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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer autostereoskopischen
Darstellung sowie eine Anordnung für eine autostereoskopische
Darstellung.
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Hintergrund der Erfindung
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Parallax-Panoramagramme,
die auch als Grundlagenbilder für Linsenraster-Bilder verwendet werden,
können mit direkt vorgelagerten, optisch wirksamen Bauteilen
Objekte räumlich wiedergeben. Die wiedergegebenen Objekte
können dann ohne weitere Hilfsmittel mit den menschlichen
Augen betrachtet werden. Hierbei werden beispielsweise optisch wirksame
Bauteile wie Linsenraster, bei denen es sich um eine flächige
Anordnung mehrerer optischer Halblinsen oder Halbzylinder handelt,
vor dem Parallax-Panoramagramm des darzustellenden Objektes angeordnet.
Das Parallax-Panoramagramm wird auf besonderer Art und Weise hierfür
aufbereitet. Zusammen mit dem menschlichen Seeapparat entsteht so
letztlich ein räumlicher Eindruck. Linsenrasteranordnungen
oder -platten bestehen beispielsweise aus Acryl oder Polyethylen.
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Nach
dem Stand der Technik wird die Abbildung des Objektes (Parallax-Panoramagramm)
nach einem so genannten Interlace-Verfahren erstellt. Hierbei werden
mehrere Halbbilder des Objektes, bei denen es sich insbesondere
um Bilder des Objektes aus verschiedenen Raumpositionen handelt,
erstellt, beispielsweise mittels Fotografieren oder Rendern, und
dann miteinander verarbeitet. Die mehreren Halbbilder werden hierbei
in „dünne Streifen” aufgetrennt, zum
Beispiel mittels einer geeigneten Softwareapplikation, und streifenförmig
zusammengesetzt. Unter jeder Linse des Linsenrasters befindet sich
dann ein vollständiger Streifensatz der verwendeten Halbbilder.
Dieses wird üblicherweise mit der Softwareapplikation auf
einer Datenverarbeitungseinrichtung umgesetzt. Das auf diese Weise
hergestellte, verschachtelte Bild – bei zwei verschachtelten Halbbildern
spricht man von Stereogramm, bei mehr als zwei von Parallax-Panoramagramm – wird
dann gedruckt, um anschließend die entsprechende Linsenanordnung
hierüber zu positionieren. Vom menschlichen Sehapparat
wird das geschaffene Linsenrasterbild als räumliche Darstellung
des abgebildeten Objektes erfasst. Ohne das vorge lagerte Linsenraster
erscheint das Stereogramm/Parallax-Panoramagramm für den
Betrachter verschwommen.
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Bourke
veröffentlichte im Dezember 1999 beispielsweise eine ausführliche
Beschreibung des Interlace-Verfahrens in der Arbeit: „Autostereoscopic Lenticular
Images" (http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/projection/lenticular/).
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Mit
dem Interlace-Verfahren erzeugte Parallax-Panoramagramme oder Stereogramme
unterliegen Betrachtungs- und Herstellungsbeschränkungen.
In Verbindung mit Linsenrasterbildern besteht die stärkste
Einschränkung hinsichtlich der vorgegebenen (optimalen)
Betrachtungsposition oder den diesbezüglichen Mindestbetrachtungsabständen,
da andernfalls das räumliche Bild optisch zerfallen kann oder
sich der stereoskopische Effekt sogar verkehrt. Zum anderen werden
diese Raumbilder mit vergleichsweise geringer sichtbarer Auflösung
dargestellt, da sich diese Auflösung technikbedingt beim Linsenrasterbild
im Wesendlichen aus der Feinheit der Halblinsen ergibt (75 lpi ≈ 75
dpi, lpi = Linsen pro Inch). Diese wiederum können, je
kleiner sie sind, nur begrenzt Räumlichkeit abbilden. Für
Raumsimulationen sind die Halblinsen oder Halbzylinder der Linsenrasterplatte
so konstruiert, dass sich ihr Brennpunkt genau auf dem Linsenboden
befindet. Daraus ergeben sich aber auch technikimmanente unvermeidbare
Qualitätseinbusen. Objektkonturen werden stets treppenartig
in horizontaler Richtung angezeigt. Zu mindest bei der Lentikulartechnik
ergibt sich stets zwischen horizontaler und vertikaler Richtung
ein störendes Auflösungsgefälle. Aber
auch der Abbildungswechsel zwischen den einzelnen Halbbildstreifen,
der so genannte Bildflip ist als Mangel zu werten. Linsenrasterplatten
für Animationseffekte weichen von diesem Konstruktionsprinzip
ab. Die einzelnen Halblinsen fokussieren nicht so stark. Dadurch
verringert sich auch das Auflösungsgefälle innerhalb des
Linsenrasterbildes.
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Um
auch mit Animationslinsen Raumbilder erzeugen zu können,
sind dem Abbildungsverhalten der Einzellinsen entsprechende Grundlagenbilder notwendig.
Dadurch können die optischen Vorteile dieser Linsen für
diese Bilder ausgenutzt werden. Darunter fallen beispielsweise ein
geringeres Auflösungsgefälle, geringere Materialstärke
der zum Beispiel Linsenrasterplatten, vergrößerte
Abmaße der Einzellinsen (bis etwa 1 cm breite ≈ 2
lpi) und damit verbesserte Produzierbar- und Handhabbarkeit, verbesserte
Justierung der einzelnen Komponenten eines derart erzeugten autostereoskopischen
Bildes.
