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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Darstellen von Bildinformationen auf einem autostereoskopischen Bildschirm nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie einen entsprechenden autostereoskopischen Bildschirm, der geeignet ist zum simultanen Anzeigen einer Mehrzahl von mehr als zwei jeweils aus mindestens einer von mehreren seitlich versetzten Betrachtungszonen sichtbaren Ansichten, nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
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Ein gattungsgemäßer Bildschirm wird beispielsweise in der Patentschrift
DE 697 28 647 T2 beschrieben. Derartige Bildschirme, die auch als autostereoskopische Displays bezeichnet werden, sind insbesondere als sogenannte Multi-User-Displays oder Mehrpersonen-Bildschirme bekannt, auf denen bei einer herkömmlichen Betriebsweise eine Mehrzahl von mehr als zwei komplementären stereoskopischen Halbbildern wiedergegeben wird, so dass auch mehrere Personen eine wiedergegebene Szene dreidimensional wahrnehmen können. Gattungsgemäße Bildschirme umfassen dazu neben einem Matrixbildschirm mit einer Vielzahl von Subpixeln ein Strahlteilerraster, das dazu geeignet ist, von den Subpixeln ausgehendes Licht jeweils in mindestens eine der Betrachtungszonen zu lenken. Dabei unterscheiden sie sich von sogenannten Single-View-Displays, die nur zwei stereoskopische Halbbilder wiederzugeben geeignet sind und auf denen nur ein einziger Betrachter mit befriedigender Qualität Stereobilder sehen kann, während eine weitere, gegenüber diesem Betrachter seitlich versetzte Person nicht einmal ein Monobild erkennen kann.
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Ein Betrieb solcher Bildschirme in aus dem Stand der Technik bekannter Weise als Mehrpersonen-Bildschirm setzt jedoch zunächst voraus, dass Bildinformationen einer entsprechend großen Anzahl von Ansichten vorhanden sind. Diese müssen entweder durch entsprechend viele seitlich versetzt angeordnete Kameras aufgenommen werden, was einen großen technischen Aufwand und insbesondere die Notwendigkeit unhandlicher Kamerasysteme mit sich bringt, oder in ebenfalls aufwendiger Weise rechnerisch aus den Bildinformationen nur zweier stereoskopischer Halbbilder ermittelt werden. Ferner kann dabei nur eine sehr beschränkte Wiedergabequalität erreicht werden, weil sich ein störendes Übersprechen benachbarter Bildkanäle praktisch nicht vermeiden lässt und weil die den Bildschirm betrachtenden Personen nur in bestimmten Positionen genau zwei Halbbilder sehen, die korrekt zur Bildung eines Stereobildes zusammenpassen. Da sich ein Betrachter typischerweise aber zumindest geringfügig bewegt, kann das Stereobildes daher durch keine der genannten Personen mit befriedigendem Komfort betrachtet werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Darstellung autostereoskopisch wahrnehmbarer Stereobilder vorzuschlagen, bei dem zusätzlich zu einem Betrachter, der die Stereobilder komfortabel und mit befriedigender Qualität dreidimensional wahrnehmen können soll, zumindest ein weiterer Betrachter ebenfalls möglichst komfortabel und mit möglichst guter Qualität Bildinhalte dieser Stereobilder zumindest als zweidimensionale Bilder (also als Monobilder) wahrnehmen kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen entsprechenden Bildschirm vorzuschlagen, mit dem Bildinformationen von Stereobildern in diesen Forderungen genügender Weise wiedergegeben werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie durch einen Bildschirm mit den Merkmalen des Nebenanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein erstes stereoskopisches Halbbild und ein zweites stereoskopisches Halbbild, die simultan wahrnehmbar sind und zusammen ein Stereobild ergeben, so auf dem Bildschirm wiedergegeben werden, dass das erste stereoskopische Halbbild aus zwei seitlich versetzten und jeweils zusammenhängenden Bereichen sichtbar ist, während das zweite stereoskopische Halbbild aus einer Stereozone sichtbar ist, die zwischen den zwei genannten Bereichen liegt und kleiner ist als jeder dieser beiden Bereiche.
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Dadurch erreicht man zunächst, dass ein erster Betrachter ein Stereobild hoher Qualität sieht, wenn eine Kopfposition dieses Betrachters so gewählt wird, dass ein Auge in einem der beiden genannten Bereiche zu liegen kommt, aus denen das erste stereoskopische Halbbild sichtbar ist, und sein anderes Auge in der genannten Stereozone zu liegen kommt. Zusätzlich kann nun mindestens ein zweiter Betrachter des Bildschirms ebenfalls komfortabel Bildinhalte dieses Stereobildes zumindest als zweidimensionales Bild oder Monobild – entsprechend einem der beiden Halbbilder – wahrnehmen, sofern er nur mit beiden Augen in einem der beiden genannten und vergleichsweise großen Bereiche neben der kleineren Stereozone bleibt. Dabei kann er sich in vergleichsweise weiten Grenzen neben dem ersten Betrachter frei bewegen, ohne das Monobild zu verlieren. Damit eröffnet sich z. B. die Möglichkeit, dass der erste Betrachter einem oder mehreren weiteren Betrachtern etwas auf dem Bildschirm zeigen kann, auf dem er selbst die Bildinformationen dreidimensional gezeigt bekommt. Dabei kann vorteilhafter Weise ein herkömmlicher Mehrpersonenbildschirm zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden, indem eine angepasste Software zu seiner Ansteuerung verwendet wird. Verglichen mit anderen möglichen Arten, die Bildinformationen zweier komplementärer stereoskopischer Halbbilder in einen solchen Bildschirm einzulesen, lässt sich in beschriebener Weise ein größtmöglicher Bereich abdecken, in dem zwar kein autostereoskopisches Sehen möglich ist, Bildinhalte des Stereobildes jedoch wenigstens als Monobild guter Qualität erkennbar sind. Das liegt daran, dass die Stereozone sehr klein sein kann, weil in ihr nur ein Auge des ersten Betrachters Platz finden muss.
