DE102009034355B3

DE102009034355B3 - Monitor und Verfahren zum Darstellen autostereoskopisch wahrnehmbarer Bilder

Info

Publication number: DE102009034355B3
Application number: DE102009034355A
Authority: DE
Inventors: René de Dr. La Barré; Hans RÖDER
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-18
Also published as: WO2011006551A1; KR101614005B1; KR20120104157A; US20120154395A1; US9497449B2; EP2454885A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Monitor zum Darstellen autostereoskopisch dreidimensional wahrnehmbarer Bilder, umfassend einen Matrixbildschirm (1) mit einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Subpixeln (2), die in ihrer Leuchtintensität veränderbar und zu einer Vielzahl von in zumindest einem ersten Betriebsmodus jeweils mehrere Subpixel (2) umfassenden Bildpunkten (3') zusammenfassbar sind, eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Subpixel (2) in Abhängigkeit von Bildinformationen mindestens zweier stereoskopischer Halbbilder derart, dass die Bildpunkte (3') in mindestens zwei Untergruppen zur Wiedergabe jeweils eines der Halbbilder eingeteilt sind, und einen Barrierenraster (5), mit dem von den Bildpunkten (3') jeder der Untergruppen ausgehendes Licht in jeweils eine von mehreren seitlich versetzt liegenden Betrachtungszonen (6') leitbar ist, die dadurch dieser Untergruppe zugeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Subpixel (2) innerhalb jedes der Bildpunkte mit einer zusätzlich zu den Bildinformationen zeilenweise subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensität anzusteuern, wodurch der Monitor für einen Betrieb in zwei verschiedenen Betriebsmodi geeignet ist, die sich durch eine unterschiedliche Anzahl von Betrachtungszonen (6') voneinander unterscheiden. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zum Darstellen autostereoskopisch dreidimensional wahrnehmbarer Bilder.

Description

Die Erfindung betrifft einen Monitor zum Darstellen autostereoskopisch dreidimensional wahrnehmbarer Bilder nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, der auch als 3D-Monitor, 3D-Display oder autostereoskopischer Bildschirm bezeichnet werden kann. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Darstellen autostereoskopisch dreidimensional wahrnehmbarer Bilder nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
Monitore, auf denen Bildinformationen mindestens zweier stereoskopischer Halbbilder so dargestellt werden können, dass ein Betrachter auf dem Monitor Bilder autostereoskopisch dreidimensional wahrnehmen kann, sind an sich bekannt. Die Druckschrift US 2008/0211977 A1 beschreibt einen solchen Monitor, der zwischen verschiedenen Betriebsmodi umgeschaltet werden kann, wobei sich die Betriebsmodi in der Anzahl wiedergegebener Bildansichten voneinander unterscheiden.
Ein gattungsgemäßer Monitor umfasst einen Matrixbildschirm mit einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Subpixeln, die in ihrer Leuchtintensität veränderbar und zu einer Vielzahl von jeweils mehrere Subpixel umfassenden Bildpunkten zusammenfassbar sind, und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Subpixel in Abhängigkeit von Bildinformationen mindestens zweier stereoskopischer Halbbilder derart, dass die Bildpunkte in mindestens zwei Untergruppen zur Wiedergabe jeweils eines der Halbbilder eingeteilt sind, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Subpixel innerhalb jedes der Bildpunkte mit einer zusätzlich zu den Bildinformationen zeilenweise subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensität anzusteuern. Ferner weist ein derartiger Monitor ein Barrierenraster auf, mit dem von den Bildpunkten jeder der Untergruppen ausgehendes Licht in jeweils eine von mehreren seitlich gegeneinander versetzten Betrachtungszonen leitbar ist. Dabei ist das Barrierenraster typischerweise als Schlitzraster ausgeführt, wobei die Begriffe Barrierenraster und Schlitzraster, in der vorliegenden Schrift allgemein zu verstehen sein sollen, also außer einer Blende mit Schlitzen auch andere optische Anordnungen gleicher Wirkung bezeichnen.
Ein derartiger Monitor ist in der Druckschrift DE 10 2006 031 799 B3 beschrieben. Dieser und andere aus dem Stand der Technik bekannte Monitore können in zwei Klassen eingeteilt werden, nämlich in Einpersonen-Bildschirme, bei denen die Bildpunkte auf zwei Untergruppen zur Darstellung jeweils eines von zwei stereoskopischen Halbbildern aufgeteilt werden, wobei von jedem dieser Halbbilder ausgehendes Licht jeweils in eine von zwei Stereo-Betrachtungszonen für zwei Augen eines einzigen Betrachters geworfen wird, und in Mehrpersonen-Bildschirme oder Multi-View-Displays, bei denen die Bildpunkte zur Darstellung einer größeren Anzahl von Ansichten auf eine entsprechend große Anzahl von Untergruppen verteilt werden und von jeder dieser Untergruppen ausgehendes Licht in jeweils eine von entsprechend vielen Betrachtungszonen geleitet wird. Im letztgenannten Fall können auch mehrere Personen die wiedergegebenen Bilder autostereoskopisch wahrnehmen. Auch kann sich ein einzelner Betrachter dann bei einer seitlichen Bewegung durch verschiedene Betrachtungszonen bewegen und auf diese Weise verschiedene Ansichten einer dargestellten Szene jeweils dreidimensional wahrnehmen, ohne dass dazu eine für Einpersonen-Bildschirme als Tracking bekannte Nachführung erforderlich ist. Damit ein Übergang von einer Betrachtungszone in eine nächste vom Betrachter nicht oder kaum wahrnehmbar ist, lässt man die Betrachtungszonen ineinander übergehen, was ein relativ hohes gegenseitiges Übersprechen verschiedener Stereo-Kanäle bedingt. Daher ist die bei Mehrpersonen-Bildschirmen verwendete Art der Bildwiedergabe für manche Szenen weniger gut geeignet. Ein Betrachtungsabstand liegt bei diesen Mehrpersonen-Bildschirmen typischerweise beim Zwei- bis Dreifachen einer Formatdiagonale und ist insbesondere größer als übliche Betrachtungsentfernungen von Einpersonen-Bildschirmen vergleichbarer Größe.
