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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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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.
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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.
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 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 Flächenanteile
enthält, wobei als teiltransparenter Flächenanteil
jeder Flächenanteil von mindestens der durchschnittlichen
Flächenausdehnung von einem Zwanzigstel eines Bildelementes
x(i, j) anzusehen ist, welcher ein nicht ausschließlich
opakes und nicht ausschließlich transparentes Transmissionsverhalten aufweist,
- – und wobei jeder transparente Flächenanteil
von einem teiltransparenten Flächenanteil vollständig eingerahmt
ist, und die teiltransparenten Flächenanteile derart aneinander
angrenzen, dass sie zusammen von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms
ohne Unterbrechung zu einem anderen Rande reichen,
- – 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
Flächenanteilen, 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 Flächenanteilen,
welche von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms ohne Unterbrechung
zu einem anderen Rande reichen, 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 gleichzeitig
die Stereo-Kanaltrennung gegenüber herkömmlichen
Systemen verbessert.
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Gegenüber
einer üblichen Barriere mit nur opaken und transparenten
Flächenanteilen ist es außerdem vermöge
der Erfindung möglich, die Helligkeit zu steigern, etwa
durch die Einfügung von teiltransparenten Flächenanteilen
um die sonst allein üblichen transparenten Flächenanteile
herum, ohne die Stereo-Kanaltrennung merklich zu verschlechtern.
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Wegen
der Ausprägung des Parallaxenbarriereschirms auch mit teiltransparenten
Flächenanteilen können auf selbigem überdies
unangenehme Moiré-Effekte, die etwa bei der Belichtung
eines photografischen Filmes als Barrierestruktur entstehen können,
vermieden werden. Weiterhin hilft die erfindungsgemäße
Ausgestaltung des Parallaxenbarriereschirms, visuelle Überlagerungen,
mithin abermals Moiré-Effekte, die durch das Betrachten
des Rasters aus Bildelementen durch den Parallaxenbarriereschirm
hindurch entstehen können, zu vermeiden oder zumindest
stark zu minimieren. Dies geschieht dadurch, dass auf Grund der
teiltransparenten Flächenanteile die in üblicher
Weise periodisch vorgegebenen Abstände zwischen opaken
Flächenanteilen verändert werden und dadurch visuell
andere – in der Regel periodische – Abstände
entstehen, die weniger starke oder sogar keine Moiré-Effekte
zur Folge haben.
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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 Flächenanteile 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, Strichen, Linien 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 oder
Linien ausbilden können, hergestellt werden sollen. Insbesondere
kann ein teiltransparenter Flächenanteil im Sinne der Erfindung
auch durch schmale abwechselnd angeordnete opake und transparente
Linien gebildet werden.
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Für
bestimmte Anwendungen, etwa um Moiré-Effekte zu vermeiden,
können auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils zwischen
zwei opaken Flächenanteilen mit einer statistischen Verteilung
ein transparenter oder einen teiltransparenter Flächenanteil
angeordnet sein. Das bedeutet, dass die Auswahl, ob es sich um einen
transparenten oder teiltransparenten Flächenanteil handelt,
zufällig geschieht.
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Weiterhin
können auf dem Parallaxenbarriereschirm teiltransparente
Flächenanteile mit zwei oder mehr verschiedenen Transmissionsgraden
vorgesehen sein.
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Vorteilhaft
sind die transparenten und die teiltransparenten Flächenanteile
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 Flächenanteile können im Durchschnitt
die gleiche oder eine unterschiedliche Breite haben, wie die die
teiltransparenten Flächenanteile. Vorteilhaft werden Ausgestaltungen
sein, bei denen die Summe der teiltransparenten Flächenanteile
größer ist, als die der transparenten Flächenanteile,
um eine möglichst gute Stereokanaltrennung, also verminderte
Mischung von verschiedenen Ansichten pro Auge, zu erzielen.