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Der Begriff „Stereozone” wird hier unter Umständen etwas abweichend von anderen Verwendungen dieses Begriffs gebraucht und bezeichnet in der vorliegenden Schrift nicht eine Zone, innerhalb derer ein Betrachter Stereobilder sehen kann, sondern eine Zone, in der eines von zwei stereoskopischen Halbbildern (hier als zweites Halbbild bezeichnet) sichtbar ist, so dass ein Betrachter Stereobilder sehen kann, wenn eines von zwei Augen dieses Betrachters innerhalb dieser Zone liegt.
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Wenn der Bildschirm als Matrixbildschirm mit einem Strahlteilerraster ausgeführt ist, lässt sich das Verfahren besonders einfach dadurch realisieren, dass Bildpunkte des ersten stereoskopischen Halbbilds jeweils auf einer größeren Anzahl von Subpixeln des Matrixbildschirms wiedergegeben werden als Bildpunkte des zweiten stereoskopischen Halbbilds. Als Matrixbildschirm seien dabei auch solche Bildschirme mit über einer Fläche verteilten Subpixeln bezeichnet, bei denen die Subpixel nicht in aufeinander senkrecht stehenden Zeilen und Spalten angeordnet sind, sondern ein anderes Muster bilden. Auch müssen die Subpixel nicht notwendigerweise verschiedenen Farben zugeordnet sein.
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Der vorgeschlagene autostereoskopische Bildschirm, der Bildinformationen in der beschriebenen vorteilhaften Weise wiederzugeben erlaubt, weist dementsprechend eine Steuereinheit zum Ansteuern der Subpixel des Matrixbildschirms in Abhängigkeit von Bildinformationen eines ersten stereoskopischen Halbbilds und eines zweiten stereoskopischen Halbbilds auf, die programmtechnisch eingerichtet ist, die Bildinformationen der beiden stereoskopischen Halbbilder zumindest in einem möglichen Betriebsmodus so auf die Subpixel zu verteilen, dass Bildpunkte des ersten stereoskopischen Halbbilds jeweils auf einer größeren Anzahl von Subpixeln wiedergegeben werden als Bildpunkte des zweiten stereoskopischen Halbbilds, so dass das erste stereoskopische Halbbild aus zwei seitlich versetzten und jeweils zusammenhängenden Bereichen sichtbar ist, während das zweite stereoskopische Halbbild aus einer Stereozone sichtbar ist, die zwischen den zwei genannten Bereichen liegt und kleiner ist als jeder dieser beiden Bereiche.
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Zur Verwendung als Matrixbildschirm des autostereoskopischen Bildschirms eignen sich dabei insbesondere Flüssigkristall-Bildschirme, also LCD-Displays. Eine Alternative dazu bilden z. B. OLED-Displays. Das Strahlteilerraster kann in an sich bekannter Weise als Schlitz- oder Streifenraster oder als Zylinderlinsenraster ausgeführt sein, um die gewünschte Funktion zu erfüllen. Andere Möglichkeiten sind Stufenraster, Lochraster oder Kugellinsenraster.
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Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass sich in jeder einer Vielzahl von Zeilen des Matrixbildschirms jeweils Gruppen benachbarter Subpixel, die jeweils zur Wiedergabe eines der Bildpunkte des ersten stereoskopischen Halbbilds angesteuert werden, mit sich daran unmittelbar anschließenden oder durch mindestens ein dunkel getastetes Subpixel davon getrennten Subpixeln oder kleineren Gruppen benachbarter Subpixel abwechseln, die jeweils zur Wiedergabe eines der Bildpunkte des zweiten stereoskopischen Halbbilds angesteuert werden. Dementsprechend kann die Steuereinheit des Bildschirms dazu eingerichtet sein, den Matrixbildschirm zumindest in dem genannten Betriebsmodus derart anzusteuern, dass sich in jeder einer Vielzahl von Zeilen des Matrixbildschirms jeweils Gruppen benachbarter Subpixel, die jeweils einen der Bildpunkte des ersten stereoskopischen Halbbilds wiedergeben, mit sich daran unmittelbar anschließenden oder durch mindestens ein dunkel getastetes Subpixel davon getrennten Subpixeln oder kleineren Gruppen benachbarter Subpixel abwechseln, die jeweils einen der Bildpunkte des zweiten stereoskopischen Halbbilds wiedergeben.
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Herkömmliche Mehrpersonen-Bildschirme sind üblicherweise für eine Betrachtung aus einer relativ großen Entfernung (Nominalbetrachtungsentfernung) ausgelegt. Um bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren eine Betrachtung durch den ersten Betrachter und ggf. den mindestens einen zweiten Betrachter aus einer dafür komfortableren geringeren Entfernung zu ermöglichen, können die Bildinformationen der beiden Halbbilder derart in seitlicher Richtung gespreizt in die Subpixel des Matrixbildschirms eingeschrieben werden, dass die beiden Bereiche, aus denen das erste stereoskopische Halbbild vollständig sichtbar ist, und die Stereozone, aus der das zweite Halbbild vollständig sichtbar ist, eine maximale Breite in einer Betrachtungsebene haben, die näher an dem Bildschirm liegt als eine um die Nominalbetrachtungsentfernung vom Bildschirm beabstandete Ebene, aus der die Mehrzahl von mehr als zwei Ansichten sichtbar ist, wenn der Bildschirm als Mehrpersonen-Bildschirm betrieben wird. Dabei soll ein seitlicher Abstand zwischen der Stereozone und zumindest einer der beiden genannten Bereiche in der Betrachtungsebene jedenfalls kleiner sein als ein mittlerer Augenabstand, also vorzugsweise deutlich kleiner als 65 mm, damit das Stereobild durch den ersten Betrachter wahrgenommen werden kann. Das gilt natürlich auch für andere Ausgestaltungen des Verfahrens, in denen der Abstand zwischen der Betrachtungsebene und dem Bildschirm der Nominalbetrachtungsentfernung entspricht.
