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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der räumlichen Darstellung,
im speziellen der ohne Hilfsmittel räumlich wahrnehmbaren
Darstellung für gleichzeitig mehrere Betrachter, der sogenannten
autostereoskopischen Visualisierung.
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Seit
geraumer Zeit existieren Ansätze zu dem vorgenannten Fachgebiet.
Ein Pionier auf diesem Gebiet war Frederic Ives, der in der Schrift
GB190418672 A ein
System mit einem „Linienschirm” zur 3D-Darstellung
vorstellte. Weiterhin sind in der Schrift von
Sam H. Kaplan „Theory
of parallax barriers", Journal of SMPTE Vol. 59, No 7,
pp 11–21, July 1952 grundlegende Erkenntnisse
zur Verwendung von Barriereschirmen für die 3D-Darstellung beschrieben.
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Lange
Zeit gelang jedoch keine umfassende Verbreitung von autostereoskopischen
Systemen. Erst in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts konnte auf
Grund der nunmehr zur Verfügung stehenden Rechenleistung
und neuartigen Displaytechnologien eine gewisse Renaissance der
3D-Systeme einsetzen. In den 90er Jahren schnellte die Anzahl von
Patentanmeldungen und Veröffentlichungen zu brillenfreien
3D-Visualisierungen förmlich in die Höhe. Herausragende
Ergebnisse wurden erzielt von den folgenden Erfindern bzw. Anbietern:
In
der
JP 8-331605 AA beschreiben
Masutani Takeshi et al. 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.
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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 gleichzeitig mehrere Betrachter eine
verbesserte Wahrnehmbarkeit zu erreichen. Unter verbesserter Wahrnehmbarkeit
ist insbesondere, aber nicht allein, eine verbesserte Helligkeit
bei gleichzeitig möglichst hoher Stereokanaltrennung zu
verstehen.
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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 opake, teiltransparente und transparente Abschnitte enthält,
wobei die transparenten und die teiltransparenten Abschnitte im
Wesentlichen durch Kanten geradlinig begrenzten Streifen entsprechen,
welche von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms ohne Unterbrechung
zu einem gegenüberliegenden Rande verlaufen,
- – 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.
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Das
neue Verfahren eröffnet neuartige Mittel-Wirkungs-Zusammenhänge.
Erstens wird durch die Verwendung von nicht nur transparenten und opaken
Abschnitten, wie im Stande der Technik üblich, ein deutlich
sanfterer Übergang der gesehenen Ansichten A(k) bei seitlicher
Bewegung des Betrachters ermöglicht. Zweitens wird in vielen
Ausgestaltungen durch die Nutzung von teiltransparenten Abschnitten,
welche von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms ohne Unterbrechung
zu einem gegenüberliegenden Rande verlaufen, sichergestellt, dass
der bzw. die Betrachter, wenn Sie auf Grund der Sichtbeschränkungswirkung
von einigen Bildelementen x(i, j) nur Teile (und nicht etwa das
vollständige Bildelement) sehen, ein solches Teil von einem
Bildelement x(i, j) nicht immer mit der vollen Helligkeit sehen.
Dadurch werden die gesehene Auflösung und die Stereo-Kanaltrennung
verbessert.
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Gegenüber
einer üblichen Barriere mit nur opaken und transparenten
Abschnitten ist es außerdem vermöge der Erfindung
möglich, die Helligkeit zu steigern, etwa durch die Einfügung
von teiltransparenten Abschnitten um die sonst allein üblichen
transparenten Abschnitte herum, ohne die Stereo-Kanaltrennung merklich
zu verschlechtern.
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Die
Abschnitte können auch von anders als streifenförmig
sein, etwa zuckertütenförmig.
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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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Besondere
Ausgestaltungen der Wiedergabe der Bildteilinformation, wie etwa
in der
DE 101 45 133
C1 beschrieben, sind ebenso möglich.
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Bevorzugt
ist die vertikale Periodenlänge gleich der Anzahl n der
dargestellten Ansichten. Diese Anzahl der Ansichten n kann beispielsweise
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder mehr betragen.
