DE19537499C2 - Autostereoskopisches Bildwiedergabegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein autostereoskopisches Bildwieder­ gabegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus PASTOOR, S. : 3D-Techniken für Fernsehen und Bildkommu­ nikation, Abschlußbericht des Vorhabens 01BK101, Heinrich- Hertz-Institut für Nachrichtentechnik Berlin GmbH ist ein autostereoskopisches Bildwiedergabegerät bekannt, das die Darstellung von Bewegt-Bildern mit einer räumlichen Bild­ wirkung ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie beispielsweise Polarisationsbrillen, ermöglicht. Das aus diesem Abschlussbericht bekannte Bildwiedergabegerät wird im Folgenden als "vorbekanntes Bildwiedergabegerät" bezeichnet.

Voraussetzung für die Erzielung einer räumlichen Bildwir­ kung ist, daß den beiden Augen des Betrachters unterschied­ liche Bilder getrennt zugeführt werden, die dann im Gehirn des Betrachters zu einem einheitlichen Bild mit räumlicher Bildwirkung verschmolzen werden. Die für das linke Auge bzw. rechte Auge bestimmten Bilder können beispielsweise von zwei Kameras stammen, die eine räumliche Szene aus zwei unterschiedlichen, nebeneinander angeordneten Kamerastand­ orten zeigen.

Das vorbekannte Bildwiedergabegerät weist deshalb zwei ne­ beneinander angeordnete Projektoren auf, von denen der eine ein für das linke Auge des Betrachters bestimmtes Bild lie­ fert und der andere entsprechend ein für das rechte Auge des Betrachters bestimmtes Bild.

Im Strahlengang dieser beiden Projektoren ist eine Fresnel- Linse angeordnet, die als Feldlinse wirkt und das von jedem Projektor ausgehende Licht auf der Betrachterseite in einer bestimmten Distanz von der Fresnel-Linse bündelt. Die Fres­ nel-Linse bildet also die Austritts-Pupillen der beiden Projektoren in den Betrachterraum ab. Da die beiden Projek­ toren nebeneinander angeordnet sind, liegen auch die opti­ schen Bilder der Austrittspupillen im Betrachterraum neben­ einander. Richtet der Betrachter nun seinen Standort im Be­ trachterraum so ein, daß die Austrittspupille des einen Projektors in das linke Auge abgebildet wird und entspre­ chend die Austrittspupille des anderen Projektors in das rechte Auge, so nimmt der Betrachter mit jedem Auge jeweils nur die für dieses Auge bestimmten Bilder wahr und erhält somit einen räumlichen Bildeindruck.

Bei einem derartigen stereoskopischen Bildwiedergabegerät besteht das Problem der Entkopplung von Akkommodation und Konvergenzverhalten der Augen.

Unter Akkommodation versteht man die Scharfeinstellung der einzelnen Augen auf eine bestimmte Sehentfernung, auch als Akkommodationsentfernung bezeichnet. Die Akkommodation ist notwendig wegen der begrenzten Tiefenschärfe der menschli­ chen Augen. Darüberhinaus ermöglicht die Akkommodation dem Gehirn die Schätzung der Sehentfernung.

Als Konvergenzverhalten bezeichnet man hingegen das Bestre­ ben des menschlichen visuellen Systems, die Blicklinien der beiden Augen auf den betrachteten Punkt auszurichten. Hier­ durch wird erreicht, daß der betrachtete Punkt - im folgen­ den als Fixationspunkt bezeichnet - auf den Netzhautbereich mit der höchsten Auflösung abgebildet wird. Darüberhinaus kann das Gehirn aus dem Konvergenzwinkel - also dem Winkel zwischen den Blicklinien der beiden Augen - die Sehentfer­ nung schätzen.

Das Gehirn erhält also Informationen über die Sehentfernung zum einen aus der Akkommodation und zum anderen aus dem Konvergenzverhalten der Augen.