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Es
sind weitere Verfahren zur Herstellung von Parallax-Panoramagrammen
bekannt. Diese wurden in der Regel in der Photographie entwickelt und
werden heutzutage kaum noch eingesetzt. Die Herstellung wird über
eine komplexe und stets mehrfache Bildaufnahme durch, z. B. einem
direkt dem Photofilm vorgelagertes Linsenrasterelement, bewerkstellingt.
Mit dieser Technik ist meist nur die Simulation einer räumlichen
Abbildung vor dem so genannten Scheinfenster möglich, dies
sowohl für Lentikular- als auch für Intergralbilder.
Bei diesen werden beispielsweise kreisförmige Linsenanordnungen
auf der Rasterplatte verwendet. Die realistische und überzeugende
Wirkung des stereoskopischen Bildes leidet dadurch erheblich. Darüber
hinaus ist stets ein enormer Herstellungsaufwand im Vergleich zum
Interlace-Verfahren nötig. Die Umsetzung erfordert in der
Regel viel Fachwissen (vgl. Roberts et al.: „The History
of Integral Print Methods"; http://www.integralresource.org/Integral_History.pdf).
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Vertiefende
Ausführungen dazu finden sich beispielsweise bei
Roberts
et. al., „The History of Integral Print Methods" (http://www.microlens.com/pdfs/history_of_lenticular.pdf).
Interessant, speziell zu dem hier beschriebenen neuen Verfahren, ist
das Dokument
WO 95/31795 .
Es wird die Erstellung eines objekttiefenabhängigen Parallax-Panoramagramms über
einen Rechenalgorithmus und virtuellen räumlichen Computerdaten
beschrieben. Dieser Mechanismus ist allerdings bei komplexen Darstellungen
sehr aufwendig und für beispielsweise photorealistische
Darstellungen, wie sie heute speziell Renderings produzieren, vergleichsweise
schlecht geeignet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen
einer autostereoskopischen Darstellung sowie eine verbesserte Anordnung
für eine autostereoskopische Darstellung zu schaffen, mit
denen das Bereitstellen autostereoskopischer Abbildungen vereinfacht
und mit optimierter Qualität ermöglicht ist.
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Nach
einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer
autostereoskopischen Darstellung vorgesehen, welche wenigstens ein
Objekt zeigt, wobei bei dem Verfahren mittels einer auf einer Datenverarbeitungseinrichtung
laufenden Applikation für das wenigs tens eine Objekt mit
Hilfe einer Strahlenbildkonstruktion in einem virtuellen optischen
Abbildungssystem, welches das wenigstens eine Objekt, eine dem wenigstens
einen Objekt gegenüberliegend und dieses als Objektbild
in eine Bildebene abbildende Abbildungsoptik sowie eine das Objektbild
in der Bildebene aufnehmende Aufnahmeeinrichtung aufweist, Bilddaten
für ein Parallax-Panoramagramm des Objektbildes in der
Aufnahmeeinrichtung erzeugt werden, eine den Bilddaten für
das Parallax-Panoramagramm entsprechende Abbildung erzeugt wird
und eine autostereoskopische Darstellung erzeugt wird, indem eine
transparente, der Abbildungsoptik entsprechende, flächige
Anordnung von Abbildungselementen dem Parallax-Panoramagramm vorgelagert
wird.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung mit einer
autostereoskopischen Darstellung geschaffen, bei der eine Abbildung,
die Bilddaten eines Parallax-Panoramagramms für ein Objektbild
entspricht, auf einer Abbildungsseite eines Trägermaterials
aufgebracht ist und der Abbildungsseite vorgelagert ein transparentes
Bauteil mit einer transparenten, einer Abbildungsoptik entsprechenden,
flächigen Anordnung von Abbildungselementen angeordnet
ist, wobei die Bilddaten mittels einer auf einer Datenverarbeitungseinrichtung
laufenden Applikation für wenigstens ein Objekt mit Hilfe
einer Strahlenbildkonstruktion in einem virtuellen optischen Abbildungssystem,
welches das wenigstens eine Objekt, die dem wenigstens einen Objekt
gegenüberliegend und dieses als Objektbild in eine Bildebene
abbildende Abbildungsoptik sowie eine das Objektbild in der Bildebene
aufnehmende Aufnahmeeinrichtung aufweist, für das Parallax-Panoramagramm des
Objektbildes in der Aufnahmeeinrichtung erzeugt sind.
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Die
Erfindung umfasst den Gedanken, beim Herstellen des Parallax-Panoramagramms
die Strahlenbildkonstruktion in einem optischen Abbildungssystem
zu nutzen. Das optische Abbildungssystem umfasst das wenigstens
eine darzustellende Objekt und eine dem wenigstens einen Objekt
gegenüberliegend und dieses als Objektbild in eine Bildebene
abbildende Abbildungsoptik. Die Abbildungsoptik ist beispielsweise
eine flächige Linsenanordnung, welche auch als ein Linsenraster
bezeichnet werden kann, entsprechend ausgeführt. Des weiteren
umfasst das optische Abbildungssystem eine Aufnahmeeinrichtung,
beispielsweise eine Kamera, mit der das mittels Strahlenbildkonstruktion
in der Bildebene erzeugte Objektbild aufgenommen wird, wobei das Aufnahmebild
(Parallax-Panoramagramm) in der Aufnahmeeinrichtung ebenfalls unter
Verwendung der Strahlenbildkonstruktion erzeugt wird.
