DE112006002095T5

DE112006002095T5 - Tiefen- und Seitengrössensteuerung von dreidimensionalen Bildern bei der Projektionsintegralbilddarstellung

Info

Publication number: DE112006002095T5
Application number: DE112006002095T
Authority: DE
Inventors: Bahram Storrs Javidi; Ju-Seog . Jang
Original assignee: University of Connecticut
Current assignee: University of Connecticut
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-10-30
Also published as: US20110043611A1; CN101278565A; WO2007019347A2; US8264772B2; US20120320161A1; WO2007019347A3; US20070030543A1

Abstract

Verfahren zum Anzeigen von dreidimensionalen Bildern, wobei das Verfahren umfaßt:
das Projizieren von Integralbildern auf eine Anzeigevorrichtung;
und das Anzeigen von dreidimensionalen Bildern mit der Anzeigevorrichtung.

Description

QUERVERWEIS AUF ÄHNLICHE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität für die vorläufige Patentanmeldung 60/706,281, die am 8. August 2005 angemeldet wurde und hierin durch Bezugnahme als Ganzes aufgenommen wird.
STAND DER TECHNIK
Die meisten 3D-Anzeigeverfahren, die bisher entwickelt wurden, sind stereoskopischer Natur. Es kann ein stereoskopisches System realisiert werden, das große Bilder mit hoher Auflösung anzeigen kann; stereoskopische Verfahren benötigen jedoch möglicherweise zusätzliche Brillen, um optische 3D-Effekte hervorzurufen. Außerdem können stereoskopische Verfahren für die Betrachter eine horizontale Parallaxe und eine kleine Zahl von Betrachtungspunkten liefern. Die Betrachtung von stereoskopischen Bildern kann auch auf Grund von Konvergenz-Akkomodationskonflikten zu optischer Ermüdung führen.
Der Konvergenz-Akkomodationskonflikt kann durch die Bildung von echten 3D-Bildern im Raum mit voller Parallaxe und kontinuierlichen Betrachtungspunkten vermieden werden. Die Holographie ist eine Möglichkeit, 3D-Bilder im Raum zu erzeugen, das Aufzeichnen von Vollfarbenhologrammen für eine Außenszene kann jedoch schwierig sein. Wenn zum Beispiel computererzeugte Hologramme erstellt werden, kann eine lange Rechenzeit und große -kapazität erforderlich sein, um geeignete Gitter zu erhalten. Da in der Holographie oft kohärentes Licht verwendet wird, kann auch eine Granulation auftreten.
Zum Erzeugen von echten 3D-Bildern im Raum mit inkohärentem Licht unter Verwendung von zweidimensionalen (2D) Anzeigevorrichtungen sind auch Verfahren, die auf der Strahlenoptik beruhen, untersucht worden. Ein Verfahren kann als integrale Bilderzeugung (II) bezeichnet werden.
Bei der II können 3D-Bilder durch Kreuzen der Strahlen, die von 2D-Elementarbildern kommen, unter Verwendung einer Minilinsenanordnung gebildet werden. Jede Mikrolinse in einer Minilinsenanordnung kann als Richtungspixel in einer lochblendenartigen Weise wirken. Die Lochblenden erzeugen Richtungsansichten, die bei Betrachtung mit zwei Augen zum Beispiel als 3D-Bild im Raum erscheinen. Die II kann für Betrachter echte 3D-Bilder mit voller Parallaxe und kontinuierlichen Betrachtungspunkten bereitstellen. Betrachtungswinkel, Schärfentiefe und Auflösung von 3D-Bildern sind jedoch begrenzt.
Außerdem sind 3D-Bilder, die in II mit direkter Kameraaufnahme erzeugt wurden, pseudoskopische (tiefenumgekehrte) Bilder und machen daher II-Systeme komplexer und daher unpraktischer.
Es werden Fortschritte auf dem Gebiet benötigt, um die Betrachtungswinkel zu vergrößern und die Bildqualität zu verbessern. Es werden auch Möglichkeiten zur Anzeige von Bildern großer Objekte benötigt, die sich fern von der Aufnahmevorrichtung befinden. Außerdem benötigte Fortschritte umfassen die Fähigkeit, 3D-Bilder auf einen großen Anzeigebildschirm zu projizieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren, das hierin offenbart wird, betrifft ein Verfahren zum Anzeigen von dreidimensionalen Bildern. Das Verfahren umfasst das Projizieren von Integralbildern auf eine Anzeigevorrichtung und das Anzeigen von dreidimensionalen Bildern mit der Anzeigevorrichtung.
Ferner wird hierin ein Verfahren offenbart, das die Steuerung der Tiefe von 3D-Bildern beim Aufnehmen und Anzeigen von 3D-Bildern betrifft. Das Verfahren umfasst das Vergrößern von Elementarbildern während der Aufnahme, Projizieren der vergrößerten Elementarbilder über eine optische Zwischenstation auf eine Anzeigevorrichtung und das Anzeigen von 3D-Bildern innerhalb der Schärfentiefe der Anzeigevorrichtung, wobei die seitlichen Bildgrößen beibehalten werden.
Ferner wird hierin ein Verfahren offenbart, das die Steuerung der Tiefe von 3D-Bildern beim Aufnehmen und Anzeigen von 3D-Bildern mit planaren Aufnahme- und planaren Anzeigevorrichtungen betrifft. Das Verfahren umfasst das Positionieren einer Linse mit Ausgleich der optischen Weglänge (OPLE) neben einer planaren Minilinsenanordnung, Projizieren von 3D-Bildern über eine optische Zwischenstation auf eine planare Anzeigevorrichtung und Anzeigen von 3D-Bildern innerhalb der Schärfentiefe der Anzeigevorrichtung.
Ferner wird hierin ein Verfahren offenbart, das das Aufzeichnen und Anzeigen von 3D-Bildern betrifft. Das Verfahren umfasst das Erzeugen von Elementarbildern mit einer Mikrolinsenanordnung, Erhöhen der Verschiedenheit von Elementarbildern mit einer Linse mit Ausgleich der optischen Weglänge (OPLE), Aufzeichnen der Elementarbilder auf einem Bildsensor einer Aufzeichnungsvorrichtung. Das Verfahren umfasst ferner das Projizieren von 3D-Bildern über eine optische Zwischenstation auf eine Anzeigevorrichtung und das Anzeigen der 3D-Bilder innerhalb der Schärfentiefe der Anzeigevorrichtung.
Ferner wird hierin eine Vorrichtung zum Anzeigen von orthoskopischen 3D-Bildern offenbart. Die Vorrichtung umfasst einen Projektor zum Projizieren von Integralbildern und eine Mikrokonvexspiegelanordnung zum Anzeigen der projizierten Bilder.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es werden nun Ausführungsformen nur durch Beispiele unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die als Beispiele, nicht als Einschränkung gedacht sind und in denen ähnliche Elemente in mehreren Figuren ähnlich nummeriert sind, dabei gilt:
Die 1a, 1b und 1c sind Seitenansichten von Integralbilderzeugungs-(II)-Anordnungen, die planare Vorrichtungen verwenden.
Die 2a, 2b und 2c sind Seitenansichten von Projektionsintegralbilderzeugungs-(PH)-Anordnungen, die planare Vorrichtungen verwenden.
Die 3a, 3b, 3c, 3d, 3e und 3f sind Seitenansichten von nichtlinearen Tiefensteuerungsanordnungen, die gekrümmte Vorrichtungen verwenden.
Die 4a und 4b sind Seitenansichten von modifizierten Aufnahmesystemen.
Die 5a, 5b und 5c zeigen divergierende Projektionsverfahren.
6a zeigt Beispiele für Objekte, die abgebildet werden sollen.
6b zeigt ein modifiziertes Aufnahmelinsensystem, das an einer Digitalkamera befestigt ist.
7 zeigt eine Draufsicht auf eine optische Anordnung zur 3D-Bildanzeige, die eine Mikrokonvexspiegelanordnung umfasst.
Die 8a, 8b, 8c und 8d zeigen zentrale Teile von Elementarbildern.
9 zeigt rekonstruierte orthoskopische virtuelle 3D-Bilder, wenn keine Linse mit Ausgleich der optischen Weglänge (OPLE) verwendet wurde.
10 zeigt rekonstruierte orthoskopische virtuelle 3D-Bilder, wenn eine Linse mit Ausgleich der optischen Weglänge (OPLE) verwendet wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern der Tiefe und der Seitengröße von rekonstruierten 3D-Bildern offenbart. Diese Verfahren und Vorrichtungen können zum Beispiel mit einem neuartigen "Projektions"-Integralbilderzeugungs-(PII)-System verwendet werden.
Ein beschriebenes Verfahren ermöglicht das Aufnehmen von großen 3D-Objekten, die weit entfernt sein können, und ermöglicht auch die Anzeige ihrer verkleinerten 3D-Bilder innerhalb der Schärfentiefe von II-Systemen. Es wird gezeigt, dass die gekrümmten Aufnahmevorrichtungen (d. h. ein gekrümmter 2D-Bildsensor und eine gekrümmte Minilinsenanordnung) oder gekrümmten Anzeigevorrichtungen oder beide für diesen Zweck eingesetzt werden können. Wenn die Minilinsen in der gekrümmten Anordnung eine Zoomfähigkeit besitzen, ist zusätzlich eine lineare Tiefenkontrolle möglich.
Unten werden zwei als Beispiel dienende Verfahren allein und auch bei gemeinsamer Verwendung diskutiert. In Experimenten zum Demonstrieren der Ausführbarkeit unseres Verfahrens können planare Aufnahmevorrichtungen (Minilinsenanordnung, Sensor und Anzeige) verwendet werden. Eine zusätzliche negative Linse großer Apertur, die hierin auch als Linse mit Ausgleich optischer Weglängen (OPLE) bezeichnet wird, wird in Kontakt mit der Aufnahmeminilinsenanordnung angeordnet.
Es ist zu beachten, dass in dieser Offenbarung der Begriff "Aufzeichnung" austauschbar mit "Aufnahme" verwendet wird und dass der Begriff "Rekonstruktion" austauschbar mit "Anzeige" verwendet wird.
Überblick über die Integralbilderzeugung
Konventionelle Integralbilderzeugung (CII)
Bei der CII werden planare Minilinsenanordnungen mit positiven Brennweiten verwendet, wie in 1 dargestellt.
Wie in 1(a) dargestellt, kann ein Satz von Elementarbildern 1 eines 3D-Objektes 2 (d. h. Richtungs- und Intensitätsinformationen der räumlich abgetasteten Strahlen, die vom Objekt kommen) durch Verwendung einer Minilinsenanordnung 3 und eines 2D-Bildsensors 4, wie zum Beispiel eines Ladungsträgerbaustein-(CCD) oder eines komplementären Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensors, erhalten werden. Wie in 1(b) dargestellt, kann zur Rekonstruktion eines 3D-Bildes 7 von Objekt 2 der Satz von 2D-Elementarbildern 1 vor einer Minilinsenanordnung 3 unter Verwendung eines 2D-Anzeigepanels 5, wie zum Beispiel eines Flüssigkristallanzeigepanels (LCD-Panels), angezeigt werden.
Mit Bezug auf die 1a und 1b, kann ferner in einem Beispiel die Minilinsenanordnung 3 mit der Brennweite f bei z = 0 und das Anzeigepanel bei z = –g positioniert werden. Nach dem Gaußschen Linsengesetz:
wird gezeigt, dass der Spaltabstand g L_if/(L_i – f) = g sein sollte, wobei angenommen werden kann, dass reelle 3D-Bilder 7 um z = L_i herum gebildet werden. Strahlen, die von Elementarbildern kommen, konvergieren und bilden ein reelles 3D-Bild durch die Minilinsenanordnung 3. Das rekonstruierte 3D-Bild kann ein pseudoskopisches (tiefenumgekehrtes) reelles Bild 7 des Objektes 2 sein. Zum Umwandeln des pseudoskopischen Bildes in ein orthoskopisches Bild kann ein Prozess zum Drehen jedes Elementarbildes um 180 Grad um seine eigene optische Mittelachse verwendet werden. Das orthoskopische Bild wird durch diesen P/O-Umwandlungsprozess zu einem virtuellen Bild 8. Wie in 1c gezeigt, sollte bei Bildung des virtuellen 3D-Bildes 8 um z = –L_i herum der Spaltabstand g zur optimalen Fokussierung nach Gl. (1) L_if/(L_i + f) ≡ g_v sein.
Projektionsintegralbilderzeugung (PII)
Die Projektionsintegralbilderzeugung (PII) ist der neuartige Gegenstand dieser Erfindung. Mit anderen Worten waren die Erfinder die ersten, die die Projektionsintegralbilderzeugung (PII) erfunden haben.
Wie in 2a gezeigt, unterscheidet sich bei PII der Prozess zum Gewinnen der Elementarbilder nicht wesentlich von dem bei CII. Die Elementarbilder können jedoch durch die Zwischenoptik 10 auf eine Minilinsenanordnung 3 projiziert werden, wie in 2(a) und (b) dargestellt. Eine Mikrokonvex/Konkavspiegelanordnung 11, 21 kann als Projektionsschirm verwendet werden, wie in 2(c) und (d) dargestellt. Wenn eine Minilin senanordnung 3 mit einer positiven Brennweite verwendet wird oder wenn eine Mikrokonkavspiegelanordnung 11 verwendet wird, kann die Scharfabbildungsebene der projizierten Elementarbilder 12 bei z = –g_r positioniert werden, wie in 2(a) und (c) dargestellt. Wenn die P/O-konvertierten Elementarbilder zur Anzeige von orthoskopischen virtuellen 3D-Bildern 8 verwendet werden, die um z = –L_i herum gebildet werden, sollte sich die Scharfabbildungsebene der projizierten Elementarbilder 12 bei z = –g_v befinden.
