DE10210837B4

DE10210837B4 - Method and apparatus for the projection of 3-dimensional images

Info

Publication number: DE10210837B4
Application number: DE10210837A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: DE10210837A1

Abstract

Vorrichtung zur Projektion 3-dimensionaler Bilder mit einem Schirm (11), der eine Vielzahl von optischen Elementen (12, 17) umfaßt, und einer Projektionseinrichtung (10, 22, 23) zum Projizieren einer Vielzahl von Stereobildpaaren auf den Schirm (11), dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente aneinandergefügte Mikrolinsen (17) sind, die jeweils die Form eines regelmäßigen Sechsecks haben.Device for projecting 3-dimensional images with a screen (11) which comprises a plurality of optical elements (12, 17) and a projection device (10, 22, 23) for projecting a plurality of pairs of stereo images onto the screen (11), characterized in that the optical elements are microlenses (17) joined together, each of which has the shape of a regular hexagon.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Projektion 3-dimensionaler Bilder und ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a device for the projection of 3-dimensional images and a corresponding method.

3-dimensionale Bilder können mit verschiedenen bereits bekannten Techniken dargestellt werden, beispielsweise mit der Stereobildtechnik, bei der zwei perspektivische Bilder, also zwei Bilder einer Szene, die aus unterschiedlichen Beobachtungswinkeln aufgenommen worden sind, getrennt den beiden Augen des Betrachters zugeführt werden. Dies ist in den Zeichnungsfiguren 1 und 2 dargestellt, in denen gezeigt sind:3-dimensional images can be displayed using various techniques known in the art, such as stereo imaging, in which two perspective images, that is, two images of a scene taken from different viewing angles, are separately delivered to the viewer's eyes. This is in the drawing figures 1 and 2 shown in which are shown:

1 die Aufnahme eines Stereobildes und 1 the recording of a stereo image and

2 die Betrachtung eines Stereobildes. 2 the viewing of a stereo image.

Das in 1 gezeigte Objekt 1 wird durch eine erste Abbildungsoptik 2 auf einen ersten Bildträger 4 und durch eine daneben befindliche zweite Abbildungsoptik 3 auf einen zweiten Bildträger 5 abgebildet. Das auf dem ersten Bildträger 4 befindliche Bild 1 wird durch eine erste Betrachtungsoptik 6 dem rechten Auge 8 des Betrachters zugeführt, und das auf dem zweiten Bildträger 5 befindliche Bild 2 wird durch eine zweite Betrachtungsoptik 7 dem linken Auge 9 des Betrachters zugeführt, wie in 2 dargestellt.This in 1 shown object 1 is through a first imaging optics 2 on a first image carrier 4 and by a second imaging optics located next to it 3 on a second picture carrier 5 displayed. This on the first image carrier 4 located image 1 is through a first viewing optics 6 the right eye 8th supplied to the viewer, and that on the second image carrier 5 located image 2 is through a second viewing optics 7 the left eye 9 supplied to the viewer, as in 2 shown.

Wenn die beiden Bilder unter einem Perspektivwinkel aufgenommen werden, der dem Augenabstand entspricht, sieht der Beobachter die Tiefenausdehnung der im Bild aufgenommenen Szene. Durch Vergrößern oder Verkleinern des Perspektivwinkels läßt sich die Tiefenwirkung entsprechend vergrößern oder verkleinern. Um die beiden Bilder dem jeweiligen Auge zuzuführen sind Hilfsmittel nötig, beispielsweise Optiken wie z. B. ein Stereobetrachter, oder Brillen, die die Trennung der Bilder über unterschiedliche Farben, unterschiedliche Polarisationen oder einen zeitlichen Versatz trennen können.When the two images are taken at a perspective angle equal to the eye relief, the observer sees the depth of the scene captured in the image. By enlarging or reducing the perspective angle, the depth effect can be correspondingly increased or decreased. To supply the two images to the respective eye aids are necessary, such as optics such. As a stereo viewer, or glasses that can separate the separation of images on different colors, different polarizations or a time offset.