Beim Betrachten eines bestimmten Punktes einer realen räum­ lichen Szene ist die Akkommodationsentfernung gleich der Konvergenzentfernung.

Das visuelle System ist auf den Gleichlauf von Akkommodati­ ons- und Konvergenzentfernung in besonderer Weise ausge­ richtet. Es verändern sich nämlich Akkommodation und Kon­ vergenzeinstellung der Augen bereits, wenn nur ein Akkommo­ dationsreiz oder nur ein Konvergenzreiz verändert wird. Dies ist Ausdruck einer natürlichen Kopplung von Akkommoda­ tion und Konvergenzverhalten.

Bei einem stereoskopischen Bildwiedergabegerät werden die verschiedenen Punkte einer räumlichen Szene jedoch unabhän­ gig von ihrer räumlichen Tiefe auf eine bestimmte Abbil­ dungsebene - auch als Schärfenebene bezeichnet - im Be­ trachterraum scharf abgebildet. Die Lage der Abbildungsebe­ ne ist dabei im wesentlichen durch die Abbildungsgeometrie - beispielsweise den Abstand zwischen Projektor und Fres­ nel-Linse - bestimmt. Die Akkommodationsentfernung ist also für alle betrachteten Punkte der Szene gleich der Entfer­ nung zwischen dem Betrachter und der Abbildungsebene. Ande­ rerseits ist der Konvergenzwinkel der Augen und damit die Konvergenzentfernung bei einem derartigen stereoskopischen Bildwiedergabegerät abhängig von der räumlichen Tiefe des betrachteten Punkts. Da das Gehirn des Betrachters somit aus Akkommodation und Konvergenzverhalten der Augen wider­ sprüchliche Informationen über die Sehentfernung erhält und die natürliche Kopplung von Akkommodation und Konvergenz­ verhalten aufgebrochen werden muß, können beim Betrachter Ermüdungserscheinungen, Sehstörungen oder gar Kopfschmerzen auftreten.

Das vorbekannte Bildwiedergabegerät ist deshalb in der La­ ge, die Abbildungsebene zu verschieben, um die Akkommodati­ onsentfernung an die Konvergenzentfernung anzupassen und somit die vorstehend genannten Störungen zu vermeiden.

Hierzu weist das vorbekannte Bildwiedergabegerät eine De­ tektionseinheit auf, die die Position und die Blickrichtung der beiden Augen des Betrachters ermittelt. Daraus wird dann der Fixationspunkt berechnet, also der Schnittpunkt der Blicklinien der beiden Augen, sowie die Konvergenzent­ fernung, also der Abstand zwischen dem Fixationspunkt und dem Betrachter.

Anschließend wird dann die Abbildungsebene so verschoben, daß Akkommodationsentfernung und Konvergenzentfernung gleich sind. Wie bereits zuvor erläutert, ist die räumliche Lage der Abbildungsebene abhängig von der Abbildungsgeome­ trie. Das vorbekannte Bildwiedergabegerät weist deshalb ei­ ne motorbetriebene Fokussierungsvorrichtung zur Fokussie­ rung der Projektoren auf, die in Abhängigkeit von der ge­ messenen Konvergenzentfernung so angesteuert wird, daß - unter Berücksichtigung der Wirkung der Fresnel-Linse - Kon­ vergenzentfernung und Akkommodationsentfernung übereinstim­ men.

Dies ermöglicht vorteilhaft die Darstellung stereoskopi­ scher Bilder unter Beibehaltung des Gleichlaufs von Akkom­ modations- und Konvergenzentfernung, wodurch die natürliche Kopplung von Akkommodation und Konvergenzverhalten unter­ stützt wird.

Das vorbekannte Bildwiedergabegerät hat jedoch einen Nach­ teil.