Wenn eine Minilinsenanordnung mit einer negativen Brennweite 9 oder eine Mikrokonvexspiegelanordnung 21 verwendet wird, können die orthoskopischen virtuellen 3D-Bilder 8 ohne P/O-Umwandlung angezeigt werden. Man nehme zum Beispiel an, dass die 3D-Bilder 8 um z = –L_i herum gebildet werden und dass die Brennweite der Minilinsenanordnung 9 (oder der Mikrokonvexspiegelanordnung 21) –f ist. Dann wird der Spaltabstand g L_if/(f – L_i) ≡ –g_r aus Gl. (1). Daher kann die Scharfabbildungsebene der projizierten Elementarbilder 12 bei z = +g_r positioniert werden, wie in 2(b) und (d) dargestellt. Wenn andererseits reelle 3D-Bilder 7 um z = L_i herum angezeigt werden, kann die Scharfabbildungsebene der projizierten Elementarbilder 12 bei z = +g_v positioniert werden. Da L_i >> f sowohl bei PII wie auch bei CII ist, gilt g_r ≈ g_v ≈ f.
Vorteile von PII gegenüber CII
PII ermöglicht wegen der Verwendung einer Mikrokonvexspiegelanordnung als Projektionsschirm folgendes:
Erstens wird der Betrachtungswinkel vergrößert. Bei II ist der Vollbetrachtungswinkel Ψ begrenzt und wird annähernd durch 2 × arctan[0,5/(f/#)] bestimmt, wobei f/# die f Zahl der Minilinsen ist, wenn der Füllfaktor der Minilinsenanordnung dicht bei 1 liegt.
Es ist auch leichter, beugungsbegrenzte (oder aberrationsfreie) Konvexspiegel mit einem kleinen f/# herzustellen, als ähnliche Minilinsen herzustellen. Ein Konvexspiegelelement kann ein f/# kleiner als 1 haben. Wenn zum Beispiel f/# = 0,5 ist, wird der Betrachtungswinkel 90 Grad, was für viele praktische Anwendungen akzeptabel ist.
Zweitens ist die P/O-Umwandlung unnötig, wenn eine positive Minilinsenanordnung für die direkte Kameraaufnahme verwendet wird.
Drittens ist es leicht, 3D-Filme mit großen Bildschirmen zu realisieren, selbst wenn für die Anzeigepanele oder den Film eine geringe Größe verwendet wird. Dies trifft zu, weil das Anzeigepanel und der Bildschirm getrennt sind und daher die Größe der Elementarbilder, die auf den Schirm projiziert werden, leicht durch die Verwendung der Zwischenoptik gesteuert werden kann.
Viertens sind flippingfreie Betrachtungen von 3D-Bildern möglich, selbst wenn keine optischen Schranken verwendet werden. Dies trifft zu, weil jedes Elementarbild nur auf seinen entsprechenden Mikrokonvexspiegel projiziert werden kann.
Fünftens ist es in PII leicht, räumliches Multiplexing oder zeitliches Multiplexing oder beides zu implementieren. Zur Anzeige von 3D-Bildern mit hoher Auflösung und großer Schärfentiefe muss die Zahl der Pixel in der Gesamtmenge der Elementarbilder ausreichend groß sein. Da Anzeigepanele, die gegenwärtig oder in der nahen Zukunft verfügbar sind, eine solche Anforderung nicht erfüllen können, wird räumliches Multiplexing oder zeitliches Multiplexing oder beides benötigt, um den gesamten Satz von hochauflösenden Elementarbildern anzuzeigen.
In den Experimenten unten wurde PII unter Nutzung eines Schirms einer Mikrokonvexspiegelanordnung verwendet. Diese Offenbarung ist jedoch nicht auf die Verwendung lediglich der Strukturen begrenzt, die in diesen als Beispiele dienenden Ausführungsformen und Experimenten unten verwendet werden.
Longitudinale Tiefenkontrolle von 3D-Bildern
3D-Bilder, die in II-Systemen rekonstruiert werden, können eine begrenzte Schärfentiefe δ haben. Es ist gezeigt worden, dass δ nicht größer als 1/(λρ²) sein kann, wobei λ die Anzeigewellenlänge ist und ρ die Auflösung der rekonstruierten 3D-Bilder ist. ρ ist als der Kehrwert der rekon struierten Bildpunktgröße definiert. In PII können 3D-Bilder mit hoher Auflösung nur in der Nähe des Projektionsbildschirms der Mikrokonvexspiegelanordnungen (oder der Anzeigemikrolinsenanordnung) rekonstruiert werden. Daher muss die Schärfentiefe δ vom Projektionsbildschirm aus gemessen werden.
Nehmen wir an, dass wir versuchen, ein Objekt aufzunehmen, das jenseits des Schärfentiefebereichs positioniert ist. Speziell befindet sich die Vorderfläche des Objektes, dessen Dicke in Längsrichtung T ist, bei z = z₀ > δ. Wenn die Brennweiten der Aufnahmeminilinsen und der Mikrokonvexspiegel im Projektionsbildschirm in der Größe gleich sind, wird ein 3D-Bild entweder bei z = z₀ für die Anzeige von reellen Bildern oder bei z = –z₀ für die Anzeige virtueller Bilder rekonstruiert.
In diesem Beispiel kann also ein fokussiertes 3D-Bild nicht angezeigt werden, weil die Bildposition außerhalb des Bereichs der Schärfentiefe liegt. Daher wird eine Steuerung der Tiefe (und daher der Position) der rekonstruierten 3D-Integralbilder, die angezeigt werden sollen, benötigt, so daß sie in der Nähe des Bildschirms, d. h. innerhalb der Schärfentiefe, rekonstruiert werden können.
Lineare Tiefenkontrolle durch Zoomen der Elementarbilder
Wenn die Brennweite f_p der Aufnahme-Minilinsenanordnung größer als die der Anzeige-Mikrokonvexspiegelanordnung f_d ist, wird die Longitudinalskala des rekonstruierten Bildraums linear um den Faktor f_d/f_p r reduziert, während sich die Lateralskala nicht ändert. Wenn also (z₀ + T)_r < δ ist, ist das rekonstruierte 3D-Bild gut fokussiert.
Eine Lösung für die Aufnahme von Objekten bei verschiedenen longitudinalen Positionen und die Anzeige ihrer Bilder innerhalb der Schärfentiefe von II-Systemen ist daher, eine Aufnahme-Minilinsenanordnung mit variabler Brennweite f_p oder eine Anordnung von Mikrozoomlinsen zu verwenden. Wenn f_p um einen Faktor von α erhöht wird, wird auch jedes Elementarbild gemäß der geometrischen Optik um diesen Faktor vergrößert. Daher kann ein digitales Heranzoomen verwendet werden, selbst wenn f_p fest ist. Mit anderen Worten, kann r durch digitales Vergrößern jedes Ele mentarbildes in einem Computer um einen Faktor von α folgendermaßen geändert werden:
Dann wird ein orthoskopisches virtuelles Bild bei z = –rz₀ für das Objekt rekonstruiert, das sich beim Aufnahmeprozess bei z = z0 befindet.
Das digitale Heranzoomen kann die Auflösung von Elementarbildern beeinträchtigen. Wenn z₀ → ∞ und das Objekt sehr groß ist, kann ein nichtlineares Tiefenkontrollverfahren verwendet werden.
Nichtlineare Tiefenkontrolle unter Verwendung von gekrümmten Aufnahmevorrichtungen