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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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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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Die
teiltransparenten Abschnitte sind bevorzugt als Neutralfilter oder
Graustufenfilter ausgebildet, insbesondere zur im Wesentlichen wellenlängenunabhängigen
Schwächung der Lichtintensität. Derlei Neutralfilter
oder Graustufenfilter können beispielsweise unter Nutzung
von sogenannten Dithering-Verfahren ausschließlich unter
Nutzung von opaken und transparenten Teilflächen hergestellt werden.
Das bedeutet, dass die Wirkung einer bestimmten Graustufe durch
die durch das Dithering definierte Anordnung von lediglich opaken
Punkten oder sonstigen Mustern kleiner Fläche erzielt wird, ohne
tatsächlich Punkte oder Muster einer bestimmten Graustufe
verwenden zu müssen. Letzteres ist insbesondere dann von
Vorteil, wenn die Graustufen- bzw. Neutralfilter durch Belichtungsverfahren,
welche nur opak oder transparente Punkte können, hergestellt
werden sollen.
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Vorteilhaft
grenzt auf dem Parallaxenbarriereschirm mindestens ein transparenter
Abschnitt an einen teiltransparenten Abschnitt an. Alternativ ist
es möglich, dass die Reihenfolge der Abschnitte auf dem
Parallaxenbarriereschirm jeweils periodisch
Opak
Teiltransparent
Transparent
Teiltransparent
Opak
Teiltransparent
Transparent
Teiltransparent
usw.
ist.
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Eine
wiederum andere vorteilhafte Reihenfolge der Abschnitte auf dem
Parallaxenbarriereschirm ist jeweils periodisch
Opak
Teiltransparent
Opak
Transparent
Opak
Teiltransparent
Opak
Transparent
Opak
usw..
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Weiterhin
ist es möglich, dass die Reihenfolge der Abschnitte auf
dem Parallaxenbarriereschirm jeweils periodisch
Opak
Transparent
Teiltransparent
Opak
Transparent
Teiltransparent
Opak
Transparent
teiltransparent...
usw. ist, oder umgekehrt.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Reihenfolge der Abschnitte
auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils periodisch
Opak
Teiltransparent
mit einem ersten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
zweiten Transmissionsgrad
Transparent
Teiltransparent
mit einem zweiten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
ersten Transmissionsgrad
Opak... usw.. ist.
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Der
erste Transmissionsgrad könnte z. B. 33%, der zweite 66%
sein. Als „transparent” würde dann im Übrigen
ein Transmissionsgrad von nahe 100% angesehen werden, der technisch
bedingt meistens nicht wirklich, sondern nur annähernd,
erreicht wird.
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Schließlich
ist es möglich, dass auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils
mindestens drei bzgl. ihres Transmissionsgrades verschiedene Typen
von teiltransparenten Abschnitten vorgesehen sind. Zum Beispiel:
Opak
Teiltransparent
mit einem ersten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
zweiten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem dritten
Transmissionsgrad
Transparent
Teiltransparent mit einem
dritten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem zweiten
Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem ersten Transmissionsgrad
Opak...
usw..
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Hierbei
könnte der erste Transmissionsgrad 20%, der zweite 40%,
der dritte 80% sein, oder aber der erste 25%, der zweite 49%, der
dritte 74%. Viele andere sinnvolle Ausgestaltungen sind möglich.
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Alternativ
kann die vorgenannte Ausgestaltung auch noch variiert werden:
Opak
Teiltransparent
mit einem ersten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
dritten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem zweiten
Transmissionsgrad
Transparent
Teiltransparent mit einem
zweiten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem dritten
Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem ersten Transmissionsgrad
Opak...
usw..
-
Derlei
Variationen dienen der Verminderung von optischen Überlagerungen.
-
Für
bestimmte Anwendungen, etwa um Moiré-Effekte zu vermeiden,
können auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils zwischen
zwei opaken Abschnitten mit einer statistischen Verteilung ein transparenter
oder einen teiltransparenter Abschnitt angeordnet sein. Das bedeutet,
dass die Auswahl, ob es sich um einen transparenten oder teiltransparenten Abschnitt
handelt, zufällig geschieht.