Mit den bekannten 3D-Monitoren ist es jedoch nicht möglich, beide skizzierten Arten dreidimensionaler Bildwiedergabe – also einen Betrieb als Mehrpersonen-Bildschirm oder als Einpersonen-Bildschirm – wahlweise zu realisieren, weil sich jeder dieser 3D-Monitore aufgrund geometrischer Beschränkungen jeweils nur für eine der beiden Arten der Bildwiedergabe eignet. Das bringt den Nachteil mit sich, dass ein als Mehrpersonen-Bildschirm einsetzbarer 3D-Monitor aus dem Stand der Technik auch dann, wenn nur eine einzige Person diesen 3D-Monitor benutzt, als Multi-View-Display betrieben werden muss, obwohl sich mit der anderen Art der Bildwiedergabe bei entsprechender Pixelzahl theoretisch eine bessere Bildqualität realisieren ließe.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen 3D-Monitor zu entwickeln, der wahlweise als Mehrpersonen-Bildschirm oder als Einpersonen-Bildschirm betreibbar ist und damit den erwähnten Nachteil vermeidet. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Darstellen autostereoskopischer Bilder vorzuschlagen, mit dem unter Verwendung eines einzigen 3D-Monitors beide oben beschriebenen Arten der Bildwiedergabe realisiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Monitor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Monitor ist die Steuereinrichtung also – typischerweise durch eine entsprechende Programmierung – dazu eingerichtet, den Matrixbildschirm alternativ zu einem ersten Betriebsmodus auch in einem zweiten Betriebsmodus anzusteuern, in dem die Subpixel in jeder der verwendeten Zeilen des Matrixbildschirms jeweils auf eine größere Anzahl von Bildpunkten verteilt sind und in dem die Bildpunkte in eine größere Anzahl von Untergruppen zur Darstellung jeweils eines stereoskopischen Halbbilds eingeteilt sind als im ersten Betriebsmodus, wobei die Steuereinrichtung ferner eingerichtet ist, die Subpixel in zumindest einem der beiden Betriebsmodi innerhalb der Bildpunkte mit derart subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensitäten anzusteuern, dass ein seitlicher Abstand von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte im ersten Betriebsmodus von jedem ganzzahligen Vielfachen eines seitlichen Abstandes von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte im zweiten Betriebsmodus abweicht.
Dadurch eignet sich der Monitor für einen Betrieb in zwei verschiedenen Betriebsmodi, die sich durch eine unterschiedliche Anzahl von Betrachtungszonen voneinander unterscheiden. Insbesondere wird es dadurch möglich, den Monitor sowohl als Mehrpersonen-Bildschirm (sogenannter Multi-View-Betrieb) als auch als Einpersonen-Bildschirm (sogenannter Single-User-Betrieb) zu verwenden, und zwar wahlweise durch Umschalten zwischen den beiden Betriebsmodi. Dazu kann der Monitor im ersten Betriebsmodus als Einpersonen-Bildschirm zur Darstellung genau zweier stereoskopischer Halbbilder und im zweiten Betriebsmodus als Mehrpersonen- oder Multi-View-Bildschirm zur Darstellung einer größeren Zahl stereoskopischer Halbbilder ausgelegt sein. Möglich sind auch Ausführungen, bei denen beide Modi zwar jeweils mehr als zwei Betrachtungszonen vorsehen, jedoch in unterschiedlicher Zahl und in unterschiedlichen Abständen vom Matrixbildschirm.
Geometrische bedingte Einschränkungen, die sich dadurch ergeben, dass das Barrierenraster eine feste Periodenlänge – gegeben z. B. durch einen Schlitzabstand – und der Matrixbildschirm einen festen seitlichen Subpixelabstand hat, und die eine derartige vielseitige Verwendung eines einzigen Monitors bislang unmöglich gemacht haben, werden dabei dadurch überwunden, dass die Subpixel in zumindest einem der Betriebsmodi innerhalb der Bildpunkte in beschriebener Weise subpixelabhängig gewichtet angesteuert werden.