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Fernerhin
kann mindestens ein teiltransparenter Flächenanteil auf
dem Parallaxenbarriereschirm stufenweise oder kontinuierliche Änderungen des
Transmissionsgrades, insbesondere in Längsrichtung des
entsprechenden Flächenanteiles, 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
Flächenanteile auf dem Parallaxenbarriereschirm 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 alte 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 Flächenanteile
der Barriere sowie die mögliche Streifenbreite besagter
transparenter bzw. teiltransparenter Flächenanteile. 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 Flächenanteile des Parallaxenbarriereschirms übereinstimmen.
Als horizontale bzw. vertikale Periodenlänge der transparenten
Flächenanteile kann ggf. der durchschnittliche horizontale
bzw. vertikale Abstand selbiger verstanden werden.
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Prinzipiell
können aber die teiltransparenten und transparenten Flächenanteile
auch nicht streng periodisch auf dem Parallaxenbarriereschirm angeordnet
werden, beispielsweise durch Variation der Breiten und/oder des
Transmissionsgrades.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einem 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 teiltransparente und transparente Flächenanteile,
aber keine vollständig opaken Flächenanteile enthält,
wobei als teiltransparenter Flächenanteil jeder Flächenanteil
von mindestens der durchschnittlichen Flächenausdehnung
von einem Zwanzigstel eines Bildelementes x(i, j) anzusehen ist,
welcher ein nicht ausschließlich opakes und nicht ausschließlich
transparentes Transmissionsverhalten aufweist,
- – und wobei jeder transparente Flächenanteil
von einem teiltransparenten Flächenanteil vollständig eingerahmt
ist, und die teiltransparenten Flächenanteile derart aneinender
angrenzen, dass sie zusammen von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms
ohne Unterbrechung zu einem anderen Rande reichen,
- – 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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Hier
kommen keinerlei opake Flächenanteile zur Anwendung. Ansonsten
gilt das weiter vorn Gesagte entsprechend.
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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 Flächenanteile
enthält, wobei als teiltransparenter Flächenanteil
jeder Flächenanteil von mindestens der durchschnittlichen
Flächenausdehnung von einem Zwanzigstel eines Bildelementes
x(i, j) anzusehen ist, welcher ein nicht ausschließlich
opakes und nicht ausschließlich transparentes Transmissionsverhalten aufweist,
- – und wobei jeder transparente Flächenanteil
von einem teiltransparenten Flächenanteil vollständig eingerahmt
ist, und die teiltransparenten Flächenanteile derart aneinender
angrenzen, dass sie zusammen von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms
ohne Unterbrechung zu einem anderen Rande reichen,
- – 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 Flächenanteile 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 Flächenanteile 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, Linien 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 oder Linien ausbilden können, hergestellt
werden sollen.
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Derlei
Variationen dienen der Verminderung von optischen Überlagerungen.
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Weiterhin
können auf dem Parallaxenbarriereschirm teiltransparente
Flächenanteile mit mindestens zwei verschiedenen Transmissionsgraden
vorgesehen sein.
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Für
bestimmte Anwendungen, etwa um Moiré-Effekte zu vermeiden,
können auf dem Parallaxenbarriereschirm jeweils zwischen
zwei opaken Flächenanteilen mit einer statistischen Verteilung
ein transparenter oder einen teiltransparenter Flächenanteil
angeordnet sein. Das bedeutet, dass die Auswahl, ob es sich um einen
transparenten oder teiltransparenten Flächenanteil handelt,
zufällig geschieht.
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Vorteilhaft
sind die transparenten und die teiltransparenten Flächenanteile
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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Weiterhin
können die transparenten Flächenanteile im Durchschnitt
die gleiche oder eine unterschiedliche Breite haben, wie die die
teiltransparenten Flächenanteile. Die Variation der Breite
erlaubt wiederum sowohl die Verminderung von Moiré-Effekten
als auch die Beeinflussung des Stereokontrastes.
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Fernerhin
kann mindestens ein teiltransparenter Flächenanteil auf
dem Parallaxenbarriereschirm stufenweise oder kontinuierliche Änderungen des
Transmissionsgrades 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
Flächenanteile 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.
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Beispielsweise
ist die Anzahl der Ansichten A(k) gleich 7 und die besagte horizontale
Periodenlänge entspricht 7 Bildelementen x(i, j).