Die Raumwirkung eines stereoskopischen Bildes rührt - wie bereits eingangs erläutert - daher, daß die für die beiden Augen bestimmten Bilder dieselbe Szene aus zwei verschiede­ nen Kamerastandorten zeigen, die in der Regel um den Augen­ abstand gegeneinander versetzt sind. Fixiert der Betrachter nun einen Punkt der abgebildeten räumlichen Szene, so wird dieser Punkt auf der Netzhaut des linken Auges an derselben Stelle abgebildet wie auf der Netzhaut des rechten Auges. Alle Punkte in abweichender Tiefe zum Fixationspunkt er­ scheinen im linken und rechten Auge an unterschiedlichen Stellen der Netzhaut. Der Abstand zwischen dem Bild eines Punktes auf der Netzhaut des linken Auges und dem entspre­ chenden Bild dieses Punktes auf der Netzhaut des rechten Auges wird auch als retinale Disparität bezeichnet und er­ möglicht dem Gehirn eine Tiefenwahrnehmung.

Bleibt die retinale Disparität unterhalb eines bestimmten Grenzwerts - auch als Fusionsgrenze bezeichnet -, so werden die disparaten Punktbilder vom visuellen System zu einem einheitlichen Bild verschmolzen. Überschreitet die retinale Disparität dagegen die Fusionsgrenze, findet keine Ver­ schmelzung mehr statt und der Betrachter sieht ein stören­ des Doppelbild.

Bei der Betrachtung einer realen räumlichen Szene können durchaus retinale Disparitäten auftreten, die die Fusions­ grenze überschreiten. Dies stört jedoch nicht, da die zuge­ hörigen Punkte so weit vom Fixationspunkt entfernt liegen, daß sie aufgrund der Akkommodation der Augen auf den Fixa­ tionspunkt außerhalb der Tiefenschärfe der Augen liegen und somit unscharf erscheinen.

Bei dem vorbekannten Bildwiedergabegerät werden jedoch alle Punkte einer räumlichen Szene - wie bereits zuvor erläutert - unabhängig von ihrer räumlichen Tiefe auf eine gemeinsa­ me, im Betrachterraum liegende Abbildungsebene abgebildet. Da die Augen auf diese Abbildungsebene akkommodieren, lie­ gen also die Bilder sämtlicher Punkte der Szene unabhängig von ihrer räumlichen Tiefe im Bereich der Tiefenschärfe des Auges und werden somit vom Betrachter scharf gesehen.

Dies führt dazu, daß bei der Fixierung des Betrachters auf einen Punkt der abgebildeten räumlichen Szene Punkte in an­ derer Entfernung als störende, scharfe Doppelbilder er­ scheinen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Bildwie­ dergabegerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Störung des Bildeindrucks durch scharfe Doppelbil­ der vermieden wird.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, bei einem Bildwiedergabegerät der eingangs genannten Art eine Tiefen­ unschärfe zu simulieren, indem in den für das linke bzw. rechte Auge bestimmten Bildern die Bildschärfe für solche Objekte verringert wird, die in einer anderen räumlichen Tiefe liegen als der Fixationspunkt.

Das erfindungsgemäße autostereoskopische Bildwiedergabege­ rät weist zwei Projektoren auf, von denen der eine ein für das linke Auge bestimmtes Bild und der andere ein für das rechte Auge bestimmtes Bild projiziert. Das Bildwiedergabe­ gerät kann hierbei wahlweise Einzelbilder oder Bildfolgen projizieren.

Die beiden Projektoren verfügen jeweils über eine Projek­ torlinse oder ein Linsensystem, das das Lichtventil des je­ weiligen Projektors in einer sogenannten 1. Schärfenebene scharf abbildet.

Weiterhin verfügt das erfindungsgemäße Bildwiedergabegerät über einen Eingang zur Aufnahme eines eine räumliche Szene repräsentierenden Bilddatensatzes, der für eine Vielzahl von Punkten der Szene deren Raumkoordinatenwerte sowie Bil­ dinformationswerte enthält. Der Bilddatensatz stellt also ein 3-dimensionales Szenenmodell der räumlichen Szene dar.