Für ein großes Objekt, das sich weit entfernt befindet, sind die Elementarbilder fast identisch, weil die Parallaxe des Objektes für benachbarte Aufnahmeminilinsen klein ist. Wenn solche Elementarbilder im II-System angezeigt werden, kann das rekonstruierte Bild sehr unscharf und nicht leicht zu erkennen sein. Es können gekrümmte Aufnahmevorrichtungen (z. B. eine gekrümmte Minilinsenanordnung 17 und ein gekrümmter 2D-Bildsensor 18) mit einem Krümmungsradius R verwendet werden, und dann können 3D-Bilder unter Verwendung planarer Anzeigevorrichtungen rekonstruiert werden, wie in 3(a) bzw. (b) dargestellt. Analog können planare Aufnahmevorrichtungen (z. B. ein planarer Bildsensor 14 und eine planare Minilinsenanordnung 16) und gekrümmte Anzeigevorrichtungen (z. B. ein gekrümmtes Anzeigepanel 19 und eine gekrümmte Minilinsenanordnung 20) verwendet werden, wie in 3(c) bzw. (d) dargestellt. Es wird die folgende Vorzeichenkonvention verwendet: R > 0, wenn die Krümmungsmitte sich auf derselben Seite wie das Objekt (Betrachter 6) beim Aufnahme-(Anzeige-)Prozess befindet; und R < 0, wenn sie sich auf der gegenüberliegenden Seite befindet.
Die Verwendung einer negativ gekrümmten Aufnahme-Minilinsenanordnung erhöht die Verschiedenheit benachbarter Elementarbil der. Dies trifft zu, weil die Aufnahmerichtungen der Minilinsen in einer gekrümmten Anordnung nicht parallel sind und daher ihre Betrachtungsfelder stärker getrennt als für eine planare Anordnung sind. Solche Elementarbilder können auch gewonnen werden, wenn das Objekt mit einer reduzierten Größe in der Nähe der Aufnahme-Minilinsenanordnung aufgenommen wird. Wenn also Elementarbilder mit erhöhten Unterschieden auf einem planaren Anzeigebildschirm (einer Mikrokonvexspiegelanordnung) angezeigt werden, wird ein Integralbild mit reduzierter Größe in der Nähe des Bildschirms rekonstruiert. Durch Steuern von R können 3D-Bilder großer Objekte, die sich weit weg befinden, innerhalb der Schärfentiefe des II-Systems angezeigt werden.
Der Effekt der Tiefen- und Größenreduktion unter Verwendung der negativ gekrümmten Aufnahme-Minilinsenanordnung kann durch Einführen einer hypothetischen dünnen Linse mit einer negativen Brennweite – R_p analysiert werden, die sich in Kontakt mit der planaren Aufnahme-Minilinsenanordnung 16 befindet, wie in 3(e) dargestellt. Dies gilt, weil das Strahlenausbreitungsverhalten für die zwei Aufbauten in 3(a) und 3(e) und die in 3(d) bzw. 3(f) dasselbe ist. Wir nennen diese Linse eine Linse mit Ausgleich der optischen Wellenlänge (OPLE) 15. Wenn zwei dünne Linsen mit der Brennweite f₁ und f₂ sich in Kontakt befinden, ist die effektive Brennweite f₁f₂/(f₁ + f₂). Um eine vollständige Äquivalenz zwischen den zwei Aufbauten zu erhalten, sollte die Brennweite der Minilinsenanordnung 16, die sich in Kontakt mit der OPLE-Linse 15 befindet, f e / p = R_pf_p/(R_p + f_p) sein, wobei f_p die Brennweite der gekrümmten Aufnahme-Minilinsen 17 ist. Im allgemeinen ist R_p >> f_p und daher f e / p ≈ f_p. Daher kann statt der Verwendung der gekrümmten Aufnahme-Minilinsenanordnung 17 mit einem Krümmungsradius –R_p und einer Brennweite f_p und eines gekrümmten Bildsensors 18 in der Analyse eine planare Minilinsenanordnung 16 mit einer Brennweite f e / p, ein ebener Bildsensor 14 und die Aufnahme-OPLE-Linse 15 mit einer Brennweite –R_p verwendet werden.
Die OPLE-Linse 15 erzeugt zuerst Bilder von Objekten, und dann werden die Bilder von den planaren Aufnahmevorrichtungen 14, 16 tatsächlich aufgenommen, um Elementarbilder mit verstärkten Unterschie den zu erzeugen. Für ein Objekt, das sich bei z = z₀ (> 0) befindet, erzeugt die OPLE-Linse 15 ihr Bild nach Gl. (1) bei
Wenn sich z₀ von ∞ bis 0 ändert, ändert sich z_i von R_p bis 0. Die Elementarbilder mit verstärkten Unterschieden werden auf den planaren Bildschirm einer Mikrokonvexspiegelanordnung projiziert; ein virtuelles Bild wird bei z = –z_i rekonstruiert, wenn f_d = f_p ist. Daher sollte R_p kürzer als die Schärfentiefe des II-Systems sein. Die seitliche Vergrößerung der OPLE-Linse ist durch z_i/z₀ (< 1) gemäß der geometrischen Optik gegeben.
Wie in 3(d) gezeigt, kann der Effekt der Tiefen- und Größenreduzierung auch durch die Verwendung von negativ gekrümmten Anzeigevorrichtungen 19, 20 erreicht werden. Nehmen wir an, dass die gekrümmten Anzeigevorrichtungen 19, 20 mit einem Krümmungsradius –R_d verwendet werden, während die Elementarbilder unter Verwendung der planaren Aufnahmevorrichtungen 14, 16 erhalten werden. Wie vorher wird eine hypothetische Anzeige-OPLE-Linse 15 in die planaren Anzeigevorrichtungen (z. B. die planare Minilinsenanordnung 16 und das planare Anzeigepanel 22) eingeführt. Dann wird ein orthoskopisches virtuelles Bild des Objektes rekonstruiert bei
für das Objekt, das sich bei z = z₀ (> 0) im Aufnahmeprozess befindet, wenn f_d = f_p ist.
Kombination von linearen und nichtlinearen Tiefenkontrollverfahren
Im Allgemeinen können lineare und nichtlineare Tiefenkontrollverfahren zusammen verwendet werden. Für ein Objekt, das sich bei z = z₀ befindet, kann die Position des rekonstruierten Bildes aus den äquivalenten planaren Aufnahme- 14, 16 und Anzeigevorrichtungen 22, 16 mit OPLE-Linsen vorhergesagt werden. Die Aufnahme-OPLE-Linse erzeugt ein Bild des Objektes bei z = z_i, wobei z_i in Gl. (3) gegeben ist. Aus diesem Bild werden Elementarbilder mit verstärkten Unterschieden erhalten, und dann werden sie digital gezoomt. Dann erzeugt die planare Anzeige-Minilinsenanordnung 16 ein rekonstruiertes Zwischenbild bei z = –rz_i, wobei r in Gl. (2) gegeben ist. Wegen der Anzeige-OPLE-Linse 15 wird aus dem Gaußschen Linsengesetz das endgültige rekonstruierte Bild bei z = –z_r erhalten, wobei
Wenn sich z₀ von ∞ bis 0 ändert, ändert sich z_r von rR_pR_d/(rR_p + R_d) bis 0.
Andere Systemfaktoren, die die Tiefe und Größe von 3D-Bildern beeinflussen
Verwendung eines modifizierten Aufnahmesystems