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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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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
oder Beschichten).
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Fernerhin
enthält der Parallaxenbarriereschirm vorteilhaft Mittel
zur Verminderung von Störlichtreflexen, bevorzugt mindestens
eine interferenzoptische Entspiegelungsschicht. Es können
aber auch übliche Antiglare-Mattierungen zum Einsatz kommen.
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Der
Parallaxenbarriereschirm ist mittels eines Abstandshalters dauerhaft
an dem Bildwiedergabegerät angebracht, beispielsweise angeklebt
oder angeschraubt.
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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 Flächenanteile des Parallaxenbarriereschirms übereinstimmen.
Als horizontale bzw. vertikale Periodenlänge der transparenten
Flächenanteile kann ggf. der durchschnittliche horizontale
bzw. vertikale Abstand selbiger verstanden werden.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau zur Umsetzung des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
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2, 3, 5, 6, 9 und 10 jeweils
die schematische Struktur eines Parallaxenbarriereschirms zur Verwendung
im erfindungsgemäßen Verfahren,
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4 eine
beispielhafte Bildkombination der Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten,
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7 Sichtbeispiele
für ein erstes Betrachterauge bei Zugrundelegung der Verhältnisse
der 4 und 5,
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8 Sichtbeispiele
für ein zweites Betrachterauge bei Zugrundelegung der Verhältnisse
der 4 und 5, sowie
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11 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 Flächenanteile enthält,
wobei als teiltransparenter Flächenanteil jeder Flächenanteil
von mindestens der durchschnittlichen Flächenausdehnung
von einem Zwanzigstel eines Bildelementes x(i, j) anzusehen ist,
welcher ein nicht ausschließlich opakes und nicht ausschließlich
transparentes Transmissionsverhalten aufweist. Gleichzeitig ist
jeder transparente Flächenanteil von einem teiltransparenten
Flächenanteil vollständig eingerahmt, und die
teiltransparenten Flächenanteile grenzen derart aneinender
an, dass sie zusammen von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms
ohne Unterbrechung zu einem anderen Rande reichen (zeichnerisch
nicht dargestellt). 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 4 (ausschnittsweise)
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 Rahmung mit 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. Andere Ausgestaltungen, z.
B. mit Hilfe von OLEDs, sind möglich.
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Die
teiltransparenten Flächenanteile sind als Neutralfilter
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, Linien 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
oder Linien ausbilden können, hergestellt werden sollen.
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Im
Beispiel aus 2 ist die Reihenfolge der Flächenanteile
auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 jeweils periodisch.
Die 3 und 5 zeigen weitere Beispiele für
mögliche Strukturen eines Parallaxenbarriereschirms 2 im
Rahmen der Erfindung.
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Gemäß dem
Beispiel nach 6 sind auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 verschiedenartige teiltransparente
Flächenanteile vorgesehen, und zwar Teiltransparent mit
einem ersten Transmissionsgrad und Teiltransparent mit einem zweiten Transmissionsgrad.
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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%, und – falls vorhanden – ein
dritter 80% sein, oder aber der erste 25%, der zweite 49%, der dritte
74%. Viele andere Ausgestaltungen sind möglich.
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Weiterhin
kann mindestens ein teiltransparenter Flächenanteil auf
dem Parallaxenbarriereschirm 2 stufenweise oder kontinuierliche Änderungen
des Transmissionsgrades, insbesondere in Längsrichtung
des entsprechenden Flächenanteiles, aufweisen. Auch diese
Ausprägung erlaubt es, beispielsweise Moiré-Effekte
zumindest einzudämmen.
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Bei
allen beispielhaften Strukturen eines Parallaxenbarriereschirms 2 gemäß den 2 und 3 sowie 5, 6, 9 und 10 sind
jeweils opake, teiltransparente und transparente Flächenanteile
enthalten, wobei als teiltransparenter Flächenanteil jeder
Flächenanteil von mindestens der durchschnittlichen Flächenausdehnung
von einem Zwanzigstel eines Bildelementes x(i, j) anzusehen ist,
welcher ein nicht ausschließlich opakes und nicht ausschließlich
transparentes Transmissionsverhalten aufweist. Weiterhin ist jeder
transparente Flächenanteil von einem teiltransparenten
Flächenanteil vollständig eingerahmt, und die
teiltransparenten Flächenanteile grenzen derart aneinander
an, dass sie zusammen von einem Rande des Parallaxenbarriereschirms
ohne Unterbrechung zu einem anderen Rande reichen.