Mit der Stereobildtechnik ist allerdings der Nachteil verbunden, daß der Beobachtungspunkt dem Kamerastandpunkt der beiden Aufnahmen entspricht und bei der Betrachtung nicht mehr verändert werden kann. Um Bewegung in die Beobachtung des Stereobildes zu bringen, gibt es verschiedene Möglichkeiten:

– Es ist möglich, die Stereobildpaare genügend schnell auszutauschen (> 10 Bilder/sec.);
– die Stereobildpaare können auf dem gleichen Medium, beispielsweise einem Bildschirm, dargestellt werden, wobei sie dann unterscheidbar sein müssen, beispielsweise durch eine unterschiedliche Polarisation oder verschiedene Farben; der Beobachter benötigt dann eine entsprechende Vorrichtung vor seinen Augen, beispielsweise eine Polarisationsbrille oder eine rot-grün-Brille oder eine sonstige Vorrichtung, durch die die verschiedenen Bilder getrennt werden können.

With the stereo imaging technique, however, has the disadvantage that the observation point corresponds to the camera point of view of the two shots and can not be changed in the viewing. To bring movement into the observation of the stereo image, there are several possibilities:

- It is possible to exchange the stereo image pairs fast enough (> 10 frames / sec.);
The stereo image pairs can be displayed on the same medium, for example a screen, whereby they then have to be distinguishable, for example by a different polarization or different colors; the observer then needs a corresponding device in front of his eyes, for example a pair of polarized glasses or a red-green pair of glasses or any other device by means of which the various images can be separated.

Eine Beobachtung unter verschiedenen Beobachtungswinkeln über computeranimierte Bilder ist heute möglich. Der Standpunkt des Betrachters des Bildschirms kann über einen „headtracker” ermittelt und das Stereobildpaar entsprechend dem Standpunkt des Beobachters berechnet und dargestellt werden. Dies ist allerdings nur für einen einzelnen Betrachter möglich, und dieser Betrachter muß darüber hinaus noch ein weiteres Hilfsmittel wie beispielsweise eine Brille mit Polarisatoren, Shuttern oder Farbfiltern benutzen.An observation under different observation angles over computer-animated pictures is possible today. The viewpoint of the viewer of the screen can be determined via a "headtracker" and the stereo image pair can be calculated and displayed according to the viewpoint of the observer. However, this is only possible for a single viewer, and this viewer must also use another tool such as glasses with polarizers, shutters or color filters.

Eine weitere bekannte Technik, 3-dimensionale Bilder darzustellen, ist mit der Holographie und den daraus abgeleiteten Verfahren gegeben. Hologramme werden mit kohärentem Licht (Laserlicht) auf hochauflösendem Fotomaterial aufgezeichnet. Zunächst wird ein Interferenzfeld registriert, das durch die Überlagerung der diffusen, vom Objekt reflektierten Strahlen und einem gerichteten Referenzstrahl, der im allgemeinen aus dem Objektstrahl ausgekoppelt worden ist, entsteht.Another known technique for displaying 3-dimensional images is with holography and the methods derived therefrom. Holograms are recorded with coherent light (laser light) on high-resolution photographic material. First, an interference field registered by the superposition of the diffused rays reflected from the object and a directed reference ray which has been generally extracted from the object beam is registered.

Nach der photo-chemischen Entwicklung des Fotomaterials wird das registrierte Interferenzbild als kompliziertes Gitter auf dem Fotomaterial sichtbar. Wird dieses Gitter dann mit dem Referenzstrahl betrachtet, entsteht durch Beugung ein 3-dimensionales Bild der aufgenommenen Szene.After the photo-chemical development of the photographic material, the registered interference image becomes visible as a complicated grating on the photographic material. If this grating is then viewed with the reference beam, a 3-dimensional image of the recorded scene is created by diffraction.