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Die
Bilddaten für das Aufnahmebild (Parallax-Panoramagramm)
werden dann genutzt, um eine entsprechende Abbildung zu erzeugen,
sei es mittels einer elektronischen Bilddarstellung, beispielsweise auf
einem Display, oder mittels Drucken der Abbildung auf ein Trägermaterial.
Die autostereoskopische Abbildung oder Darstellung entsteht dann,
indem eine der Abbildungsoptik des optischen Abbildungssystems entsprechende,
zum Beispiel als flächige Linsenanordnung ausgeführte
Optik der Abbildung vorgelagert wird. In einer Ausgestaltung, bei
der die den Bilddaten des Aufnahmebildes (Parallax-Panoramagramm)
entsprechend Abbildung über ein Display ausgegeben werden,
kann auch die flächige Linsenanordnung mittels elektronischer
Simulation auf dem Display erzeugt werden, um so den räumlichen
Eindruck für den menschlichen Sehapparat zu schaffen. Beim
Aufbringen der Abbildung auf ein Trägermaterial, zum Beispiel
mittels Drucken, wird der Abbildung beispielsweise die flächige
Linsenanordnung in Form eines entsprechend ausgestalteten, transparenten,
optisch wirksamen Bauteils vorgelagert.
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Im
Unterschied zum Stand der Technik ist es bei dem vorgeschlagenen
Verfahren, welches auch als VLR-Methode (VLR – „Virtual
Lenticular Rendering”) bezeichnet werden kann, nicht notwendig, mehrere
Bilder des darzustellenden Objektes zunächst zu erzeugen
und anschließend in Streifen zu zerlegen, um diese dann
wieder einer vorbestimmten Ordnung entsprechend zusammenzufügen.
Vielmehr wird unter Verwendung der Strahlenbildkonstruktion den
Parametern des optischen Abbildungssystems entsprechend das Aufnahmebild
(Parallax-Panoramagramm) in der Aufnahmeeinrichtung direkt erzeugt,
welches sich seinerseits mittels Strahlenbildkonstruktion aus dem
Objektbild in der Bildebene ableitet.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen
einer autostereoskopischen Darstellung geschaffen, welches wenigstens ein
Objekt zeigt, wobei bei dem Verfahren eine Interlace-Methode verwendet
wird und wobei die bei der Interlace-Methode miteinander verschachtelte
Streifen Streifen unterschiedlicher Breite umfassen. Die Streifenbreite
leitet sich direkt von den optischen Eigenschaften der anschließend
vorgelagerten Anordnung von Abbildungselementen ab. Dabei kann sowohl
das einzelne Abbildungselement als auch dessen Lage in der gesamten
Anordnung der Abbildungselemente herangezogen werden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen
einer autostereoskopischen Darstellung vor, welches wenigstens ein
Objekt zeigt, wobei bei dem Verfahren eine Interlace-Methode verwendet
wird und wobei Abstände zwischen Aufnahmepositionen für
eine Aufnahmeeinrichtung, mit der im Rahmen der Interlace-Methode
Abbildungen des wenigstens einen Objektes erzeugt werden, sich unterscheidende,
nicht äquidistante Abstände umfassen. Diese variablen
Abstände werden von den optischen Eigenschaften der anschließend
vorgelagerten Anordnung von Abbildungselementen abgeleitet. Hierbei
kann die Ausrichtung direkt von der prozentualen Abbildungsfreigabe,
beispielsweise einer Halblinse einer Linsenrasterplatte, in Aufnahmeeinrichtungsabstände
umgerechnet werden.
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Mit
Hilfe der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung ist es ermöglicht,
auf verschiedene Art und Weise die konkrete Oberflächenausbildung
und die optischen Eigenschaften der Anordnung von Abbildungselementen,
bei der es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um
eine Linsenrasterplatte handelt, verbessert zu berücksichtigen,
um so die Qualität autostereoskopischer Abbildungen zu
optimieren. Insoweit bilden die verschiedenen Aspekte der Erfindung verschiedene
Lösungsmöglichkeiten für die hier gestellte
Aufgabe.
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Nachfolgend
werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Aspekte des Verfahrens zum
Herstellen von autostereoskopischer Darstellungen beschrieben.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die autostereoskopische
Darstellung erzeugt wird, indem die Bilddaten für das Parallax-Panoramagramm über
eine Anzeigefläche ausgegeben werden und die der Abbildungsoptik
vorgelagerte, Anordnung von Abbildungselementen in Form einer elektronisch
simulierten Anordnung von Abbildungselementen auf der Anzeigefläche
dargestellt wird. Auf diese Weise können auf beliebigen Anzeigeeinrichtungen
autostereoskopische Darstellungen erzeugt werden.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
kann vorgesehen sein, dass die autostereoskopische Darstellung erzeugt
wird, indem auf einem Trägermaterial auf einer Abbildungsseite
die den Bilddaten für des Parallax-Panoramagramm entsprechende
Abbildung erzeugt wird und der Abbildungsseite vorgelagert ein transparentes
Bauteil mit der Anordnung von Abbildungselementen angeordnet wird.
Als Anordnung von Abbildungselementen können beispielsweise
handelsübliche Linsenrasterplatten verwendet werden, die
als solche in verschiedenen Varianten bekannt sind. Zum Beispiel
werden solche Linsenrasterplatten aus Acrylat oder Polyethylen zur
Verfügung gestellt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass
das Parallax-Panoramagramm auf das Trägermaterial aufgedruckt
wird. Beispielsweise erfolgt das Aufdrucken auf Fotopapier mittels eines
Printers.