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Zum gleichen Zweck kann die Steuereinheit des vorgeschlagenen Bildschirms durch eine entsprechende Programmierung dazu eingerichtet sein, die Bildinformationen der beiden Halbbilder im genannten Betriebsmodus derart in seitlicher Richtung gespreizt in die Subpixel des Matrixbildschirms einzuschreiben, dass die beiden Bereiche, aus denen das erste stereoskopische Halbbild vollständig sichtbar ist, und die Stereozone, aus der das zweite Halbbild vollständig sichtbar ist, ihre maximale Breite in der Betrachtungsebene haben, die näher an dem Bildschirm liegt als die Ebene, aus der in einem anderen Betriebsmodus, in dem der Bildschirm einen Mehrpersonen-Bildschirm bildet, die Mehrzahl von mehr als zwei Ansichten sichtbar ist. Bei typischen Ausführungen derartiger autostereoskopischer Bildschirme ist der Matrixbildschirm dabei im genannten anderen Betriebsmodus so ansteuerbar, dass die Subpixel in jeder Zeile zyklisch auf eine Anzahl von Bildkanälen verteilt ist, die der Anzahl von mehr als zwei Ansichten entspricht, während die Subpixel im erstgenannten Betriebsmodus so auf die beiden Halbbilder verteilt sind, dass ein mittlerer Abstand zwischen Flächenschwerpunkten der jeweils aus mehreren Subpixeln gebildeten benachbarten Bildpunkte des ersten Halbbilds und ein mittlerer Abstand zwischen Flächenschwerpunkten der ebenfalls jeweils aus mehreren Subpixeln gebildeten benachbarten Bildpunkte des zweiten Halbbilds jeweils von einem ganzzahligen Vielfachen eines Abstandes zwischen benachbarten Subpixeln des Matrixbildschirms abweichen.
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Damit der erste Betrachter das Stereobild auch dann ungestört sehen kann, wenn er sich in relativ weiten Grenzen bewegt, kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren zusätzlich eine Kopfposition und/oder Kopfbewegung des ersten Betrachters detektiert und eine Ansteuerung des Bildschirms in Abhängigkeit von der detektierten Kopfposition oder -bewegung derart eingestellt oder verändert werden, dass die Stereozone, aus der das zweite stereoskopische Halbbild sichtbar ist, und die beiden neben dieser Stereozone liegenden Bereiche, aus denen das erste stereoskopische Halbbild sichtbar ist, so platziert oder nachgeführt werden, dass ein erstes Auge des Betrachters in einem der beiden genannten Bereiche zu liegen kommt oder bleibt und ein zweites Auge des Betrachters in der genannten Stereozone zu liegen kommt oder bleibt. Dazu können die zuvor genannten Gruppen von Subpixeln seitlich verschoben werden, was dadurch fein gestuft oder quasi stufenlos erfolgen kann, dass eine Intensität, mit der ein am Rand einer Gruppe liegendes Subpixel angesteuert wird, reduziert wird, und ein zuvor dunkel getastetes oder mit geringerer Intensität angesteuertes Subpixel an einem gegenüberliegenden Rand der selben Gruppe von Subpixeln mit entsprechend höherer Intensität, also heller, angesteuert wird. Mit Verschieben ist dabei jeweils ein Verschieben von Intensitätsschwerpunkten der Gruppen von Subpixeln und/oder ein Verschieben von Rändern dieser Gruppen gemeint. Dabei können auch einzelne Subpixel oder Bildkanäle des Bildschirms, die zunächst einem der beiden Halbbilder zugeordnet waren, dem anderen Halbbild zugeordnet werden.
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Auch das zuvor erwähnte Spreizen in seitlicher Richtung kann auf entsprechende Weise erfolgen, wobei das Umverteilen der verschiedenen Bildkanäle auf die beiden Halbbilder dabei in jeder Zeile des Bildschirms jeweils quasi kontinuierlich von einem zum anderen Ende der Zeile erfolgt, wobei vorausgesetzt sei, dass die Subpixel einer Zeile in zyklischer Reihenfolge auf die Bildkanäle verteilt sind, die den verschiedenen Ansichten bei einem Betrieb des Bildschirms als Mehrpersonen-Bildschirm entsprechen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens wird vorzugsweise zusätzlich eine Bewegung zumindest eines zweiten Betrachters detektiert und eine Ansteuerung des Bildschirms in Abhängigkeit von der detektierten Bewegung derart verändert, dass die Bildinformationen der beiden stereoskopischen Halbbilder vertauscht werden und gleichzeitig die Stereozone und die beiden genannten Bereiche um etwa einen Augenabstand seitlich verschoben werden, wenn dadurch verhindert wird, dass ein Auge des zweiten Betrachters einen der beiden genannten Bereiche verlässt. Dazu werden die Stereozone und die beiden genannten Bereiche so verschoben, dass der erste Betrachter wieder ein Auge in der genannten Stereozone und ein Auge in einem der genannten Bereiche hat, wobei jetzt erstes und zweites Auge gegenüber vorher in dem Sinne vertauscht sind, dass das rechte Auge des ersten Betrachters in der Stereozone zu liegen kommt, wenn die Stereozone zuvor das linke Auge des ersten Betrachters abgedeckt hat, oder umgekehrt. So kann eine Bewegungsfreiheit des mindestens einen zweiten Betrachters, also ein Bereich, innerhalb dessen er sich frei bewegen kann, ohne das Monobild zu verlieren, weiter vergrößert werden. Mit dem Vertauschen der Halbbilder ist dabei gemeint, das das erste stereoskopische Halbbild jetzt ein rechtes Halbbild und das zweite stereoskopische Halbbild jetzt ein linkes Halbbild ist, wenn zuvor das erste stereoskopische Halbbild das linke Halbbild und das zweite stereoskopische Halbbild das rechte Halbbild war, oder umgekehrt. Durch dieses Vertauschen ist sichergestellt, dass der erste Betrachter den Wechsel nicht wahrnehmen kann und nach wie vor das richtige Stereobild sieht, während der mindestens eine zweite Betrachter zwar theoretisch einen Sprung zwischen den beiden Halbbildern wahrnehmen könnte, die er als Monobild sehen kann, diesen fast unmerklichen Sprung jedoch nicht als störend empfinden wird.