Die Steuereinrichtung kann dabei so eingerichtet sein, dass die Subpixel in einem der beiden Betriebsmodi oder in beiden Betriebsmodi innerhalb jedes der Bildpunkte derart gewichtet angesteuert werden, dass ein Abstand von Intensitätsschwerpunkten seitlich benachbarter Bildpunkte von jedem ganzzahligen Vielfachen eines seitlichen Abstandes benachbarter Subpixel abweicht.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Darstellen autostereoskopisch wahrnehmbarer Bilder, das sich mit einem Monitor beschriebener Art durchführen lässt, wird dementsprechend eine Vielzahl von Bildpunkten auf einem Matrixbildschirm durch jeweils einen oder mehrere in ihrer Leuchtintensität veränderbare Subpixel gebildet, wobei mindestens zwei Untergruppen der Bildpunkte jeweils eine von mindestens zwei zu einem Stereobild kombinierbaren stereoskopischen Halbbildern abbilden und wobei von jeder dieser Untergruppen von Bildpunkten ausgehendes Licht durch ein Barrierenraster in jeweils eine von mindestens zwei nebeneinander liegenden Betrachtungszonen geleitet wird, die dadurch dieser Untergruppe zugeordnet ist. Dabei wird der Monitor zwischen zwei verschiedenen Betriebsmodi umgeschaltet, die sich dadurch voneinander unterscheiden, dass die Subpixel in einem zweiten Betriebsmodus innerhalb jeder Bildschirmzeile auf eine größere Anzahl von Bildpunkten verteilt sind und die Bildpunkte im zweiten Betriebsmodus in eine größere Anzahl von Untergruppen zur Darstellung jeweils eines stereoskopischen Halbbilds eingeteilt sind als in einem ersten Betriebsmodus, wobei die Subpixel in zumindest einem der beiden Betriebsmodi innerhalb der Bildpunkte mit derart subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensitäten angesteuert werden, dass ein seitlicher Abstand von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte im ersten Betriebsmodus von jedem ganzzahligen Vielfachen eines seitlichen Abstandes von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte im zweiten Betriebsmodus abweicht. Mit diesem Verfahren werden mit vorteilhaft geringem Aufwand autostereoskopisch wahrnehmbare 3D-Bilder in verschiedenen Weisen wiedergegeben, so dass je nachdem, wie viele Betrachter die 3D-Bilder sehen können sollen, und je nach Anzahl verfügbarer Ansichten oder stereoskopischer Halbbilder eine jeweils optimale Wiedergabeart gewählt werden kann.
Zum Ansteuern der Subpixel mit der innerhalb jedes der Bildpunkte subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensität kann dabei in einfach programmtechnisch realisierbarer Weise ein sich aus den Bildinformationen ergebender Intensitätswert für einen Bildpunkt für jeden Subpixel des Bildpunkts mit einem Wert einer Gewichtungsfunktion multipliziert werden, wobei diese Gewichtungsfunktion von den Bildinformationen unabhängig ist und für jeden Subpixel des Bildpunkts ein innerhalb jeder Bildschirmzeile ortsabhängiges Gewicht definiert.
Die vorliegend beschriebene Erfindung schließt eine Dunkeltastung einzelner Subpixel beim Einschreiben darzustellender Bildinformationen in den Matrixbildschirm nicht aus. Es ist also möglich, dass einzelne Subpixel – insbesondere solche, die ein Betrachter bei einer gegebenen Kopfposition mit beiden Augen sehen könnte – dunkel bleiben. Das kann sowohl dadurch realisiert werden, dass eine zum gewichteten Ansteuern der Subpixel verwendete Gewichtungsfunktion unter Umständen – insbesondere für Subpixel am Rand eines Bildpunktes – auch den Wert Null annimmt, als auch dadurch, dass einzelne Subpixel beim Einschreiben der Bildinformationen einfach ausgespart werden. Schließlich ist es auch möglich, insbesondere bei einem dem ersten Betriebsmodus entsprechenden Single-User-Betrieb mit Tracking von Augenpositionen des Betrachters, Subpixel abhängig von den Augenpositionen mal einem Bildpunkt aus der einen Untergruppe und mal einem anderen Bildpunkt aus der anderen Untergruppe zuzuordnen.
Damit das von den Bildpunkten der verschiedenen Untergruppen ausgehende Licht mit einem möglichst einfach aufgebauten Barrierenraster in die der jeweiligen Untergruppe zugeordnete Betrachtungszone geleitet werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Bildpunkte in beiden Betriebsmodi jeweils zeilenweise in zyklischer Reihenfolge den verschiedenen Untergruppen zugeordnet sind. Das Barrierenraster kann dazu z. B. parallel zu einer Spaltenrichtung des Matrixbildschirms oder dazu geneigt verlaufende Gitterlinien, Prismenelemente oder Zylinderlinsen aufweisen. Der Matrixbildschirm kann bei vorteilhaft einfach aufgebauten Ausführungen entsprechender Monitore z. B. durch einen Flüssigkristallbildschirm gegeben sein.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung des Monitors so eingerichtet, dass die Subpixel in zumindest einem der beiden Betriebsmodi innerhalb der Bildpunkte mit derart subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensitäten angesteuert werden, dass auch ein seitlicher Abstand von Intensitätsschwerpunkten in einer Zeile zueinander nächstgelegener Bildpunkte aus einer der Untergruppen im ersten Betriebsmodus von einem seitlichen Abstand von Intensitätsschwerpunkten in einer Zeile zueinander nächstgelegener Bildpunkte aus einer der Untergruppen im zweiten Betriebsmodus abweicht. Dadurch kann erreicht werden, dass die stereoskopischen Halbbilder in jedem Betriebsmodus in einem für diesen Betriebsmodus charakteristischen Betrachtungsabstand vom Barrierenraster entfernt optimal gesehen werden können.
Bei bevorzugten Ausführungen des Monitors sind die Intensitätsschwerpunkte der Bildpunkte jeder Untergruppe dabei im ersten Betriebsmodus so angeordnet, dass von jedem dieser Intensitätsschwerpunkte ausgehendes Licht durch das Barrierenraster in einem ersten Betrachtungsabstand vom Barrierenraster entfernt mittig in die der jeweiligen Untergruppe zugeordnete Betrachtungszone fällt, während die Intensitätsschwerpunkte der Bildpunkte jeder Untergruppe im zweiten Betriebsmodus so angeordnet sind, dass von jedem dieser Intensitätsschwerpunkte ausgehendes Licht durch das Barrierenraster in einem zweiten Betrachtungsabstand vom Barrierenraster entfernt mittig in die der jeweiligen Untergruppe zugeordnete Betrachtungszone fällt. Typischerweise ist der zweite Betrachtungsabstand dabei größer als der erste Betrachtungsabstand. Gleichzeitig lässt sich eine größere Anzahl von Betrachtern in einem größeren Abstand vom Bildschirm komfortabler platzieren, während ein einzelner Betrachter näher an den Bildschirm herangehen kann, ohne Mitbetrachter zu stören.
