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Es sind schon ziemlich lange stereoskopische Bildtechniken zur Ermöglichung eines quasistereoskopische Sehens von zweidimensionalen flächigen Bildern bekannt. Dazu werden in derselben Bildebene zwei Teilbilder erzeugt, von denen das eine vom Betrachter mit dem rechten Auge und das andere vom Betrachter mit dem linken Auge gesehen werden. Das funktioniert zum Beispiel mit Farb- oder Polarisationsbrillen, die der Betrachter trägt und die aus dem auf einer Bildebene erzeugten Mischbild durch Farbselektion oder Polarisationsselektion das im linken bzw. rechten Auge des Betrachters zugedachte Bild herausfiltern, so daß der Betrachter mit dem linken bzw. rechen Auge die zwei Teilbilder sieht, die das Gehirn dann zu einem stereoskopischen Bildeindruck zusammenfügt.
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Eine andere bekannte Methode ist das Image-Splitter-Verfahren, wobei die beiden Teilbilder in möglichst schmalen senkrechten Streifen abwechselnd stückweise in der Bildebene dargestellt sind, wobei eine Streifenmaske vor dem Bild dafür sorgt, daß das linke und das rechte Auge des Betrachters jeweils nur die ihnen zugedachten Bildstreifen sehen. Eine ebenfalls seit langem bekannte Variante davon ist die Verwendung einer dichten Reihe vertikaler halbzylinderförmiger Linsen statt der Streifenmaske, wodurch, statt die Sicht auf eine Hälfte des Bildpaars mit der Maske zu behindern, die Sicht durch die Linsen gezielt gefördert wird, welche die beiden Teilbilder in das entsprechende Auge lenken.
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Abgesehen davon, daß diese Verfahren im ersteren Fall das Tragen einer vom Betrachter als lästig empfundenen Brille bzw. im letzteren Fall die Beschränkung des Betrachters auf eine bestimmte Position vor der Bildebene erfordern, ist hier auch die Erzeugung von jeweils zwei Teilbildern in der Bildebene notwendig.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Einrichtung zur Erzeugung eines quasistereoskopischen Bildeindrucks aus einem flächigen Bild in einer Bildebene, das nicht aus zwei Teilbildern zusammengesetzt ist, sondern nur aus einem einfachen Bild besteht. Es soll also, beispielsweise bei einem Fernsehbild, für den Betrachter die Illusion einer Tiefenwirkung erzeugt werden.
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In der Vergangenheit sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, eine Tiefenwirkung beim Betrachten zweidimensionaler Bilder zu simulieren, wenn keine spezielle Tiefeninformation enthalten, wie beispielsweise ein übliches Fernsehbild.
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Ein Ansatz zur Erzeugung einer Tiefenillusion wird in der
US 2 922 998 A beschrieben, und zwar in Verbindung mit einem Fernsehbild. Danach soll vor dem Bildschirm eine Platte aus transparentem Material mit einem vertikalen Linienraster, das heißt abwechselnden durchsichtigen und undurchsichtigen Linien in geringem Abstand von der Bildebene angeordnet. Dabei beruht die Illusion der Tiefe auf der gerinfügig unterschiedlichen Bildwahrnehmung durch jedes der beiden Augen.
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Die
US 3 053 135 A beschreibt eine vor dem Bildschirm anzuordnende gewellte transparente Platte, deren Brechungsindex größer als der von Luft ist, wobei die Wellung sich im horizontalen Querschnitt befindet, die Wellen also senkrecht verlaufen. Eine Weiterbildung einer solchen Anordnung ist in der
DE 30 50 605 C2 beschrieben, und diese Anordnung ist etwa einem Linsenraster vergleichbar.
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Die
FR 1 101 550 A beschreibt die Erzeugung einer stereoskopischen Illusion durch Verwendung einer transparenten Platte mit vertikal gewellter Oberfläche, so daß abwechselnde konvexe und konkave Zylinderlinsen gebildet sind und somit wiederum ein vertikales Linsenraster vor der Bildebene benutzt wird.
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Aus der
US 3 832 032 A ist es bekannt, bei einem mit rückwärtiger Projektion betriebenen Projektionsbildschirm ein Linsenraster auf der im Projektionsstrahl zugewandten Bildschirmseite vor dem Bildschirm anzuordnen, wobei das Linsenraster eine Vielzahl von nebeneinander in Gestalt vertikaler Streifen angeordneter, jeweils im Horizontalschnitt zweidimensional gekrümmter Linsen aufweist, wobei die Linsen dem Projektionsstrahl zugewandt sind und auf der dem Bildschirm zugewandten Linsenrasterseite miteinander abwechselnde vertikale durchsichtige und undurchsichtige Streifen angeordnet sind. Dabei ist die Teilung von Linsenraster und Streifenraster verschieden.