Da die physische Größe des 2D-Bildsensors 14 geringer als die der Aufnahme-Minilinsenanordnung 3 ist, wird normalerweise ein modifiziertes Aufnahmesystem verwendet, wie in 4(a) dargestellt. Hier werden Elementarbilder, die durch eine planare Minilinsenanordnung 3 gebildet werden, durch eine Kameralinse 25 mit einem großen f/# festgestellt. Die Verwendung einer solchen Kameralinse 25 und der planaren Aufnahme-Minilinsenanordnung 3 erzeugt den Effekt einer negativ gekrümmten Aufnahme-Minilinsenanordnung, da sich die Unterschiede zwischen den Elementarbildern vergrößern. Dieser Effekt wird berücksichtigt, indem das modifizierte Aufnahmesystem als gekrümmtes Aufnahmesystem mit einer gekrümmten Minilinsenanordnung angesehen wird, dessen Krümmungsradius –R_c ist. R_c ist annährend gleich dem Abstand zwischen der planaren Aufnahme-Minilinsenanordnung und der Kameralinse.
Wenn also die Elementarbilder durch eine Kameralinse 25 festgestellt werden, wenn eine gekrümmte Aufnahme-Minilinsenanordnung 26 mit dem Krümmungsradius R_p verwendet wird, wie in 4(b) dargestellt, wird der tatsächliche Krümmungsradius der Aufnahme-Minilinsenanordnung 26 berücksichtigt als
Dies wird in diesem Experiment als Äquivalent von planaren Aufnahmevorrichtungen (14, 16) mit zwei OPLE-Linsen (27, 28) behandelt. In diesem Fall ersetzen wir R_p durch R e / p in Gl. (5).
Divergierende Projektion von Elementarbildern
Wie in 5(a) dargestellt, ist bei Projektion von Elementarbildern auf den Bildschirm einer Minilinsenanordnung 3 der Projektionsstrahlwinkel θ (z. B. in azimutaler Richtung) möglicherweise nicht vernachlässigbar. In diesem Fall existiert natürlich der Effekt von negativ gekrümmten Anzeigevorrichtungen, selbst wenn planare Anzeigevorrichtungen verwendet werden. Nehmen wir an, dass die horizontale Größe der gesamten projizierten Elementarbilder auf dem Bildschirm S ist. Dann kann man die planaren Anzeigevorrichtungen als gekrümmte Anzeigevorrichtungen mit einem Krümmungsradius –R_s ≈ –S/θ ansehen, wenn die Aperturgröße der Zwischenoptik viel kleiner als S ist. Tatsächlich ist R_s annähernd gleich dem Abstand zwischen dem planaren Projektionsbildschirm und der Zwischenoptik.
Nehmen wir an, dass solch ein divergierendes Projektionssystem in einer negativ gekrümmten Minilinsenanordnung 30 mit einem Krümmungsradius –R_d, wie in 5(b) dargestellt, oder in einer negativ gekrümmten Mikrokonvexspiegelanordnung 31, wie in 5(c) dargestellt, verwendet wird. Der tatsächliche Krümmungsradius des Anzeigebildschirms im nichtdivergierenden System ist:
In diesem Fall würde man R_d durch R e / d in Gl. (5) ersetzen müssen.
Experimente
Systembeschreibung
Das Objekt, das abgebildet werden soll, setzt sich aus kleinen Kakteen 35 und einem großen Gebäude 36 zusammen, wie in 6(a) dargestellt. Der Abstand zwischen der Aufnahme-Minilinsenanordnung und den Kakteen 35 beträgt ca. 20 cm, und der zwischen der Aufnahme-Minilinsenanordnung und dem Gebäude beträgt ca. 70 m. Weil für dieses Experiment keine gekrümmten Aufnahmevorrichtungen verfügbar waren, wurden Elementarbilder durch die Verwendung eines planaren 2D-Bildsensors und einer planaren Minilinsenanordnung in Kontakt mit einer Zerstreuungslinse mit großer Apertur als OPLE-Linse erhalten. Die Brennweite und der Durchmesser der Zerstreuungslinse betragen 33 cm (= R_p) bzw. 7 cm. Die planare Aufnahme-Minilinsenanordnung, die verwendet wurde, ist aus Acryl hergestellt und hat 53 × 53 plankonvexe Minilinsen. Jedes Minilinsenelement ist quadratisch geformt und hat eine einheitliche Basisgröße von 1,09 mm × 1,09 mm, wobei weniger als 7,6 μm die Minilinsenelemente trennen. Die Brennweite der Minilinsen beträgt ca. 3 mm (= f_p). Bei den Experimenten werden insgesamt 48 × 36 Elementarbilder verwendet.
Es wurde eine Digitalkamera 37 mit 4500 × 3000 CMOS-Pixeln für den 2D-Bildsensor verwendet. Das Kameraaufnahmesystem 37 wird in 6(b) gezeigt. In diesem modifizierten Aufnahmesystem ist R_c ≈ 20 cm. Aus Gl. (6) ergibt sich R e / p = R_c = 20 cm, wenn die OPLE-Linse nicht verwendet wird, und R e / p = 12,5 cm, wenn die OPLE-Linse verwendet wird.
Das Verfahren der linearen Tiefenreduzierung wird auch in Kombination mit dem nichtlinearen Verfahren verwendet. Um eine Verschlechterung der Auflösung durch das digitale Zoomen zu vermeiden, wurde die Auflösung der herangezoomten Elementarbilder auf einem größeren Wert als die des LCD-Projektors gehalten. Es werden vier verschiedene α verwendet: α_i = 1, α₂ = 1,5, α₃ = 2 und α₄ = 2,5. Eine planare Mikrokonvexspiegelanordnung für den Projektionsschirm wurde durch Beschichten der konvexen Oberfläche einer Minilinsenanordnung erhalten, die identisch mit der Aufnahme-Minilinsenanordnung ist. Der Lichtstärkenreflexionsgrad des Schirms beträgt mehr als 90%. Die Brennweite jedes Mikrokonvexspiegels beträgt 0,75 mm (= f_d). Da f_p = 3 mm ist, betragen die linearen Tiefen reduzierungsraten r₁ = ¼, r₂ = 1/6, r₃ = 1/8 und r₄ = 1/10 aus Gl. (2) für α₁, α₂, ..., bzw. α₄.
Der Aufbau für die 3D-Bildrekonstruktion wird in 7 dargestellt. Ein Farb-LCD-Projektor 40, der 3 (rote, grüne und blaue) Panels hat, wurde zur Projektion der Elementarbilder verwendet. Jedes Panel hat 1024 × 768 quadratische Pixel mit einem Pixelabstand von 18 μm. Jedes Elementarbild hat durchschnittlich ca. 21 × 21 Pixel. Die Vergrößerung der Zwischenoptik 41 beträgt 2,9. Der divergierende Winkel der Projektionsstrahlen θ beträgt ca. 6 Grad in azimutaler Richtung. Der Effekt der gekrümmten Anzeigevorrichtungen ist schwach vorhanden. Der Abstand zwischen dem Schirm und der Zwischenoptik beträgt ca. 48 cm. Da S = 52,3 mm, ist R_s ≈ 50 mm. Aus Gl. (7) ergibt sich R e / d = 50 cm, da in den Experimenten R_d = ∞.
Die Position der Kakteen 35 wird mit z_oc (= 20 cm) bezeichnet und die des Gebäudes 36 mit z_ob (= 70 m). Für unterschiedliche r und Rp kann man aus Gl. (5) die Position des rekonstruierten Bildes für die Kakteen z = –z_rc und für das Gebäude z = –z_rb abschätzen. (5). Die Werte werden in Tabelle 1 erläutert. Tabelle 1. Abeschätzte Positionen von Rekonstruierten Bildern^a

