DE102012018191A1

DE102012018191A1 - Verfahren und Anordnung zur räumlichen Darstellung

Info

Publication number: DE102012018191A1
Application number: DE201210018191
Authority: DE
Inventors: Markus Klippstein; Manuela Fischer
Original assignee: 3D International Europe GmbH
Current assignee: Global 3d Media Holding Co Ltd New York Us
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: DE102012018191B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der räumlichen Darstellung, im speziellen der ohne Hilfsmittel räumlich wahrnehmbaren Darstellung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Darstellung eines ersten Bildes A(1) auf einem transmissiven oder selbst leuchtenden Bildschirm (1), wobei der besagte Bildschirm (1) betrachterseitig aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht reflektiert, Darstellung eines zweiten Bildes A(2) vor dem Bildschirm derart, dass dieses zweite Bild A(2) betrachterseitig aus dem besagten Winkelbereich (2) auf den Bildschirm (1) einfällt und entsprechend reflektiert wird, so dass ein Betrachter (3) mit beiden Augen jeweils eines der Bilder A(1) und A(2) sieht und einen räumlichen Eindruck erhält. Es wird ebenso eine entsprechende Anordnung offenbart.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der räumlichen Darstellung, im speziellen der mit Hilfsmittel räumlich wahrnehmbaren Darstellung.
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.
Lange Zeit gelang jedoch keine umfassende Verbreitung von autostereoskopischen Systemen. Erst in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts konnte auf Grund der nunmehr zur Verfügung stehenden Rechenleistung und neuartigen Displaytechnologien eine gewisse Renaissance der 3D-Systeme einsetzen. In den 90er Jahren schnellte die Anzahl von Patentanmeldungen und Veröffentlichungen zu brillenfreien 3D-Visualisierungen förmlich in die Höhe. Herausragende Ergebnisse wurden erzielt von den folgenden Erfindern bzw. Anbietern:
In der JP 8-331605 AA beschreiben Masutani Takeshi et al. (Sanyo) eine Stufenbarriere, bei der ein transparentes Barriereelement in etwa die Abmaße eines Farbsubpixels (R, G oder B) aufweist. Mit dieser Technik war es erstmals möglich, den bei den meisten autostereoskopischen Systemen auf Grund der Darstellung gleichzeitig mehrerer Ansichten (mindestens zwei, bevorzugt mehr als zwei Ansichten) auftretenden Auflösungsverlust in der horizontalen Richtung teilweise auch auf die vertikale Richtung umzulegen. Nachteilig ist hier wie bei allen Barriereverfahren der hohe Lichtverlust. Außerdem verändert sich der Stereokontrast bei seitlicher Bewegung des Betrachters von nahezu 100% auf etwa 50% und dann wieder ansteigend auf 100%, was eine im Betrachtungsraum schwankende 3D-Bildqualität zur Folge hat.
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.
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.
Lentikularlinsen lassen sich jedoch nur aufwendig herstellen und der Produktionsprozess für ein darauf basierendes 3D-Display ist nicht trivial.
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, die jedoch nahezu alle 3D-Systeme für nur einen Betrachter darstellen und/oder oftmals nicht zu akzeptablen Kosten herstellbar sind.
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 extrem schwer implementierbar.
Die Schrift GB 24 05 043 A zeigt eine Barriere mit zur Mitte hin geschrumpfter Struktur zum Ausgleich von optischen Problemen, welche von Brechungsindexunterschieden verursacht werden. Eine weitergehende Verbesserung des 3D-Eindrucks durch diese spezielle Barriereausprägung wird jedoch nicht erreicht.
In der Schrift WO 04/077839 wird eine Barriere mit erhöhter Lichtdurchlässigkeit (dort genannt „Filterarray”) beschrieben. Diese erhöhte Helligkeit wird jedoch mit einem Verlust an Kanaltrennung, mithin einem stärkeren Übersprechen der Kanäle, erkauft, was die 3D-Bildqualität mindern kann.
Schließlich offenbart Wolfgang Tzschoppe in der Schrift DE 102 61 657 ein 2D/3D umschaltbares Display, welches zur Erzielung ebenjener Umschaltbarkeit verschiedene Barrieremuster vorschlägt, um die Helligkeitsverteilung des Displays zu beeinflussen. Die entsprechenden Barrieremuster dienen daher zuallererst einer homogenen Ausleuchtung in den beiden Betriebsmodi 2D und 3D.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Anordnung zur hilfsmittelfrei räumlich warnehmbaren Darstellung anzugeben, die auf einfache Weise und in voller Bildschirmauflösung umzusetzen ist. Dabei soll eine normale, vollauflösende 2D-Darstellung nicht gestört werden, falls diese gewünscht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Verfahren zur räumlichen Darstellung, umfassend die folgenden Schritte