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Vorteilhaft
sind die transparenten und die teiltransparenten Abschnitte bei
Parallelprojektion des Parallaxenbarriereschirms auf das Raster
aus Bildelementen x(i, j) gegenüber der vertikalen Richtung des
Rasters aus Bildelementen x(i, j) im Wesentlichen um –90...+90
(einschließlich 0) Grad geneigt, wobei die Neigung von
Null Grad selbstredend keine echte Neigung ist, sondern der vertikalen
Ausrichtung entspricht.
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Die
transparenten Abschnitte können im Durchschnitt die gleiche
oder eine unterschiedliche Breite haben, wie die die teiltransparenten
Abschnitte. Vorteilhaft werden Ausgestaltungen sein, bei denen die
Summe der teiltransparenten Abschnitte größer
ist, als die der transparenten Abschnitte, um eine möglichst
gute Stereokanaltrennung, also verminderte Mischung von verschiedenen
Ansichten pro Auge, zu erzielen.
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Fernerhin
kann mindestens ein teiltransparenter Abschnitt auf dem Parallaxenbarriereschirm (2)
stufenweise oder kontinuierliche Änderungen des Transmissionsgrades,
insbesondere in Längsrichtung des entsprechenden Abschnittes,
aufweisen. Auch diese Ausprägung erlaubt es, beispielsweise Moiré-Effekte
einzudämmen.
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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 a der transparenten und der teiltransparenten
Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm (2) gegenüber
der Vertikalen entsprechen. Damit wird 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 Ansichten A(k) können jeweils Standbildern
oder Bewegtbildsequenzen entsprechen.
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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
typischerweise zu 65 mm gesetzten durchschnittlichen Augenabstand
beim Menschen, dem Betrachtungsabstand, der (horizontalen) Periodenlänge
der transparenten bzw. teiltransparenten Abschnitte der Barriere
sowie die mögliche Streifenbreite besagter transparenter
bzw. teiltransparenter Abschnitte. Die Streifenbreite kann gegenüber
einem so ermittelten Wert auch vergrößert oder
verkleinert werden.
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Zur
Periode der auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils verwendeten
Struktur sei noch Folgendes bemerkt:
Die besagte horizontale
und vertikale Periodenlänge des besagten zweidimensionalen
periodischen Musters (der Anordnung der Ansichten A(k) auf dem Raster 1)
sollte vorzugsweise 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.
Als horizontale bzw. vertikale Periodenlänge der transparenten
Abschnitte kann ggf. der durchschnittliche horizontale bzw. vertikale
Abstand selbiger verstanden werden.
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Prinzipiell
können aber die teiltransparenten und transparenten Abschnitte
auch nicht streng periodisch auf dem Parallaxenbarriereschirm angeordnet werden,
beispielsweise durch Variation der Breiten und/oder des Transmissiongsgrades.
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Für
besondere Ausgestaltungen kann aus sinnvoll sein, wenn das erfindungsgemäße
Verfahren alternativ wie folgt ausgestaltet wird, so dass:
- – 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 teiltransparente und transparente Abschnitte (und keine
vollständig opaken Abschnitte) enthält, wobei
die transparenten und die teiltransparenten Abschnitte im Wesentlichen
durch Kanten geradlinig begrenzten Streifen entsprechen, welche
von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms ohne Unterbrechung
zu einem gegenüberliegenden Rande verlaufen,
- – 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.
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Diesbezüglich
könnte ein Teil der teiltransparenten Abschnitte die opaken
Abschnitte ersetzen, etwa wenn diese einen geringen Transmissionsgrad aufweisen,
der aber größer als 0 ist, z. B. 1%, 2% oder 3%.
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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 opake, teiltransparente und transparente Abschnitte enthält,
wobei die transparenten und die teiltransparenten Abschnitte im
Wesentlichen durch Kanten geradlinig begrenzten Streifen entsprechen,
welche von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms ohne Unterbrechung
zu einem gegenüberliegenden Rande verlaufen,
- – 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.
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Die
Zuordnung der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k)
zu den Bildelementen x(i, j) erfolgt bevorzugt 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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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, 9 oder mehr betragen. Wenn beispielsweise die Anzahl
der Ansichten A(k) n = 5 ist, dann kann die besagte horizontale
Periodenlänge 5 Bildelementen x(i, j) entsprechen.