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Aus der
US 5 663 831 A ist es bekannt, vor einem Projektionsbildschirm auf dessen der Pro- jektionsquelle zugewandten Seite ein Linsenraster mit einer Vielzahl nebeneinander in Gestalt vertikaler Streifen angeordneter, jeweils im Horizontalschnitt zweidimensional gekrümmter Linsen anzuordnen. Mit gewissem Abstand von dem Linsenraster und dem beispielsweise durch eine Diffusorscheibe gebildeten Projektionsbildschirm ist ein Streifenraster mit vertikalen, miteinander abwechselnden durchsichtigen und undurchsichtigen Streifen angeordnet, wobei die Teilung der Streifen von der Teilung des Linsenrasters verschieden ist. Als Projektionsquelle dienen zwei mit seitlichem Abstand angeordneten Projektoren.
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Schließlich ist es aus der
EP 0 770 902 A1 bekannt, zwischen einer Projektionsquelle und einem Projektionsbildschirm eine Kombination aus einem Linsenraster mit vertikalen, im Horizontalschnitt zweidimensional gekrümmten Linsen und einem Streifenraster vorzusehen, wobei dort die undurchsichtigen Streifen jeweils fluchtend mit den Stoßstellen der einzelnen Linsen angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, für den Konsumbereich eine für jedermann erschwingliche kostengünstige und unkomplizierte Möglichkeit zu schaffen, jedes Fernsehbild oder auch jedes anderes Bild durch einfache Nachrüstung mit einer gewissen räumlichen Illusion auszustatten.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine optische Einrichtung gelöst, die einfach auf die Oberfläche des Bildschirms bzw. auf das Bild aufgebracht wird und ein Linsenraster mit einem Linienraster kombiniert, wobei das Linsenraster in gewissem Abstand vor der Bildebene und das Linienraster wiederum in gewissem Abstand vor dem Linsenraster angeordnet ist.
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Dementsprechend wird die genannte Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Anordnung gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann ein einfaches Bild ohne Tiefeninformation in ein Bild mit einem gewissen Raumeindruck umgewandelt werden, in dem aus dem Bild für jedes der beiden Augen der Betrachter ein differenziertes Bild erzeugt wird, so daß aufgrund der Unterschiede der Wahrnehmung des Bilds mit dem linken und dem rechten Auge des Betrachters die Illusion einer Tiefenwirkung entsteht.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Illusion einer räumlichen Tiefenwirkung des Bildes erzeugt, die sich zum einen auf Erfahrung beim Sehen stützt, wonach Entfernungen aufgrund verschiedener Nebenbedingungen wie Schatten, Lichtdiffusion und Bewegung abgeschätzt werden können, und wonach zum anderen eine stereoskopische Bildtrennung, die die erfindungsgemäße Einrichtung für das rechte und linke Auge des Betrachters erzeugt, Parallaxunterschiede im betrachteten Bild bewirkt und aufgrund der Erfahrung aus dem täglichen Sehen hieraus den Eindruck einer räumlichen Sinneswahrnehmung vermittelt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung schafft eine Bildtrennung durch Erzeugung zweier Teilbilder mit Parallaxunterschieden für das linke bzw. rechte Auge des Betrachters und erzeugt damit die Illusion einer Tiefenwirkung des Bilds.
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Ausbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden schematischen Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
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Bild 1 in schematischer perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung,
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Bild 2 in schematischer perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung,
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Bild 3 eine die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung verdeutlichende schematische perspektivischer Darstellung,
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Bild 4a eine schematische Darstellung des optischen Funktionsmechanismus der erfindungsgemäßen Einrichtung in der Ausführungsform nach Bild 1.
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Bild 4b Darstellungen des Zwischenbilds am Linsenraster und der Bilder für rechtes und linkes Auge,
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Bild 5a eine schematische Darstellung des optischen Funktionsmechanismus der Einrichtung nach der Erfindung in der Ausführungsform nach Bild 2,
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Bild 5b Darstellungen des Zwischenbilds am Linsenraster, der Bildansicht senkrecht zum Linsenraster, und der vom rechten bzw. linken Auge gesehenen Bilder.