R e / p 20 12,5

r /4 /6 /8 /10 /4 /6 /8 /10

z_rc (cm) 0,38 0,61 0,22 0,98 0,85 0,25 0,94 0,76

z_rb (cm) 0,53 0,12 0,37 0,92 0,94 0,00 0,51 0,22

^aAndere Parameter: R e / d = 50 cm; z_oc = 20 cm und z_ob = 70 m.

Experimentelle Ergebnisse
Mittlere Bereiche der Elementarbilder, die ohne die OPLE-Linse erhalten wurden, und diejenigen, die mit der OPLE-Linse erhalten wurden, werden in 8(a) bzw. 8(b) gezeigt. Wenn α = 2,5 ist, werden digital gezoomte Elementarbilder für die in 8(a) und 8(b) in 8(c) bzw. 8(d) illustriert. Es ist zu erkennen, dass die OPLE-Linse die Unterschiede zwischen benachbarten Elementarbilder vergrößert.
Wenn Elementarbilder auf die planare Mikrokonvexspiegelanordnung projiziert werden, werden die orthoskopischen virtuellen 3D-Bilder rekonstruiert. Der gemessene Betrachtungswinkel betrug 60–70 Grad, was gut mit dem prognostizierten Wert übereinstimmt. Für Beobachter, die sich über den Betrachtungswinkelbereich hinaus bewegen, verschwindet das gesamte rekonstruierte Bild. Rekonstruierte Bilder höherer Ordnung wurden für ein gut ausgerichtetes System kaum beobachtet. Linke, mittlere und rechte Ansichten von rekonstruierten 3D-Bildern für unterschiedliche Tiefenkontrollparameter werden in 9 und 10 illustriert. Die beobachteten Positionen der rekonstruierten Bilder stimmen qualitativ mit den abgeschätzten Positionen überein, die in Tabelle 1 angegeben werden. Vergleicht man die Bilder, die in 9 und 10 gezeigt werden, ist zu erkennen, daß kleinere 3D-Bilder für kürzeres R e / p rekonstruiert werden. Wenn sich r verringert, werden rekonstruierte 3D-Bilder weiter in Längsrichtung zusammengedrückt, und daher verringert sich der Unterschied zwischen linken und rechten Ansichten. Die seitliche Größe von rekonstruierten 3D-Bildern ist von r unabhängig. Rekonstruierte 3D-Bilder an tieferen Positionen sind unschärfer, da die Schärfentiefe des PII-Systems, die auf ca. 5 cm geschätzt wird, begrenzt ist.
Die Stereoparallaxe ist der wirksamste Hinweis auf Tiefe für die Betrachtung mittlerer Entfernungen. Unser Tiefenkontrollverfahren verschlechtert im allgemeinen die kompakte Struktur von rekonstruierten 3D-Bildern, da es für entfernte Objekte ihre longitudinale Tiefe stärker als die seitliche Größe zusammendrückt. Das menschliche Sehen nutzt jedoch auch andere Hinweise auf Tiefe, und die Stereoparallaxe ist für das Betrachten von großen Entfernungen möglicherweise nicht so effektiv. Daher kann unser nichtlineares Positionskontrollverfahren effizient für ein großformatiges 3D-Anzeigesystem mit begrenzter Schärfentiefe verwendet werden. Trotzdem sollten Anstrengungen zur Erhöhung der Schärfentiefe von II-Systemen unternommen werden.
Abschließend gesagt, ist mindestens ein Verfahren, Vorrichtung und System zur Steuerung von Tiefe und lateraler Größe von rekonstruierten 3D-Bildern in II präsentiert worden, wobei eine gekrümmte Aufnahme-Minilinsenanordnung oder eine gekrümmte Mikrokonvexspiegelanordnung (Anzeige-Minilinsenanordnung) oder beide verwendet werden können. Wenn die Minilinsen in der gekrümmten Anordnung Zoomfähigkeit besitzen, ist zusätzlich eine lineare Tiefenkontrolle möglich. Verwendet man beide Verfahren, so ist gezeigt worden, dass große Objekte in großen Entfernungen effizient durch das II-System mit begrenzter Schärfentiefe rekonstruiert werden können. Diese Steuerung ist zur Realisierung von 3D-Fernsehen, -Video und -Filmen auf der Basis von II nützlich.
Einige Ausführungsformen der Erfindung haben folgende Vorteile: Die Bilderzeugung wird mit direkter Aufnahme ausgeführt, um echte 3D-Abbildungen mit voller Parallaxe und kontinuierlichen Betrachtungspunkten mit inkohärentem Licht unter Verwendung von zweidimensionalen Anzeigevorrichtungen zu erzeugen, was zu orthoskopischen Bildern mit großen Betrachtungswinkeln, großer Schärfentiefe und hoher Auflösung führt. Zusätzliche Vorteile umfassen die Fähigkeit, 3D-Bilder auf einen großen Anzeigebildschirm zu projizieren.
Fachleute auf diesem Gebiet können erkennen, dass ein Computer oder eine andere Client- oder Server-Vorrichtung als Teil eines Computernetzes oder in einer verteilten Rechenumgebung eingesetzt werden kann. In dieser Hinsicht beziehen sich die Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, auf jedes Computersystem, das eine beliebige Zahl von Arbeitsspeicher- oder Datenspeichereinheiten hat, und eine beliebige Zahl von Anwendungen und Prozessen, die in einer beliebigen Zahl von Speichereinheiten oder Datenspeicherträgern auftreten, die in Verbindung mit den Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden können, welche oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden. Dasselbe kann daher für eine Umgebung mit Server-Computern und Client-Computern gelten, die in einer Netzumgebung oder verteilten Rechenumgebung eingesetzt werden, die entfernte oder lokale Speicher aufweisen. Die Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, können auch auf autonom arbeitende Vorrichtungen angewendet werden, welche Programmiersprachenfunktionalität, Interpretations- und Ausführungsfähigkeiten zum Erzeugen, Empfangen und Übertragen von Informationen in Verbindung mit entfernten oder lokalen Diensten haben.
Die Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, funktionieren mit zahlreichen anderen Mehrzweck- oder speziellen Rechensystemumgebungen oder -konfigurationen. Beispiele für bekannte Rechensysteme, -umgebungen und/oder -konfigurationen, die sich zur Verwendung mit den Verfahren eignen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, umfassen (ohne darauf beschränkt zu sein) Personal Computer (PC), Serverrechner, handgehaltene oder Laptop-Vorrichtungen, Multiprozessorsysteme, mikroprozessorbasierte Systeme, verteilte Rechenumgebungen, die eins der obigen Systeme oder Vorrichtungen umfassen.
