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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 so
genannten 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 in die Höhe. Herausragende Ergebnisse
wurden erzielt von den folgenden Erfindern bzw. Anbietern:
In
der
JP 8-331605 AA beschreiben
Masutani Takeshi et al. (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 gleichzeitigen
Darstellung 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 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, 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
lediglich 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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Weiterhin
ist bei den 3D-Systemen im Stand der Technik nachteilig, dass eine
Kachelung von Systemen zur Erstellung einer größeren
Bildschirmdiagonale oftmals nicht möglich ist, weil die
Bildschirme technisch bedingte Ränder aufweisen, die dann durch
ihre Sichtbarkeit störend wirken. Derartige Ränder
verhindern eine 3D-Darstellung räumlich vor dem Bildgeber.
Außerdem ist es bei LCDs und Plasma-Displays schwer möglich,
2D-Basisdisplays preiswert zu kacheln, um hernach eine durchgehende
Bildfläche ohne Ränder zu erhalten, die dann mittels
einer entsprechenden Optik für eine 3D-Darstellung umgewandelt
wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
zur autostereoskopischen Darstellung zu schaffen, die eine Vergrößerung
der Bildschirmdiagonale durch Aneinanderreihung (Kachelung) mehrerer
Basisdisplays für eine räumliche Darstellung erlaubt,
ohne in den Fertigungsprozess der Basisdisplays einzugreifen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von
einem Verfahren zur räumlichen Darstellung, bei welchem
- – auf mindestens zwei physisch getrennten
Rastern jeweils aus Bildelementen x(i, j) mit Zeilen (i) und Spalten
(j) Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,
..., n und n > 1 sichtbar
gemacht werden, und
- – den Rastern aus Bildelementen x(i, j) ein Lentikularschirm
vorgeordnet ist, welcher diese Raster mindestens teilweise überdeckt,
- – so dass ein oder mehrere Betrachter auf Grund der
Wirkung des Lentikularschirms jeweils mit beiden Augen zumindest
teilweise unterschiedliche Bildelemente x(i, j) und/oder Teile davon
sieht bzw. sehen, wodurch beide Augen jeweils zumindest teilweise
unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen, wodurch ein räumlicher
Seheindruck entsteht, und wobei
- – mindestens ein Abschnitt des Lentikularschirms, welcher
mindestens einen physischen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten
Rastern überdeckt, Bildelemente solcher zwei benachbarter Raster
derart abbildet, dass von mindestens einer Betrachtungsposition
aus ein Betrachter die vorgenannten Bildelemente solcher zwei Raster
oder Teile dieser Bildelemente sieht und auf Grund dessen nicht
den besagten physischen Zwischenraum zwischen den Rastern wahrnimmt.
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Vorteilhaft
erfolgt dabei die Anordnung der Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten A(k) auf dem Raster aus Bildelementen x(i, j) 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. Abweichungen hiervon sind möglich.
Die vertikale Periodenlänge kann fernerhin gleich der Anzahl
der dargestellten Ansichten n sein.
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Die
Raster können beispielsweise „gekachelt" werden
in 2×1, 2×2, 2×3, 3×2, 3×3,
4×3-Anordnungen. Andere sind selbstverständlich
möglich.
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Bevorzugt
wird die Erfindung derart ausgestaltet, dass zwischen den mindestens
zwei physisch getrennten Rastern und dem Lentikularschirm eine im
Wesentlichen plane Glasplatte platziert ist, die über dem
physischen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Rastern einen
Linsenbereich (vorzugsweise einen Linsenbereich bestehend aus zwei Konvex-Konkavlinsenabschnitten)
aufweist, wobei der besagte Linsenbereich die Bildinformationen
der jeweils am besagten Zwischenraum nächstgelegenen Bildelemente
x(i, j) abbildet.
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Vorteilhaft
entspricht der Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale
Periodenlänge des besagten zweidimensionalen periodischen
Musters als Gegen- und Ankathete aufspannt, im Wesentlichen dem
Neigungswinkel a der Linsen auf dem Lentikularschirm gegenüber
der Vertikalen.
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Je
nach verwendetem Rastern aus Bildelementen entsprechen die Bildelemente
x(i, j) Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z.
B. RG oder GB) oder Vollfarbpixeln.
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Wie
bei anderen Verfahren auch entsprechen die Ansichten A(k) vorteilhaft
jeweils verschiedenen Perspektiven einer Szene/eines Gegenstandes.