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Um die zuletzt geschilderten Vorteile realisieren zu können, weist eine bevorzugte Ausführung des Bildschirms eine Einrichtung zum Detektieren einer Kopfposition zumindest des ersten Betrachters auf, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, den Matrixbildschirms in Abhängigkeit von der detektierten Kopfposition derart anzusteuern, dass die Stereozone, aus der das zweite stereoskopische Halbbild sichtbar ist, und die beiden neben dieser Stereozone liegenden Bereiche, aus denen das erste stereoskopische Halbbild sichtbar ist, so platziert oder bei einer Änderung der Kopfposition so nachgeführt werden, dass das erste Auge des Betrachters in einer der beiden genannten Bereiche liegt oder bleibt, während das zweite Auge des Betrachters in der genannten Stereozone liegt oder bleibt. Derartige Einrichtungen sind im Zusammenhang mit sogenannten Tracking-Verfahren an sich bekannt und beispielsweise durch ein oder zwei Videokameras mit Bilderkennungsprogrammen realisierbar. Die genannte Einrichtung kann dabei ferner zum Detektieren einer Kopfposition zumindest eines zweiten Betrachters geeignet sein, wobei die Steuereinheit dann ferner eingerichtet ist, die Ansteuerung des Matrixbildschirms in Abhängigkeit von einer Änderung der detektierten Kopfposition des zweiten Betrachters derart zu verändern, dass die Bildinformationen der beiden stereoskopischen Halbbilder vertauscht werden und gleichzeitig die Stereozone und die beiden genannten Bereiche um einen Augenabstand seitlich verschoben werden, wenn dadurch verhindert wird, dass ein Auge des zweiten Betrachters einen der beiden genannten Bereiche verlässt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der 1 bis 7 erläutert. Es zeigt
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1 in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf einen autostereoskopischen Bildschirm, auf dem Bildinformationen für zwei verschiedene Betrachter dargestellt werden,
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2 in ebenfalls schematischer Weise, wie Bildinformationen zweier verschiedener stereoskopischer Halbbilder mit dem Bildschirm aus 1 so wiedergegeben werden, dass einer der genannten Betrachter ein Stereobild sehen kann,
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3 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Pixelebene des Bildschirmes aus 1,
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4 in einer der 1 entsprechenden Darstellung den selben Bildschirm, der nach einer Bewegung eines der beiden Betrachter in geänderter Weise angesteuert wird,
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5 in entsprechender Darstellung noch einmal den selben Bildschirm, wobei hier veranschaulicht ist, innerhalb welcher Grenzen dieser Betrachter sich frei bewegen kann,
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6 wieder in entsprechender Darstellung den selben Bildschirm in einem anders angesteuerten Zustand, in dem nur aus einer größeren Entfernung die dargestellten Bildinformationen fehlerfrei wahrgenommen werden können, und
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7 anhand von Balkendiagrammen, wie durch eine Änderung einer Einschreibung der Bildinformationen in Subpixel des Bildschirms eine seitliche Bewegung des ersten Betrachters ausgeglichen werden kann.
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In 1 ist also ein autostereoskopischer Bildschirm dargestellt, der einen Matrixbildschirm 10 mit einer Vielzahl von Subpixeln, und ein vor dem Matrixbildschirm 10 angeordnetes Strahlteilerraster 11 aufweist, das dazu geeignet ist, von den Subpixeln des Matrixbildschirms 10 ausgehendes Licht jeweils in verschiedene einer Vielzahl von seitlich versetzten Betrachtungszonen 12 zu lenken. Derartiger Strahlteilerraster 12 können auch als Barrierenraster bezeichnet werden. Bei dem Matrixbildschirm 10 handelt es sich um einen Flüssigkristall-Bildschirm, von dem in 3 ein Ausschnitt einer Pixelebene gezeigt ist und dessen Subpixel 13 auf eine Vielzahl von Zeilen verteilt sind, wobei sich in jeder Zeile rote, grüne und blaue Subpixel 13 in zyklischer Reihenfolge abwechseln (in 3 gekennzeichnet durch die Großbuchstaben R, G und B). Das Strahlteilerraster 11 kann als Schlitzraster oder als Zylinderlinsenraster ausgeführt sein, wobei Schlitze bzw. Zylinderlinsen des Strahlteilerrasters 11 um etwa 20 Grad aus einer Vertikalen heraus geneigt sind. Schließlich weist der Bildschirm eine Steuereinheit 14 auf, die programmtechnisch zur Ansteuerung des Matrixbildschirms 10 eingerichtet ist und die Subpixel 13 des Matrixbildschirms 10 in Abhängigkeit von Bildinformationen verschiedener stereoskopischer Halbbilder ansteuern kann.
