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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeug-Anzeigesysteme und spezieller ein transparentes 3D-Anzeigesystem, das einem Betrachter eine Wahrnehmung einer Bildtiefe ohne die Verwendung spezieller 3D-Brillen ermöglicht.
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HINTERGRUND
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In der heutigen Welt werden Kraftfahrzeuge zunehmend komplex, und sie liefern ein ständig größer werdendes Feld von Merkmalen und Möglichkeiten. Oft werden diese Merkmale dadurch nützlicher oder effektiver gemacht, dass Informationen an Fahrzeugbediener oder andere Insassen geliefert werden. Infolgedessen suchen Kraftfahrzeughersteller und andere ständig nach neuen Systemen und Verfahren, um Informationen für Fahrzeuginsassen darzustellen.
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In den meisten Kraftfahrzeugen befindet sich ein großer Anteil der Fensterfläche auf dem Niveau der Augen eines Betrachters, was üblicherweise eine Windschutzscheibe und typischerweise auch Fenster an den Seiten und an der Rückseite des Fahrzeugs umfasst. Andere Betrachtungsflächen, wie beispielsweise Videoschirme und andere Anzeigen, können in den Instrumententafeln, Infotainmentsystemen und der Konsole des Fahrzeugs vorhanden sein. Die Verwendung dieser Flächen zur Darstellung von zusätzlichen Informationen (z. B. auf Headup-Anzeigen) bleibt bisher relativ unüblich. Ein offensichtlicher Grund für diese mangelnde Nutzung des Fensterraums ist, dass die herkömmliche Anzeigetechnologie dazu neigt, die Sicht durch das Fenster oder auf einen anderen Anzeigeschirm zu verdecken. Ein anderer offensichtlicher Nachteil ist das Fehlen einer wahrnehmbaren Tiefe in den Bildern, die durch herkömmliche Headup-Anzeigen dargestellt werden.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, ein System und ein Verfahren vorzusehen, um eine visuelle Darstellung von Informationen auf Fenstern eines Fahrzeugs oder anderen Anzeigeschirmen zu ermöglichen, ohne die Sicht der Insassen durch die Fenster oder die Wahrnehmung von Bildern durch die Insassen, welche auf einem anderen darunterliegenden Betrachtungsschirm gezeigt werden, auf unvernünftige Weise zu stören. Es wäre ebenso wünschenswert, über ein System zu verfügen, das Informationen für einen Fahrzeuginsassen auf einem Fenster oder einem Anzeigeschirm darstellen könnte, ohne die Sicht des Insassen durch das Fenster oder auf die Anzeige zu blockieren oder abzudecken. Es wäre ebenso vorteilhaft, über ein transparentes Anzeigesystem zu verfügen, das in ein Fahrzeugfenster oder einen anderen Anzeigeschirm integriert werden könnte und das die Wahrnehmung einer Tiefe in dem Bild durch den Betrachter erleichtern könnte (d. h. die Darstellung von Informationen in der Form eines 3-dimensionalen Bildes), ohne dass es für den Betrachter erforderlich ist, Spezialbrillen zu tragen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein transparentes 3D-Anzeigesystem eine Anzeigeplatte und eine Abdeckungsmaske, wobei die Abdeckungsmaske von der Anzeigeplatte durch eine optische Dicke separiert ist und die Abdeckungsmaske von einem Betrachter durch einen Betrachtungsabstand separiert ist. Die Anzeigeplatte ist ausgebildet, um ein Bild anzuzeigen, das einen ersten und einen zweiten Satz von Bildstreifen umfasst, und die Abdeckungsmaske ist ausgebildet, um mehrere alternierende Betrachtungsstreifen und Blockierstreifen zu erzeugen. Die Betrachtungsstreifen sind derart angeordnet, ausgerichtet und ausgebildet, dass ermöglicht wird, dass das rechte Auge den ersten Satz von Bildstreifen betrachtet und dass das linke Auge den zweiten Satz von Bildstreifen betrachtet, und die Blockierstreifen sind angeordnet, ausgerichtet und ausgebildet, um zu verhindern, dass das rechte Auge den zweiten Satz von Bildstreifen betrachtet und das linke Auge den ersten Satz von Bildstreifen betrachtet.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Anzeigen eines 3D-Bildes, dass ein Bild in zumindest zwei Sätze von Bildstreifen segmentiert wird und dass jeder der Sätze von Bildstreifen abgelenkt wird, um dadurch jeden der Sätze von Bildstreifen auf eine Weise anzuordnen, auszurichten und auszubilden, die im Wesentlichen ermöglicht, dass ein rechtes Auge eines Betrachters den ersten Satz von Bildstreifen betrachtet und dass ein linkes Auge des Betrachters den zweiten Satz von Bildstreifen betrachtet.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung leicht ersichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen lediglich beispielhaft in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, von denen:
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1 eine vereinfachte schematische Draufsicht eines beispielhaften überlagerten Anzeigesystems ist;
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2 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften überlagerten Anzeigesystems mit einer Abdeckungsmaske in einem transparenten Zustand ist;
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3 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften überlagerten Anzeigesystems mit einer Abdeckungsmaske in einem nicht-transparenten Zustand ist;
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4 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Anzeigesystems mit einer Abdeckungsmaske ist, die eine Platte mit Linsen umfasst; und
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5 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Anzeigen eines Bildes darstellt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die nachfolgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass überall in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 1 gezeigt ist, umfasst ein beispielhaftes überlagertes Anzeigesystem 100 eine Anzeigeplatte 110 und eine Abdeckungsmaske 120, die zwischen der Anzeigeplatte 110 und einem Betrachter 130 angeordnet ist. Die Anzeigeplatte 110 und die Abdeckungsmaske 120 sind durch eine Platte 140 aus transparentem Material, wie beispielsweise aus Glas, mit einer optischen Dicke 142 separiert. Der Betrachter 130 hat ein rechtes Auge 132 und ein linkes Auge 134, die durch einen Augenabstand 136 separiert sind. Die Abdeckungsmaske 120 und der Betrachter 130 sind durch einen Betrachtungsabstand 150 separiert. Das überlagerte Anzeigesystem 100 kann auf eine Betrachtungsfläche in einem Fahrzeug angewendet werden, wie beispielsweise auf eine Windschutzscheibe, ein Fenster, einen Rückspiegel, einen Kosmetikspiegel, einen Infotainment-Anzeigeschirm, eine Instrumententafelanzeige oder eine andere ähnliche Betrachtungsfläche.
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Im Betrieb stellt die Anzeigeplatte 110 Bilder dar, die Bildstreifen 112 umfassen, die für eine Betrachtung durch das rechte Auge 132 vorgesehen sind. Die Bilder, die durch die Anzeigeplatte 110 dargestellt werden, umfassen auch Bildstreifen 114, die für eine Betrachtung durch das linke Auge 134 vorgesehen sind. Um die Betrachtung der Bildstreifen 112 nur durch das rechte Auge 132 und die Betrachtung der Bildstreifen 114 nur durch das linke Auge 134 zu erleichtern, weist die Abdeckungsmaske 120 Betrachtungsstreifen 122 und Blockierstreifen 124 auf, die alle im Wesentlichen parallel zu den Bildstreifen 112 und 114 ausgerichtet sind. Um eine Tiefenwahrnehmung durch den Betrachter zu erleichtern, sind die Bildstreifen 112, 114, die Betrachtungsstreifen 122 und die Blockierstreifen 124 alle im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Linie ausgerichtet, die sowohl durch das rechte Auge 132 als auch durch das linke Auge 134 verläuft. Wenn das rechte Auge 132 und das linke Auge 134 beispielsweise an einer horizontalen Linie ausgerichtet sind, sind die Bildstreifen 112, 114 und die Betrachtungsstreifen 122 sowie die Blockierstreifen 124 alle im Wesentlichen vertikal ausgerichtet.
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Um dies zu erreichen, steuert eine Videoverarbeitungseinheit 180 die Darstellung (d. h. die Zusammensetzung, Ausrichtung und Breite) der Bildstreifen 112 und 114 und der Betrachtungsstreifen 122 sowie der Blockierstreifen 124, um dadurch ein transparentes Anzeigesystem zu erzeugen, das Bilder darstellen kann, die dem Betrachter 130 einen Wahrnehmungseffekt wie beispielsweise eine Tiefe liefern, wodurch eine 3-dimensionale Betrachtungswahrnehmung erzeugt wird, ohne dass Spezialbrillen erforderlich sind. Daher liefert das System ein transparentes Anzeigesystem, das Videos und Signale als wahre 3D-Bilder für Benutzer ohne Brillen zeigen kann. Dieses System kann mit der vorderen Windschutzscheibe, den Seitenfenstern oder anderen Infotainmentkomponenten kombiniert werden, um Informationen für Fahrzeuginsassen darzustellen, wie beispielsweise Videos, Warnsignale, Navigationsinformationen, ein Hilfs-Sehvermögen zum Rückwärtseinparken und dergleichen.