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Bevorzugt
sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass das transparente
Bauteil haftend auf der Abbildungsseite angeordnet wird. Zwischen
dem Trägermaterial und dem transparenten Bauteil wird hierbei
eine haftende Verbindung unter Verwendung eines geeigneten Haftmittels
hergestellt, beispielsweise eines transparenten Klebers.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass beim Erzeugen der Bilddaten für das Objektbild
die Strahlenbildkonstruktion in dem virtuellen Abbildungssystem
unter Verwendung einer Brechzahl von ungleich 1 ausgeführt
wird.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass Linsen der Anordnung
von Abbildungselementen auf einer der Abbildung abgewandte Seite eine
gekrümmte Oberfläche und auf einer von der Abbildungsseite
zugewandten Seite eine im wesentlichen ebene Oberfläche
aufweisen. In einer Ausgestaltung der VLR-Methode ist die Oberfläche
der virtuellen Anordnung von Abbildungselementen beim Ermitteln
der Bilddaten pro Abbildungselement spiegelverkehrt zu der Abbildungsoptik
des aufgelagerten, transparenten Bauteils angeordnet.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass autostereoskopische
Darstellungsdaten auf einem elektronischen Speichermedium gespeichert
werden, welche die Bilddaten für das Parallax-Panoramagramm
und Informationen über Kenngrößen für
die Abbildungsoptik umfassen. Die Parallax-Panoramagrammdaten können
dann mittels einer geeigneten Software-Applikation von dem elektronischen
Speichermedium, bei dem es sich zum Beispiel um eine CD-Rom, eine
DVD oder einen Speicherstick handelt, gelesen und verarbeitet werden,
um auf eine Anzeigeeinrichtung das gewünschte autostereoskopische
Bild des Objektes zu erzeugen. Die Bilddaten, einschließlich
der elektronischen Informationen über die Linsenanordnung,
können als eine Art codierte Darstellung für die
Abbildung des Objektes angesehen werden.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Linse aus einer flächigen
Linsenanordnung (10 lpi, Animationslinse),
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2 eine
schematische Darstellung eines Abschnitts einer flächigen
Linsenanordnung mit Abbildungsstrahlen,
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3 eine
weitere schematische Darstellung eines Abschnitts einer flächigen
Linsenanordnung mit Abbildungsstrahlen,
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4 eine
schematische Darstellung einer flächigen Linsenanordnung,
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5 eine
schematische Darstellung eines optischen Abbildungssystems mit einer
als flächige Linsenanordnung ausgeführten Abbildungsoptik,
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6 eine
schematische Darstellung einer Objektabbildung in einer Bildebene,
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7 eine
schematische Darstellung zum Vergleich des Verfahrens zum Herstellen
eines Linsenrastergrundlagenbildes (Parallax-Panoramagramm) und
des Betrachtens des erzeugten Lentikularbildes mit dem menschlichen
Sehapparat,
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8 eine
schematische Darstellung eines optischen Abbildungssystems beim
Erzeugen eines Linsenrastergrundlagenbildes für vier Würfel,
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9A bis 9D Bilddarstellungen,
die mittels Strahlenbildkonstruktion für die vier Würfel aus 8 ohne
eine flächige Linsenanordnung (9A) sowie
mit flächiger Linsenanordnung unter Verwendung von Brechungsindizes
von 0.97 (8B), 0.93 (8C)
und 0.87 (8D),
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10 Diagramm über
die Größe eines Abbildungsbereiches unter einer
Halblinse eines Linsenrasters in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkels,
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11 eine
schematische Darstellung mit einem abzubildenden Objekt sowie mehreren
Aufnahmepositionen,
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12 Halbbildüberlagerung
von Halbbildern aus 11,
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13 eine
schematische Darstellung zum Erläutern einer Verschachtelung
von Streifenelementen bei einer angepassten Interlace-Methode mit
variablen Streifenbreiten,
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14 eine
schematische Darstellung mit einem abzubildenden Objekt sowie mehreren
nicht äquidistanten Aufnahmepositionen,
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15 Halbbildüberlagerung
von Halbbildern gemäß der Anordnung in 14,
und
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16 eine
schematische Darstellung zum Erläutern der Interlace-Methode
unter Verwendung von Halbbildern, die durch nicht-äquidistante
Aufnahmepositionen erstellt wurden, und
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17 Vergleich
von Ausführungsformen zum Verbessern von autostereoskopischen
Darstellungen.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Linse 2a, wie sie in
der flächigen Linsenanordnung 2 Verwendung findet.
Es ergibt sich, dass sich ein Abbildungsbereich in der Linse 2a stetig
nach dem Betrachtungswinkel ändert. Hierbei ist der Abbildungsbereich
in der Mitte eines Linsenbodens (2, Betrachuntungswinkel
= 0°) am größten und verkleinert sich
zu den Linsenrändern (3, Betrachtungswinkel
= 24°). Lage und Dimension der Abbildungsbereiche ändern
sich somit zusammenhängend nach dem Betrachtungswinkel. 4 zeigt
diese kontinuierliche Veränderung in der Übersicht
anhand einer Linsenrasterplatte.
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10 zeigt
eine Darstellung der Abbildungsfreigabe am Linsenboden eines Linsenelementes
als Diagramm. Dargestellt ist beispielhaft das Abbildungsverhalten
für eine Animationslinse mit 10 lpi. Es ist der Verlauf
der äußeren Lichtstrahlen an den Linsenecken für
eine kontinuierliche Betrachtungswinkeländerung eingetragen.
Es ergibt sich: Je stärker sich der Betrachtungswinkel
einem Grenzwinkel annähert, umso geringer ist die Ausdehnung
des verfügbaren Abbildungsbereiches, also sichtbarer Bildpixel.