So kann beispielsweise eine räumliche Szene in äquidistan­ te, in Form eines Gitters angeordnete Punkte aufgeteilt werden, wobei für jeden Punkt der Szene ein Luminanz-, Chrominanz- und/oder Transparenzwert bestimmt wird.

Der Bilddatensatz kann beispielsweise mittels eines Bild­ analyserechners aus zwei 2-dimensionalen Bildern berechnet werden, die dieselbe räumliche Szene aus zwei gegeneinander versetzten Kamerastandorten darstellen und deshalb die Re­ konstruktion der Tiefeninformation ermöglichen.

Die beiden Bilder werden vorzugsweise von zwei Kameras auf­ genommen, die nebeneinander, vorzugsweise im Augenabstand angeordnet sind. Die beiden Kameras nehmen dann dieselbe räumliche Szene aus unterschiedlichen Standorten auf, was der natürlichen Betrachtungsweise des menschlichen visuel­ len Systems entspricht und eine räumliche Bildwirkung er­ möglicht.

Da die darzustellende räumliche Szene als 3-dimensionales Szenenmodell vorliegt, kann bei der Darstellung der räumli­ chen Szene als stereoskopisches Bild die Perspektive in ge­ wissen Grenzen frei gewählt werden.

Das erfindungsgemäße Bildwiedergabegerät weist deshalb eine Bildverarbeitungseinheit auf, die die für das linke bzw. rechte Auge bestimmten Bilder entsprechend der gewünschten Perspektive perspektivisch korrekt aus dem 3-dimensionalen Szenenmodell berechnet.

Bei der Erzeugung des Szenenmodells aus den Bildern zweier nebeneinander angeordneter Kameras besteht das Problem, daß in der Regel nicht alle Punkte der räumlichen Szene aus dem Kamerastandort sichtbar sind. Oftmals werden einzelne Ob­ jekte der Szene von anderen Objekten verdeckt und sind deshalb nicht sichtbar. Demzufolge erscheinen diese bei der Aufnahme nicht sichtbaren Objekte auch nicht in dem Szenen­ modell. Bei der Wiedergabe des 3-dimensionalen Szenenmo­ dells aus Perspektiven, die von der bei der Aufnahme des Szenenmodells gewählten Perspektive abweichen, können des­ halb Objekte nicht dargestellt werden, die bei der Aufnahme verdeckt waren. Die Perspektive, aus der das Szenenmodell dargestellt werden soll, ist deshalb nur in relativ engen Grenzen wählbar.

Es ist deshalb vorteilhaft, das Szenenmodell aus den Auf­ nahmen von mehr als zwei Kameras zu berechnen, die die räumliche Szene aus unterschiedlichen Standorten aufnehmen. Auf diese Weise können beispielsweise Objekte, die in der Perspektive der ersten Kamera verdeckt sind, aus den Bil­ dern einer anderen Kamera berechnet werden. Die Perspektive bei der Darstellung des stereoskopischen Bildes der räumli­ chen Szene kann dann vorteilhaft in relativ weiten Grenzen frei gewählt werden.

Vor den beiden Projektoren ist in deren Strahlengang eine Abbildungsoptik angeordnet, um die von den Projektoren er­ zeugten Bilder den beiden Augen eines Betrachters getrennt zuzuführen. Diese Abbildungsoptik ist nicht zu verwechseln mit den Projektorlinsen der einzelnen Projektoren. Während die Projektorlinsen bzw. die Linsensysteme der einzelnen Projektoren jeweils nur vom Licht eines Projektors durch­ strahlt werden, wird die Abbildungsoptik vom Licht beider Projektoren erreicht.

