DE10359788B4

DE10359788B4 - Stereoprojektion mit komplementären Interferenzfiltern

Info

Publication number: DE10359788B4
Application number: DE10359788A
Authority: DE
Inventors: Helmut Jorke
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Infitec 89081 Ulm De GmbH
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2023-12-20
Also published as: DE10359788A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung einer optisch dreidimensional wahrnehmbaren Bildwiedergabe, wobei zwei Perspektiv-Teilbilder erzeugt werden, indem für jedes der beiden Perspektiv-Teilbilder durch Farbfilter F1_links bzw. F1_rechts unterschiedlich vorgegebene Bereiche des sichtbaren Spektrums ausgeblendet werden, dergestalt dass nur begrenzte spektrale Intervalle (1a, 2a, 3a; bzw. 1b, 2b, 3b) jeweils im Bereich der Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) transmittiert werden, wobei die Lage der transmittierenden Intervalle für die beiden Perspektiv-Teilbilder unterschiedlich ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass
a) für ein erstes Perspektiv-Teilbild für die Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) jeweils getrennte transmittierende Intervalle (1c, 2c, 3c) vorgegeben sind, die im zentralen Bereich der Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) liegen,
b) für das zweite Perspektiv-Teilbild die unterdrückten Sperrbereiche und die transmittierenden Intervalle (1c, 2c, 3c) so vorgegeben werden, dass in jedem Bereich der Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R)
– die...

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur stereoskopischen Wiedergabe von Bildern, Videoclips, Filmen etc.
Es existieren verschiedene Techniken zur dreidimensionalen Wiedergabe. Schon lange bekannt ist die Anaglyphentechnik: Durch einfache Rot/Grün Überlagerung der beiden Links/Rechts-Teilbilder und Betrachtung des Summenbildes durch Filterbrillen, die für das jeweilige Auge nur den entsprechenden Farbanteil durchlassen, entsteht für den Betrachter ein stereoskopischer Eindruck. Nachteilig ist dabei die systembedingte Farbausfilterung, so dass mit dieser Technik keine realistischen Farbbilder wiedergegeben werden können.
Ein anderes Verfahren, welches im Fernsehen gelegentlich zum Einsatz kommt, ist das Pulfrich-Verfahren. Auch hier werden zur Betrachtung Brillen verwendet, wobei jedoch der Strahlengang für ein Auge stärker abgedunkelt wird als für das andere. Hierzu werden häufig ebenfalls Farbbrillen verwendet (aus Kostengründen), obwohl es nur auf die unterschiedliche Abdunklung ankommt. Durch die unterschiedliche Helligkeit gelangt die Sehinformation leicht verzögert zu den verarbeitenden Bereichen des Gehirns. Bewegt sich eine dargestellte Szene im rechten Winkel zum Betrachter, so kommt es durch die zeitliche Verzögerung der Wahrnehmung für ein Auge zur Parallaxe und die Szene wird räumlich wahrgenommen. Der Vorteil dieser Technik besteht in der Einfachheit der Wiedergabetechnik. Nachteilig ist, dass sich die Szene ständig in Bewegung befinden muss, was oft nach einiger Zeit als unangenehm empfunden wird. Zudem muss sich die Szene immer in die gleiche Richtung bewegen, da sich sonst die Tiefeninformation umkehren würde, auch muss die Bewegungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden, da sonst die Tiefeninformation nicht richtig wiedergegeben wird.