Für einen negativen Betrachtungswinkel gilt dieses ebenfalls.
Die möglichen sichtbaren Pixel bei einer Druckauflösung
von 600 dpi sind seitlich angeführt.
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10 beschreibt
die Ergebnisse einer Strahlenverfolgung von einem Betrachtungsstandort aus
durch die Animationslinse hindurch, hin zum Linsenboden. Vorzugsweise
ist der zur Berechnung verwendete Betrachtungsstandort der, der
der späteren realen Betrachtungsposition einer Person entspricht. Die
Strahlenkonstruktion kann beispielsweise über Lichtstrahlen
zu den äußeren Rändern der Einzellinse
bewerkstelligt werden. Nach der Lichtbrechung an diesen Stellen
ergibt sich der Bereich am Linsenboden, der vom Betrachter an der
Linsenoberflä che gesehen werden kann. Dieser Bereich wird
in das Verhältnis zur Gesamtbreite der Einzellinse gesetzt
und im Diagramm abgetragen.
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Da
Position und Größe des Abbildungsbereiches vom
Betrachtungswinkel abhängig ist, wird nun Schrittweise
der Betrachtungsstandort parallel zur Linsenrasterplatte, also seitlich
verschoben, im Diagramm nach 10 jeweils
um 0,1°. Es entsteht so nach und nach das gezeigte Diagramm
mit der winkelabhängigen Abbildungsfreigabe am Linsenboden. 0° Betrachtungswinkel
entspricht bei der vorliegenden Berechnung einer Betrachtungsposition
genau gegenüber dem Linsenmittelpunkt.
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Aufgrund
der optischen Eigenschaften der Linse kann zum Erstellen des Diagramms
es ebenfalls sinnvoll sein, nicht nur die Lichtstrahlen an den äußeren
Enden der Linsenwölbung zu betrachten, sondern die gesamte
Linsenoberfläche vom Betrachtungsstandort ausgehend Schrittweise
abzutasten. Aufgrund der sphärischen Aberration geben die Lichtstahlen
an den äußersten Enden der Linsenwölbung
nicht zwangsläufig den größtmöglichen
Abbildungsbereich an. Lichtstrahlen die weiter zur Linsenmitte hin
lokalisiert sind, können im Vergleich dazu, speziell bei
erhöhten Betrachtungswinkeln, größere Bereiche
am Linsenboden zeigen. Das Diagramm würde sich damit entsprechend ändert.
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Eine
stufenweise Änderung des Betrachtungswinkels ist ebenfalls
denkbar. Wenn man davon ausgeht, das bei senkrechter Betrachtung
(Betrachtungswinkel 0°) beispielsweise 20 Prozent des Linsenbodens
freigegeben werden, wird erst wieder der Betrachtungswinkel betrachtet,
der den daneben anschließenden Abbildungsbereich sichtbar
werden lässt.
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Bei
diesem Betrachtungswinkel ist der Abbildungsbereich dann kleiner
als der erste, z. B. 15 Prozent. Dies wird so weit vorangetrieben
bis die vollständige Linsenbreite der Einzellinse erfasst
ist. Daraus würde sich ein Diagram von wenigen Punkten
ergeben. Diese könnten aber direkt in Streifenbreiten (20,
15, .. Prozent) überführt werden und die Anzahl der
Punkte stellt vermutlich die optimale zu verarbeitenden Halbbildanzahl
für dieses Linsenraster dar.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung eines optischen Abbildungssystems
zur Erläuterung des VLR-Verfahrens zum Herstellen eines
Linsenrastergrundlagenbildes.
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Das
optische Abbildungssystem umfasst ein Objekt 1, welches
abzubilden ist. Dem Objekt 1 gegenüberliegend
ist eine flächige Linsenanordnung 2 mit mehreren
Linsenelementen 2a in Form eines Linsenrasters angeordnet,
wobei gekrümmte Oberflächen 3 auf einer
dem Objekt 1 zugewandten Seite und ebene Oberflächen 4 auf
einer dem Objekt 1 abgewandten Seite gebildet sind. Mittels
Konstruktionsstrahlen 5 entstehen unter Beachtung der optischen Eigenschaften
der flächigen Linsenanordnung 2, insbesondere
der Strahlenbrechung an den Grenzflächen, mehrere Objektbilder 6a, 6b des
Objektes 1 in einer Bildebene 7. Der flächigen
Linsenanordnung 2 nachgelagert ist eine Kamera 8.
Mit Hilfe der dargestellten Strahlenbildkonstruktion wird in der
Kamera 8 ein Aufnahmebild (Parallax-Panoramagramm) für
die mehreren Objektbilder 6a, 6b in der Bildebene 7 erzeugt,
welche in anderen Ausführungsformen auch näher
zu oder entfernter von der gekrümmten Oberfläche 3 gebildet
sein kann. Die auf diese Weise erzeugten Bilddaten für
das Aufnahmebild (Parallax-Panoramagramm) stellen eine Art Grundlagenbild
für die Lentikularbilderstellung dar. Sie können anschließend
dazu verwendet werden, das Grundlagenbild auf einem Display auszugeben
oder auf ein Photopapier aufzudrucken. Das beschriebene Verfahren,
was auch als VLR-Methode bezeichnet werden kann, wird zweckmäßig
mittels einer geeigneten Software-Applikation ausgeführt,
die auf einer Datenverarbeitungseinrichtung lauffähig implementiert
ist. Das optische Abbildungssystem ist mittels der Applikation virtuell
gebildet und zur Strahlenbildkonstruktion verwendet. Software-Applikationen,
mit denen eine solche Strahlenbildkonstruktion entsprechend den
physikalischen Parameter einer optischen Abbildung in einem gegebenen
Abbildungssystem ausgeführt werden kann, stehen in verschiedenen
Ausführungen als solche zur Verfügung, weshalb
hierauf nicht weiter eingegangen wird. Die Bilddaten des Parallax-Panoramagramms
liegen dann schließlich als elektronischen Daten vor, die
einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden können,
beispielsweise einer Ausgabe über ein Display oder zur
Verarbeitung in einem Drucker.