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Im Wesentlichen werden Streifen von Pixeln auf einer ersten Fläche angezeigt, während eine selektive visuelle Abdeckung auf einer zweiten Fläche erzeugt wird, die zwischen der ersten Fläche und einem Betrachter angeordnet ist. Indem der Abstand der visuellen Abdeckung von der ersten Fläche gesteuert wird, kann ermöglicht werden, dass ein rechtes Auge des Betrachters nur einen ersten Satz von Pixelstreifen sieht, während ermöglicht wird, dass ein linkes Auge des Betrachters nur einen zweiten Satz von Pixelstreifen sieht, der sich von dem ersten Satz auf eine Weise unterscheidet, die bewirkt, dass der Betrachter ein kombiniertes Bild mit einer Tiefe wahrnimmt.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Anzeigeplatte 110 eine transparente Anzeige, die ein elektrolumineszentes Material aufweist. Beispielsweise kann die Anzeigeplatte 110 ein phosphoreszierendes Material umfassen, so dass dann, wenn bildformende Elektroden 105 der Anzeigeplatte 110 nicht aktiviert sind (d. h. inaktiv sind), eine entsprechende Fläche der Anzeigeplatte 110 transparent bleibt. Wenn die Elektroden 105 aktiviert sind (d. h. aktiv sind), emittiert eine Fläche, die den aktivierten Elektroden entspricht, jedoch eine Lumineszenz. Dementsprechend kann die Anzeigeplatte dazu veranlasst werden, ein Bild zu zeigen oder Licht zu senden oder zu reflektieren oder zu emittieren, wie es gewünscht sein kann oder durch das System angewiesen werden kann. Es können Lichtfilter über der Anzeigeplatte verwendet werden, um verschiedene Farben zu erzeugen. Die Reichhaltigkeit der Inhalte basiert auf der Größe der Elektroden. Die Auflösung kann dieselbe sein wie bei typischen Flüssigkristallanzeigen.
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Die Abdeckungsmaske 120 weist ein Flüssigkristall-Flächenelement und einen Satz von transparenten Elektroden auf, die ausgebildet sind, um eine Reihe von alternierenden Betrachtungsstreifen 122 und Blockierstreifen 124 zu erzeugen. Die Betrachtungsstreifen 122 sind ausgebildet, um ein Hindurchtreten von Licht zu ermöglichen, wodurch ermöglicht wird, dass der Betrachter 130 ein Bild wahrnimmt, das durch die Anzeigeplatte 110 dargestellt wird. Die Betrachtungsstreifen 122 erreichen diese Funktion, indem sie eine Transparenzbeschaffenheit oder eine Beschaffenheit zum Übertragen von Licht zeigen. Die Blockierstreifen 124 sind ausgebildet, um die Betrachtung eines Lichtbilds zu verdecken, indem sie beispielsweise eine lichtundurchlässige oder lichtabsorbierende oder lichtreflektierende Beschaffenheit zeigen. Die Betrachtungsstreifen 122 sind derart angeordnet, ausgerichtet und ausgebildet, dass sie im Wesentlichen ermöglichen, dass ein rechtes Auge 132 des Betrachters 130 die Bildstreifen (d. h. die Zwischenzeilen) 112 betrachtet und dass ein linkes Auge 134 des Betrachters 130 die Bildstreifen (d. h. die Zwischenzeilen) 114 betrachtet. Transparente Elektroden werden derart aktiviert, dass sie die Blockierstreifen 124 anordnen, ausrichten und ausbilden, so dass diese im Wesentlichen verhindern, dass ein rechtes Auge 132 des Betrachters 130 die Bildstreifen 114 betrachtet und dass ein linkes Auge 134 des Betrachters 130 die Bildstreifen 112 betrachtet.
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Wie ein Fachmann einsehen wird, ist eine Anzahl von ”n” Betrachtungsstreifen 122 notwendig, um zu ermöglichen, dass ein rechtes Auge 132 des Betrachters 130 eine Anzahl von ”n – 1” Bildstreifen 112 betrachtet, während ein linkes Auge 134 des Betrachters 130 eine Anzahl von ”n – 1” Bildstreifen 114 betrachtet. Auf ähnliche Weise ist eine Anzahl von ”n” Blockierstreifen 124 notwendig, um zu verhindern, dass ein rechtes Auge 132 des Betrachters 130 eine Anzahl von ”n – 1” Bildstreifen 114 betrachtet, während ebenso verhindert wird, dass ein linkes Auge 134 des Betrachters 130 eine Anzahl von ”n – 1” Bildstreifen 112 betrachtet.