Im Computerbereich wird häufig eine anderes Verfahren verwendet: Die rechts/links Anteile werden dabei durch sogenannte Shutterbrillen separiert, die durch elektrisch schaltbare Polarisationsfilter das Licht, z.B. von einem Monitor oder Projektor, abwechselnd nur für das rechte oder linke Auge des Betrachters durchlassen. Die Shutterbrille ist dabei mit dem Wiedergabegerät (z.B. Monitor) synchronisiert, so dass von der dort dargestellten Wechselfolge von Links/Rechts-Teilbildern entsprechend nur die jeweiligen Teilbilder das linke bzw. rechte Auge erreichen. Diese Technik bietet zwar eine farbgetreue Wiedergabe, hat dafür aber den Nachteil, dass die Helligkeit stark reduziert wird, da (abwechselnd) die Bildwiedergabe nur von einem Auge des Betrachters wahrgenommen wird (also nur die Hälfte der Gesamthelligkeit des Monitors) und zusätzlich die Polarisationsfilter bereits für sich (auch in der Durchlassphase) Licht absorbieren. Zudem erfordert die ständige Links/Rechts-Ausblendung eine sehr hohe Bildwiederholfrequenz (mind. 120-160Hz) damit ein störender Flacker-Effekt unterdrückt wird.
Ein anderes Prinzip basiert auf der Interferenzfiltertechnik. Dabei werden zur Projektion zwei Interferenzfilter mit leicht unterschiedlicher spektraler Filterwirkung eingesetzt. Jedes Filter weist Durchlassbereiche für die Grundfarben Blau, Grün und Rot auf, wobei jedoch die Bereiche zwischen den Filtern leicht gegeneinander verschoben sind, d.h. der eine Filter läßt jeweils Lichtanteile mit kürzerer Wellenlänge durch. Dadurch unterscheiden sich die korrespondierenden Grundfarben der beiden Teilbilder in ihrer spektralen Lage, d.h. im Ergebnis ist das Interferenz-Stereoprojektionssystem farbdiver gent. Zur Angleichung der Farben für eine naturgetreue Wahrnehmung sind daher aufwendige elektronische Farbkorrekturschaltungen notwendig.
Beispielhafte Veröffentlichungen zur Interferenzfiltertechnik stellen die deutsche Patentanmeldung DE 198 08 264 A1 , das deutsche Patent DE 100 05 335 C2 sowie die internationale Patentanmeldung WO 98/49837 A1 dar, die allesamt auf die Patentanmelderin zurückgehen. Weiterhin ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 84/02588 A1 eine Anordnung zur stereoskopischen Wiedergabe von Bildern nach der Anaglyphentechnik beschrieben. Diese zeigt eine Vielzahl von einfachen Filterstrukturen für die beiden Links-/Rechtsteilbilder.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für Stereoprojektionssysteme zu entwickeln, das eine verbesserte Farbwiedergabe gewährleistet und weitere Vorteile aufweist. Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die Zeichnungen und die darin angegebenen Bezugszeichen.
Dabei zeigen:
1 Spektrale Transmissionsbereiche der komplementären Filter bei üblicher Interferenzfiltertechnik (Stand der Technik)
2 Spektrale Transmissionsbereiche der erfindungsgemäßen Filter
3 Darstellung der Filterwirkung bekannter Filter mittels CIE-Diagramm
4 Darstellung der Filterwirkung der erfindungsgemäßen Filter mittels CIE-Diagramm
5 Spektrale Transmissionsbereiche anderer erfindungsgemäßer Filter.
Die Erfindung betrifft die bei der Interferenzfiltertechnik vorgegebenen Transmissionsbereiche der eingesetzten Farbfilter. Durch gezielte Veränderung der Filterbereiche erreicht die Erfindung zunächst eine farbliche Verbesserung der Wiedergabe, so dass Farbkorrekturen mit deutlich geringerem Aufwand möglich sind. Als zusätzlicher Effekt kann bei entsprechender Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Filter auch eine Steigerung der wahrgenommenen Helligkeit erreicht werden.
1 zeigt die spektrale Verteilung der kombinierten Filter nach dem Stand der Technik (F1_links und F1_rechts) Der als Abszisse dargestellte Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts wird nur in drei relativ engen Farbbereichen, jeweils leicht versetzt zur Mittellage der Grundfarben Blau, Grün und Rot (B, G, R), durchgelassen (rechteckige Transmissionsbereiche 1a, 2a und 3a, bzw. 1b, 2b, und 3b). Bezogen auf die Farbempfindlichkeit liegen die Transmissionsbereiche des ersten Filters (F1_links) bei etwas kürzeren, die des zweiten Filters (F1_rechts) bei etwas größeren Wellenlängen. Die Transmissionsbereiche haben dabei bei beiden Filtern jeweils eine etwa gleiche Bandbreite und sind auf der Abszisse gegeneinander verschoben, so dass die Transmissionsbereiche beider Filter spektral deutlich zueinander versetzt sind.