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Zum
Zustandekommen des räumlichen Eindrucks wird beispielhaft
auf einen Parallaxenbarriereschirm gemäß 5 im
Zusammenspiel mit der Bildkombinationsmuster der Ansichten gemäß 4 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 7 und 8 dargestellt. Bei den Verhältnissen
nach 7 würde das Auge entsprechend primär
Bildelemente x(i, j) bzw. Teile davon sehen, die Bildteilinformationen
der Ansicht A(1), d. h. k = 1, zeigen, und darüber hinaus
mit verminderter Helligkeit Bildelemente x(i, j), welche die Ansichten
A(2) und A(8) zeigen, bzw. Teile davon. Hingegen 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) und A(3) zeigen, bzw. Teile davon.
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Dabei
entspricht der Winkel b (s. 4), 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 Flächenanteile
auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 gegenüber der
Vertikalen (s. 5). Damit wird die beste Kanaltrennung
bei der 3D-Darstellung erreicht. Der besagte durchschnittliche Neigungswinkel
a ist in analoger Bedeutung auch bei den beispielhaften Parallaxenbarriereschirmen 2 in
den 2 und 6 eingezeichnet und könnte
für jeden anderen Parallaxenbarriereschirm eingezeichnet
werden.
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In 11 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 Flächenanteile
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 Lichtes 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, das abgestrahlte
bzw. transmittierte Licht durch einen solchen transparenten Flächenanteil
im Wesentlichen nicht geschwächt wird. Demgegenüber
bedeuten die gestrichelten Linien, dass das entsprechende Licht
durch einen teiltransparenten Flächenanteil hindurchgeht
und dabei in seiner Intensität abgeschwächt wird.
Es liegen hier auch wieder in etwa und nicht maßstabsgetreu
die Verhältnisse gemäß 5 im
Zusammenspiel mit der Bildkombinationsmuster der Ansichten nach 4 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 3a 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 Flächenanteile wären an
entsprechenden Augenpositionen 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 im Wesentlichen ohne zu große Verminderung des Stereokontrastes
von statten. 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 Flächenanteile
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, 5 und 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 den 9 und 10 gezeigt.
Für diese Ausgestaltungen müsste dann entsprechend
ein anderes Bildkombinationsmuster der Ansichten A(k) gewählt
werden, nämlich ein solches mit einem Neigungswinkel b
= 0 Grad. In 10 wurden einige transparente
Flächenanteile – verglichen mit den Verhältnissen
nach 9 – durch teiltransparente Flächenanteile
ersetzt.
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Die
transparenten Flächenanteile können im Durchschnitt
die gleiche oder eine unterschiedliche Breite haben, wie die die
teiltransparenten Flächenanteile. Vorteilhaft werden Ausgestaltungen
sein, bei denen die Summe der teiltransparenten Flächenanteile
größer ist, als die der transparenten Flächenanteile,
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 (aber nicht in jedem Falle) zu 65 mm gesetzten durchschnittlichen
Augenabstand beim Menschen, dem Betrachtungsabstand, der (horizontalen)
Periodenlänge der transparenten bzw. teiltransparenten
Flächenanteile der Barriere sowie die mögliche
Streifenbreite besagter transparenter bzw. teiltransparenter Flächenanteile.
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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 Flächenanteile des Parallaxenbarriereschirms 2 übereinstimmen. Als
horizontale bzw. vertikale Periodenlänge der transparenten
Flächenanteile 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. Die Erfindung kann mit verhältnismäßig
einfachen Mitteln realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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 [0008]
- - DE 10145133 C1 [0015]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Sam H. Kaplan „Theory
of parallax barriers”, Journal of SMPTE Vol. 59, No 7,
pp 11–21, July 1952 [0002]