Die Verfahren, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, können im allgemeinen Kontext von computerausführbaren Anweisungen, wie zum Beispiel Programmmodulen, die von einem Computer ausgeführt werden, beschrieben werden. Programmmodule umfassen normalerweise Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw., die spezielle Aufgaben erfüllen oder spezielle abstrakte Datentypen implementieren. Daher können die Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, auch in verteilten Rechenumgebungen ausgeführt werden, wie zum Beispiel zwischen verschiedenen Einheiten, wo Aufgaben von entfernten Verarbeitungseinheiten ausgeführt werden, die durch ein Kommunikationsnetz oder ein anderes Datenübertragungsmedium verbunden sind. In einer typischen verteilten Rechenumgebung können Programmmodule und Routinen oder Daten sich sowohl in lokalen wie auch in entfernten Computerspeichermedien befinden, einschließlich Speichervorrichtungen. Das verteilte Rechnen erleichtert die gemeinsame Nutzung von Computerressourcen und -diensten durch direkten Austausch zwischen Rechenvorrichtungen und Systemen. Diese Ressourcen und Dienste können den Austausch von Informationen, Cachespeicherung und Plattenspeicherung für Dateien umfassen. Das verteilte Rechnen nutzt die Vernetzungsmöglichkeit aus, was Clients ermöglicht, ihre kollektive Leistungsfähigkeit zum Nutzen des ganzen Unternehmens zu verbessern. In dieser Hinsicht kann eine Reihe von Vorrichtungen Anwendungen, Objekte oder Ressourcen haben, welche die Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, nutzen.
Computerprogramme, die das Verfahren, das oben beschrieben wird, implementieren, werden häufig an Nutzer auf einem Verteilungsmedium, wie zum Beispiel einer CD-ROM, verteilt. Das Programm kann auf eine Festplatte oder ein ähnliches Zwischenspeichermedium kopiert werden. Wenn die Programme laufen sollen, werden sie entweder von ihrem Verteilungsmedium oder von ihrem Zwischenspeichermedium in den Ausführungsspeicher des Computers geladen, wobei der Computer so konfiguriert wird, daß er in Übereinstimmung mit den Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben werden, arbeitet.
Der Begriff "computerlesbares Medium" umfasst alle Verteilungs- und Speichermedien, Speicher eines Computers und alle anderen Medien oder Vorrichtungen, die zum Lesen durch einen Computer oder ein Computerprogramm speichern können, das das Verfahren, das oben beschrieben wird, implementiert.
Die verschiedenen Verfahren, die hierin beschrieben werden, können also in Verbindung mit Hardware oder Software oder, wo zutreffend, in einer Kombination beider implementiert werden. Die Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, oder bestimmte Erscheinungsformen oder Teile derselben, können die Form von Programmcode oder Anweisungen annehmen, die in greifbaren Medien verkörpert sind, wie zum Beispiel Disketten, CD-ROMs, Festplatten oder andere maschinenlesbare Speichermedien, wobei beim Laden des Programmcodes in eine Maschine und Ausführung durch eine Maschine, wie zum Beispiel einen Computer, die Maschine zu einer Vorrichtung zur Ausführung der Verfahren und Vorrichtungen wird, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden. Im Fall der Ausführung von Programmcode auf programmierbaren Computern umfasst die Rechenvorrichtung im Allgemeinen einen Prozessor, ein Speichermedium, das vom Prozessor gelesen werden kann und das flüchtiger oder nichtflüchtiger Speicher und/oder Speicherelemente sein kann, mindestens eine Eingabevorrichtung und mindestens eine Ausgabevorrichtung. Ein oder mehrere Programme, die die Arbeitstechniken der Verfahren und Vorrichtungen nutzen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, z. B. durch die Verwendung einer Datenverarbeitung, können in einer prozeduralen oder objektorientierten höheren Programmiersprache implementiert werden, um mit einem Computersystem zu kommu nizieren. Das/die Programm(e) kann/können jedoch in Assembler oder Maschinensprache implementiert werden, falls gewünscht. Auf jeden Fall kann die Sprache eine kompilierte oder interpretierte Sprache sein und mit Hardwareimplementierungen kombiniert werden.
Die Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, können auch über Verbindungen ausgeführt werden, die in Form von Programmcode verkörpert werden, der über ein Übertragungsmedium übertragen wird, wie zum Beispiel elektrische Leitungen oder Kabel, durch Lichtleitfasern oder über eine andere Form der Übertragung, wobei beim Empfang des Programmcodes und Ausführung durch eine Maschine, wie zum Beispiel ein EPROM, ein Gate-Array, einen programmierbaren Logikbaustein (PLD), einen Client-Computer oder eine Empfangsmaschine, die die Signalverarbeitungsfähigkeiten hat, wie oben in den als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschrieben, diese zu einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahren wird, das oben beschrieben und/oder hierin beansprucht wird. Bei Implementierung auf einem Mehrzweckprozessor wird der Programmcode mit dem Prozessor kombiniert, um eine einzigartige Vorrichtung bereitzustellen, die beim Betrieb die Funktionalität der Verfahren und Vorrichtungen abruft, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden. Ferner können alle Speichertechniken, die in Verbindung mit den Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, ausnahmslos eine Kombination aus Hardware und Software sein.
Die Operationen und Verfahren, die hierin beschrieben werden, können in der Lage sein oder konfiguriert werden, in den oder von den offenbarten oder beschriebenen Strukturen ausgeführt zu werden oder zu diesem Zweck angepasst zu werden.
Obwohl die Verfahren und Vorrichtungen, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen und den Figuren beschrieben wurden, versteht es sich, dass andere ähnliche Ausführungsformen verwendet oder Modifizierungen und Zusätze an der beschriebenen Ausführungsform zur Ausführung derselben Funktion der Verfahren und Vorrichtungen vorgenommen werden können, die oben beschrieben und/oder hierin beansprucht werden, ohne davon abzuweichen. Ferner muss betont werden, dass eine Reihe von Computerplattformen, einschließlich der Betriebssysteme von handgehaltenen Vorrichtungen und anderen anwendungsspezifischen Betriebssystemen, berücksichtigt sind, besonders in Anbetracht der Zahl drahtloser vernetzter Vorrichtungen, die in Gebrauch sind.
Obwohl die Beschreibung oben spezielle Ausführungsformen betrifft, versteht es sich, dass viele Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist derselben abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche sollen solche Modifizierungen als im Geltungsbereich und Geist der vorliegenden Erfindung liegend erfassen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren, das hierin offenbart wird, betrifft das Anzeigen von dreidimensionalen Bildern. Das Verfahren umfasst das Projizieren von Integralbildern auf eine Anzeigevorrichtung und das Anzeigen von dreidimensionalen Bildern mit der Anzeigevorrichtung. Ferner wird hierin eine Vorrichtung zum Anzeigen von orthoskopischen 3D-Bildern offenbart. Die Vorrichtung umfaßt einen Projektor zum Projizieren von Integralbildern und eine Mikrokonvexspiegelanordnung zum Anzeigen der projizierten Bilder.