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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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Die
teiltransparenten Abschnitte sind bevorzugt als Neutralfilter oder
Graustufenfilter ausgebildet, insbesondere zur im Wesentlichen wellenlängenunabhängigen
Schwächung der Lichtintensität. Derlei Neutralfilter
oder Graustufenfilter können beispielsweise unter Nutzung
von sogenannten Dithering-Verfahren ausschließlich unter
Nutzung von opaken und transparenten Teilflächen hergestellt werden.
Das bedeutet, dass die Wirkung einer bestimmten Graustufe durch
die durch das Dithering definierte Anordnung von lediglich opaken
Punkten oder sonstigen Mustern kleiner Fläche erzielt wird, ohne
tatsächlich Punkte oder Muster einer bestimmten Graustufe
verwenden zu müssen. Letzteres ist insbesondere dann von
Vorteil, wenn die Graustufen- bzw. Neutralfilter durch Belichtungsverfahren,
welche nur opak oder transparente Punkte können, hergestellt
werden sollen.
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Vorteilhaft
grenzt auf dem Parallaxenbarriereschirm mindestens ein transparenter
Abschnitt an einen teiltransparenten Abschnitt an. Alternativ ist
es möglich, dass die Reihenfolge der Abschnitte auf dem
Parallaxenbarriereschirm jeweils periodisch
Opak
Teiltransparent
Transparent
Teiltransparent
Opak
Teiltransparent
Transparent
Teiltransparent
usw.
ist.
-
Eine
wiederum andere vorteilhafte Reihenfolge der Abschnitte auf dem
Parallaxenbarriereschirm ist jeweils periodisch
Opak
Teiltransparent
Opak
Transparent
Opak
Teiltransparent
Opak
Transparent
Opak
usw..
-
Weiterhin
ist es möglich, dass die Reihenfolge der Abschnitte auf
dem Parallaxenbarriereschirm jeweils periodisch
Opak
Transparent
Teiltransparent
Opak
Transparent
Teiltransparent
Opak
Transparent
teiltransparent...
usw. ist, oder umgekehrt.
-
Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Reihenfolge der Abschnitte
auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils periodisch
Opak
Teiltransparent
mit einem ersten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
zweiten Transmissionsgrad
Transparent
Teiltransparent
mit einem zweiten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
ersten Transmissionsgrad
Opak... usw.. ist.
-
Schließlich
ist es möglich, dass auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils
mindestens drei bzgl. ihres Transparentgrades verschiedene Typen
von teiltransparenten Abschnitten vorgesehen sind. Zum Beispiel:
Opak
Teiltransparent
mit einem ersten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
zweiten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem dritten
Transmissionsgrad
Transparent
Teiltransparent mit einem
dritten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem zweiten
Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem ersten Transmissionsgrad
Opak...
usw..
-
Hierbei
könnte der erste Transmissionsgrad 20%, der zweite 40%,
der dritte 80% sein, oder aber der erste 25%, der zweite 49%, der
dritte 74%. Viele andere sinnvolle Ausgestaltungen sind möglich.
-
Alternativ
kann die vorgenannte Ausgestaltung auch noch variiert werden:
Opak
Teiltransparent
mit einem ersten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
dritten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem zweiten
Transmissionsgrad
Transparent
Teiltransparent mit einem
zweiten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem dritten
Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem ersten Transmissionsgrad
Opak...
usw..
-
Derlei
Variationen dienen der Verminderung von optischen Überlagerungen.
-
Für
bestimmte Anwendungen, etwa um Moiré-Effekte zu vermeiden,
können auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils zwischen
zwei opaken Abschnitten mit einer statistischen Verteilung ein transparenter
oder einen teiltransparenter Abschnitt angeordnet sein. Das bedeutet,
dass die Auswahl, ob es sich um einen transparenten oder teiltransparenten Abschnitt
handelt, zufällig geschieht.
-
Vorteilhaft
sind die transparenten und die teiltransparenten Abschnitte bei
Parallelprojektion des Parallaxenbarriereschirms auf das Raster
aus Bildelementen x(i, j) gegenüber der vertikalen Richtung des
Rasters aus Bildelementen x(i, j) im Wesentlichen um –90...+90
(einschließlich 0) Grad geneigt, wobei die Neigung von
Null Grad selbstredend keine echte Neigung ist, sondern der vertikalen
Ausrichtung entspricht.