Zur Registrierung der Hologramme können neben Silberhalogenidschichten auch andere Materialien verwendet werden wie beispielsweise Photothermoplaste, photorefraktive Kristalle, Photopolymere und ähnliches.In addition to silver halide layers, other materials such as photothermoplasts, photorefractive crystals, photopolymers, and the like can be used to register the holograms.

Zur Rekonstruktion oder Wiedergabe des Hologramms können neben kohärenten Lichtquellen auch Weißlichtquellen verwendet werden. Dies bedingt aber spezielle Aufnahmetechniken (Lippmann-Bragg Hologramme, Regenbogenhologramme oder Bentonhologramme).For the reconstruction or reproduction of the hologram, white light sources can also be used in addition to coherent light sources. However, this requires special recording techniques (Lippmann-Bragg holograms, rainbow holograms or Benton holograms).

Die Hologramme sind zunächst monochromatisch (bei Regenbogenhologrammen ist die Farbe spektral verteilt; sie entspricht nicht der Farbverteilung der aufgenommenen Szene). Zur Aufnahme echtfarbiger Hologramme werden Hologramme in drei Grundfarben aufgenommen und entsprechend rekonstruiert. Dies bedingt eine komplizierte Aufnahmetechnik, beispielsweise Laser in Rot, Grün, Blau mit hoher Leistung, wobei hohe Anforderungen an das Fotomaterial zu stellen sind.The holograms are initially monochromatic (in rainbow holograms the color is spectrally distributed, it does not correspond to the color distribution of the recorded scene). To record true-color holograms, holograms are recorded in three basic colors and reconstructed accordingly. This requires a complicated recording technique, such as lasers in red, green, blue with high performance, where high demands are placed on the photographic material.

Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sind aus der EP 0 791 847 A1 bekannt. A device according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 8 are known from EP 0 791 847 A1 known.

Die EP 0 860 728 A1 , DE 35 29 819 C2 und DE 37 00 525 A1 zeigen ähnliche Vorrichtungen und Verfahren.The EP 0 860 728 A1 . DE 35 29 819 C2 and DE 37 00 525 A1 show similar devices and methods.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Projektion 3-dimensionaler Bilder und ein entsprechendes verbessertes Verfahren vorzuschlagen.The object of the invention is to propose an improved apparatus for the projection of 3-dimensional images and a corresponding improved method.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bei einem Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Die Vorrichtung zur Projektion 3-dimensionaler Bilder umfaßt einen Schirm, der eine Vielzahl von optischen Elementen umfaßt, und eine Projektionseinrichtung zum Projizieren einer Vielzahl von Stereobildpaaren auf den Schirm. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Projektion 3-dimensionaler Bilder umfaßt die Verfahrensschritte, daß eine Vielzahl von Stereobildpaaren durch eine Projektionseinrichtung auf einen Schirm, der eine Vielzahl von optischen Elementen umfaßt, projiziert wird.According to the invention this object is achieved in a device by the features of claim 1 and in a method by the features of claim 8. The 3-dimensional image projection apparatus comprises a screen comprising a plurality of optical elements, and projection means for projecting a plurality of stereo image pairs onto the screen. The 3-dimensional image projection method of the present invention comprises the steps of projecting a plurality of pairs of stereo images through a projection device onto a screen comprising a plurality of optical elements.

Erfindungsgemäß sind die optischen Elemente aneinandergefügte Mikrolinsen, die jeweils die Form eines regelmäßigen Sechsecks haben. Hierdurch können sowohl die horizontale Perspektive als auch die vertikale Perspektive erzeugt werden.According to the invention, the optical elements are joined microlenses each having the shape of a regular hexagon. As a result, both the horizontal perspective and the vertical perspective can be generated.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments are described in the subclaims.

Die Projektionseinrichtung kann einen Projektor umfassen oder aus einem Projektor bestehen. Sie kann allerdings auch mehrere Projektoren umfassen oder aus mehreren Projektoren bestehen. Als Projektor oder Projektoren können Beamer oder Laserprojektoren eingesetzt werden.The projection device may comprise a projector or consist of a projector. However, it can also include multiple projectors or consist of multiple projectors. Beamer or laser projectors can be used as projectors or projectors.