– Darstellung eines ersten Bildes A(1) auf einem transmissiven oder selbst leuchtenden Bildschirm (1), wobei der besagte Bildschirm (1) betrachterseitig aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht reflektiert,
– Darstellung eines zweiten Bildes A(2) vor dem Bildschirm derart, dass dieses zweite Bild A(2) betrachterseitig aus dem besagten Winkelbereich (2) auf den Bildschirm (1) einfällt und entsprechend reflektiert wird,
– so dass ein Betrachter (3) mit beiden Augen jeweils eines der Bilder A(1) und A(2) sieht und einen räumlichen Eindruck erhält.

Optional kann dabei die Augenposition des Betrachters (3) wiederkehrend ermittelt und die Position der Darstellung des zweiten Bildes A(2) entsprechend nachgeführt werden.
Vorteilhaft enthält der Bildschirm (1) auf seiner Oberfläche Linsen, Prismen, Polarisationsfilter und/oder teilverspiegelte Schichten enthält, um aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht zu reflektieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einer Anordnung zur räumlichen Darstellung, umfassend

– einen transmissiven oder selbst leuchtenden Bildschirm (1) zur Darstellung eines ersten Bildes A(1), wobei der besagte Bildschirm (1) so ausgebildet ist, dass er betrachterseitig aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht reflektiert,
– eine zweite Bildquelle zur Darstellung eines zweiten Bildes A(2) vor dem Bildschirm (1) derart, dass dieses zweite Bild A(2) betrachterseitig aus dem besagten Winkelbereich (2) auf den Bildschirm einfällt und entsprechend reflektiert wird,
– so dass wenigstens ein Betrachter (3) mit beiden Augen jeweils eines der Bilder A(1) und A(2) sieht und einen räumlichen Eindruck erhält.

Der Bildschirm (1) kann z. B. ein LCD-Display, ein OLED-Bildschirm, ein Rückprojektionsbildschirm, ein SED-Display, ein VFD-Display, ein Plasma-Display, ein LED-Bildschirm oder ein FED-Display sein. Andere Ausgestaltungen sind möglich.
Bevorzugt enthält die Oberfläche des Bildschirms (1) auf seiner betrachterseitigen Oberfläche Linsen, Prismen, Polarisationsfilter und/oder teilverspiegelte Schichten, um aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht geeignet zu reflektieren.
Die zweite Bildquelle kann beispielsweise ein Projektor oder ein Flachbildschirm sein. Im Falle eines Projektors kann dieser ggf. Kopf des Betrachters 3 geschnallt und „getrackt” werden, um den Winkelbereich 2 genau zu definieren.
Optional kann auch die Augenposition des Betrachters (3) wiederkehrend ermittelt und die Position der Darstellung des zweiten Bildes A(2) entsprechend nachgeführt werden.
Ferner kann es sinnvoll sein, dass die Eigenschaft des Bildschirms (1), mindestens aus einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht zu reflektieren, ein- oder ausgeschaltet werden kann. Hierzu könnte ggf. eine temporäre Optik (z. B. ein teilverspiegeltes Substrat) auf dem Bildschirm 1 vorgesehen sein, welche bei Bedarf abgenommen werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, dass mehr als ein Betrachter (3) einen räumlichen Eindruck erhält, in dem die Reflektion des zweiten Bildes A(2) in gleichzeitig verschiedene Raumwinkel erfolgt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung 1 zeigt den schematischen. Aufbau zur Umsetzung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Anordnung. Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Dies betrifft insbesondere auch, sofern vorhanden, jedwede Winkelmaße und Abstände.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur räumlichen Darstellung umfasst die folgenden Schritte