Die beiden Projektoren erzeugen in einer sogenannten 1. Schärfenebene ein Bild des jeweiligen Lichtventils. Die Abbildungsoptik bildet nun die in der 1. Schärfenebene lie­ genden Bilder der Lichtventile in einer 2. Schärfenebene scharf ab. Auf diese 2. Schärfenebene muß der Betrachter dann akkommodieren, so daß der Abstand zwischen der 2. Schärfenebene und dem Betrachter gleich der Akkommodati­ onsentfernung ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Abbildungsoptik eine vorzugsweise als Fresnel-Linse ausgeführte Feldlinse auf. Betrachterraum und Projektoren liegen hierbei auf unterschiedlichen Seiten der Feldlinse, die die Austrittspupillen der beiden Projektoren in den Be­ trachterraum abbildet.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Abbildungsoptik einen Konkavspiegel auf, der - wie die Feldlinse - die Austrittspupillen der beiden Projektoren in den Betrachterraum abbbildet. Im Gegensatz zu der Ausfüh­ rungsform mit einer Feldlinse liegen hierbei Projektoren und Betrachterraum auf der gleichen Seite des Konkavspie­ gels.

Weiterhin verfügt das erfindungsgemäße Bildwiedergabegerät über eine Detektionseinheit zur Bestimmung der Blickrich­ tung und/oder der Position der beiden Augen des Betrach­ ters. Derartige Geräte sind im Handel frei erhältlich und arbeiten beispielweise durch Abtastung des Betrachterraums mit Infrarotstrahlen.

Der Detektionseinheit ist eine erste Recheneinheit nachge­ schaltet, die aus der Blickrichtung und der Position der beiden Augen des Betrachters die Konvergenzentfernung be­ rechnet, also den Abstand zwischen dem Betrachter und dem Konvergenzpunkt, in dem sich die Blicklinien der beiden Au­ gen schneiden.

Die Position des Fixationspunkts hängt dabei von der räum­ lichen Tiefe des fixierten Details des stereoskopischen Bildes ab.

Fixiert der Betrachter beispielsweise ein Detail des ste­ reoskopischen Bildes, das in der dargestellten räumlichen Szene relativ weit hinten liegt, so ist der Abstand zwi­ schen dem Fixationspunkt und dem Betrachter relativ groß. Wird dagegen ein in der räumlichen Szene relativ weit vorne liegendes Detail fixiert, so liegt auch der Fixationspunkt relativ nah am Betrachter.

Wegen der natürlichen Kopplung von Akkommodation und Kon­ vergenz des menschlichen visuellen Systems ist es - wie be­ reits eingangs erläutert - wünschenswert, daß das von den beiden Projektoren erzeugte stereoskopische Bild in einer durch den Fixationspunktes verlaufenden Abbildungsebene er­ zeugt wird. In diesem Fall ist die Entfernung zwischen dem Betrachter und dem Fixationspunkt gleich der Entfernung zwischem dem stereoskopischen Bild und dem Betrachter, so daß Akkommodationsentfernung und Konvergenzentfernung über­ einstimmen.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die beiden Au­ gen des Betrachters wegen ihres seitlichen Abstands eine unterschiedliche Entfernung zum Fixationspunkt aufweisen können, so daß auch die Akkommodationsentfernung der beiden Augen unterschiedlich ist. Bei der Bestimmung der Akkommo­ dationsentfernung des Betrachters wird deshalb vorzugsweise die Akkommodationsentfernung der beiden Augen gemittelt. Dies entspricht der Akkommodationsentfernung eines fikti­ ven, zwischen den beiden Augen des Betrachters gelegenen "Zyklopenauges".

Zur Erreichung des gewünschten Gleichlaufs von Akkommodati­ ons- und Konvergenzentfernung weist das erfindungsgemäße Bildwiedergabegerät deshalb eine mit der ersten Rechenein­ heit verbundene Fokussierungsvorrichtung auf, die die Bil­ der der beiden Projektoren in einer durch den Fixations­ punkt verlaufenden Abbildungsebene scharfstellt. Alle Punk­ te der räumlichen Szene werden unabhängig von ihrer räumli­ chen Tiefe auf diese Abbildungsebene scharf abgebildet. Die Fokussierungsvorrichtung verschiebt also die 2. Schärfen­ ebene so, daß der Fixationspunkt in der 2. Schärfenebene liegt und somit Akkommodationsentfernung und Konvergenzent­ fernung übereinstimmen.

