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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
GB 190418672 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 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 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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Der
Erfindung liegt nun 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 erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur räumlichen Darstellung, bei welchem
- – auf einem Raster 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
- – 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 durch Kanten
geradlinig begrenzten Streifen entsprechen,
- – so dass ein oder mehrere Betrachter auf Grund der
Sichtbeschränkungswirkung durch den mindestens einen Parallaxenbarriereschirm
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, wobei erfindungsgemäß
- – mindestens ein Zehntel aller transparenten und/oder
opaken Abschnitte durch Kanten begrenzt werden, die jeweils nicht
parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Die
erfindungsgemäß nicht parallel zueinander ausgerichteten
Kanten sind dabei jeweils als diejenigen zwei Kanten zu verstehen,
die einen transparenten (oder einen opaken) Abschnitt begrenzen.
Das bedeutet, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren
auf einem Parallaxenbarriereschirm durchaus insgesamt eine Anzahl
von zueinander parallelen Kanten vorkommen kann. Entscheidend ist,
dass jeweils die zwei einen Abschnitt begrenzenden Kanten nicht
parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Vorteilhaft
können sogar die Hälfte oder alle transparenten
und/oder opaken Abschnitte durch Kanten begrenzt werden, die jeweils
nicht parallel zueinander ausgerichtet sind. Überdies ist
es in einer vergleichbaren Ausgestaltung möglich, an Stelle
eines Parallaxenbarriereschirms ein Lentikular zu verwenden. Dort
würden dann erfindungsgemäß die Kanten
der jeweiligen Zylinderlinsen nicht parallel zueinander ausgerichtet
sein.
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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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Die
Anzahl der Ansichten n kann beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder
mehr betragen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung von jeweils
nicht parallel zueinander ausgerichteten Kanten werden unangenehme
Moiré-Effekte weitestgehend verhindert, zumindest aber
minimiert, was die Wahrnehmbarkeit des 3D-Bildes verbessert. Außerdem
werden produktionsbedingt auftretende Fehlbelichtungen (Belichtungsmoiré-Muster)
vermindert, insbesondere dann, wenn der Parallaxenbarriereschirm
eine belichtete Struktur enthält.
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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 durchschnittlichen
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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Vorteilhaft
entsprechen die transparenten Abschnitte im Wesentlichen geradlinig
begrenzten Streifen, 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 –90
... +90 (einschließlich 0) Grad geneigt sind.
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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 Anordnung
zur räumlichen Darstellung, umfassend
- – ein
Bildwiedergabegerät mit Bildelementen x(i, j) in einem
Raster mit Zeilen i und Spalten j, auf welchen Bildteilinformationen
verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n und n > 1 sichtbar gemacht
werden können,
- – mindestens ein dem Raster 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 durch Kanten
geradlinig begrenzten Streifen entsprechen,
- – so dass ein oder mehrere Betrachter auf Grund der
Sichtbeschränkungen durch den mindestens einen Parallaxenbarriereschirm
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, wobei erfindungsgemäß
- – mindestens ein Zehntel aller transparenten und/oder
opaken Abschnitte durch Kanten begrenzt werden, die jeweils nicht
parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Die
erfindungsgemäß nicht parallel zueinander ausgerichteten
Kanten sind dabei jeweils als diejenigen zwei Kanten zu verstehen,
die einen transparenten (oder einen opaken) Abschnitt begrenzen.
Das bedeutet, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren
auf einem Parallaxenbarriereschirm durchaus insgesamt eine Anzahl
von zueinander parallelen Kanten vorkommen kann. Entscheidend ist,
dass jeweils die zwei einen Abschnitt begrenzenden Kanten nicht
parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Vorteilhaft
können sogar die Hälfte oder alle transparenten
und/oder opaken Abschnitte durch Kanten begrenzt werden, die jeweils
nicht parallel zueinander ausgerichtet sind. Überdies ist
es in einer vergleichbaren Ausgestaltung möglich, an Stelle
eines Parallaxenbarriereschirms ein Lentikular zu verwenden. Dort
würden dann erfindungsgemäß die Kanten
der jeweiligen Zylinderlinsen nicht parallel zueinander ausgerichtet
sein.
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Auch
hier wird im Folgenden von zunächst lediglich einem Parallaxenbarriereschirm
ausgegangen. Die Anzahl der Ansichten n kann beispielsweise 2, 3,
4, 5, 6, 7, 8 oder mehr betragen.
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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. In besonderen Anwendungsfällen
könnte auch die Bildkombinationsvorschrift an die Form
der transparenten Abschnitte angepasst werden.
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Bevorzugt,
aber nicht notwendigerweise, 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 durchschnittlichen
Neigungswinkel der transparenten Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm
gegenüber der Vertikalen.
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Vorteilhaft
entsprechen die transparenten Abschnitte im Wesentlichen geradlinig
begrenzten Streifen, 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 –90
... +90 (einschließlich 0) Grad geneigt sind.
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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 n = 5 Ansichten mit einer horizontale Periodenlänge
von 5 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 optischem 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 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.
-
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,
-
5 Sichtbeispiele
für ein zweites Betrachterauge bei Zugrundelegung der Verhältnisse
der 1 bis 3, sowie
-
6 ein
Schema zur Bemaßung des Parailaxenbarriereschirmes.
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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 beispielhaft n = 5 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.