Die Stereobildpaare können 3-dimensional in Echtfarbe dargestellt werden, wobei sie vom Betrachter ohne Brillen oder andere Hilfsmittel wahrgenommen werden können. Es ist möglich, die 3-dimensionalen Bilder auf große Bildschirme zu projizieren, wobei die Fläche der Bildschirme einige Quadratmeter umfassen kann.The stereo image pairs can be displayed 3-dimensional in true color, whereby they can be perceived by the viewer without glasses or other aids. It is possible to project the 3-dimensional images onto large screens, where the area of the screens may be several square meters.

Vorteilhaft ist es, wenn die Stereobildpaare rasterförmig auf den Schirm projiziert werden.It is advantageous if the stereo image pairs are projected in a grid on the screen.

Die optischen Elemente sind Mikrolinsen. Es ist möglich, ein System oder Feld von aneinandergefügten Mikrolinsen zu verwenden. Damit können echte 3-dimensionale Bilder erzeugt werden.The optical elements are microlenses. It is possible to use a system or array of joined microlenses. This can be used to create true 3-dimensional images.

Zusätzlich können die optischen Elemente holografische optische Elemente (HOE) enthalten.In addition, the optical elements may include holographic optical elements (HOE).

Der Abstand der optischen Elemente beträgt vorzugsweise etwa 5 mm, was in etwa der Augenapertur entspricht. Die Breite der Bilder entspricht also vorzugsweise der Größe der Augenapertur von etwa 5 mm. Dementsprechend werden die Bilder einer Szene mit einem Abstand von 5 mm aufgenommen oder berechnet und projiziert.The distance of the optical elements is preferably about 5 mm, which corresponds approximately to the eye aperture. The width of the images thus preferably corresponds to the size of the eye aperture of about 5 mm. Accordingly, the images of a scene are taken or calculated and projected at a pitch of 5 mm.

Vorteilhaft ist es, wenn ein Speicher zum Speichern der Stereobildpaare vorhanden ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen digitalen Speicher. Die den Stereobildpaaren entsprechenden Daten können beispielsweise auf Film, Magnetband oder ähnlichem gespeichert sein. Sie können ferner auf der Festplatte oder in sonstigen Speichermedien eines Computers gespeichert sein.It is advantageous if a memory for storing the stereo image pairs is present. This is preferably a digital memory. The data corresponding to the stereo image pairs may for example be stored on film, magnetic tape or the like. They can also be stored on the hard disk or other storage media on a computer.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionseinrichtung zum Projizieren digitaler Stereobildpaare geeignet ist. Es kann sich um gespeicherte digitale Stereobildpaare handeln. Die Stereobildpaare können der Projektionseinrichtung allerdings auch in anderer Weise zugeführt werden. Sie können von der Projektionseinrichtung oder einer sonstigen Einrichtung, beispielsweise einem Computer, erzeugt oder berechnet werden.A further advantageous development is characterized in that the projection device is suitable for projecting digital stereo image pairs. It can be stored digital stereo image pairs. However, the stereo image pairs can be supplied to the projection device in other ways. They may be generated or calculated by the projection device or other device, such as a computer.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die insbesondere digitalen Stereobildpaare durch einen 3D-Scanner und/oder ein Kamerasystem und/oder einen Rechner, beispielsweise einen Computer, einen PC, ein CAD-System oder ähnliches, erzeugt sind.A further advantageous development is characterized in that the particular digital stereo image pairs are generated by a 3D scanner and / or a camera system and / or a computer, for example a computer, a PC, a CAD system or the like.

Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigtEmbodiments are explained below with reference to the accompanying drawings in detail. In the drawing shows

3 eine Vorrichtung zur Projektion 3-dimensionaler Bilder in einer schematischen Ansicht von oben, 3 a device for the projection of 3-dimensional images in a schematic view from above,

4 zwei Ausführungsbeispiele eines Schirms, 4 two embodiments of a screen,

5 die Aufnahme eines Objekts in einer schematischen Darstellung und 5 the inclusion of an object in a schematic representation and

6 eine Abwandlung der in 3 gezeigten Vorrichtung in einer schematischen Ansicht von oben. 6 a modification of the in 3 shown device in a schematic view from above.

Die in 3 gezeigte Vorrichtung zur Projektion 3-dimensionaler Bilder umfaßt einen Projektor 10, der eine Vielzahl von Stereobildpaaren auf einen Schirm 11 projiziert. Der Schirm 11 umfaßt eine Vielzahl von optischen Elementen, nämlich Zylinderlinsen 12, die vertikal nebeneinander angeordnet sind. Die Zylinderlinsen 12 bilden ein Linsensystem. Anstelle der Zylinderlinsen 12 könnten auch holografische optische Elemente (HOE) verwendet werden. Der Schirm 11 strahlt das Bild des Objekts unter verschiedenen Beobachtungsrichtungen ab, das von den Augen 13, 14 des Betrachters aufgefangen werden kann. Wenn sich der Betrachter 13, 14 in den horizontalen Richtungen 15, 16 bewegt, erhält er den Eindruck eines 3-dimensionalen Bildes des Objekts.In the 3 The apparatus for the projection of 3-dimensional images shown comprises a projector 10 putting a multitude of stereo image pairs on a screen 11 projected. The screen 11 comprises a plurality of optical elements, namely cylindrical lenses 12 which are arranged vertically next to each other. The cylindrical lenses 12 form a lens system. Instead of the cylindrical lenses 12 Holographic optical elements (HOE) could also be used. The screen 11 radiates the image of the object under different directions of observation, that of the eyes 13 . 14 the observer can be caught. When the viewer 13 . 14 in the horizontal directions 15 . 16 moving, it gives the impression of a 3-dimensional image of the object.

In 4 ist die Projektion der verschiedenen Bilder der Stereobildpaare dargestellt. Die linke Abbildung zeigt im wesentlichen nahtlos nebeneinander angeordnete, vertikale Zylinderlinsen 12, die ein Lenticularsystem bilden. Die Stereobildpaare werden streifenweise auf die Zylinderlinsen 12 projiziert, was eine erhebliche Reduktion der Daten bedeutet. Für den Betrachter ist die horizontale Perspektive sichtbar.In 4 is the projection of the different images of the stereo image pairs shown. The left figure shows essentially seamless juxtaposed, vertical cylindrical lenses 12 that form a lenticular system. The stereo image pairs are striped on the cylindrical lenses 12 projected, which means a significant reduction of the data. For the viewer, the horizontal perspective is visible.

In der rechten Abbildung der 4 ist ein erfindungsgemäßes Linsensystem aus aneinandergefügten Mikrolinsen 17 dargestellt, die jeweils die Form eines regelmäßigen Sechsecks haben, also als wabenförmiges System angeordnet sind. Hierdurch können sowohl die horizontale Perspektive i als auch die vertikale Perspektive j erzeugt werden. In beiden Abbildungen der 4 werden die Stereobildpaare rasterförmig auf den Schirm projiziert. In der linken Abbildung werden die Stereobildpaare in nebeneinander liegenden Streifen auf den Schirm projiziert.In the right picture of the 4 is an inventive lens system of joined microlenses 17 represented, each having the shape of a regular hexagon, so are arranged as a honeycomb system. As a result, both the horizontal perspective i and the vertical perspective j can be generated. In both pictures the 4 The stereo image pairs are projected in a grid on the screen. In the left figure, the stereo image pairs are projected onto the screen in adjacent stripes.

Der (horizontale) Abstand der Zylinderlinsen 12 und der Abstand der Mikrolinsen 17 beträgt jeweils etwa 5 mm. Er entspricht damit im wesentlichen der Größe der Augenapertur.The (horizontal) distance between the cylindrical lenses 12 and the distance of the microlenses 17 is about 5 mm each. It thus corresponds essentially to the size of the eye aperture.

