703048 mm und die vertikale
Periode zl der transparenten Abschnitte beträgt 1,581858
mm (vergleiche 6).
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Die
Vorteile der Erfindung sind vielseitig. Insbesondere erlauben das
erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechenden
Anordnungen eine autostereoskopische Darstellung auf Basis der Barrieretechnologie,
wobei für gleichzeitig mehrere Betrachter eine verbesserte
Wahrnehmbarkeit durch eine verbesserte Bildhelligkeit, verminderte
Moiré-Effekte und eine gegenüber dem Stand der
Technik erhöhte sichtbare (monokulare) Auflösung
erzielt werden, was gewünscht war. Gleichzeitig kann mit
der Erfindung auch eine verhältnismäßig
große Bewegungsfreiheit beim 3D-Sehen für den
bzw. die Betrachter erzielt werden. Die Erfindung kann mit verhältnismäßig
einfachen Mitteln realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - GB 190418672
A [0002]
- - JP 8-331605 A [0003]
- - US 5808599 A [0004]
- - US 5936607 A [0004]
- - WO 00/10332 A1 [0004]
- - EP 791847 A1 [0005]
- - US 6157424 A [0007]
- - WO 02/35277 A1 [0007]
- - DE 10003326 C2 [0008, 0010]
- - WO 2005/027534 A2 [0009]
- - WO 2004/077839 A1 [0010]
- - JP 08-331605 A [0010, 0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Sam H. Kaplan „Theory
of parallax barriers", Journal of SMPTE Vol. 59, No 7, pp 11–21,
July 1952 [0002]