-
Weiterhin
können die transparenten Abschnitte im Durchschnitt die
gleiche oder eine unterschiedliche Breite haben, wie die die teiltransparenten
Abschnitte. Die Variation der Breite erlaubt wiederum sowohl die
Verminderung von Moiré-Effekten als auch die Beeinflussung
des Stereokontrastes.
-
Fernerhin
kann mindestens ein teiltransparenter Abschnitt auf dem Parallaxenbarriereschirm stufenweise
oder kontinuierliche Änderungen des Transmissionsgrades
aufweisen. Auch diese Ausprägung erlaubt es, beispielsweise
Moiré-Effekte einzudämmen.
-
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 a der transparenten und der teiltransparenten
Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm gegenüber der Vertikalen
entsprechen. Damit wird die beste Kanaltrennung bei der 3D-Darstellung
erreicht.
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Die
Ansichten A(k) können jeweils verschiedenen Perspektiven
einer Szene/eines Gegenstandes entsprechen. Außerdem können
die Ansichten A(k) Standbilder oder Bewegtbildsequenzen sein.
-
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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Vorteilhaft
besteht der Parallaxenbarriereschirm aus einem Glassubstrat, auf
welches an der Rückseite die Barrierestruktur aufgebracht
ist. Die besagte Barrierestruktur ist beispielsweise ein belichteter
und entwickelter fotografischer Film, der rückseitig auf
das Glassubstrat auflaminiert ist, wobei bevorzugt die Emulsionsschicht
des fotografischen Films zum Glassubstrat zeigt. Alternativ können
die opaken Bereiche der Barrierestruktur durch auf das Glassubstrat
aufgebrachte Farbe oder Pigmente gebildet werden (z. B. durch Aufdruck).
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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.
-
Der
Parallaxenbarriereschirm ist mittels eines Abstandshalters dauerhaft
an dem Bildwiedergabegerät angebracht, beispielsweise angeklebt
oder angeschraubt.
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Zur
Periode der auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils verwendeten
Struktur sei noch Folgendes bemerkt:
Die besagte horizontale
und vertikale Periodenlänge des besagten zweidimensionalen
periodischen Musters (der Anordnung der Ansichten A(k) auf dem Raster 1)
sollte vorzugsweise 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.
Als horizontale bzw. vertikale Periodenlänge der transparenten
Abschnitte kann ggf. der durchschnittliche horizontale bzw. vertikale
Abstand selbiger verstanden werden.
-
Die
Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
-
1 den
schematischen Aufbau zur Umsetzung des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
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2 bis 6 sowie 11 jeweils
die schematische Struktur eines Parallaxenbarriereschirms zur Verwendung
im erfindungsgemäßen Verfahren,
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7 eine
beispielhafte Bildkombination der Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten,
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8 Sichtbeispiele
für ein erstes Betrachterauge bei Zugrundelegung der Verhältnisse
der 2 und 7,
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9 Sichtbeispiele
für ein zweites Betrachterauge bei Zugrundelegung der Verhältnisse
der 2 und 7, sowie
-
10 ein
Schema zur Entstehung des räumlichen Eindruckes auf Grund
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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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 zur
räumlichen Darstellung. Auf dem Raster 1 aus Bildelementen
x(i, j) mit Zeilen i und Spalten j werden Bildteilinformationen
verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1, ..., n und n > 1 sichtbar gemacht.
Dem Raster 1 aus Bildelementen x(i, j) ist im Abstand s
ein Parallaxenbarriereschirm 2 vorgeordnet, welcher opake,
teiltransparente und transparente Abschnitte enthält, wobei
die transparenten und die teiltransparenten Abschnitte im Wesentlichen durch
Kanten geradlinig begrenzten Streifen entsprechen, welche von einem
Rande des Parallaxenbarriereschirms ohne Unterbrechung zu einem
gegenüberliegenden Rande verlaufen. Ein solcher Parallaxenbarriereschirm 2 ist
beispielhaft und als Ausschnittdarstellung in 2 dargestellt.