Eine übliche Darstellung der Filterwirkung liefert das CIE-Diagramm, wie es in 3 für die Filter F1_links und F1_rechts der bekannten Technik dargestellt ist. Durch die unterschiedlichen Lagen der transmittierten Wellenlängenbereiche entstehen im CIE-Diagramm zwei Farb-Dreiecke (A1, B1) die in dieser Darstellung zueinander verdreht sind. Diese farblichen Divergenzen erfordern aufwändige Farbkorrekturalgorithmen und entsprechende Korrekturvorrichtungen bei der Bildwiedergabe, dergestalt, dass die (korrigierten) Farbdreiecke wieder auf ein gemeinsames Farbdreieck abgebildet werden.
Die 2 zeigt die spektrale Lage und Durchlassverhältnisse der Transmissionsbereiche bei der erfindungsgemäßen Filterkombination aus F2_links und F2_rechts. Das erste Filter F2_links zeigt wieder drei Transmissionsbereiche (1c, 2c, 3c) von jeweils etwa der Bandbreite, wie sie auch bei oben beschriebenen bekannten Filtern eingesetzt wird. Im Gegensatz zum bekannten Filter F1_links ist die spektrale Lage der Transmissionsbereiche hier in etwa mittig oder zumindest relativ nahe zu den Empfindlichkeitsbereichen der Grundfarben Blau, Grün und Rot angeordnet, d.h. die Zentren der Transmissionsbereiche liegen z.B. bei etwa 460nm (Mitte „Blau"), ca. 550nm (Mitte „Grün") und bei ca. 615nm (Mitte „Rot").
Das zweite Filter F2_rechts zeigt demgegenüber Transmissionsbereiche (1d, 2d, 3d), die zum einen eine jeweils deutlich größere Bandbreite aufweisen (beispielsweise etwa 20nm breiter) und deren spektrale Lage komplementär zu den Durchlassbereichen des ersten Filters F2_links angeordnet ist. Damit liegen die Sperrbereiche (Transmissionsbereiche) des zweiten Filters in etwa mittig zu den Transmissionsbereichen (Sperrbereichen) des ersten Filters, wobei die Sperrbereiche des zweiten Filters breiter sind als die Durchlassbereiche des ersten Filters. Dies führt zu einem Umschließen des Transmissionsbereiches des ersten Filters und damit des korrespondierenden Sperrbereiches des zweiten Filters durch zwei Transmissionsbereiche des zweiten Filters in den verschiedenen Empfindlichkeitsbereichen der Grundfarben. Dabei können einzelne Transmissionsbereiche des zweiten Filters ineinander übergehen und damit einen zusammenhängenden Transmissionsbereich, welcher sich in die Empfindlichkeitsbereiche zweier Grundfarben erstreckt, bilden.
Als Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes komplementäres Filterpaar können für das erste Filter F2_links beispielsweise die Transmissionsbereiche 452-470nm (Blau), 538-560nm (Grün) und 604-628 (Rot) gewählt werden und für das zweite Filter F2_rechts überdeckende Sperrbereiche mit den Wellenlängenintervallen 442-480nm (Blau), 528-575 (Grün) und 592-640 (Rot). Dies führt zu den zusammenhängenden Transmissionsbereichen des zweiten Filters mit den Wellenlängenintervallen 480-528 nm (Blau-Grün), 575-592 nm (Grün-Rot) und den einzelnen nicht-zusammenhängenden Transmissionsbereiche mit Wellenlängen über 640 nm (Rot) und mit Wellenlängen unter 442 nm.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren einer komplementären Filterung werden im CIE-Diagramm zwei Farbdreiecke (A2, B2) gebildet, die bei passend gewählter Kantenlage nicht mehr zueinander verdreht sind. Dies ist schematisch in 4 dargestellt. Das erste Filter F2_links erzeugt ein etwas größeres Dreieck als das zweite komplementäre Filter F2_rechts. Eine weitere Angleichung der Farbdreiecke (im Idealfall bis zur Deckung) kann durch eine leichte Farb-Entsättigung des ersten Filters erreicht werden (Verkleinerung des zugeordneten Farbdreiecks).