Typischerweise sind die Bildpunkte im ersten Betriebsmodus jeweils aus einer – für alle Bildpunkte dieses Betriebsmodus gleichen – größeren Anzahl von Subpixeln gebildet als im zweiten Betriebsmodus, in dem eine größere Anzahl von Bildpunkten benötigt wird. Um mit einfachen Mitteln eine Darstellung auch farbiger Bilder zu erlauben, kann jeder der Bildpunkte in jeweils gleicher Anzahl Subpixel dreier verschiedener Farben enthalten. Stattdessen können aber selbstverständlich auch farblich durchstimmbare Subpixel verwendet werden. Im erstgenannten Fall ist es im Hinblick auf eine möglichst farbneutrale Wirkung einer seitlichen Bewegung eines Betrachters vorteilhaft, wenn die Bildpunkte jeweils Subpixel aus mindestens drei aufeinander folgenden Zeilen enthalten, wobei die Bildpunkte im ersten Betriebsmodus aus jeder dieser Zeilen jeweils mindestens drei benachbarte Subpixel enthalten, während die Bildpunkte im zweiten Betriebsmodus aus jeder dieser Zeilen jeweils weniger Subpixel enthalten als die Bildpunkte im ersten Betriebsmodus.
Für das typischerweise als Schlitzraster ausgeführte Barrierenraster kann eine vorteilhaft einfache Struktur gewählt werden, wenn die Bildpunkte jeder Untergruppe jeweils längs einer Schar äquidistanter paralleler Geraden angeordnet sind, die die Zeilen schneiden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 erläutert. Es zeigen
1 einen Ausschnitt einer Pixelebene eines Matrixbildschirms, der einen Hauptbestandteil eines 3D-Monitors bildet.
2 in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf einen Strahlengang dieses 3D-Monitors und
3 in einer der 2 entsprechenden Darstellung den gleichen 3D-Monitor in einem anderen Betriebsmodus.
Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen 3D-Monitor, der wahlweise in einem ersten Betriebsmodus als Einpersonen-Bildschirm oder in einem zweiten Betriebsmodus als Mehrpersonen-Bildschirm betrieben werden kann und der zwischen diesen beiden Betriebsmodi oder Betriebsarten ungeschaltet werden kann. Als Hauptbestandteil weist dieser 3D-Monitor einen durch einen Flüssigkristallbildschirm gegebenen Matrixbildschirm 1 mit einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten, in ihrer Intensität veränderbaren Subpixeln 2 auf, von dem in 1 ein Ausschnitt der Pixelebene abgebildet ist. In jeder Zeile des Matrixbildschirms 1 wechseln sich Subpixel 2 roter, grüner und blauer Farbe, in 1 gekennzeichnet mit den Buchstaben R, G und B, zyklisch ab, wobei in den Spalten jeweils Subpixel 2 gleicher Farbe übereinander angeordnet sind. Selbstverständlich wären bei anderen Ausführungen entsprechende 3D-Monitore auch mit anderen Anordnungen der Subpixel 2 möglich. Die einzelnen Subpixel 2 haben eine Breite p von beispielsweise 0,085 mm und sind so dimensioniert, dass sich drei nebeneinander liegende Subpixel 2 jeweils zu einem Quadrat ergänzen.
In jedem der genannten Betriebsmodi werden die Subpixel 2 jeweils gruppenweise zu mehrere Subpixel 2 umfassenden Bildpunkten 3 oder 3' zusammengefasst und zwar im zweiten Betriebsmodus zu Bildpunkten 3 mit jeweils einem roten, einem grünen und einem blauen Subpixel 2 und im ersten Betriebsmodus zu größeren Bildpunkten 3' mit jeweils drei roten, drei grünen und drei blauen Subpixeln 2. Jeder der Bildpunkte 3 und 3' erstreckt sich über drei Zeilen, wobei die Bildpunkte 3' im ersten Betriebsmodus aus jeder dieser Zeilen jeweils drei benachbarte Subpixel 2 enthalten. Dabei sind die Farben dieser drei Subpixel 2 gegenüber den Farben der drei Subpixel 2 aus den anderen Zeilen desselben Bildpunkts 3' jeweils zyklisch vertauscht. Sowohl die Subpixel 2 der Bildpunkte 3 im zweiten Betriebsmodus als auch die Subpixel 2 der Bildpunkte 3' im ersten Betriebsmodus bilden dabei jeweils einen länglichen Streifen, der um etwa 20° aus einer Spaltenrichtung des Matrixbildschirms 1 herausgeneigt ist, wobei die von den Bildpunkten 3 im zweiten Betriebsmodus gebildeten Streifen parallel zu den durch die Bildpunkte 3' im ersten Betriebsmodus gebildeten Streifen verlaufen.