Fixiert der Betrachter ein anderes Detail der dargestellten räumlichen Szene, so ändert sich auch die Blickrichtung der beiden Augen, was von der Detektionseinheit erkannt wird. Die erste Recheneinheit berechnet dann die neue Konvergen­ zentfernung und steuert die Fokussierungsvorrichtung ent­ sprechend an, um das steroskopische Bild im neuen Fixati­ onspunkt scharfzustellen.

Hierzu sind gemäß der Erfindung drei Möglichkeiten vorgese­ hen, die allein oder in Kombination genutzt werden können, um zunächst die Lage der 1. Schärfenebene und als Folge die Lage der 2. Schärfeneben zu verändern.

In einer Ausführungsform wird zur Verschiebung der 2. Schärfenebene der Projektor als Ganzes parallel zu sei­ ner optischen Achse verschoben. Die räumliche Lage der Pro­ jektorlinse relativ zum Lichtventil bliebt also unverän­ dert.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die räumliche Lage des Lichtventils relativ zur Projektorlinse verändert, indem das Lichtventil achsparallel relativ zur Projektorlinse verschoben wird.

Eine weitere Ausführungsform sieht schließlich vor, die Ab­ bildungsoptik relativ zum Projektor und zum Betrachter zu verschieben.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß bei einer Verschie­ bung der 2. Schärfenebene zur Anpassung von Akkommodations­ entfernung und Konvergenzentfernung das von den Projektoren erzeugte Bild entsprechend maßstäblich vergrößert bzw. ver­ kleinert werden muß, damit die Größe des Luftbildes in der 2. Schärfenebene gemessen am Sehwinkel unverändert bleibt.

Durch die Anpassung der Akkommodationsentfernung an die aus den Augenstellungen ermittelte Konvergenzentfernung erhält das Gehirn des Betrachters aus Akkommodation und Konver­ genzverhalten übereinstimmende Informationen über die Se­ hentfernung und die natürliche Kopplung von Akkommodation und Konvergenzverhalten kann sich widerspruchsfei entfal­ ten. Hierdurch werden vorteilhaft Irritationen wie bei­ spielsweise Kopfschmerzen oder visuelle Ermüdungserschei­ nungen vermieden.

Der Betrachter sieht jedoch nicht nur das fixierte Detail scharf, sondern auch andere Details. Wenn diese Details in der dargestellten Szene in einer anderen räumlichen Tiefe liegen, so nimmt der Betrachter ein störendes, scharf er­ scheinendes Doppelbild wahr.

Es ist deshalb wünschenswert, solche Details unscharf er­ scheinen zu lassen, die in einer anderen räumlichen Tiefe liegen als der Fixationspunkt, damit der störende Eindruck der Doppelbilder abgeschwächt wird.

Dies entspricht der natürlichen Wahrnehmung einer realen räumlichen Szene. Hierbei erscheint nur der Fixationspunkt sowie der Bereich ähnlicher räumlicher Tiefe scharf, wäh­ rend Details in anderer räumlicher Tiefe aufgrund der be­ grenzten Tiefenschärfe des Auges unscharf wahrgenommen wer­ den.

Das erfindungsgemäße Bildwiedergabegerät simuliert deshalb eine Tiefenunschärfe.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß die gewünschte Un­ schärfe abhängig ist von dem Tiefenabstand zwischen dem je­ weiligen Punkt und dem Fixationspunkt. Dieser Tiefenabstand ist gleich der Differenz zwischen dem Abstand zwischen Be­ trachter und Fixationspunkt - der Konvergenzentfernung - und dem Abstand des Punktes zum Betrachter.