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In einem Betriebsmodus, der vorliegend nicht im Fokus des Interesses liegt, kann der Bildschirm als Mehrpersonen-Bildschirm betrieben werden, indem auf den Subpixeln 13 des Matrixbildschirms 10 in zyklischer Reihenfolge Bildinformationen von neun verschiedenen stereoskopischen Halbbildern wiedergegeben werden, so dass aus jeder der seitlich versetzten Betrachtungszonen 12 jeweils eines dieser stereoskopischen Halbbilder sichtbar ist. In einer Ebene 15, in der die Betrachtungszonen 12 eine maximale Breite haben, können dann mehrere Personen gleichzeitig autostereoskopisch Stereobilder wahrnehmen, wenn die neun stereoskopischen Halbbilder in geeigneter Weise zueinander komplementär gewählt werden.
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Hier soll ein anderes Verfahren zum Darstellen von Bildinformationen auf dem autostereoskopischen Bildschirm beschrieben werden, bei dem nur ein erstes stereoskopisches Halbbild und ein zweites stereoskopisches Halbbild, die simultan wahrnehmbar sind und zusammen ein Stereobild ergeben, auf dem Bildschirm wiedergegeben werden, wobei die Steuereinheit 14 programmtechnisch so eingerichtet ist, dass die Bildinformationen dieser beiden stereoskopischen Halbbilder so auf die Subpixel 13 verteilt werden, dass Bildpunkte des ersten stereoskopischen Halbbildes jeweils auf einer größeren Anzahl von Subpixeln 13 wiedergegeben werden als Bildpunkte des zweiten stereoskopischen Halbbildes, und zwar derart, dass das erste stereoskopische Halbbild aus zwei seitlich versetzten und jeweils zusammenhängenden Bereichen 16 sichtbar ist, während das zweite stereoskopische Halbbild aus einer Stereozone 17 sichtbar ist, die zwischen den zwei genannten Bereichen 16 liegt und kleiner ist als jeder dieser beiden Bereiche 16. Dabei kann die Steuereinheit 14 so eingerichtet sein, dass der Bildschirm in einem ersten Betriebsmodus in der zuletzt beschriebenen Weise betrieben werden kann, während er in einem zweiten Betriebsmodus in der zuvor skizzierten Weise als Mehrpersonen-Bildschirm betreibbar ist.
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Bei einem der zwei in 1 erkennbaren Bereiche 16 handelt es sich um eine Nebenlinsenzone, aus der die gleichen Bildpunkte wie aus dem anderen Bereich 16 sichtbar und jeweils durch benachbarte Schlitze oder Linsen des Strahlteilerrasters 11 zu sehen sind. Zusätzlich kann es natürlich weitere Zonen geben, die noch weiter seitlich versetzt sind und aus denen wieder das erste Halbbild zu sehen sind wie aus den Bereichen 16 – genauso wie es jenseits der Bereiche 16 wieder zusätzliche Zonen – nämlich Nebenlinsenzonen zur Stereozone 17 – geben kann, aus denen das zweite Halbbild erkennbar ist. Die in der vorliegenden Schrift gewählte Formulierung von zwei Bereichen und einer dazwischen liegenden Stereozone soll also nicht ausschließen, dass zusätzlich weitere Zonen entsprechender Eigenschaft vorhanden sind.
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Zu erkennen sind in 1 auch ein erster Betrachter 18 und ein zweiter Betrachter 19, wobei eine Kopfposition des ersten Betrachters 18 so gewählt ist, dass ein rechtes Auge dieses Betrachters 18 in einem der Bereiche 16 und ein linkes Auge des Betrachters 18 in der Stereozone 17 liegt. Dadurch, dass das erste Halbbild, das aus den Bereichen 16 zu erkennen ist, als rechtes Halbbild und das zweite Halbbild, das aus der Stereozone 17 erkennbar ist, als linkes Halbbild gewählt ist, kann der erste Betrachter 18 das aus den beiden stereoskopischen Halbbildern zusammengesetzte Stereobild autostereoskopisch wahrnehmen. Der zweite Betrachter 19 sieht zwar kein Stereobild, kann jedoch die Bildinformationen eines der beiden Halbbilder, im vorliegenden Fall des rechten Halbbildes, als zweidimensionales Bild wahrnehmen, weil sowohl ein linkes Auge als auch ein rechtes Auge des zweiten Betrachters 19 innerhalb eines der Bereiche 16 liegt. dadurch, dass die Stereozone 17 nur gerade so groß gewählt ist, dass der erste Betrachter 18 mit seinem linken Auge das linke Halbbild erkennen kann, decken die Bereiche 16, aus denen zumindest ein Monobild mit guter Qualität zu erkennen ist, zusammen eine größtmögliche Fläche ab.