Sowohl im ersten Betriebsmodus als auch im zweiten Betriebsmodus werden die Bildpunkte 3 bzw. 3' jeweils zu Untergruppen zusammengefasst, auf denen jeweils eine von mehreren Ansichten eines mit dem 3D-Monitor sichtbar gemachten Stereobildes wiedergegeben wird. Jede dieser Ansichten bildet dabei ein stereoskopisches Halbbild des jeweiligen Stereobildes. Dazu werden die Subpixel mit einer entsprechend programmtechnisch eingerichteten und in 1 schematisch dargestellten Steuereinrichtung 4 in Abhängigkeit von Bildinformationen dieser stereoskopischen Halbbilder angesteuert, wobei die Steuereinrichtung 4 eingerichtet ist, den Matrixbildschirm 1 wahlweise für einen Betrieb in jedem der beiden Betriebsmodi anzusteuern und bei Bedarf zwischen diesen Betriebsmodi umzuschalten.
Die Bildpunkte 3 bzw. 3' jeder der genannten Untergruppen sind dabei jeweils längs einer Schar äquidistanter paralleler Geraden angeordnet, von denen in 1 für die beiden Betriebsmodi jeweils eine als strichpunktierte Linie eingezeichnet ist und die gegenüber der Spaltenrichtung des Matrixbildschirms 1 genauso geneigt sind wie die aus den jeweiligen Bildpunkten 3 bzw. 3' gebildeten Streifen.
Im zweiten Betriebsmodus werden die Bildpunkte auf eine Vielzahl von m Untergruppen aufgeteilt, wobei m im vorliegenden Beispiel als m = 6 gewählt sei und wobei auf diesen Untergruppen m verschiedene Ansichten wiedergegeben werden, die aus jeweils einer von m nebeneinander liegenden Betrachtungszonen sichtbar sein sollen. Die Bildpunkte 3 dieser m Untergruppen sind auf dem Matrixbildschirm 1 so angeordnet, dass sich in jeder Zeile Bildpunkte 3 der m Untergruppen zyklisch abwechseln, wenn der 3D-Monitor im zweiten Betriebsmodus, also als Mehrpersonen-Bildschirm, betrieben wird. Im ersten Betriebsmodus werden die größeren Bildpunkte 3' auf eine erste Untergruppe, die für ein linkes Auge eines einzigen Betrachters sichtbar sein soll, und eine zweite Untergruppe, die für ein rechtes Auge dieses Betrachters sichtbar sein soll, aufgeteilt, wobei die Bildpunkte 3' dieser beiden Untergruppen im ersten Betriebsmodus so auf dem Matrixbildschirm 1 verteilt sind, dass sich in jeder Zeile Bildpunkte 3' der ersten Untergruppe mit Bildpunkten 3' der zweiten Untergruppe abwechseln. Im ersten Betriebsmodus wird auf den Bildpunkten 3' jeder dieser beiden Untergruppen jeweils eines von zwei stereoskopischen Halbbildern wiedergegeben, so dass der eine Betrachter autostereoskopisch ein Stereobild wahrnehmen kann, wenn sich sein linkes Auge in einer linken Betrachtungszone und sein rechtes Auge in einer rechten Betrachtungszone von in diesem ersten Betriebsmodus nur zwei sich seitlich periodisch wiederholenden Betrachtungszonen befindet.
In 2 ist in schematischer Weise eine Aufsicht auf den beschriebenen 3D-Monitor bei einem Betrieb im zweiten Betriebsmodus gezeigt. Vom Matrixbildschirm 1 ist hier ein längs einer Zeile verlaufender Querschnitt zu erkennen, wobei Grenzen zwischen benachbarten Subpixeln 2 des Matrixbildschirms 1 hier durch kurze zur Pixelebene senkrechte Striche markiert sind.
In einem geringen Abstand a von der Pixel-Ebene des Matrixbildschirms 1 entfernt ist ein parallel zum Matrixbildschirm 1 orientiertes Barrierenraster 5 angeordnet, das vorliegend als Schlitzraster mit einem Schlitzabstand L zwischen benachbarten Schlitzen dargestellt ist. Diese Schlitze sind dabei parallel zu den Geraden orientiert, längs derer die Bildpunkte 3 bzw. 3' der einzelnen Untergruppen angeordnet sind. Anstelle des Schlitzrasters mit gegenüber einer Spaltenrichtung des Matrixbildschirms 1 geneigten Gitterlinien können bei anderen Ausführungen auch z. B. Prismenelemente oder Zylinderlinsen vorgesehen sein, wobei eine Gitterlinienrichtung auch parallel zur Spaltenrichtung des Matrixbildschirms verlaufen kann, wenn die farbigen Subpixel 2 anders angeordnet werden.
Wie in 2 erkennbar ist, wird von den Bildpunkten 3 jeder der m Untergruppen ausgehendes Licht durch das Barrierenraster 5 in jeweils eine von mehreren seitlich versetzt liegenden und sich in Randbereichen überlappenden Betrachtungszonen 6 geleitet, wobei die Bildpunkte 3 im hier dargestellten zweiten Betriebsmodus in jeder Zeile jeweils die Breite eines Subpixels 2 haben.
Das Barrierenraster 5 ist so dimensioniert, dass im zweiten Betriebsmodus von jeder der m paarweise disjunkten Untergruppen von Bildpunkten 3 ausgehendes Licht durch das Barrierenraster 5 in einem zweiten Betrachtungsabstand A vom Barrierenraster 5 entfernt in jeweils eine von m nebeneinander liegenden Betrachtungszonen 6 fällt. Ein Abstand Q zwischen Intensitätsschwerpunkten benachbarter Betrachtungszonen 6 ist im ersten Modus vorzugsweise geringfügig kleiner als ein mittlerer Augenabstand, damit ein Betrachter bei einer seitlichen Bewegung, bei der jedes seiner Augen sich von einer der Betrachtungszonen 6 in eine benachbarte Betrachtungszone 6 bewegt, zu jeder Zeit ein Stereobild wahrnehmen kann.