Das erfindungsgemäße Bildwiedergabegerät weist deshalb eine zweite Recheneinheit auf, die für die durch den Bilddaten­ satz repräsentierten Punkte des 3-dimensionalen Szenemo­ dells die Entfernung des jeweiligen Punktes zum Betrachter berechnet. Als Eingangssignale erhält die zweite Rechenein­ heit hierzu die von der Detektionseinheit bestimmte Positi­ on der Augen sowie die Raumkoordinatenwerte des jeweiligen Punkts.

Darüberhinaus ist eine dritte Recheneinheit vorgesehen, die für jeden durch den Bilddatensatz repräsentierten Punkt des 3-dimensionalen Szenemodells aus den Ausgangssignalen der zweiten und dritten Recheneinheit einen Bildschärfewert be­ rechnet. Hierzu berechnet die dritte Recheneinheit für je­ den Punkt des Bilddatensatzes zunächst die Differenz zwi­ schen dem Abstand zum Betrachter und der Konvergenzentfer­ nung. Der Bildschärfewert eines Punkts hängt also von dem Tiefenabstand dieses Punkts zum Fixationspunkt in der Blickrichtung des "Zyklopenauges" ab. Liegt der Punkt in der Nähe des Fixationspunkts, so wird diesem Punkt ein gro­ ßer Bildschärfewert zugeordnet. Liegt der Punkt dagegen in einer anderen räumlichen Tiefe als der Fixationspunkt, so wird dem Punkt ein geringer Bildschärfewert zugeordnet.

Der Bilddatensatz sowie die Bildschärfewerte der einzelnen Punkte werden dann der Bildverarbeitungseinheit zugeführt, die aus dem Bilddatensatz die für das linke bzw. das rechte Auge des Betrachters bestimmten 2-dimensionalen Bilder be­ rechnet und dabei für jeden Punkt des Bilddatensatzes die Bildschärfe entsprechend dem jeweiligen Bildschärfewert herabsetzt.

Bei einem herkömmlichen autostereoskopischen Bildwiederga­ begerät können die für das linke bzw. rechte Auge bestimm­ ten Bilder von zwei Kameras aufgenommen werden, die eine räumliche Szene aus zwei gegeneinander versetzten Kame­ rastandorten zeigen. Die beiden Kameras bilden die räumli­ che Szene dabei entsprechend einer durch die Kamerageome­ trie und -anordnung bestimmten Abbildungsvorschrift ab.

Da die räumliche Szene hier nicht real, sondern als Bild­ datensatz vorliegt, müssen die für das linke bzw. rechte Auge bestimmten Bilder von der Bildverarbeitungseinheit entsprechend einer Abbildungsvorschrift berechnet werden. Diese Abbildungsvorschrift muß so gewählt werden, daß bei der Betrachtung des stereoskopischen Bildpaares einer gege­ benen Szene und bei der direkten Betrachtung derselben Sze­ ne bestimmte Übereinstimmungen in den Seheindrücken entste­ hen. Diese Übereinstimmungen müssen für jedes einzelne Auge erfüllt sein. Sie betreffen die Geometrie aller sichtbaren Objekte und die tiefenabhängige Unschärfe der retinalen Ab­ bilder der Szenenpunkte, wobei die Tiefe eines Szenenpunktes dessen Abstand zum Fixationspunkt in der Blickrichtung des "Zyklopenauges" ist.

Die Veränderung der Bildschärfe kann wahlweise vor der Be­ rechnung der für das linke bzw. rechte Auge bestimmten Bil­ der durch Änderung der Bildinformationswerte des Bilddaten­ satzes erfolgen oder bei der Berechnung des für das linke bzw. rechte Auge bestimmten Bildes durch Änderung der Ab­ bildungsvorschrift.