Die erfindungsgemäße Verfahren einer komplementären Interferenzfilterung bietet eine signifikant bessere Farbangleichung der Teilbilder als in bisherigen Interferenzfiltersystemen, weniger Helligkeitsverlust durch Einbau der Interferenzfilter in den Strahlengang der Projektionssysteme und erfordert zudem einen geringeren Aufwand in der elektronischen Farbkorrektur.
Die 5 zeigt die spektrale Lage und die Durchlassverhältnisse der Transmissionsbereiche bei einer weiteren erfindungsgemäßen Filterkombination aus F5_links und F5_rechts. Das erste Filter F5_links zeigt wieder drei schmale Transmissionsbereiche 1E, 2E, 3E. Der erste Filter F5_links zeigt Transmissionsbereiche mit einem Transmissionsgrad zwischen 75 und 80 % im Bereich von 451 nm bis 473 nm (1E) – im blauen Farbbereich –, im Bereich von 542 nm bis 558 nm (2E) – im grünen Farbbereich – und im Bereich von 610 nm bis 630 nm (3E) – im roten Farbbereich. Dabei wird deutlich, dass der Transmissionsbereich 1E eine Halbwertsbreite von etwa 22 nm aufweist, der Transmissionsbereich 2E eine Halbwertsbreite von etwa 16 nm und der Transmissionsbereich 3E eine Halbwertsbreite von etwa 20 nm zeigt.
Das zweite Filter F5_rechts zeigt Transmissionsbereiche, die eine wesentlich größere Halbwertsbreite aufweisen und die durch Sperrbereiche voneinander getrennt sind. Folgende Sperrbereiche des zweiten Filters F5_rechts sind zu erkennen. Im Bereich der blauen Farbe ist der Sperrbereich zwischen den Wellenlängen 445 nm und 485 nm gewählt. Im grünen Farbbereich zwischen 530 nm und 570 nm und im roten Farbbereich zwischen 600 nm und 645 nm. Zwischen und außerhalb der Sperrbereiche sind die Transmissionsbereiche des zweiten Filters F5_rechts angeordnet, die einen typischen Transmissionsgrad oberhalb von 60 % insbesondere im Bereich von 75 bis 80 % aufweisen. Der erste Transmissionsbereich 1F des zweiten Filters F5_rechts ist so gewählt, dass er zwischen 400 nm und 445 nm liegt, der zweite Transmissionsbereich 2F ist so gewählt, dass er zwischen 485 nm und 530 nm liegt, der dritte Transmissionsbereich 3F liegt zwischen 570 nm und 600 nm und der vierte Transmissionsbereich 4F liegt oberhalb von 645 nm und endet im Bereich von 745 nm. Die Transmissionsbereiche des zweiten Filters F5_rechts sind dabei so gewählt, dass sie gemeinsam mit den Transmissionsbereichen des ersten Filters F5_links so zusammenwirken, dass bei der Verwendung der beiden Filter F5_links und F5_rechts für ein Stereoprojektionssystem mit einer Lichtquelle in Form einer UHP-Lampe eine ausgewogene Lichtstärke und spektrale Lichtverteilung für die Projezierten Bilder sowohl zwischen dem linken Bildkanal und dem rechten Bildkanal, für die entweder der Filter F5_links bzw. der Filter F5_rechts verantwortlich ist, gegeben ist. Auch eine gute farbliche Abdeckung und Anregung der Farbrezeptoren des Betrachters für den linken bzw. den rechten Bildkanal wird erreicht, was durch die jeweilige Lage der Transmissionsbereiche 1E, 2E, 3E bzw. 1F, 2F, 3F, 4F zueinander erreicht werden kann. Durch diese Wahl der Transmissions- und der Sperrbereiche der beiden Filter F5_links bzw. F5_rechts ist sichergestellt, dass eine sehr gute Farbwiedergabe mit Projektoren mit UHP-Lichtquellen erreicht wird.