Für den Abstand a zwischen Pixelebene und Barrierenraster 5 und für den Schlitzabstand L gilt dafür a = p A/Q und L = m p A/(A + a), was für m = 6 (entsprechend 6 Stereokanälen für einen Multi-View-Betrieb) und p = 0,085 mm beispielsweise zu den Werten
a = 2,29 mm und L = 0,509334 mm
führt, wenn der Betrachtungsabstand A im zweiten Betriebsmodus als A = 1750 mm festgelegt werden soll und wenn außerdem Q = 65 mm gewählt wird (in praxi wird Q typischerweise etwas kleiner gewählt werden). Das sind realistische Werte, wenn z. B. ein 20,1''-LC-Bildschirm als Matrixbildschirm 1 verwendet wird.
Die Bildpunkte 3 jeder der Untergruppen ergeben in diesem Betriebsmodus also in der jeweiligen Betrachtungszone 6 eine von m Ansichten, die für eine oder mehrere Personen als sich ergänzende stereoskopische Halbbilder wahrnehmbar sind.
In 3 ist nun – wenngleich nicht maßstabsgetreu – der gleiche 3D-Monitor bei einem Betrieb im ersten Betriebsmodus gezeigt. Die im ersten Betriebsmodus größeren Bildpunkte 3' verteilen sich auf nur zwei Untergruppen, von denen jede zur Wiedergabe eines von jetzt nur zwei stereoskopischen Halbbildern dient.
Licht, das von einer ersten der beiden Untergruppen von Bildpunkten 3' ausgeht, fällt jetzt durch das Barrierenraster 5 in eine linke Betrachtungszone 6' für ein linkes Betrachterauge, wobei diese Betrachtungszone 6' in einem gegenüber A kleineren Betrachtungsabstand A' vom Barrierenraster 5 entfernt liegt. Von der verbleibenden Untergruppe von Bildpunkten 3' ausgehendes Licht fällt durch das Barrierenraster 5 in eine im gleichen Betrachtungsabstand A' vom Barrierenraster 5 entfernt liegende rechte Betrachtungszone 6' für ein rechtes Betrachterauge. Ein Abstand P zwischen Intensitätsschwerpunkten der beiden Betrachtungszonen 6' entspricht einem typischen Augenabstand von etwa 65 mm, wobei der Betrachtungsabstand jetzt z. B. als A' = 750 mm gewählt sein kann.
Im ersten Betriebsmodus werden die Subpixel 2 mittels der erwähnten Steuereinrichtung 4 innerhalb jedes der Bildpunkte 3' mit einer zusätzlich zu den Bildinformationen der darzustellenden stereoskopischen Halbbilder derart subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensitäten angesteuert, dass ein seitlicher Abstand r von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte 3' im ersten Betriebsmodus von jedem ganzzahligen Vielfachen eines seitlichen Abstandes von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte 3 im zweiten Betriebsmodus und von jedem ganzzahligen Vielfachen eines seitlichen Abstandes benachbarter Subpixel abweicht. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weicht der Abstand r also von jedem ganzzahligen Vielfachen und insbesondere vom Dreifachen der Breite p ab, die hier sowohl dem auf Flächenschwerpunkte der Subpixel 2 bezogenen Abstand benachbarter Subpixel 2 als auch dem seitlichen Abstand von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte 3 im zweiten Betriebsmodus entspricht.
Um zu erreichen, dass die Intensitätsschwerpunkte innerhalb der Bildpunkte 3' gegenüber einem Flächenschwerpunkt dieser Bildpunkte 3' versetzt liegen, wird dabei mittels der entsprechend programmierten Steuereinrichtung 4 ein sich aus den Bildinformationen der Halbbilder ergebender Intensitätswert für einen Bildpunkt 3' für jeden Subpixel 2 des Bildpunkts 3' mit einem Wert einer Gewichtungsfunktion multipliziert, wobei diese Gewichtungsfunktion von den Bildinformationen unabhängig ist und für jeden Subpixel 2 des Bildpunkts 3' ein innerhalb jeder Bildschirmzeile ortsabhängiges Gewicht definiert.
Nur durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass die Intensitätsschwerpunkte der Bildpunkte 3' jeder Untergruppe im ersten Betriebsmodus so angeordnet sind, dass von jedem dieser Intensitätsschwerpunkte ausgehendes Licht durch das Barrierenraster 5 im ersten Betrachtungsabstand A' vom Barrierenraster 5 entfernt mittig in die der jeweiligen Untergruppe zugeordnete Betrachtungszone 6' fällt, während die Intensitätsschwerpunkte der Bildpunkte 3 jeder Untergruppe im zweiten Betriebsmodus so angeordnet sind, dass von jedem dieser Intensitätsschwerpunkte ausgehendes Licht durch das in seinen Abmessungen feste Barrierenraster 5 im zweiten Betrachtungsabstand A vom Barrierenraster 5 entfernt mittig in die der jeweiligen Untergruppe zugeordnete Betrachtungszone 6 fällt.
Durch die beschriebenen Maßnahmen ergibt sich schließlich, dass die Subpixel 2 im ersten Betriebsmodus innerhalb der Bildpunkte 3' auch mit derart subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensitäten angesteuert werden, dass ein seitlicher Abstand q von Intensitätsschwerpunkten in einer Zeile zueinander nächstgelegener Bildpunkte 3' aus jeweils einer der beiden Untergruppen im ersten Betriebsmodus von einem seitlichen Abstand m·p von Intensitätsschwerpunkten in einer Zeile zueinander nächstgelegener Bildpunkte 3 aus einer beliebigen der Untergruppen im zweiten Betriebsmodus abweicht.