-
Weiterhin
zeigt 2 den Ausschnitt eines Parallaxenbarriereschirms 2 zur
Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren. Dieser
Parallaxenbarriereschirm 2 enthält abwechselnd
opake und transparente Abschnitte, wobei erfindungsgemäß mindestens
ein Zehntel aller (in diesem Fall sogar alle) transparenten Abschnitte
durch Kanten begrenzt werden, die jeweils nicht parallel zueinander
ausgerichtet sind. Die Verdickung/Verdünnung der transparenten
Barrierestreifen oben bzw. unten kann vorteilhaft im Bereich von
etwa 10%–20% der Gesamtbreite eines transparenten Streifens
sein, durchaus aber auch größer oder kleiner.
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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 fünf verschiedenen Ansichten
A(k) mit k = 1, ..., 5 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 5 und die vertikale
Periodenlänge 5 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 = 5 der dargestellten
Ansichten.
-
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 zumindest teilweise (hier sogar überwiegend) unterschiedliche Bildelemente
x(i, j) und/oder Teile davon, wodurch beide Augen jeweils zumindest
teilweise (hier sogar überwiegend) 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 durchschnittlichen
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. 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 5 sowie
nun auch 6.
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Zunächst
zeigt also 1 den schematischen Aufbau zur
Umsetzung der Anordnung.
-
Darin
enthalten sind
- – ein eine Bilddiagonale
von etwa 8.4'' messender LCD-Bildschirm vom Typ NEC 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, ..., 1024·3 = 3072, wobei auf den Bildelementen
x(i, j) Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k
= 1, ..., n und n = 5 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.
-
Weiterhin
zeigt 2 den Ausschnitt eines Parallaxenbarriereschirms 2 zur
Verwendung in einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Dieser Parallaxenbarriereschirm 2 enthält abwechselnd
opake und transparente Abschnitte, wobei erfindungsgemäß mindestens
ein Zehntel aller (in diesem Fall sogar alle) transparenten Abschnitte
durch Kanten begrenzt werden, die jeweils nicht parallel zueinander
ausgerichtet sind.
-
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).
-
Die
Bildelemente x(i, j) entsprechen jeweils einzelnen Farbsubpixeln
(R, G oder B).
-
Des
Weiteren gibt 3 eine beispielhafte Bildkombination
der Bildteilinformationen von fünf verschiedenen Ansichten
A(k) mit k = 1, ..., 5 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 5 und
die vertikale Periodenlänge 5 Bildelemente x(i,
j), also 5 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.
-
In
dem hier vorgestellten Ausgestaltungsbeispiel entspricht die vertikale
Periodenlänge also vorteilhaft der Anzahl n = 5 der dargestellten
Ansichten.
-
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 zumindest teilweise (hier sogar überwiegend) unterschiedliche Bildelemente
x(i, j) und/oder Teile davon, wodurch beide Augen jeweils zumindest
teilweise (hier sogar überwiegend) 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 durchschnittlichen
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. Die erfindungsgemäße
Anordnung kann überdies auch Mittel zu einer 2D/3D-Umschaltbarkeit
enthalten, etwa einen deaktivierbaren Parallaxenbarriereschirm (wie
etwa einen solchen, der als Flüssigkristallshutter ausgebildet
ist). Außerdem können auch Mittel zur zeitlich-sequentiellen
Darstellung der Ansichten vorgesehen sein.
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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 optischem
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 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.
-
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 8.4''-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 0,1665 mm und
die Breite etwa 0,0555 mm beträgt.
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Entsprechend
der Bemaßung in 6 werden dabei die folgenden
Größen festgelegt: Die transparenten Abschnitte
des Parallaxenbarriereschirms 2 weisen gegenüber
der Vertikalen einen durchschnittlichen Neigungswinkel von a = 23,96248897° auf,
die durchschnittliche Breite e der besagten Abschnitte in horizontaler Richtung
des Rasters mit den Bildelementen x(i, j) beträgt jeweils
0,1109054 mm und ihre durchschnittliche Höhe l= 0,249537
mm und schließlich beträgt die durchschnittliche
horizontale Periode ze = 0,4436216 mm, der Abstand s = 1,91 mm,
der Betrachtungsabstand beträgt w = 800 mm sowie die durchschnittliche
vertikale Periode der transparenten Abschnitte beträgt
zl = 0,998148 mm.
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Schlussendlich
erfolgt die Anordnung der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten
A(k) auf dem Raster aus Bildelementen x(i, j) vorteilhaft in folgendem
zweidimensionalen periodischen Muster:
| x(i,
j) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ... |
| 1 | A(1) | A(1) | A(2) | A(3) | A(3) | A(4) | A(5) | A(5) | A(1) | ... |
| 2 | A(2) | A(2) | A(3) | A(4) | A(4) | A(5) | A(5) | A(1) | A(2) | ... |
| 3 | A(2) | A(3) | A(4) | A(4) | A(5) | A(1) | A(1) | A(2) | A(2) | ... |
| 4 | A(3) | A(4) | A(5) | A(5) | A(1) | A(1) | A(2) | A(3) | A(3) | ... |
| 5 | A(4) | A(5) | A(5) | A(1) | A(2) | A(2) | A(3) | A(4) | A(4) | ... |
| 6 | A(5) | A(1) | A(1) | A(2) | A(2) | A(3) | A(4) | A(4) | A(5) | ... |
| 7 | A(1) | A(1) | A(2) | A(3) | A(3) | A(4) | A(5) | A(5) | (A1) | ... |
| ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... |
-
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 verminderte Moiré-Effekte erreicht
wird, was gewünscht war.
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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 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]
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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]