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In 2 ist in diagrammatischer Form veranschaulicht, wie die zwei Augen 20 des ersten Betrachters 18 in einem der beiden Bereiche 16 bzw. in der Stereozone 17 zu liegen kommen. Dort sind, wie auch in den 1 und 3, neun Bildkanäle 1–9 des Bildschirms gekennzeichnet, die bei einem Betrieb des Bildschirms als Mehrpersonen-Bildschirm den neun verschiedenen stereoskopischen Halbbildern oder Ansichten entsprechen. In 3 ist zu erkennen, wie diese neun Bildkanäle durch die verschiedenen Subpixel 13 des Matrixbildschirms 10 gebildet werden. Dabei erstreckt sich jeder Bildpunkt über drei Zeilen, damit in gleicher Anzahl rote, grüne und blaue Subpixel 13 zur Darstellung jedes Bildpunktes zur Verfügung stehen. Die 1–3 veranschaulichen auch, wie die Subpixel 13 in dem hier beschriebenen Betriebsmodus angesteuert werden, um die beiden Halbbilder auf die Bereiche 16 und die Stereozone 17 zu verteilen. Dazu wechseln sich in jeder Zeile des Matrixbildschirmes 10 jeweils Gruppen 21 benachbarter Subpixel 13, die jeweils einen der Bildpunkte des ersten stereoskopischen Halbbildes wiedergeben, mit sich daran unmittelbar anschließenden oder durch mindestens ein dunkel getastetes Subpixel 22 davon getrennten kleineren Gruppen 23 benachbarter Subpixel ab, die jeweils einen der Bildpunkte des zweiten stereoskopischen Halbbildes wiedergeben. Dabei umfassen die Gruppen 21, die sich wie die Gruppen 23 jeweils über 3 Zeilen des Matrixbildschirmes 10 erstrecken, in dem abgebildeten Ausschnitt in jeder der Zeilen jeweils sechs Subpixel 13, während die kleineren Gruppen 23 hier in jeder Zeile nur zwei Subpixel 13 aufweisen. Das wird hier dadurch realisiert, dass die Bildkanäle 1–4 und 8 und 9 mit den Bildinformationen des ersten stereoskopischen Halbbildes belegt werden, während der Bildkanal 5 dunkel getastet wird und die Bildkanäle 6 und 7 mit den Bildinformationen des zweiten stereoskopischen Halbbildes belegt werden.
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Es wäre denkbar, dass der Bildschirm nur innerhalb eines Teilbereichs in der beschriebenen Weise angesteuert wird, währen außerhalb dieses Teilbereichs nur Bildinformationen eines Monobildes eingeschrieben werden, von denen jeder Bildpunkt dann neun Subpixel pro Zeile ausfüllen könnte. Dann könnte der erste Betrachter nur in dem Teilbereich ein Stereobild, außerhalb dagegen nur ein Monobild wahrnehmen.
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Der beschriebene Bildschirm weist auch eine nur in 1 schematisch eingezeichnete Einrichtung 24 zum Detektieren der Kopfposition des ersten Betrachters 18 und einer Kopfposition des zweiten Betrachters 19 auf. Diese Einrichtung 24 kann beispielsweise durch zwei Videokameras mit einem entsprechenden Bilderkennungsprogramm realisiert sein. Mit der Einrichtung 24 wird nun insbesondere die Bewegung des zweiten Betrachters 19 detektiert und die Ansteuerung des Matrixbildschirmes 10 durch die Steuereinheit 14 in Abhängigkeit von der detektierten Bewegung derart verändert, dass die Bildinformationen der beiden stereoskopischen Halbbilder vertauscht werden und gleichzeitig die Stereozone 17 und die beiden Bereiche 16 um einen Augenabstand von etwa 65 mm seitlich verschoben werden, wenn dadurch verhindert wird, dass ein Auge des zweiten Betrachters 19 einen der beiden Bereiche 16 verlässt. Das wird durch die 4 veranschaulicht, die weitgehend der 1 entspricht, jedoch eine Situation zeigt, in der sich die Kopfposition des zweiten Betrachters 19 gegenüber der Situation aus 1 so verändert hat, dass er bei unveränderter Ansteuerung des Matrixbildschirms 10 das zweidimensionale Bild, das durch das erste stereoskopische Halbbild gegeben ist, nicht mehr mit beiden Augen vollständig sehen könnte. Durch die in zuletzt beschriebener Weise geänderte Ansteuerung des Matrixbildschirms 10 liegen die beiden Bereiche 16 jetzt jedoch derart verschoben, dass noch immer beide Augen des zweiten Betrachters 19 in einem der beiden Bereiche 16 liegen, so dass er noch immer ein Monobild sehen kann, bei dem es sich jetzt jedoch wegen der Vertauschung des ersten und des zweiten stereoskopischen Halbbildes um das linke Halbbild handelt. Die Bereiche 16 und die Stereozone 17 sind dabei genau so verschoben, dass der erste Betrachter 18 wieder eines seiner Augen in der Stereozone 17 und das andere Auge in einem der Bereiche 16 hat. Allerdings liegt jetzt das rechte Auge des ersten Betrachters 18 in der Stereozone 17 und das linke Auge dieses Betrachters 18 in einer der Bereiche 16, während zuvor, also in der in 1 gezeigten Situation, das linke Auge des Betrachters 18 in der Stereozone 17 und das rechte Auge in dem anderen Bereich 16 lag. Durch die Vertauschung der beiden Halbbilder sieht der erste Betrachter 18 dennoch nach wie vor das gleiche richtig wiedergegebene Stereobild. Die geänderte Ansteuerung des Matrixbildschirms zeichnet sich im dargestellten Fall dadurch aus, dass für die in den 1 und 4 beispielhaft gezeigten Bildpunkte jetzt die Bildkanäle 1–4 und 8 und 9 das erste stereoskopische Halbbild wiedergeben, bei dem es sich jetzt um das linke Halbbild handelt, während der Bildkanal 5 nach wie vor dunkel getastet ist und die Bildkanäle 6 und 7 das zweite stereoskopische Halbbild wiedergeben, bei dem es sich jetzt um das rechte Halbbild handelt.