– Darstellung eines ersten Bildes A(1) auf einem transmissiven oder selbst leuchtenden Bildschirm 1, wobei der besagte Bildschirm 1 betrachterseitig aus mindestens einem Winkelbereich 2 einfallendes Licht reflektiert,
– Darstellung eines zweiten Bildes A(2) vor dem Bildschirm derart, dass dieses zweite Bild A(2) betrachterseitig aus dem besagten Winkelbereich 2 auf den Bildschirm 1 einfällt und entsprechend reflektiert wird,
– so dass ein Betrachter 3 mit beiden Augen jeweils eines der Bilder A(1) und A(2) sieht und einen räumlichen Eindruck erhält.

In 1 ist zu sehen, wie das Bild A(2) derart auf den Bildschirm 1 unter einem Winkelbereich 2 einfällt, dass es auf das eine Auge des Betrachters 3 reflektiert wird. Die entsprechenden Winkel sind mit Strichlinien angedeutet.
Das andere Auge des Betrachters 3 sieht dabei das auf dem Bildschirm 1 dargestellte Bild A(1). Somit entsteht der räumliche Eindruck.
Als Bilder A(1) und A(2) kommen insbesondere Stereobildpaare (auch Folgen von Stereobildpaaren, also Stereovideos) in Frage.
Vorteilhaft enthält der Bildschirm 1 auf seiner Oberfläche mindestens eine teilverspiegelte Schicht, um aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht entsprechend zu reflektieren.
Eine anhand von 1 ebenso zu illustrierende erfindungsgemäße Anordnung zur räumlichen Darstellung umfasst

– einen transmissiven oder selbst leuchtenden Bildschirm 1 zur Darstellung eines ersten Bildes A(1), wobei der besagte Bildschirm 1 so ausgebildet ist, dass er betrachterseitig aus mindestens einem Winkelbereich 2 einfallendes Licht reflektiert,
– eine zweite Bildquelle zur Darstellung eines zweiten Bildes A(2) vor dem Bildschirm 1 derart, dass dieses zweite Bild A(2) betrachterseitig aus dem besagten Winkelbereich 2 auf den Bildschirm einfällt und entsprechend reflektiert wird,
– so dass wenigstens ein Betrachter 3 mit beiden Augen jeweils eines der Bilder A(1) und A(2) sieht und einen räumlichen Eindruck erhält.