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Auf
Grund der Sichtbeschränkungswirkung durch den mindestens
einen Parallaxenbarriereschirm 2 sieht bzw. sehen ein oder
mehrere Betrachter 3 jeweils mit beiden Augen zumindest
teilweise unterschiedliche Bildelemente x(i, j) und/oder Teile davon,
wodurch beide Augen jeweils zumindest teilweise unterschiedliche
Ansichten A(k) wahrnehmen und damit ein räumlicher Seheindruck
entsteht.
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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, wie in 7 angedeutet. Hier
ist die Anzahl der Ansichten n = 7. Die vertikale und auch die horizontale
Periodenlänge des vorgenannten periodischen Musters ist
gleich der Anzahl n = 7 der dargestellten Ansichten; diese ist durch
die Strichlinie angedeutet. Andere Anzahlen als n = 7 sind selbstverständlich
möglich.
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Fernerhin
entsprechen die Bildelemente x(i, j) jeweils einzelnen Farbsubpixeln
(R, G oder B), dabei kann das Raster 1 beispielsweise durch
ein Farb-LC-Display realisiert werden.
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Die
teiltransparenten Abschnitte sind als Neutralfilter ausgebildet,
insbesondere zur im Wesentlichen wellenlängenunabhängigen
Schwächung der Lichtintensität.
-
Im
Beispiel aus 2 ist die Reihenfolge der Abschnitte
auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 jeweils periodisch
Opak
Teiltransparent
Transparent
Teiltransparent
Opak
Teiltransparent
Transparent
Teiltransparent
usw.
ist.
-
Eine
wiederum andere vorteilhafte Reihenfolge der Abschnitte auf dem
Parallaxenbarriereschirm 2 gemäß 3 ist
jeweils periodisch
Opak
Teiltransparent
Opak
Transparent
Opak
Teiltransparent
Opak
Transparent
Opak
usw..
-
Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass – wie in 4 gezeigt – die
Reihenfolge der Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 jeweils
periodisch
Opak
Teiltransparent mit einem ersten Transmissionsgrad
Teiltransparent
mit einem zweiten Transmissionsgrad
Transparent
Teiltransparent
mit einem zweiten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
ersten Transmissionsgrad
Opak... usw.. ist.
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Der
erste Transmissionsgrad könnte z. B. 33%, der zweite 66%
sein. Als „transparent” würde dann im Übrigen
ein Transmissionsgrad von nahe 100% angesehen werden, der sicherlich
technisch bedingt meistens nicht wirklich, sondern nur annähernd,
erreicht wird. Außerdem könnte der erste Transmissionsgrad
20%, der zweite 40%, der dritte 80% sein, oder aber der erste 25%,
der zweite 49%, der dritte 74%. Viele andere sinnvolle Ausgestaltungen
sind möglich.
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Wie
in 5 gezeigt kann mindestens ein teiltransparenter
Abschnitt auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 stufenweise
oder kontinuierliche Änderungen des Transmissionsgrades,
insbesondere in Längsrichtung des entsprechenden Abschnittes,
aufweisen. Auch diese Ausprägung erlaubt es, beispielsweise
Moiré-Effekte zumindest einzudämmen.
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In
einem weiteren Beispiel nach 6 ist die Reihenfolge
der Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 jeweils
periodisch
Opak
Transparent
Teiltransparent mit einem
zweiten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem ersten
Transmissionsgrad
Opak
Transparent
Teiltransparent
mit einem zweiten Transmissionsgrad
Teiltransparent mit einem
ersten Transmissionsgrad usw. ist.
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Zum
Zustandekommen des räumlichen Eindrucks wird beispielhaft
auf einen Parallaxenbarriereschirm gemäß 2 im
Zusammenspiel mit der Bildkombinationsmuster der Ansichten gemäß 7 verwiesen.
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Auf
Grund der Sichtbeschränkungswirkung durch den mindestens
einen Parallaxenbarriereschirm (2) sieht bzw. sehen ein
oder mehrere Betrachter (3) jeweils mit beiden Augen zumindest
teilweise unterschiedliche Bildelemente x(i, j) und/oder Teile davon,
wodurch beide Augen jeweils zumindest teilweise unterschiedliche
Ansichten A(k) wahrnehmen und damit ein räumlicher Seheindruck
entsteht. Dies ist für zwei verschiedene Augenpositionen
in 8 und 9 dargestellt. Bei den Verhältnissen nach 8 würde
das Auge entsprechend primär Bildelemente x(i, j) bzw.