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In 5, in der wiederkehrende Merkmale wie auch in den anderen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind zwei durch gestrichelte Linien umrandete Bereiche 16' gezeigt, in deren relativ weiten Grenzen sich der zweite Betrachter 19 aufgrund der beschriebenen Maßnahmen frei bewegen kann, ohne das Monobild aus dem Blick zu verlieren, das lediglich und in kaum merklicher Weise zwischen dem rechten und dem linken Halbbild springen kann, wenn sich der Betrachter 19 so bewegt, dass die Ansteuerung des Matrixbildschirms 10 in beschriebener Weise verändert werden muss.
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Bei der beschriebenen Darstellung der zwei stereoskopischen Halbbilder auf dem Bildschirm werden die Bildinformationen der beiden Halbbilder durch die Steuereinheit 14 derart in seitlicher Richtung gespreizt in den Matrixbildschirm 10 eingeschrieben und dort auf die Subpixel 13 verteilt, dass die beiden Bereiche 16 und die Stereozone 17 jeweils eine maximale Breite in einer Betrachtungsebene 25 haben, die näher an dem Bildschirm liegt als die Ebene 15, die um eine Nominalbetrachtungsentfernung vom Bildschirm beabstandet ist und aus der die Stereobilder wahrgenommen werden können, wenn der Bildschirm in herkömmlicher Weise als Mehrpersonen-Bildschirm betrieben wird. Anders als in dem Betriebsmodus, in dem der Bildschirm als Mehrpersonen-Bildschirm fungiert und so angesteuert wird, dass die Subpixel 13 in jeder Zeile zyklisch auf die Bildkanäle 9 verteilt sind und jeder dieser Bildkanäle 1 bis 9 genau einer von neun verschiedenen Ansichten entspricht, werden die Subpixel 13 in dem hier beschriebenen Betriebsmodus so auf die beiden Halbbilder verteilt, dass ein mittlerer Abstand zwischen Flächenschwerpunkten der jeweils aus mehreren Subpixeln gebildeten benachbarten Bildpunkte des ersten Halbbildes (entsprechend den Gruppen 21 aus 3) und ein mittlerer Abstand zwischen Flächenschwerpunkten der ebenfalls jeweils aus mehreren Subpixeln 13 gebildeten benachbarten Bildpunkte des zweiten Halbbildes (entsprechend den Gruppen 23 aus 3) jeweils geringfügig von einem ganzzahligen Vielfachen eines Abstandes zwischen benachbarten Subpixeln 13 abweichen. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der genannte mittlere oder gemittelte Abstand geringfügig mehr als ein Neunfaches des Abstandes benachbarter Subpixel 13. In 6 ist veranschaulicht, wo die beiden Bereiche 16 und die Stereozone 17 zu liegen kommt, wenn die Bildinformationen nicht in beschriebener Weise gespreizt werden. Dann haben sowohl die Bereiche 16 als auch die Stereozone 17 ihre maximale Breite in der Ebene 15, in der auch die Betrachtungszonen 12 ihre maximale Breite haben, aus denen die verschiedenen Ansichten zu sehen sind, wenn der Bildschirm in herkömmlicher Weise als Mehrpersonen-Bildschirm betrieben wird. Selbstverständlich lässt sich das beschriebene Verfahren zur Darstellung von Bildinformationen zweier stereoskopischer Halbbilder auch ohne die zuletzt geschilderte Spreizung realisieren, so dass das Stereobild bzw. das durch eines der stereoskopischen Halbbilder gebildete Monobild, wie in 6 veranschaulicht, insbesondere aus der Ebene 15 gesehen werden können. Auch in diesem Fall ist jedoch durch eine entsprechende Ansteuerung des Matrixbildschirms 10 bzw. durch eine entsprechende Verteilung der Bildinformationen auf die Subpixel 13 darauf zu achten, dass ein seitlicher Abstand zwischen der Stereozone 17 und zumindest einer der beiden Bereiche 16 jedenfalls kleiner ist als der mittlere Augenabstand, vorzugsweise deutlich kleiner als 65 mm, damit zumindest der erste Betrachter 18 das Stereobild wahrnehmen kann. Die in 6 eingezeichnete Breite K der Bildkanäle in der Ebene 15, die der Breite der Betrachtungszonen 12 entspricht und bei dem Bildschirm aus dem Ausführungsbeispiel etwa so groß ist wie der mittleren Augenabstand von 65 mm, kann bei anderen Ausführungen auch deutlich kleiner sein. Wenn K dagegen größenordnungsmäßig dem mittleren Augenabstand entspricht, kann die Ansteuerung für eine Betrachtung aus der Ebene 15 angepasst werden, indem z. B. der abgebildete Bildkanal 5 nicht dunkel getastet, sondern auch mit Bildinformationen des ersten Halbbilds gefüllt wird, so dass beide Bereiche 16 bis an die Stereozone 17 heranreichen. Ein Vergleich mit der Situation aus den 1 und 4 zeigt auch, wie ein Tracking des ersten Betrachters 18 nicht nur in seitlicher Richtung, sondern auch bei einer unter Umständen beträchtlichen Änderung der Betrachtungsentfernung durchgeführt werden kann.