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Es ist auch einzusehen, dass, um für die Ausrichtung der Bildstreifen 112, 114, der Betrachtungsstreifen 122 und der Blockierstreifen 124 zu sorgen, ein periodischer Abdeckungsabstand 170 (d. h. ein Abstand zwischen benachbarten Betrachtungsstreifen 122 oder zwischen benachbarten Blockierstreifen 124) derart eingestellt wird, dass dieser ungefähr gleich zweimal dem Augenabstand 136 dividiert durch den Betrachtungsabstand 150 plus zweimal die optische Dicke 142 ist. Anders ausgedrückt wird der periodische Abdeckungsabstand 170 gemäß der folgenden Beziehung festgelegt: P = 2et/(d + 2t), wobei P der periodische Abdeckungsabstand 170 ist; e den Augenabstand 136 repräsentiert; t die optische Dicke 142 repräsentiert; und d den Betrachtungsabstand 150 repräsentiert. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die optische Dicke 142 gleich Betrachtungsabstand 150 × periodischer Abdeckungsabstand 170 dividiert durch die Quantität des Zweifachen des Augenabstands 136 minus des periodischen Abdeckungsabstands 170 gesetzt. Anders ausgedrückt wird die optische Dicke 142 gemäß der folgenden Beziehung festgelegt: T = pd/2(e – p). Allgemeiner werden p und/oder t derart festgelegt, dass p/t = (2e – p)/(d + t)
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Wenn im Betrieb gewünscht ist, Informationen mittels des überlagerten Anzeigesystems 100 darzustellen, bewirkt eine Videoverarbeitungseinheit 180, dass die Anzeigeplatte 110 ein Bild anzeigt, das eine Matrix von Pixeln umfasst, die in alternierenden Bildstreifen 112, 114 angeordnet sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform erleichtert die Videoverarbeitungseinheit 180 die Anzeige eines 3-dimensionalen Bildes derart, dass das Bild sowohl einen ersten Satz von pixelbasierten Bildinformationen, die für eine Wahrnehmung durch ein rechtes Auge 132 des Betrachters 130 vorgesehen sind, als auch einen zweiten Satz von pixelbasierten Bildinformationen umfasst, die für die Wahrnehmung durch ein linkes Auge 134 eines Betrachters 130 vorgesehen sind. Um die Wahrnehmung des ersten Satzes von Informationen nur durch das rechte Auge 132 zu erleichtern, ordnet die Videoverarbeitungseinheit 180 die Darstellung des ersten Satzes von pixelbasierten Bildinformationen derart an, dass diese nur durch das rechte Auge 132, aber nicht nur durch das linke Auge 134 betrachtet werden kann. Um die Wahrnehmung des zweiten Satzes von Informationen durch das linke Auge 134, aber nicht durch das rechte Auge 132 zu vereinfachen, ordnet die Videoverarbeitungseinheit 180 die Darstellung des zweiten Satzes von pixelbasierten Informationen derart an, dass diese nur durch das linke Auge 134 betrachtet werden kann.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform empfängt die Videoverarbeitungseinheit 180 Informationen, die relevante Parameter zum Steuern der Darstellung repräsentieren. Diese relevanten Parameter können Positions- und Ausrichtungsinformationen des rechten Auges 132 und des linken Auges 134 des Betrachters 130 umfassen, der ein Bediener des Fahrzeugs oder ein anderer Insasse sein kann, was von den Wünschen des Systembenutzers abhängt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das System auch Informationen für einen zweiten Betrachter liefern, um zu ermöglichen, dass der zweite Betrachter seine oder ihre Augen erneut positioniert, um dadurch die Wahrnehmung mit dem ersten Betrachter zu teilen.
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Dementsprechend liefert das Anzeigesystem 100 eine an einem Kraftfahrzeugfenster angebrachte Anzeige, die nicht nur selektiv transparent ist, sondern auch eine 3-dimensionale Betrachtungswahrnehmung für Insassen des Fahrzeugs liefern kann. Das System kann dadurch eine reichhaltige und unmittelbare Informationswahrnehmung für einen Fahrzeugbediener in dem direkten Sichtfeld des Bedieners liefern, ohne dass eine erneute Ausrichtung der Augen des Bedieners erforderlich ist.
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Wie in 2 gezeigt ist, weist ein beispielhaftes überlagertes Anzeigesystem 200 eine Abdeckungsmaske 220 in einem transparenten Zustand auf. Die Abdeckungsmaske 220 umfasst eine transparente Maskenelektrode 222 und eine transparente Flüssigkristallplatte 224. Die transparente Maskenelektrode 222 befindet sich in einem nicht aktivierten Zustand und ermöglicht der Flüssigkristallplatte 224, in einem geordneten (d. h. transparenten) Zustand zu bleiben, wodurch ermöglicht wird, dass das rechte Auge 232 und das linke Auge 234 des Betrachters 230 beide ein Bild, das auf der transparenten Anzeigeplatte 210 angezeigt wird, in seiner Gesamtheit ohne Verdeckung beobachten.