Die Gewichtungsfunktionen werden dabei so gewählt, dass
r = P a/A' und q = (1 + a/A')L gilt, was im zuvor genannten Beispiel zu den Werten
r = 0,198 mm und q = 0,511 mm führt.
In 3 sind die genannten Gewichtungsfunktionen, die für jeden Bildpunkt 3' drei Werte annehmen, weil dort jeweils drei in einer Zeile nebeneinander liegende Subpixel 2 dem gleichen Bildpunkt 3' zugeordnet sind, für vier benachbarte Bildpunkte 3' schraffiert dargestellt. Die Gewichtungsfunktionen können dabei außerdem in Abhängigkeit von einer detektierten Kopfposition eines Betrachters umdefiniert werden, um die Betrachtungszonen 3' – genauer: Intensitätsschwerpunkte der Betrachtungszonen 3' – in diesem Betriebsmodus einer Kopfbewegung nachzuführen.

Claims

Monitor zum Darstellen autostereoskopisch dreidimensional wahrnehmbarer Bilder mit – einem Matrixbildschirm (1) mit einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Subpixeln (2), die in ihrer Leuchtintensität veränderbar und zu einer Vielzahl von in zumindest einem ersten Betriebsmodus jeweils mehrere Subpixel (2) umfassenden Bildpunkten (3, 3') zusammenfassbar sind, – einer Steuereinrichtung (4) zum Ansteuern der Subpixel (2) in Abhängigkeit von Bildinformationen mindestens zweier stereoskopischer Halbbilder derart, dass die Bildpunkte (3, 3') in mindestens zwei Untergruppen zur Wiedergabe jeweils eines der Halbbilder eingeteilt sind, und – einem Barrierenraster (5), mit dem von den Bildpunkten (3, 3') jeder der Untergruppen ausgehendes Licht in jeweils eine von mehreren seitlich versetzt liegenden Betrachtungszonen (6; 6') leitbar ist, die dadurch dieser Untergruppe (3, 3') zugeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Subpixel (2) innerhalb jedes der Bildpunkte (3, 3') mit einer zusätzlich zu den Bildinformationen zeilenweise subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensität anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) eingerichtet ist, den Matrixbildschirm (1) alternativ zu dem genannten ersten Betriebsmodus auch in einem zweiten Betriebsmodus anzusteuern, in dem die Subpixel (2) in jeder der Zeilen jeweils auf eine größere Anzahl von Bildpunkten (3) verteilt sind und in dem die Bildpunkte (3) in eine größere Anzahl von Untergruppen zur Darstellung jeweils eines stereoskopischen Halbbilds eingeteilt sind als im ersten Betriebsmodus, wobei die Steuereinrichtung (4) ferner eingerichtet ist, die Subpixel (2) in zumindest einem der beiden Betriebsmodi innerhalb der Bildpunkte (3') mit derart subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensitäten anzusteuern, dass ein seitlicher Abstand (r) von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte (3') im ersten Betriebsmodus von jedem ganzzahligen Vielfachen eines seitlichen Abstandes von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte (3) im zweiten Betriebsmodus abweicht.
Monitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) eingerichtet ist, die Subpixel (2) in zumindest einem der beiden Betriebsmodi innerhalb jedes der Bildpunkte (3') derart gewichtet anzusteuern, dass ein Abstand (r) von Intensitätsschwerpunkten seitlich benachbarter Bildpunkte (3') von jedem ganzzahligen Vielfachen eines seitlichen Abstandes benachbarter Subpixel (2) abweicht.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er im ersten Betriebsmodus als Einpersonen-Bildschirm zur Darstellung genau zweier stereoskopischer Halbbilder und im zweiten Betriebsmodus als Mehrpersonen-Bildschirm zur Darstellung einer größeren Zahl stereoskopischer Halbbilder ausgelegt ist.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildpunkte (3, 3') in beiden Betriebsmodi jeweils zeilenweise in zyklischer Reihenfolge den verschiedenen Untergruppen zugeordnet sind.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) eingerichtet ist, die Subpixel (2) in zumindest einem der beiden Betriebsmodi innerhalb der Bildpunkte (3') mit derart subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensitäten anzusteuern, dass ein seitlicher Abstand (q) von Intensitätsschwerpunkten in einer Zeile zueinander nächstgelegener Bildpunkte (3') aus einer der Untergruppen im ersten Betriebsmodus von einem seitlichen Abstand (m·p) von Intensitätsschwerpunkten in einer Zeile zueinander nächstgelegener Bildpunkte (3) aus einer der Untergruppen im zweiten Betriebsmodus abweicht.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsschwerpunkte der Bildpunkte (3') jeder Untergruppe im ersten Betriebsmodus so angeordnet sind, dass von jedem dieser Intensitätsschwerpunkte ausgehendes Licht durch das Barrierenraster (5) in einem ersten Betrachtungsabstand (A') vom Barrierenraster (5) entfernt mittig in die der jeweiligen Untergruppe zugeordnete Betrachtungszone (6') fällt, während die Intensitätsschwerpunkte der Bildpunkte (3) jeder Untergruppe im zweiten Betriebsmodus so angeordnet sind, dass von jedem dieser Intensitätsschwerpunkte ausgehendes Licht durch das Barrierenraster (5) in einem zweiten Betrachtungsabstand (A) vom Barrierenraster (5) entfernt mittig in die der jeweiligen Untergruppe zugeordnete Betrachtungszone (6) fällt.