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Die Bilder 1 und 2 zeigen in schematischer perspektivischer Darstellung zwei alternative Ausführungsformen der Erfindung, nämlich in Bild 1 eine Ausführungsform mit negativen (konkaven) Linsen im Linsenraster, und in Bild 2 mit positiven (konvexen) Linsen im Linsenraster. Nach beiden Ausführungsformen besteht die erfindungsgemäße Einrichtung aus einem flächigen Gebilde bestimmte Dicke mit einem Linsenraster 1 auf der dem Bild zugewandten Seite der Einrichtung und einem Linienraster 2 auf der dem Betrachter zugewandten Seite der Einrichtung. Das Linsenraster ist bei der Ausführungsform nach Bild 1 als Konkavlinsenraster und bei der Ausführungsform nach Bild 2 als Konvexlinsenraster ausgebildet, das heißt in Bild 1 handelt es sich um Zerstreuungslinsen, in Bild 2 um Sammellinsen. In beiden Fällen besteht das Linsenraster aus horizontal aneinandergereihten vertikalen Zylinderlinsen. Das Innenraster 2 hat jeweils aufgrund der Dicke des flächigen Gebildes einen bestimmten Abstand vom Linsenraster 1.
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Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Einrichtung, wie es im Bild 3 dargestellt ist und anhand der Bilder 4a, 4b, sowie 5a und 5b nochmals erläutert werden wird, ist folgendermaßen:
Das Linsenraster erzeugt in jeder einzelnen Linse des Rasters je nach Art der Linse (Negativ bzw. Zerstreuungslinse oder positiv bzw. Sammellinse ein virtuelles oder reelles Zwischenbild eines in der Bildebene befindlichen Objektbilds (zum Beispiel Fernsehbild am Fernsehschirm). Der Inhalt des Zwischenbilds hängt von der entsprechenden Position der Linse im Bezug auf das Objektbild und vom Beobachtungspunkt des Betrachters (optische Achse der Betrachterblickrichtung) ab. Bei Veränderung des Blickpunkts des Betrachters ändert sich auch der Inhalt der Zwischenbilder in den Linsen des Linsenrasters. Wird ein Objektbild nur durch ein Linsenraster betrachtet, so sieht man nur viele Zwischenbilder, die je nach Feinheit der Linse (Teilungsabstand des Linsenrasters) ab einer bestimmten Grenze für das Auge nicht mehr auflösbar sind und zu einem diffusen Streubild zusammenfließen (es ergibt sich dann der Effekt einer Mattscheibe).
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Indem nun nach der Erfindung zusätzlich zu dem Linsenraster ein Linienraster hinzugefügt wird, und zwar auf der dem Betrachter zugewandten Seite des Linsenrasters, mit abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen Streifen im gleichen Rasterabstand wie die Linsen des Linsenrasters, wobei das Linienraster in einem gewissen Abstand vom Linsenraster steht, so wird aus dem diffusen Streubild wieder ein klar erkennbares Objektbild mit entsprechenden Parallaxunterschieden für das linke und das rechte Auge.
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Durch die durchsichtigen Streifen des Linienrasters werden nur diejenigen Streifen der Zwischenbilder der Linsen zum Beobachter durchgelassen, die von seinem Beobachtungsstandort ausgesehen zu einem störungsfreien Gesamtbild addiert werden können. Die anderen, dazwischenliegenden Streifen der Bildinhalte werden durch die undurchsichtigen Streifen des Linienrasters ausgeblendet.
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Der Stereoeffekt bzw. die Tiefenillusion kommt nun dadurch zustande, daß die Beobachtungsstandorte für das rechte und das linke Auge verschieden sind und aus den so verschiedenen Blickpunkten betrachtet, sich der Inhalt der Zwischenbilder in den Linsen des Linsenrasters und somit das scheinbare Objektbild für den jeweiligen Beobachtungsstandort ebenfalls unterschiedlich ist.
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Weil man bei der erfindungsgemäßen Einrichtung durch die durchsichtigen Streifen des Linienrasters auch Bildelemente benachbarter Linsen des Linsenrasters sehen kann, die sich zu einem geringfügig veränderten scheinbaren Objektbild zusammenfügen, wird die plastische Wirkung des Bildeindrucks verstärkt. Das Ausmaß der Bildverschiebung ist jeweils abhängig vom Abstand zwischen Linienraster und Linsenraster. Eine Überschneidung der Zwischenbilder, die sonst bei anderen Verfahren störend wirkt und verhindert werden muß, ist hier erwünscht.
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Der Abstand des Linienrasters zum Linsenraster kann empirisch je nach Qualität des gewünschten Stereoeffekts ermittelt und gewählt werden. In der Praxis wird dieser Abstand zweckmäßiger Weise durch die Dicke des Linsenrasters eingestellt.
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Auch das Breitenverhältnis zwischen den undurchsichtigen und den durchsichtigen Streifen des Linienrasters kann je nach gewünschter Qualität des gewünschten Stereoeffekts gewählt werden.
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Ob bei den Linsen des Linsenrasters Zerstreuungs- oder Sammellinsen (negative oder positive Linsen) benutzt werden, hängt wiederum vom jeweils gewünschten Stereoeffekt ab. Die Ergebnisse sind bei beiden Linsenarten ähnlich.