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer optisch dreidimensional wahrnehmbaren Bildwiedergabe, wobei zwei Perspektiv-Teilbilder erzeugt werden, indem für jedes der beiden Perspektiv-Teilbilder durch Farbfilter F1_links bzw. F1_rechts unterschiedlich vorgegebene Bereiche des sichtbaren Spektrums ausgeblendet werden, dergestalt dass nur begrenzte spektrale Intervalle (1a, 2a, 3a; bzw. 1b, 2b, 3b) jeweils im Bereich der Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) transmittiert werden, wobei die Lage der transmittierenden Intervalle für die beiden Perspektiv-Teilbilder unterschiedlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) für ein erstes Perspektiv-Teilbild für die Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) jeweils getrennte transmittierende Intervalle (1c, 2c, 3c) vorgegeben sind, die im zentralen Bereich der Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) liegen, b) für das zweite Perspektiv-Teilbild die unterdrückten Sperrbereiche und die transmittierenden Intervalle (1c, 2c, 3c) so vorgegeben werden, dass in jedem Bereich der Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) – die Sperrbereiche des zweiten Perspektivteilbildes breiter sind als die entsprechenden transmittierenden Intervalle des ersten Teilbildes und diese überdecken und – jeder unterdrückte Sperrbereich durch zwei transmittierende Intervalle umschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im zentralen Bereich der Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) liegenden Intervalle (1c, 2c, 3c) so ausgelegt sind, dass jeweils eine mittlere Wellenlänge von ca. 460nm (Blau), ca. 550nm (Grün) und ca. 615nm (Rot) transmittiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die transmittierenden Intervalle (1c, 2c, 3c; bzw. 1d, 2d, 3d) für jedes der beiden Perspektiv-Teilbilder unterschiedliche spektrale Breiten aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die für ein Perspektiv-Teilbild transmittierenden Intervalle (1c, 2c, 3c) im zentralen Bereich der Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) jeweils eine engere spektrale Breite aufweisen, als die transmittierenden Intervalle (1d, 2d, 3d) des anderen Perspektiv-Teilbildes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die für ein Perspektiv-Teilbild transmittierenden Intervalle (1c, 2c, 3c) im zentralen Bereich der Farbwahrnehmung Blau (B), Grün (G) und Rot (R) jeweils eine spektrale Breite von etwa 15-25nm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die für ein Perspektiv-Teilbild im zentralen Bereich der Farbwahrnehmung transmittierenden Intervalle (1c, 2c, 3c) in den Bereichen von ca. 452-470nm (Blau), ca. 538-560nm (Grün) und ca. 604-628 (Rot) liegen und für das zweite Perspektiv-Teilbild die Sperrbereiche mit den überdeckenden Wellenlängenintervallen 442-480nm (Blau), 528-575 (Grün) und 592-640 (Rot) gewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Farbkorrektur durch Farb-Entsättigung eines der Perspektiv-Teilbilder durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennqzeichnet, dass die für ein Perspektiv-Teilbild im zentralen Bereich der Farbwahrnehmung transmittierenden Intervalle (1c, 2c, 3c) in den Bereichen von ca. 451-473nm (Blau), ca. 542-558nm (Grün) und ca. 610-630 nm (Rot) liegen und für das zweite Perspektiv-Teilbild die Sperrbereiche mit den überdeckenden Wellenlängenintervallen ca. 445-485nm (Blau), ca. 530-570 nm (Grün) und ca. 600-645 nm (Rot) gewählt werden und dass als Lichtquelle für Bilderzeugung eine UHP-Lampe verwendet wird.