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Die Ansteuerung des Matrixbildschirmes 10 wird bei dem beschriebenen Verfahren schließlich auch in Abhängigkeit von der Kopfposition oder Kopfbewegung des ersten Betrachters 18, die wie die Kopfposition des zweiten Betrachters 19 mit der Einrichtung 24 detektiert wird, derart eingestellt oder verändert, dass die Stereozone 17 und die beiden neben dieser Stereozone 17 liegenden Bereiche 16 so platziert und bei einer Kopfbewegung nachgeführt werden, dass stets genau eines der Augen 20 des Betrachters 18 in der Stereozone 17 und genau eines der Augen 20 des Betrachters 18 in einem der Bereiche 16 liegt und auch bei einer Änderung der Kopfposition bleibt. Das geschieht, indem die Gruppen 21 und 23 von Subpixeln 13, die die Bildpunkte der beiden Halbbilder bilden, feingestuft oder quasi stufenlos seitlich verschoben werden, indem eine Intensität, mit der jeweils ein am Rand einer der Gruppen 21 oder 23 liegendes Subpixel 13 angesteuert wird, reduziert wird, während ein zuvor dunkel getastetes oder mit reduzierter Intensität angesteuertes Subpixel 13 an einem gegenüberliegenden Rand derselben Gruppe 21 bzw. 23 mit entsprechend höherer Intensität angesteuert wird.
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In 7 ist veranschaulicht, wie ein derartiges Umverteilen von Intensitäten zwischen Subpixeln 13 der Gruppen 21 und 23 sowie jeweils benachbarten Subpixeln 13 erfolgen kann. Dabei zeigen fünf untereinander angeordnete Bilder in der linken Hälfte der 7, wie die Gruppen 21 und 23 und die dadurch repräsentierten Bildpunkte um einen Betrag d, der dem Abstand zweier benachbarter Subpixel 13 entspricht, nach links verschoben werden können, während in entsprechender Weise in der rechten Hälfte der 7 dargestellt ist, wie die Gruppen 21 und 23 um einen entsprechenden Betrag d nach rechts verschoben werden können, und zwar jeweils in vier Schritten. Dabei sind die Intensitäten oder Helligkeiten, mit denen die abgebildeten Subpixel 13 aus einer Zeile des Matrixbildschirms 10 angesteuert werden, jeweils als Balkenhöhe in der balkendiagrammartigen Darstellung dargestellt. Die so veranschaulichten Intensitäts- oder Helligkeitswerte werden selbstverständlich mit dem Farb- und Helligkeitswert multipliziert, der sich aus den Bildinformationen für den jeweiligen Bildpunkt, der durch die Gruppe 21 oder 23 wiedergegeben wird, ergibt. Auf ganz ähnliche Weise kann auch das zuvor erwähnte Spreizen der Bildinformationen in seitlicher Richtung organisiert werden, indem die Bildkanäle gegenüber den Subpixeln 13 in jeder Zeile von einem zum anderen Ende der Zeile in ähnlich fein gestufter Weise einzelne Subpixel 13 in die Gruppe 21 bzw. 23 aufnehmen, womit diese Gruppe 21 bzw. 23 und nachfolgend benachbarte Gruppen 21 bzw. 23 seitlich verschoben beginnen.
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Durch das beschriebene Verfahren, dass mit dem Bildschirm aus dem Ausführungsbeispiel durchgeführt werden kann, kann einer vergleichsweise großen Anzahl von Betrachtern eine ungestörte Bildbetrachtung ermöglicht werden, wobei zumindest einer der Betrachter ein Stereobild sehen kann. Die anderen Betrachter sehen zwar nur ein Monobild, das jedoch zumindest ohne störende Effekte, wobei insbesondere sogenannte Pseudosterozonen vermieden werden, in denen zueinander komplementäre stereoskopische Halbbilder vertauscht dargestellt werden. Ein Nachführen oder Tracking der Betrachter kann durch das zuletzt anhand der 7 beschriebene Verschachtelungsmuster ausgesprochen feingestuft erfolgen. Ein gewünschter Betrachtungsabstand, der üblicherweise kleiner sein wird als die Nominalbetrachtungsentfernung zwischen der Ebene 15 und dem Bildschirm, lässt sich durch ein gegenläufiges Verschieben der linken und der rechten Bildkanäle einstellen und beibehalten. Bei alledem wird eine größtmögliche Zahl benachbarter Monokanäle mit demselben Bildinhalt belegt.
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Dadurch erstrecken sich rechts und links neben einem getrackten Bereich, aus dem das Stereobild wahrgenommen werden kann, breite Monozonen (die Bereiche 16), in denen Umstehende ein ungestörtes Bild wahrnehmen können. Dabei ist der zusammenhängende Betrachtungsbereich, der sich durch den Bereich um die Stereozone 17 und durch die seitlichen Monozonen ergibt, größer als ein Bereich, in dem bei einem herkömmlichen Betrieb des Bildschirms als Mehrpersonen-Bildschirm die Stereobilder wahrgenommen werden können (der zuletzt genannte Bereich ergibt sich durch die Betrachtungszonen 12 aus 1). Dabei ergibt sich für den zentralen Betrachter 18, der ein Stereobild wahrnimmt, ein komfortabler Bewegungsbereich aufgrund der Nachführbarkeit der Stereozone 17 und der Bereiche 16. Das Nachführen ist dabei innerhalb der Bereiche 16 (also innerhalb der Monozonen) nicht sichtbar und stört daher die übrigen Betrachter (insbesondere den Betrachter 19) nicht. Andersherum kann der erste Betrachter 18 nicht als störend bemerken, wenn die Ansteuerung des Bildschirms aufgrund einer Bewegung des zweiten Betrachters 19 geändert wird.
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Die Erfindung kann auf ganz verschiedenen Feldern angewandt werden, beispielsweise in der endoskopischen OP-Technik, für eine visuelle Kontrolle ferngesteuerter Manipulatortechnik (zum Beispiel von Greifern), für stereoskopische Schulungs- und Trainingssysteme, für 3DTV-Kontrollmonitore oder multimediale 3D-Monitore, für Kiosksysteme (zum Beispiel in Museen) oder für Computerspiele.