Monitor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Betrachtungsabstand (A) größer ist als der erste Betrachtungsabstand (A').
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildpunkte (3') im ersten Betriebsmodus jeweils aus einer für alle Bildpunkte (3') dieses Betriebsmodus gleichen größeren Anzahl von Subpixeln (2) gebildet sind als im zweiten Betriebsmodus.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Bildpunkte (3, 3') in jeweils gleicher Anzahl Subpixel (2) dreier verschiedener Farben enthält.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildpunkte (3, 3') jeweils Subpixel (2) aus mindestens drei aufeinander folgenden Zeilen enthalten, wobei die Bildpunkte (3') im ersten Betriebsmodus aus jeder dieser Zeilen jeweils mindestens drei benachbarte Subpixel (2) enthalten, während die Bildpunkte (3) im zweiten Betriebsmodus aus jeder dieser Zeilen jeweils weniger Subpixel (2) enthalten als die Bildpunkte (3') im ersten Betriebsmodus.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildpunkte (3, 3') jeder Untergruppe jeweils längs einer Schar äquidistanter paralleler Geraden angeordnet sind, die die Zeilen schneiden.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixbildschirm (1) durch einen Flüssigkristallbildschirm gegeben ist.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Barrierenraster (5) parallel zu einer Spaltenrichtung des Matrixbildschirms oder dazu geneigt verlaufende Gitterlinien, prismenelemente oder Zylinderlinsen aufweist.
Verfahren zum Darstellen autostereoskopisch dreidimensional wahrnehmbarer Bilder auf einem Monitor mit einem Matrixbildschirm (1), auf dem eine Vielzahl von Bildpunkten (3, 3') durch jeweils einen oder mehrere in ihrer Leuchtintensität veränderbare Subpixel (2) gebildet wird, wobei mindestens zwei Untergruppen der Bildpunkte (3, 3') jeweils eines von mindestens zwei zu einem Stereobild kombinierbaren stereoskopischen Halbbildern abbilden und wobei von jeder dieser Untergruppen von Bildpunkten (3, 3') ausgehendes Licht durch ein Barrierenraster (5) in jeweils eine von mindestens zwei nebeneinander liegenden Betrachtungszonen (6; 6') geleitet wird, die dadurch dieser Untergruppe zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Monitor zwischen zwei Betriebsmodi umgeschaltet wird, wobei die Subpixel (2) in einem zweiten Betriebsmodus innerhalb jeder Bildschirmzeile auf eine größere Anzahl von Bildpunkten (3') verteilt und die Bildpunkte (3') im zweiten Betriebsmodus in eine größere Anzahl von Untergruppen zur Darstellung jeweils eines stereoskopischen Halbbilds eingeteilt werden als in einem ersten Betriebsmodus, wobei die Subpixel (2) in zumindest einem der beiden Betriebsmodi innerhalb der Bildpunkte (3') mit derart subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensitäten angesteuert werden, dass ein seitlicher Abstand (r) von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte (3') im ersten Betriebsmodus von jedem ganzzahligen Vielfachen eines seitlichen Abstandes von Intensitätsschwerpunkten benachbarter Bildpunkte (3) im zweiten Betriebsmodus abweicht.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuern der Subpixel (2) mit der innerhalb jedes der Bildpunkte (3') subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensität ein sich aus Bildinformationen der Halbbilder ergebender Intensitätswert für einen Bildpunkt (3') für jeden Subpixel (2) des Bildpunkts (3') mit einem Wert einer Gewichtungsfunktion multipliziert wird, wobei diese Gewichtungsfunktion von den Bildinformationen unabhängig ist und für jeden Subpixel (2) des Bildpunkts (3') ein innerhalb jeder Bildschirmzeile ortsabhängiges Gewicht definiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Subpixel (2) in zumindest einem der beiden Betriebsmodi innerhalb jedes der Bildpunkte (3') derart gewichtet angesteuert werden, dass ein Abstand (r) von Intensitätsschwerpunkten seitlich benachbarter Bildpunkte (3') von jedem ganzzahligen Vielfachen eines seitlichen Abstandes benachbarter Subpixel (2) abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Subpixel (2) in zumindest einem der beiden Betriebsmodi innerhalb der Bildpunkte (3') mit derart subpixelabhängig gewichteten Leuchtintensitäten angesteuert werden, dass ein seitlicher Abstand (q) von Intensitätsschwerpunkten in einer Bildschirmzeile zueinander nächstgelegener Bildpunkte (3') aus einer der Untergruppen im ersten Betriebsmodus von einem seitlichen Abstand (m·p) von Intensitätsschwerpunkten in einer Bildschirmzeile zueinander nächstgelegener Bildpunkte (3) aus einer der Untergruppen im zweiten Betriebsmodus abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsschwerpunkte der Bildpunkte (3') jeder Untergruppe im ersten Betriebsmodus so platziert werden, dass von jedem dieser Intensitätsschwerpunkte ausgehendes Licht durch das Barrierenraster (5) in einem ersten Betrachtungsabstand (A') vom Barrierenraster (5) entfernt mittig in die der jeweiligen Untergruppe zugeordnete Betrachtungszone (6') fällt, während die Intensitätsschwerpunkte der Bildpunkte (3) jeder Untergruppe im zweiten Betriebsmodus so platziert werden, dass von jedem dieser Intensitätsschwerpunkte ausgehendes Licht durch das Barrierenraster (5) in einem zweiten Betrachtungsabstand (A) vom Barrierenraster (5) entfernt mittig in die der jeweiligen Untergruppe zugeordnete Betrachtungszone (6) fällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchgeführt wird.