Teile davon sehen, die Bildteilinformationen der Ansicht A(2), d.
h. k = 2, zeigen, und darüber hinaus mit verminderter Helligkeit
Bildelemente x(i, j), welche die Ansichten A(1), A(3) und A(4) zeigen,
bzw. Teile davon. Hingegen bei den Verhältnissen nach 9 würde
das Auge entsprechend primär Bildelemente x(i, j) bzw.
Teile davon sehen, die Bildteilinformationen der Ansicht A(3), d.
h. k = 3, zeigen, und darüber hinaus mit verminderter Helligkeit
Bildelemente x(i, j), welche die Ansichten A(2), A(4) und A(5) zeigen,
bzw. Teile davon.
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Dabei
entspricht der Winkel b (s. 7), welcher
die besagte horizontale und vertikale Periodenlänge des
besagten zweidimensionalen periodischen Musters als Gegen- und Ankathete
aufspannt, im Wesentlichen dem durchschnittlichen Neigungswinkel
a der transparenten und der teiltransparenten Abschnitte auf dem
Parallaxenbarriereschirm 2 gegenüber der Vertikalen
(s. 2). Damit wird die beste Kanaltrennung bei der
3D-Darstellung erreicht.
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In 10 ist
ein weiteres Schema zur Entstehung des räumlichen Eindruckes
auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt,
und zwar im Querschnitt und stark vereinfacht. Auch hier ist wieder
zu erkennen, dass der Parallaxenbarriereschirm 2 vor dem
Raster 1 aus Bildelementen x(i, j) im Abstand s angeordnet
ist. Die transparenten bzw. teiltransparenten Abschnitte des Parallaxenbarriereschirms 2 bewirken
demnach eine solche Sichtbeschränkungswirkung, dass ein
oder mehrere Betrachter jeweils mit beiden Augen 3a, 3b 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. Dies ist durch die gestrichelten und durchgezogenen Linien
angedeutet: Eine durchgehende Linie bedeutet, dass beim Durchgang
des von den Bildelementen x(i, j), die in der Zeichnung durch die
Zahlen 1 bis 7 angedeutet sind, wobei die Zahlen 1 bis 7 die Ansicht
k angeben, von der die Bildteilinformation stammt, die auf dem entsprechenden
Bildelement wiedergegeben wird, abgestrahlten bzw. transmittierten
Lichtes durch einen Abschnitt im Wesentlichen nicht geschwächt
wird. Demgegenüber bedeuten die gestrichelten Linien, dass
das entsprechende Licht durch einen teiltransparenten Abschnitt
hindurchgeht und dabei in seiner Intensität abgeschwächt
wird.
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Es
liegen hier auch wieder die Verhältnisse gemäß 2 im
Zusammenspiel mit der Bildkombinationsmuster der Ansichten nach 7 vor,
jedoch wie vorstehend beschrieben aus einem seitlichen Querschnitt.
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Das
eine Auge 3b sieht entsprechend primär Bildelemente
x(i, j) bzw. Teile davon, die Bildteilinformationen der Ansicht
A(2), d. h. k = 2, zeigen, und darüber hinaus mit verminderter
Helligkeit Bildelemente x(i, j), welche die Ansichten A(1) und A(3)
zeigen, bzw. Teile davon. Hingegen sieht das Auge 3b entsprechend
primär Bildelemente x(i, j) bzw. Teile davon, die Bildteilinformationen
der Ansicht A(3), d. h. k = 3, zeigen, und darüber hinaus
mit verminderter Helligkeit Bildelemente x(i, j), welche die Ansichten A(2)
und A(4) zeigen, bzw. Teile davon. Weitere Ansichten können
unter Umständen teilweise sichtbar sein. Dadurch erlangt
der Betrachter einen räumlichen Eindruck, entsprechende
Bildinhalte vorausgesetzt. Bei herkömmlichen Verfahren
ohne teiltransparente Abschnitte wären jeweils i. d. R.
nur die Ansichten k = 2 und k = 3 sichtbar. Demgegenüber
ist bei dem neuen Verfahren die Helligkeit vergrößert,
ohne dass das Übersprechen der einzelnen pro Auge sichtbaren
Ansichten zu große Dimensionen annehmen würde.