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6 zeigt
einen Blick auf die Bildebene 7 mit den mehreren Objektbildern 6a, 6b.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung zum Vergleich des Verfahrens zum Herstellen
eines Linsenrastergrundlagenbildes und des Betrachtens des erzeugten
Lentikularbildes mit dem menschlichen Sehapparat. Auf der linken
Seite ist im wesentlichen wieder die Situation aus 5 dargestellt.
Für gleiche Merkmale werden dieselben Bezugszeichen wie
in 5 verwendet. Auf der rechten Seite ist in 7 nun
die Situation bei Betrachtung des erzeugten Linsenrastergrundlagenbildes 20 (vgl. 2)
mit den menschlichen Augen 30, 31 durch ein flächiges, transparentes,
optisch wirksames Bauteil 32, ausgeführt als Linsenrasterplatte,
darstellt. Es ergibt sich, dass bei der Betrachtung des Linsenrastergrundlagenbildes 20 mit
dem menschlichen Sehapparat nun gekrümmte Flächen 33 der
Linsenrasterplatte den menschlichen Augen 30, 31 zugewandt
sind. Bei der Betrachtung entsteht ein räumlicher Eindruck
für ein virtuelles Objekt 34.
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8 zeigt
eine schematische Darstellung eines optischen Abbildungssystems
beim Erzeugen eines Lentikularbildes für vier Würfel 40,
..., 43.
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9A bis 9D zeigen
Bilddarstellungen, die mittels Strahlenbildkonstruktion für
die vier Würfel 40, ..., 43 aus 8 ohne
eine flächige Linsenanordnung (9A) sowie
mit flächiger Linsenanordnung unter Verwendung von Brechungsindizes von
0.97 (9B), 0.93 (9C)
und 0.87 (9D) erzeugt wurden. Bei Betrachtung
der 9B bis 9C durch
eine Linsenrasterplatte entsteht der Raumbildeindruck in verschiedenen
Tiefenausprägungen.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen unter Verwendung einer Interlace-Methode
beschrieben. Die Interlace-Methode als solche ist bekannt. Beispielhaft
wird auf die Beschreibung in Bourke, „Autostereoscopic
Lenticular Images" (http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/projection/lenticular/),
Dezember 1999, verwiesen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 ein
Verfahren zum Herstellen eines Parallax-Panoramagramms unter Verwendung der
Interlace-Methode beschrieben, wobei bei der hier beschriebenen
Interlace-Methode Streifenelemente unterschiedlicher Breite miteinander
verschachtelt werden.
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Bei
dem Verfahren werden zunächst in herkömmlicher
Art und Weise Stereobildaufnahmen des abzubildenden Objektes mittels
einer Aufnahmeeinrichtung, insbesondere einer Kamera, oder virtuell
erzeugt, nämlich mittels einer auf einem Computer installierten
Software-Applikation, die zur Bildkonstruktion geeignet ist. Die
Abstände zwischen Aufnahmepositionen, in welchen die Aufnahmeeinrichtung
real oder virtuell angeordnet wird, sind äquidistant gewählt
(vgl. 11). Auf diese Weise wird eine
Folge von einzelnen Halbbildern des Objektes erzeugt. Anschließend
werden die einzelnen Halbbildern zueinander justiert. Ein eingeständig gewählter
Referenzpunkt bestimmt die räumliche Lage der abgebildeten Objekte
im späteren Linsenrasterbild (vgl. 12).
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Danach
werden die einzelnen Halbbilder in Abhängigkeit von ihrer
Lage relativ zu den Linsenelementen (vgl. 13) und
dem gesamten Lentikularbild mit unterschiedlicher prozentualer Breite
verschachtelt. Auf diese Weise wird eine Anpassung an das für
das Parallax-Panoramagramm genutzte Linsenraster erreicht. 10 kann
dazu als Hilfe herangezogen werden, dabei wird je nach Anzahl der
Halbbilder der optimale, prozentuale Anteil jedes Streifens nach
Maßgabe der Bildfreigabe am Linsenboden und dessen Position
bestimmt. Grundsätzlich ergeben sich eine Verbreiterung
im zentralen Linsenbereich und einer Verschmälerung am
Rand der Linse gegenüber einer gleichmäßigen
Streifenaufteilung. Durch diese angepasste Streifenvariation wird der
Bildinhalt an das Abbildungsverhalten der Linsen verbessert angepasst
und erhöht damit die Bildqualität. Bei einer Halbbildanzahl
von zehn würde sich eine individuelle Streifenbreite von
etwa 1,1%; 6,3%; 11,1%; 14,2%; 17,3%; 17,3%; 14,2%; 11,1%; 6,3%; 1,1%
pro Breite eines Linsenelementes ergeben. Diese Aufteilung berücksichtigt
noch nicht, dass Animationslinsen im Bereich der angegebenen Betrachtungswinkel
nicht den gesamten Linsenboden freigeben können (vgl. 3).