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Die maximal theoretisch zulässige Teilungsdistanz der Linsen resultiert aus der Beobachterentfernung und der Winkelauflösung des Auges.
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Um dies weiter zu verdeutlichen, wird nun auf die Bilder 4a und 4b sowie 5a und 5b Bezug genommen.
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Was im Bild 3 perspektivisch dargestellt ist, ist im Bild 4a in schematischer Draufsicht für die Ausführungsform mit negativem Linsenraster (Zerstreuungslinsenraster) dargestellt ist.
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Im Bild 4a zeigt die untere Linie die Bildebene. Ein Bildpunkt des Objektbilds in dieser Bildebene ist mit ”O” bezeichnet. Vorderhalb (in der Zeichnung oberhalb) der Bildebene befindet sich die erfindungsgemäße Einrichtung mit dem Linsenraster und, in gewissem Abstand in Richtung zum Betrachter davon getrennt, dem Linienraster. Die durchsichtigen Streifen des Linienrasters sind jeweils bezüglich der Linsen des Linsenrasters zentriert. Die eingezeichneten Strahlengänge verdeutlichen die Betrachtung des Bildpunkts O in der Bildebene durch die durchsichtigen Streifen S1, S2, S3, S4 des Linienrasters und die zugehörigen Linsen L1, L2, L3, L4 des Linienrasters durch das rechte und linke Auge des Betrachters. Dabei sieht das rechte Auge den Bildpunkt O durch die Linienrasterstreifen S1 und S2, und das linke Auge sieht den Bildpunkt durch die Linienrasterstreifen S3 und S4. Jede der Linsen L1, L2, L3 und L4 erzeugt ein virtuelles Zwischenbild Z1, Z2, Z3 und Z4. Wie man sieht, sehen die Augen des Betrachters vom gewählten Beobachtungsstandort den Bildpunkt O durch die Linienrasterstreifen S1, S2, S3, S4 nur durch die Linsen L1, L2, L3 als virtuelle Zwischenbilder Z1, Z2, Z3. Die vom rechten Auge durch die Linienrasterstreifen S1 und S2 sichtbaren virtuellen Zwischenbilder Z1 und Z2 ergeben einen scheinbaren Bildpunkt O für das rechte Auge an der angegebenen Stelle hinterhalb der Bildebene, und die vom linken Auge durch die Linienrasterstreifen S3 und S4 gesehenen virtuellen Zwischenbilder Z2 und Z3 ergeben für das linke Auge einen scheinbaren Bildpunkt O an der angegebenen Stelle ebenfalls hinterhalb der Bildebene, aber vom scheinbaren Bildpunkt für das rechte Auge seitlich versetzt.
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Bild 4b zeigt wie ein Kreis und ein Rechteck als Bildelemente für den Betrachter nur durch das Linsenraster ohne Linienraster (Streifenraster) erscheinen (obere Darstellung), und wie diese für das rechte bzw. linke Auge mit dem Linienraster (Streifenraster) erscheinen (mittlere und untere Darstellung). Durch die so erzeugte Parallaxe der Bildpunkte, die von beiden Augen an einem geringfügig verschiedenen Ort gesehen werden, ergibt sich ein stereoskopischer bzw. plastischer Bildeindruck. Auch wenn die gesehenen Verschiebungen der Bildpunkte nicht einem stereoskopisch richtigen Bild entsprechen, entsteht eine Tiefenillusion, die auf der Erfahrung des räumlichen Sehens basiert.
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Die Bilder 5a und 5b zeigen die Verhältnisse bei der Ausführungsform mit positivem Linsenraster (Sammellinsenraster). Hier werden die Strahlengänge für die Betrachtung durch die beiden Augen des Betrachters durch die Linienrasterstreifen S1 bis S5 gezeigt, wobei zwischen Linienraster und Linsenraster reelle Zwischenbilder Z2, Z3 und Z4 gesehen werden, die den tatsächlichen Bildpunkt O in der Bildebene als scheinbaren Bildpunkt O für das rechte Auge (rechts vom tatsächlichen Bildpunkt) bzw. als scheinbaren Bildpunkt O für das linke Auge (links vom tatsächlichen Bildpunkt) jeweils in der Bildebene und damit mit Parallaxversatz erscheinen lassen.
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In Bild 5b zeigt die obere Darstellung wiederum, wie ein Kreis und ein Rechteck als Bildelemente nur durch das Linsenraster erscheinen, die zweite Darstellung von oben zeigt, wie bei gerader Betrachtung diese Bildelemente durch ein zusätzliches Linienraster (Streifenraster) erscheinen, und die beiden unteren Darstellungen zeigen, wie diese Bildelemente vom rechten bzw. linken Auge gesehen werden.