Mit anderen Worten: Die Helligkeitserhöhung geht ohne zu
große Verminderung des Stereokontrastes von statten.
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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 Ansichten A(k) können jeweils Standbildern
oder Bewegtbildsequenzen entsprechen.
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Bei
seitlicher Bewegung des Betrachteraugenpaares 3a, 3b ist
ein sanfter Übergang der Ansichten gewährleistet.
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Vorteilhaft
sind die transparenten und die teiltransparenten Abschnitte bei
Parallelprojektion des Parallaxenbarriereschirms 2 auf
das Raster 1 aus Bildelementen x(i, j) gegenüber
der vertikalen Richtung des Rasters 1 aus Bildelementen
x(i, j) im Wesentlichen um –90...+90 (einschließlich
0) Grad geneigt (siehe 2 bis 6), wobei
die Neigung von Null Grad selbstredend keine echte Neigung ist,
sondern der vertikalen Ausrichtung entspricht. Dies soll jedoch
explizit als im Rahmen der Erfindung begriffen sein, wie in 11 gezeigt.
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Die
transparenten Abschnitte können im Durchschnitt die gleiche
oder eine unterschiedliche Breite haben, wie die die teiltransparenten
Abschnitte. Vorteilhaft werden Ausgestaltungen sein, bei denen die
Summe der teiltransparenten Abschnitte größer
ist, als die der transparenten Abschnitte, um eine möglichst
gute Stereokanaltrennung, also verminderte Mischung von verschiedenen
Ansichten pro Auge, zu erzielen.
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Die
Parameter für den Parallaxenbarriereschirm 2 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
typischerweise zu 65 mm gesetzten durchschnittlichen Augenabstand
beim Menschen, dem Betrachtungsabstand, der (horizontalen) Periodenlänge
der transparenten bzw. teiltransparenten Abschnitte der Barriere
sowie die mögliche Streifenbreite besagter transparenter
bzw. teiltransparenter Abschnitte.
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Zur
Periode der auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 jeweils
verwendeten Struktur sei noch Folgendes bemerkt: Die besagte horizontale
und vertikale Periodenlänge des besagten zweidimensionalen
periodischen Musters (der Anordnung der Ansichten A(k) auf dem Raster 1)
sollte vorzugsweise bis auf einen Korrekturfaktor y, wobei 0,98 < y < 1,02 gilt, mit
den jeweiligen horizontalen und vertikalen Periodenlängen
der transparenten Abschnitte des Parallaxenbarriereschirms 2 übereinstimmen.
Als horizontale bzw. vertikale Periodenlänge der transparenten
Abschnitte kann ggf. der durchschnittliche horizontale bzw. vertikale
Abstand selbiger verstanden werden.
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Die
vorstehenden Erläuterungen zu dem erfindungsgemäßen
Verfahren im Zusammenhang mit den Zeichnungen 1 bis 11 gelten
sinngemäß auch für die erfindungsgemäße
Anordnungen, wobei das Raster 1 durch ein Bildwiedergabegerät, beispielsweise
ein Farb-LC-Display, ausgestaltet ist.
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Eine
entsprechende Ansteuerungseinheit, etwa ein PC mit Software, für
das Bildwiedergabegerät ist selbstredend vorhanden und
in den Zeichnungen aus Trivialitätsgründen nicht
eingefügt.
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Die
Vorteile der Erfindung sind vielseitig. Insbesondere erlauben das
erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechenden
Anordnungen eine autostereoskopische Darstellung auf Basis der Barrieretechnologie,
wobei für gleichzeitig mehrere Betrachter eine verbesserte
Wahrnehmbarkeit, insbesondere durch verminderte Moiré-Effekte
erreicht wird, was gewünscht war. Unter verbesserter Wahrnehmbarkeit
ist insbesondere, aber nicht allein, eine verbesserte Helligkeit
bei gleichzeitig möglichst hoher Stereokanaltrennung zu
verstehen.
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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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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- - 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]
- - DE 10145133 C1 [0016]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Sam H. Kaplan „Theory
of parallax barriers”, Journal of SMPTE Vol. 59, No 7,
pp 11–21, July 1952 [0002]