Eine derartige Anpassung kann ebenfalls nützlich sein.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 14 bis 16 eine
Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Parallax-Panoramagramms
unter Verwendung der Interlace-Methode erläutert, wobei
die Abstände zwischen den einzelnen Aufnahmepositionen
der Aufnahmeeinrichtung (Kamera) beim Erzeugen der einzelnen Halbbilder des
darzustellenden Objektes wenigstens teilweise nicht äquidistant
sind.
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Im
Rahmen des Interlace-Verfahrens werden zunächst einzelne
Halbbilder des abzubildenden Objektes erzeugt, sei es real oder
virtuell, indem die Aufnahmeeinrichtung in unterschiedliche Aufnahmepositionen
gebracht wird. Die Auswahl der Aufnahmepositionen erfolgt in Abhängigkeit
von dem für das Parallax-Panoramagramm verwendete, transparente,
optisch wirksame Bauteil, beispielsweise ein Linsenraster. Die optimierte
Verteilung der Aufnahmepositionen verhält sich umgekehrt
proportional zur Abbildungsbreite unter der Einzellinse (2–3). Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 14 verdichten
sich bei der gezeigten Linsenform (1) die Aufnahmepositionen
zur Mitte hin. Die erzeugten einzelnen Halbbilder werden dann in üblicher
Art und Weise entsprechend justiert, wodurch eine Abbildung gemäß 15 entsteht.
Danach werden die einzelnen Halbbilder der Interlace-Methode entsprechend miteinander
verschachtelt (vgl. 16).
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10 kann
ebenfalls zur optimierten Positionierung der Aufnahmeeinheiten herangezogen
werden. Dazu wieder das Beispiel von 10 Halbbildern, welche 10 Aufnahmepositionen
entsprechen. Die prozentuale Aufteilung die zuvor in Streifenbereiten umgesetzt
wurde, wird nun in Aufnahmeabstände umgerechnet. Auch hier
muss der Informationsgehalt des Parallax-Panoramagramms im mittleren
Bereich des Linsenbodens jedes Linsenelements vergrößert und
in den Randbereichen verkleinert werden. Bei identischen Streifenbreiten
kann das nur über die Bildähnlichkeit der einzelnen
Halbbilder umgesetzt werden. Die Halbbilder für die mittleren
Streifen müssen inhaltlich ähnlicher sein, deswegen
die Aufnahmeeinheiten dichter zusammen platziert werden als am Rand.
Die gesamte Aufnahmebasis aller Kameras ändert sich dabei
zu der herkömmlichen Herangehensweise in der Regel nicht.
Bei einer Gesamtbasis von zehn Zentimetern und zehn Halbbildern
ergeben sich abstände von etwa 17,3 mm; 14,2 mm; 11,1 mm;
6,3 mm; 1,1 mm; 1,1 mm; 6,3 mm; 11,1 mm; 14,2 mm; 17,3 mm. Auch
hier ist bei der Aufteilung nicht berücksichtigt, dass
eine Animationslinse innerhalb der Betrachtungsgrenzen nicht den
gesamten Linsenboden optisch sinnvoll freigeben kann. Eine derartige
Anpassung kann hilfreich sein.
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Die
beschriebenen Verfahren können mit Linsenrastern verwendet
werden, bei denen die Einzellinsen in ihrer Form und Abmaße
auch verschieden den in den Ausführungsbeispielen gezeigten Formen
sind. Nach Untersuchung des Abbildungsverhaltens anderer Linsenformen
oder Oberflächenausprägung können alle
hier beschriebenen Methoden entsprechend angepasst werden.
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10 ändert
sich dadurch entsprechend. Je nach verwendeter Halbbilderzahl ändern
sich die abzulesenden Prozentangaben bis zum Grenzwinkel entsprechend.
Der Diagrammbereich von 0 bis zum Betrachtungsgrenzwinkel ist dabei
in gleichmäßige (Hälfte der verwendeten
Halbbilder) Abschnitte einzuteilen. Als Grundlage dazu ist die 10 heranzuziehen
und muss die anzuwendende Halbbildanzahl bekannt sein. Ohne 10 oder
deren Entsprechung für andere Oberflächenformen
eines transparenten, optisch wirksamen Bauteils, ist nur eine Schätzung
der benötigten Streifenbreite bzw. Kameraabstände
möglich. Dies nach dem Grundsatz, mittig unter dem Einzelelement
befindliche Halbbildstreifen müssen breiter, seitlich gelegene
schmaler als bei der herkömmlichen Anwendung der Interlace-Methoden
sein. 10 wurde numerisch von der Oberflächenform
einer Einzellinse eines Linsenrasters abgeleitet.
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Zur
Ermittlung der Streifenbreite ist die Anzahl der Halbbilder für
die Bestimmung zu halbieren, da 10 nur
das Abbildungsverhalten bei positiver Änderung des Beobachtungswinkels
zeigt. In entgegengesetzter Betrachtungsrichtung gilt entsprechendes,
spiegelverkehrt zur Y-Achse.
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Anschließend
wird nach Maßgabe der vorher ermittelten relevanten Halbbildanzahl
der Bereich es Betrachtungswinkels zwischen Null und dem angegebenen
Grenzwinkel gleichmäßig unterteilt. Die dann ablesbaren
Prozentangaben der Abbildungsfreigabe am Linsenboden können
als Verhältnis der einzelnen Halbbildstreifen untereinander
interpretiert werden. Bei einem Beispiel von zehn Halbbildern werden
in 10 insgesamt fünf gleichmäßige
Einteilungen vorgenommen und die entsprechenden Verhältnisse
abgetragen. Im Beispiel ca. 16,3 zu 13,3 zu 10,4 zu 5,9 zu 1. Daraus
lassen sich eine prozentuale Streifenbreite von ca. 17,3%; 14,2%;
11,1%; 6,3%; 1,1% ableiten (Verhältnis auf 50 Prozent des Linsenbodens
bezogen). Dies gilt entsprechend für die zweite Linsenbodenhälfte.