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Die
Linsen auf dem Lentikularschirm 2 sind gegenüber
der vertikalen Richtung des Rasters aus Bildelementen x(i, j) um –90
... +90 (einschließlich 0) Grad geneigt.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einer Anordnung
zur räumlichen Darstellung, umfassend
- – mindestens
zwei physisch getrennte Bildwiedergabegeräte mit Bildelementen
x(i, j) in Rastern mit Zeilen i und Spalten j, auf welchen Bildteilinformationen
verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n und n > 1 sichtbar gemacht
werden können,
- – einen den Rastern aus Bildelementen x(i, j) vorgeordneten
Lentikularschirm, welcher diese Raster mindestens teilweise überdeckt,
- – so dass ein oder mehrere Betrachter auf Grund der
Wirkung des Lentikularschirms jeweils mit beiden Augen zumindest
teilweise unterschiedliche Bildelemente x(i, j) und/oder Teile davon
sieht bzw. sehen, wodurch beide Augen jeweils zumindest teilweise
unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen, wodurch ein räumlicher
Seheindruck entsteht, und wobei
- – mindestens ein Abschnitt des Lentikularschirms, welcher
mindestens einen physischen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten
Rastern überdeckt, Bildelemente solcher zwei benachbarter Raster
derart abbildet, dass von mindestens einer Betrachtungsposition
aus ein Betrachter die vorgenannten Bildelemente solcher zwei Raster
oder Teile dieser Bildelemente sieht und auf Grund dessen nicht
den besagten physischen Zwischenraum zwischen den Rastern wahrnimmt.
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Vorteilhaft
erfolgt dabei die Anordnung der Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten A(k) auf dem Raster aus Bildelementen x(i, j) 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. Abweichungen hiervon sind möglich.
Die vertikale Periodenlänge kann fernerhin gleich der Anzahl
der dargestellten Ansichten n sein. Beispielhaft kann die Anzahl
der Ansichten A(k) gleich 5 und die besagte horizontale Periodenlänge 5 Bildelemente
x(i, j) sein.
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Bevorzugt
wird die Erfindung derart ausgestaltet, dass zwischen den mindestens
zwei physisch getrennten Rastern und dem Lentikularschirm eine im
Wesentlichen plane Glasplatte platziert ist, die über dem
physischen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Rastern einen
Linsenbereich (vorzugsweise einen Linsenbereich bestehend aus zwei Konkavlinsenabschnitten)
aufweist, wobei der besagte Linsenbereich die Bildinformationen
der jeweils am besagten Zwischenraum nächstgelegenen Bildelemente
x(i, j) abbildet.
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Vorteilhaft
entspricht der Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale
Periodenlänge des besagten zweidimensionalen periodischen
Musters als Gegen- und Ankathete aufspannt, im Wesentlichen dem
Neigungswinkel a der Linsen auf dem Lentikularschirm 2 gegenüber
der Vertikalen.
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Je
nach verwendeten Rastern aus Bildelementen entsprechen die Bildelemente
x(i, j) Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z.
B. RG oder GB) oder Vollfarbpixeln.
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Bei
den Bildwiedergabegeräten kann es sich um Farb-LCD-Bildschirme,
Plasma-Displays, Projektionsschirme, LED-basierte Bildschirme, SED-Bildschirme
und/oder VFD-Bildschirme handeln.
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Der
Lentikularschirm besteht aus Plastik, Glas oder optisch transparentem
Kunststoff.
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Es
ist auch möglich, dass der Lentikularschirm körperlich
aus mehreren einzelnen Lentikularschirmen besteht, die im wesentlichen
nahtlos aneinander grenzen.
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Der
oder die Lentikularschirm(e) enthalten vorteilhaft Mittel zur Verminderung
von Störlichtreflexen, bevorzugt mindestens eine interferenzoptische Entspiegelungsschicht.
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Die
Linsen auf dem Lentikularschirm sind gegenüber der vertikalen
Richtung des Rasters aus Bildelementen x(i, j) um –90 ...
+90 (einschließlich 0) Grad geneigt. Schließlich
kann der (bzw. die) Lentikularschirm(e) dauerhaft an den Bildwiedergabegeräten
angebracht sein.
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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, sowie
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2 den
schematischen Aufbau einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung.
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In 1 ist
das erfindungsgemäße Verfahren schematisch illustriert.