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Wie in 3 gezeigt ist, weist ein beispielhaftes überlagertes Anzeigesystem 300 eine Abdeckungsmaske 320 in einem nicht-transparenten Zustand auf. Die Abdeckungsmaske 320 umfasst eine transparente Maskenelektrode 322 und eine transparente Flüssigkristallplatte 324. Die transparente Maskenelektrode 322 befindet sich in einem aktivierten Zustand, so dass sich die Flüssigkristallplatte 324 in einem ungeordneten (d. h. nicht-transparenten) Zustand befindet, wodurch selektiv ermöglicht wird, dass das rechte Auge 332 nur bestimmte Streifen eines Bildes beobachtet, das auf der transparenten Anzeigeplatte 310 angezeigt wird, und wodurch selektiv ermöglicht wird, dass das linke Auge 334 nur bestimmte andere Streifen des Bildes beobachtet, das auf der transparenten Anzeigeplatte 310 angezeigt wird.
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Wie in 4 gezeigt ist, weist ein beispielhaftes Anzeigesystem eine Abdeckungsmaske 420 auf, die eine Linsenplatte 422 umfasst. Gemäß dieser Ausführungsform werden streifenförmige Linsen 424 der Linsenplatte 422 mit den Bildstreifen 412, 414 eines Bildes ausgerichtet, um dadurch Licht von den Bildstreifen 412 in Richtung eines rechten Auges 432 des Betrachters 430 zu brechen und um dadurch Licht, das von den Bildstreifen 414 reflektiert wird, in Richtung eines linken Auges 434 des Betrachters 430 zu brechen. Indem der Linsenabstand 426 und der Pixelabstand 416 angepasst werden, kann das System daher bewirken, dass das rechte Auge 432 Bilder wahrnimmt, die sich von den Bildern unterscheiden, die durch das linke Auge 434 wahrgenommen werden, wodurch unter anderem die Erzeugung einer Wahrnehmung einer Tiefe in dem Bild (d. h. eine stereoskopische 3D-Wahrnehmung) für den Betrachter 430 ermöglicht wird.
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In 5 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Anzeigen eines Bildes zeigt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Bild in zwei Sätze von Bildstreifen (Zwischenzeilen) segmentiert (Schritt 510). Jeder der Sätze von Bildstreifen kann anschließend abgelenkt werden (Schritt 520), um dadurch derart angeordnet, ausgerichtet und ausgebildet zu werden, dass im Wesentlichen ermöglicht wird, dass ein rechtes Auge eines Betrachters den ersten Satz von Bildstreifen betrachtet und ein linkes Auge des Betrachters den zweiten Satz von Bildstreifen betrachtet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird der Augenabstand zwischen den Augen des Betrachters detektiert (Schritt 521), so dass präzise Anpassungen bei der Anordnung usw. des Satzes von Bildstreifen ausgeführt werden können. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Ausrichtung der Augen des Betrachters detektiert (Schritt 522), so dass präzise Anpassungen bei der Anordnung usw. des Satzes von Bildstreifen ausgeführt werden können. Der Betrachtungsabstand wird ebenso detektiert (Schritt 523), so dass präzise Anpassungen bei der Anordnung usw. des Satzes von Bildstreifen ausgeführt werden können. Die optische Dicke kann ebenso detektiert werden (Schritt 524), so dass präzise Anpassungen bei der Anordnung usw. des Satzes von Bildstreifen ausgeführt werden können. Bei einer Ausführungsform wird die optische Dicke angepasst (Schritt 525).
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Um die Betrachtung eines ersten Satzes von Bildstreifen nur durch ein rechtes Auge des Betrachters und die Betrachtung eines zweiten Satzes von Bildstreifen nur durch ein linkes Auge zu vereinfachen, wird ein periodischer Abdeckungsabstand berechnet (Schritt 526) und eingestellt (Schritt 527). Alternativ kann das Verhältnis des periodischen Abdeckungsabstands zu der optischen Dicke berechnet werden (Schritt 528), und es können entweder der periodische Abdeckungsabstand (Schritt 529) oder die optische Dicke (Schritt 530) oder sowohl der periodische Abdeckungsabstand als auch die optische Dicke (Schritt 531) angepasst werden.
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Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Äquivalente deren Elemente ersetzen können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der Anmeldung fallen.