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Im
Beispiel ergibt sich dann eine Halbbildstreifenbreite für
die zehn verwendeten Halbbilder von ca. 1,1%; 6,3%; 11,1%; 14,2%;
17,3%; 17,3%; 14,2%; 11,1%; 6,3%; 1,1%. Diese Aufteilung berücksichtigt
noch nicht, das Animationslinsen im Bereich der angegebenen Betrachtungswinkel
und Grenzwinkel nicht den gesamten Linsenboden freigeben können
(vgl. 3). Eine derartige Anpassung kann ebenfalls nützlich
sein.
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Die
Halbbildstreifen müssen nun nach Maßgabe der Linsenbreite
und Druckerauflösung in Pixelbreiten umgerechnet und gerundet
verwendet werden. Sind Beispielsweise unter einem Linsenelement genau
60 Pixel verschachtelt (entspricht bei einer Animationslinse mit
10 lpi einer Druckauflösung von 600 dpi) sind die Pixelbreiten
der Halbbildstreifen im Beispiel in etwa wie folgt aufzuteilen: 1;4;7;8;10;10;8;7;4;1.
Es kann ebenfalls nützlich sein, die einzelnen Halbbildstreifen
aus den herkömmlich errechneten Streifen der Interlace-Methode
(im Beispiel durchgehend 6 Pixel breit) nachträglich in
die vorgeschlagenen Pixelbreiten umzurechnen, demnach in der Breite
zu stauchen oder zu strecken. Sogar die Lage des einzelnen Linsenelementes
nach links oder rechts in der Linsenrasterplatte, kann auf die Abfolge
der verschachtelten Halbbilder Einfluss haben. So kann eine weiter
Ausformung dieser angepassten Halbbildstreifen darin bestehen, dass
im rechten Bereich des beispielsweise Linsenrasterbildes eher die
weiter rechts aufgenommenen Halbbilder mittig platziert werden und
links entsprechend die linken (vgl. 13).
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Zur
Berechnung der nicht äquidistanten Kameraabstände
ist ebenfalls wie gerade beschrieben unter zu Hilfenahme von 10 vorzugehen.
Allerdings wird die ermittelte prozentuale Streifenbreite (Kameraanzahl
entspricht hier der Halbbildanzahl) umgekehrt auf die Kameraabstände
angewendet. Insgesamt muss auch hier der Informationsgehalt des
Parallax-Panoramagramms im mittleren Bereich des Linsenbodens jedes
Linsenelements vergrößert und in den Randbereichen
verkleinert werden. Bei identischen Streifenbreiten kann das nur über
die Bildähnlichkeit der einzelnen Halbbilder umgesetzt werden.
Die Halbbilder für die mittleren Streifen müssen
inhaltlich ähnlicher sein, deswegen die Aufnahmeeinheiten
dichter zusammen platziert werden als am Rand. Die gesamte Aufnahmebasis
aller Kameras ändert sich dabei zu der herkömmlichen
Herangehensweise nicht. Bei einer Gesamtbasis von beispielsweise
zehn Zentimetern und zehn Halbbildern ergeben sich Abstände
von ca.: 17,3 mm; 14,2 mm; 11,1 mm; 6,3 mm; 1,1 mm; 1,1 mm; 6,3
mm; 11,1 mm; 14,2 mm; 17,3 mm. Auch hier ist bei der Aufteilung
nicht berücksichtigt, dass eine Animationslinse innerhalb
der Betrachtungsgrenzen nicht den gesamten Linsenboden freigeben
kann. Eine derartige Anpassung kann hilfreich sein. Die VLR-Methode
umfasst die Anpassung an das Abbildungsverhalten der Linse schon
in ihrem Grundprinzip durch das virtuell erstellte Gegenstück
des real vorgelagerten transparenten, optisch wirksamen Bauteils. 17 stellt
dies für alle Verfahren zusammenfassend und abschließend
dar.
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Speziell
bei den vorgestellten Methoden die die Interlace-Methode zur Grundlage
nehmen, kann eine vorteilhafte Ausprägung darin bestehen,
das von den zur Verfügung gestellten Halbbildern nicht alle
pro Linsenelement verwendet werden. Dies nach Abhängigkeit
der Lage unter der Linsenrasterplatte. Obwohl beispielsweise 10
Halbbilder zur Verfügung stehen, kann es sinnvoll sein
nur 7 für eine Einzellinse zu verarbeiten. Dies als spezifische
Ergänzung zu den vorgestellten Methoden mit variabler Streifenbreite
und nicht äquidistanten Kamerastandorten.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der
Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von
Bedeutung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Autostereoscopic
Lenticular Images” (http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/projection/lenticular/) [0004]
- - Roberts et al.: „The History of Integral Print Methods”;
http://www.integralresource.org/Integral_History.pdf [0007]
- - Roberts et. al., „The History of Integral Print Methods” (http://www.microlens.com/pdfs/history_of_lenticular.pdf) [0008]
- - Bourke, „Autostereoscopic Lenticular Images” (http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/projection/lenticular/),
Dezember 1999 [0057]