5 zeigt die Aufnahme eines Objekts 18 durch eine Kamera 19, die längs einer Führungsbahn 20 in Richtung des Doppelpfeils 21 verschieblich ist. Das Objekt 18 kann mit der Kamera 19 aufgenommen werden, wobei die Kamera 19 von Bild zu Bild entsprechend dem geforderten Auflösungsvermögen linear bewegt wird. Beispielsweise kann die Führungsbahn 20 in horizontaler Richtung angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kamera 19 ebenfalls in horizontaler Richtung bewegt, wodurch die horizontale Perspektive erzeugt wird. Es ist allerdings auch möglich (in 5 nicht dargestellt), die Kamera in zwei verschiedenen Richtungen zu bewegen, beispielsweise in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen, um auf diese Weise zwei Perspektiven zu erzeugen, beispielsweise eine horizontale und eine vertikale Perspektive. Die Verschiebung der Kamera zwischen den Aufnahme kann dabei so groß sein wie die Augenapertur, also beispielsweise 5 mm. 5 shows the shot of an object 18 through a camera 19 along a guideway 20 in the direction of the double arrow 21 is displaceable. The object 18 can with the camera 19 be taken, with the camera 19 is linearly moved from image to image according to the required resolving power. For example, the guideway 20 be arranged in the horizontal direction. In this case, the camera will 19 also moved in the horizontal direction, creating the horizontal perspective. However, it is also possible (in 5 not shown), to move the camera in two different directions, for example in two mutually perpendicular directions, so as to produce two perspectives, for example a horizontal and a vertical perspective. The shift of the camera between the recording can be as large as the eye aperture, so for example 5 mm.

Bei der Darstellung von im Computer berechneten Daten (z. B. CAD-Modelle) können die Bilder natürlich auch entsprechend den Kamerastandpunkten berechnet werden.When displaying computer-calculated data (eg CAD models), the images can of course also be calculated according to the camera viewpoints.

6 zeigt eine Abwandlung der in 3 gezeigten Ausführungsform, bei der mehrere, nämlich drei Projektoren 10, 22, 23 vorhanden sind, die auf einer parallel zum Schirm 11 verlaufenden Linie im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. Der Betrachter nimmt mit den Augen 13, 14 das 3-dimensionale Bild des Gegenstands 24, einer Kraftfahrzeugkarosserie, wahr. 6 shows a modification of the in 3 shown embodiment, in which several, namely three projectors 10 . 22 . 23 are present on a parallel to the screen 11 extending line are arranged at the same distance from each other. The viewer is watching 13 . 14 the 3-dimensional image of the object 24 , a motor vehicle body, true.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können die Nachteile der eingangs geschilderten vorbekannten Lösungen überwunden werden. Es ist möglich, durch die Erfindung Computerdaten 3-dimensional darzustellen, so daß keine Aufnahmen von realen Szenen oder realen Modellen hergestellt werden müssen. Die Bilder können 3-dimensional in Echtfarbe auch an großen Bildschirmen (mit einer Größe von einigen Quadratmetern) dargestellt werden, ohne daß der Betrachter Brillen oder andere Hilfsmittel benötigt. Durch großformatige Darstellung von Computerdaten können erhebliche Entwicklungszeiten eingespart werden, da es nicht mehr erforderlich ist, reale Modelle mit hohem Zeit- und Kostenaufwand zu bauen. Es ist vielmehr möglich, Computerdaten zu erzeugen und direkt beobachtbar zu machen.By the apparatus and method of the invention, the disadvantages of the above-described prior art solutions can be overcome. It is possible to represent 3-dimensional computer data by the invention, so that no recordings of real scenes or real models must be made. The images can also be displayed 3-dimensional in true color on large screens (with a size of a few square meters), without the viewer glasses or other aids needed. Large-scale rendering of computer data can save significant development time by eliminating the need to build real-world models with a great deal of time and expense. Rather, it is possible to generate computer data and make it directly observable.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht dabei auf der Projektion einer Vielzahl von Stereobildpaaren. Dabei werden auf einem Schirm gleichzeitig oder zeitlich nacheinander mit einer Bildfolgefrequenz, die größer ist als das zeitliche Auflösungsvermögen des menschlichen Auges, viele Stereobildpaare nebeneinander projiziert, wie dies in 4 beispielhaft dargestellt ist. Die beiden Augen des Betrachters sehen dabei immer ein entsprechendes Stereobildpaar. Zur Betrachtung der Stereobildpaare ist ein Linsensystem (Linsenarray, Lenticularsystem) oder ein System holografischer optischer Elemente (HOE) vorteilhaft. In vielen Anwendungsfällen reicht eine Perspektive in einer Richtung, beispielsweise in horizontaler Richtung, aus, da die Augen des Betrachters ihre Richtung nicht ändern bzw. waagrecht angeordnet sind, so daß als Linsen Zylinderlinsen verwendet werden können (Lenticularsystem). Die Stereobildpaare können streifenweise projiziert werden, was eine erhebliche Reduktion der Daten bedeutet.The inventive method is based on the projection of a plurality of stereo image pairs. In this case, many stereo image pairs are projected side by side on a screen at the same time or one after the other at a frame rate which is greater than the temporal resolving power of the human eye, as shown in FIG 4 is shown by way of example. The two eyes of the observer always see a corresponding stereo image pair. For viewing the stereo image pairs, a lens system (lens array, lenticular system) or a system of holographic optical elements (HOE) is advantageous. In many applications, a perspective in one direction, for example, in the horizontal direction, sufficient because the eyes of the observer do not change direction or are arranged horizontally, so that as lenses cylindrical lenses can be used (lenticular system). The stereo image pairs can be projected in strips, which means a considerable reduction of the data.