Bei selbigem werden bzw. wird:
- – auf
mindestens zwei physisch getrennten Rastern 1a, 1b jeweils
aus Bildelementen x(i, j) mit Zeilen i und Spalten j Bildteilinformationen
verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n und n > 1 sichtbar gemacht,
und
- – den Rastern 1a, 1b aus Bildelementen
x(i, j) ein Lentikularschirm 2 vorgeordnet, welcher diese Raster 1a, 1b mindestens
teilweise überdeckt,
- – so dass ein oder mehrere Betrachter 3 auf Grund
der Wirkung des Lentikularschirms 2 jeweils mit beiden
Augen zumindest teilweise unterschiedliche Bildelemente x(i, j)
und/oder Teile davon sieht bzw. sehen, wodurch beide Augen jeweils
zumindest teilweise unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen und
damit ein räumlicher Seheindruck entsteht, und wobei
- – mindestens ein Abschnitt des Lentikularschirms 2,
welcher mindestens einen physischen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten
Rastern 1a, 1b überdeckt, Bildelemente
solcher zwei benachbarter Raster 1a, 1b derart
abbildet, dass von mindestens einer Betrachtungsposition aus ein
Betrachter 3 die vorgenannten Bildelemente solcher zwei
Raster 1a, 1b oder Teile dieser Bildelemente sieht
und auf Grund dessen nicht den besagten physischen Zwischenraum
zwischen den Rastern 1a, 1b wahrnimmt.
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Vorteilhaft
erfolgt dabei die Anordnung der Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten A(k) auf dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,
j) in einem zweidimensionalen periodischen Muster.
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Bevorzugt
wird die Erfindung derart ausgestaltet, dass zwischen den mindestens
zwei physisch getrennten Rastern 1a, 1b und dem
Lentikularschirm 2 eine im Wesentlichen plane Glasplatte 4 platziert ist,
die über dem physischen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten
Rastern 1a, 1b einen Linsenbereich (vorzugsweise
einen Linsenbereich bestehend aus zwei Konkavlinsenabschnitten)
aufweist, wobei der besagte Linsenbereich die Bildinformationen
der jeweils am besagten Zwischenraum nächstgelegenen Bildelemente
x(i, j) abbildet. Dies ist in 2 gezeigt.
Hier ist der besagte Zwischenraum mit „GAP" bezeichnet.
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Es
kann aber auch der Lentikularschirm 2 an den entsprechenden
Orten andersartig ausgestaltet werden, nämlich dass er
die optische Wirkung der Glasplatte 4 (einschließlich
der/des Linsenbereiche(s)) mit übernimmt.
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Vorteilhaft
entspricht der Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale
Periodenlänge des besagten zweidimensionalen periodischen
Musters als Gegen- und Ankathete aufspannt, im Wesentlichen dem
Neigungswinkel a der Linsen auf dem Lentikularschirm 2 gegenüber
der Vertikalen.
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Je
nach verwendetem Rastern aus Bildelementen entsprechen die Bildelemente
x(i, j) Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z.
B. RG oder GB) oder Vollfarbpixeln. In einem Ausgestaltungsbeispiel
werden als Raster aus Bildelementen LCD-Bildschirme vom Typ NEC
Multeos M46 verwendet; hierbei sind dann die Bildelemente x(i, j) die
Farbsubpixel (R, G oder B).
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Wie
bei anderen Verfahren auch, entsprechen die Ansichten A(k) vorteilhaft
jeweils verschiedenen Perspektiven einer Szene/eines Gegenstandes.
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Die
Linsen auf dem Lentikularschirm
2 sind gegenüber
der vertikalen Richtung des Rasters aus Bildelementen x(i, j) um –90
... +90 (einschließlich 0) Grad geneigt. Beispiele für
die Ausgestaltung von Lentikularschirmen
2 zur räumlichen
Darstellung sind dem Fachmann hinreichend bekannt, so etwa aus der
EP 0791847 .
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Die
Erfindung kann mit vertretbaren Mitteln realisiert werden. Insbesondere
erlaubt sie es, handelsübliche Displays zu „kacheln",
um größere Bilddiagonalen zu erzielen und dennoch
gleichzeitig räumliche Eindrücke zu ermöglichen.
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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 AA [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]
- - WO 2005/027534 A2 [0009]
- - EP 0791847 [0040]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Schrift von
Sam H. Kaplan „Theory of parallax barriers", Journal of
SMPTE Vol. 59, No 7, pp 11–21, July 1952 [0002]