Claims

Verfahren zum Anzeigen von dreidimensionalen Bildern, wobei das Verfahren umfaßt: das Projizieren von Integralbildern auf eine Anzeigevorrichtung; und das Anzeigen von dreidimensionalen Bildern mit der Anzeigevorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Weiterleiten der Bilder von einem Projektor zur Anzeigevorrichtung über eine Zwischenoptik.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Umwandeln pseudoskopischer Bilder in orthoskopische Bilder mit einer Minilinsenanordnung.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Fokussieren orthoskopischer Bilder mit einer Minilinsenanordnung mit positiver Brennweite.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Fokussieren orthoskopischer Bilder mit einer Minilinsenanordnung mit negativer Brennweite.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Umwandeln pseudoskopischer Bilder in orthoskopische Bilder mit einer Mikrokonkavspiegelanordnung.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Fokussieren orthoskopischer Bilder mit einer Mikrokonkavspiegelanordnung.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Fokussieren orthoskopischer Bilder mit einer Mikrokonvexspiegelanordnung.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Vergrößern des Betrachtungswinkels durch Verwenden der Mikrokonvexspiegelanordnung als Anzeigebildschirm.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Trennen der projizierten Bilder mit der Zwischenoptik auf einer großen Mikrokonvexspiegelanordnung.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Projizieren jedes Elementarbildes auf einen einzigen Mikrokonvexspiegel.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: zeitliches Multiplexen der projizierten Bilder.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: räumliches Multiplexen der projizierten Bilder.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: zeitliches und räumliches Multiplexen der projizierten Bilder.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzeigevorrichtung planar ist.
Verfahren zum Steuern der Tiefe von 3D-Bildern beim Aufzeichnen und Anzeigen von 3D-Bildern, umfassend: Vergrößern der Elementarbilder während der Aufnahme; Projizieren der vergrößerten Elementarbilder über eine Zwischenoptik auf eine Anzeigevorrichtung; und Anzeigen der 3D-Bilder innerhalb der Schärfentiefe der Anzeigevorrichtung, wobei seitliche Bildgrößen beibehalten sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Vergrößern digital ausgeführt ist.
Verfahren zum Steuern der Tiefe von 3D-Bildern beim Aufzeichnen und Anzeigen von 3D-Bildern mit planaren Aufnahme- und planaren Anzeigevorrichtungen, umfassend: Positionieren einer Linse mit Ausgleich der optischen Weglängen (OPLE), angrenzend an eine planare Minilinsenanordnung; Projizieren von 3D-Bildern über eine Zwischenoptik auf eine planare Anzeigevorrichtung; und Anzeigen der 3D-Bilder innerhalb der Schärfentiefe der Anzeigevorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Positionieren der OPLE-Linse angrenzend an eine planare Minilinsenanordnung einer planaren Aufnahmevorrichtung während der Aufnahme.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Positionieren der OPLE-Linse angrenzend an eine planare Minilinsenanordnung einer planaren Anzeigevorrichtung während des Anzeigens.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Vergrößern der Elementarbilder während der Aufnahme.
Verfahren zum Aufnehmen und Anzeigen von 3D-Bildern, umfassend: Erzeugen von Elementarbildern mit einer Mikrolinsenanordnung; Verstärken der Unterschiede zwischen den Elementarbildern mit einer Linse mit Ausgleich der optischen Weglängen (OPLE); Aufzeichnen der Elementarbilder auf einem Bildsensor einer Aufnahmevorrichtung; Projizieren von 3D-Bildern über eine Zwischenoptik auf eine Anzeigevorrichtung; und Anzeigen der 3D-Bilder innerhalb der Schärfentiefe der Anzeigevorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend: lineares Steuern der Bildtiefe durch digitales Vergrößern der Elementarbilder; und Nichtändern der lateralen Größe der Bilder.
Vorrichtung zum Anzeigen von orthoskopischen 3D-Bildern, umfassend: einen Projektor zum Projizieren von Integralbildern; und eine Mikrokonvexspiegelanordnung zum Anzeigen der projizierten Bilder.
Vorrichtung nach Anspruch 24, ferner umfassend: Zwischenoptik zum Weiterleiten der projizierten Integralbilder durch dieselbe auf die Mikrokonvexspiegelanordnung.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der Projektor ein zweidimensionaler (2D-)Projektor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, ferner umfassend: eine planare Mikrokonvexspiegelanordnung zum Anzeigen der projizierten Bilder.
Vorrichtung nach Anspruch 24, ferner umfassend: eine gekrümmte Mikrokonvexspiegelanordnung zum Anzeigen der projizierten Bilder.