Die Breite der Bilder entspricht vorteilhaft der Größe der Apertur des menschlichen Auges (etwa 5 mm). Es müssen also Bilder einer Szene entsprechend einem Abstand von 5 mm aufgenommen oder berechnet und projiziert werden. Bei einer Bildschirmgröße von 1 m (Breite) müssen also 200 Bilder streifenweise projiziert werden. Die Projektion kann mit einem oder mehreren Projektoren erfolgen. Die Daten können auf Film, Magnetband etc. (5) gespeichert sein oder im Computer berechnet werden.The width of the images advantageously corresponds to the size of the aperture of the human eye (about 5 mm). Therefore, images of a scene must be recorded or calculated and projected at a distance of 5 mm. With a screen size of 1 m (width), 200 images must be projected in strips. The projection can be done with one or more projectors. The data may be on film, magnetic tape etc. ( 5 ) or computed in the computer.

Das Objekt kann mit einer Kamera aufgenommen werden, wie in 5 gezeigt.The object can be recorded with a camera, as in 5 shown.

Die Dateneingabe kann über verschiedene Kanäle erfolgen:

– 3D-Scanner: Mit bereits existierenden 3D-Scannern können Objekte oder Personen eingescannt werden und über das System dann auch an anderen Orten (durch Datenübertragung) und/oder zu anderen Zeiten (durch Datenspeicherung) 3-dimensional dargestellt werden;
– Kamerasystem: Mit einem Kamerasystem (Fotomaterial, CCD, Cemos) können Multistereo-Bilder von einer realen Szene aufgenommen und entsprechend wieder dargestellt werden;
– CAD-Daten: Mit CAD- und anderen Daten können schattierte und/oder animierte Bilder eines Modells erzeugt und 3-dimensional dargestellt werden, so daß für viele technische Anwendungen der aufwendige Modellbau ersetzt werden kann.

The data input can be done via different channels:

- 3D scanner: existing 3D scanners can be used to scan objects or people and then display them in 3-dimensional space (via data transmission) and / or at other times (through data storage) via the system;
- Camera system: With a camera system (photographic material, CCD, Cemos) multi-stereo images of a real scene can be recorded and displayed accordingly;
- CAD data: With CAD and other data shaded and / or animated images of a model can be generated and displayed 3-dimensional, so that for many technical applications, the complex model can be replaced.