In 1 ist zu sehen, wie das Bild A(2) derart auf den Bildschirm 1 unter einem Winkelbereich 2 einfällt, dass es auf das eine Auge des Betrachters 3 reflektiert wird. Die entsprechenden Winkel sind mit Strichlinien angedeutet.
Das andere Auge des Betrachters 3 sieht dabei das auf dem Bildschirm 1 dargestellte Bild A(1). Somit entsteht der räumliche Eindruck.
Als Bilder A(1) und A(2) kommen insbesondere Stereobildpaare (auch Folgen von Stereobildpaaren, also Stereovideos) in Frage.
Der Bildschirm 1 kann z. B. ein LCD-Display sein.
Bevorzugt enthält die Oberfläche des Bildschirms (1) auf seiner betrachterseitigen Oberfläche eine teilverspiegelte Schicht, um aus mindestens einem Winkelbereich 2 einfallendes Licht geeignet zu reflektieren.
Die zweite Bildquelle für das Bild A(2) kann beispielsweise ein Projektor sein.
Optional kann auch die Augenposition des Betrachters (3) wiederkehrend ermittelt und die Position der Darstellung des zweiten Bildes A(2) entsprechend nachgeführt werden.
Die Vorteile der Erfindung sind vielseitig. Herkömmliche Monitore können nachträglich umgerüstet werden, um die Erfindung umzusetzen. Mit der Erfindung werden Verfahren und Anordnung zur hilfsmittelfrei räumlich warnehmbaren Darstellung angegeben, die auf einfache Weise und in voller Bildschirmauflösung umzusetzen sind. Dabei wird eine normale, vollauflösende 2D-Darstellung nicht gestört und die Stereo-3D-Darstellung bietet ebenfalls die volle Auflösung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 190418672 A [0002]
JP 8-331605 AA [0003]
US 5808599 A [0004]
US 5936607 A [0004]
WO 00/10332 A1 [0004]
EP 791847 A1 [0005]
US 6157424 A [0007]
WO 02/35277 A1 [0007]
DE 10003326 C2 [0008]
WO 2005/027534 A2 [0009]
GB 2405043 A [0010]
WO 04/077839 [0011]
DE 10261657 [0012]

Claims

Verfahren zur räumlichen Darstellung, umfassend die folgenden Schritte – Darstellung eines ersten Bildes A(1) auf einem transmissiven oder selbst leuchtenden Bildschirm (1), wobei der besagte Bildschirm (1) betrachterseitig aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht reflektiert, – Darstellung eines zweiten Bildes A(2) vor dem Bildschirm derart, dass dieses zweite Bild A(2) betrachterseitig aus dem besagten Winkelbereich (2) auf den Bildschirm (1) einfällt und entsprechend reflektiert wird, – so dass ein Betrachter (3) mit beiden Augen jeweils eines der Bilder A(1) und A(2) sieht und einen räumlichen Eindruck erhält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Augenposition des Betrachters (3) wiederkehrend ermittelt und die Position der Darstellung des zweiten Bildes A(2) entsprechend nachgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildschirm (1) auf seiner Oberfläche Linsen, Prismen, Polarisationsfilter und/oder teilverspiegelte Schichten enthält, um aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht zu reflektieren.
Anordnung zur räumlichen Darstellung, umfassend – einen transmissiven oder selbst leuchtenden Bildschirm (1) zur Darstellung eines ersten Bildes A(1), wobei der besagte Bildschirm (1) so ausgebildet ist, dass er betrachterseitig aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht reflektiert, – eine zweite Bildquelle zur Darstellung eines zweiten Bildes A(2) vor dem Bildschirm (1) derart, dass dieses zweite Bild A(2) betrachterseitig aus dem besagten Winkelbereich (2) auf den Bildschirm einfällt und entsprechend reflektiert wird, – so dass wenigstens ein Betrachter (3) mit beiden Augen jeweils eines der Bilder A(1) und A(2) sieht und einen räumlichen Eindruck erhält.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildschirm (1) ein LCD-Display, ein OLED-Bildschirm, ein Rückprojektionsbildschirm, ein SED-Display, ein VFD-Display, ein Plasma-Display, ein LED-Bildschirm oder ein FED-Display ist.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Bildschirms (1) auf seiner betrachterseitigen Oberfläche Linsen, Prismen, Polarisationsfilter und/oder teilverspiegelte Schichten enthält, um aus mindestens einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht zu reflektieren.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bildquelle ein Projektor oder ein Flachbildschirm ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Augenposition des Betrachters (3) wiederkehrend ermittelt und die Position der Darstellung des zweiten Bildes A(2) entsprechend nachgeführt wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft des Bildschirms (1), mindestens aus einem Winkelbereich (2) einfallendes Licht zu reflektieren, ein- oder ausgeschaltet werden kann.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Betrachter (3) einen räumlichen Eindruck erhalten, in dem die Reflektion des zweiten Bildes A(2) in verschiedene Raumwinkel erfolgt.