Die Bilder (entsprechend der Anzahl der Perspektiven) können im Computer berechnet und dann über einen Projektor (beispielsweise einen Beamer oder einen Laserprojektor) auf einem Schirm abgebildet werden. Der Schirm kann als holografisches optisches Element (HOE) ausgebildet sein. Für echte 3-dimensionale Bilder ist dabei ein Feld von aneinandergefügten Mikrolinsen notwendig, wie beispielsweise in der rechten Abbildung der 4 gezeigt. In vielen Anwendungsfällen reicht allerdings eine eindimensionale, insbesondere horizontale Perspektive, insbesondere wenn die Augen des Betrachters horizontal stehen, so daß Zylinderlinsen in Form eines Lenticularsystems ausreichen, wie in der linken Abbildung der 4 gezeigt. Hierdurch wird außerdem die Menge der zu berechnenden oder aufzunehmenden Bilder dramatisch reduziert. Trotz dieser Reduktion ist die Zahl der Bilder allerdings noch immer sehr hoch, da für jede horizontale Perspektive ein Stereobildpaar aufgenommen oder berechnet werden muß. Um einen fließenden Übergang von einem Beobachtungspunkt zum nächsten zu gewährleisten ist ein Bildwechsel notwendig, der der Apertur des menschlichen Auges von etwa 5 bis 7 mm entspricht. Entsprechend der Größe des Projektionsschirms und der geforderten Auflösung sind möglicherweise mehrere Projektoren notwendig, wie in 6 gezeigt.The images (corresponding to the number of perspectives) can be calculated in the computer and then displayed on a screen via a projector (for example, a projector or a laser projector). The screen can be designed as a holographic optical element (HOE). For true 3-dimensional images, a field of joined microlenses is necessary, as in the right figure of the 4 shown. In many applications, however, a one-dimensional, in particular horizontal perspective is sufficient, especially if the eyes of the observer are horizontal, so that cylindrical lenses in the form of a lenticular system are sufficient, as in the left illustration of FIG 4 shown. This also dramatically reduces the amount of images to be calculated or taken. Despite this reduction, however, the number of images is still very high, since for each horizontal perspective, a pair of stereo images must be taken or calculated. In order to ensure a smooth transition from one observation point to the next, an image change is necessary, which corresponds to the aperture of the human eye of about 5 to 7 mm. Depending on the size of the screen and the required resolution, multiple projectors may be required, as in 6 shown.

Claims

Device for projecting 3-dimensional images with a screen ( 11 ) comprising a plurality of optical elements ( 12 . 17 ) and a projection device ( 10 . 22 . 23 ) for projecting a plurality of stereo image pairs onto the screen ( 11 ), characterized in that the optical elements comprise joined microlenses ( 17 ), each of which has the shape of a regular hexagon.

Device according to Claim 1, characterized in that the stereo image pairs are arranged in the form of a grid on the screen ( 11 ) are projected.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical elements additionally contain holographic optical elements.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the optical elements is 5 mm.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a preferably digital memory for storing the stereo image pairs.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projection device ( 10 . 22 . 23 ) is suitable for projecting digital stereo image pairs.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stereo image pairs by a 3D scanner and / or a camera system ( 19 ) and / or a computer are generated.

Method for the projection of 3-dimensional images, in which a multiplicity of stereo image pairs are separated by a projection device ( 10 . 22 . 23 ) on a screen ( 11 ) comprising a plurality of optical elements ( 12 . 17 ) is projected, characterized in that the optical elements joined together microlenses ( 17 ), each of which has the shape of a regular hexagon.

Method according to Claim 8, characterized in that the stereo image pairs are screen-shaped on the screen ( 11 ) are projected.

Method according to one of claims 8 or 9, characterized by the features of one or more of claims 3 to 7.