In einer Variante der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung setzt die Bildverarbeitungseinheit vor der Erzeu­ gung der für das linke bzw. rechte Auge bestimmten Bilder die Bildschärfe für alle Punkte des Bilddatensatzes ent­ sprechend dem jeweiligen Bildschärfewert herab. Dies kann beispielsweise mittels eines Ortsfrequenztiefpaßfilters ge­ schehen, das die Ortsfrequenzen des Bilddatensatzes einer Tiefpaßfilterung unterzieht. Hierdurch werden hohe Ortsfre­ quenzen abgeschwächt. Das Bild wirkt auf den Betrachter dann unschärfer. Die Ortsgrenzfrequenz hängt dabei von dem Bildschärfewert ab. In der Nähe des Fixationspunkts wird die Grenzfrequenz zweckmäßig so hoch gewählt, so daß die Schärfe in der Nähe des Fixationspunkts nicht verringert wird. Mit zunehmendem Abstand zum Fixationspunkt wird dann die Grenzfrequenz verringert, so daß Punkte in anderen Tie­ fenbereichen verschwommen erscheinen. Dies ist wünschens­ wert, da die Doppelbilder, die von Objekten in anderer räumlicher Tiefe herrühren, dann weniger scharf abgebildet werden und somit auch weniger störend in Erscheinung tre­ ten.

In einer anderen Variante der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung wird die Bildschärfe bei der Be­ rechnung der für das linke bzw. rechte Auge bestimmten Bilder aus dem Bilddatensatz verringert. Die Berechnung der für das linke bzw. rechte Auge des Betrachters bestimmten Bilder erfolgt in der Bildverarbeitungseinheit unter Beach­ tung der oben genannten Abbildungsvorschrift. Zur Erzeugung der tiefenabhängigen Unschärfe wird in dieser Variante bei der Abbildung des 3-dimensionalen Szenenmodells in die je­ weilige Bildebene für jeden Punkt des Szenenmodells eine dem oben genannten Bildschärfewert entsprechende 2- dimensionale Bildpunktverbreiterungsfunktion berücksich­ tigt. Hierzu weist die Bildverarbeitungseinheit eine vierte Recheneinheit auf, die den Bilddatensatz gemäß dem jeweili­ gen Bildschärfewert mit einer Bildpunktverbreiterungsfunk­ tion verknüpft.

Bei dem vorstehend beschriebenen stereoskopischen Bildwie­ dergabegerät erhält der Betrachter nur in einer bestimmten Position im Betrachterraum einen räumlichen Bildeindruck. In dieser Position bildet die Abbildungsoptik - Feldlinse oder Konkavspiegel - die Austrittspupille des einen Projek­ tors in das linke Auge und die Austrittspupille des anderen Projektors in das rechte Auge des Betrachters ab. Entfernt sich der Betrachter aus dieser Position, so geht der räum­ liche Bildeindruck verloren, so daß die Bewegungsfreinheit des Betrachters relativ eingeschränkt ist.

In einer vorteilhaften weiterbildenden Variante der Erfin­ dung von eigener schutzwürdiger Bedeutung ist deshalb eine Nachführvorrichtung vorgesehen, die mit der Detektionsein­ heit verbunden ist und bei einer Bewegung des Betrachters die Projektoren oder den Strahlengang der Projektoren der Bewegung des Betrachters nachführt.

Vorzugsweise sind die Projektoren in allen drei Raumrich­ tungen verschiebbar, um auch eine Bewegungsfreiheit des Betrachters in allen drei translatorischen Freiheitsgraden zu ermöglichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Variante weist die Nachführeinheit einen Positionierschlitten auf, auf dem die beiden Projektoren verschiebbar und/oder drehbar ange­ ordnet sind. Bei einer Bewegung des Betrachters werden die Projektoren dann auf dem Positionierschlitten so verscho­ ben, daß die Pupillen-Bilder der beiden Projektoren jeweils nur ein Auge des Betrachters erreichen, was Voraussetzung für einen räumlichen Bildeindruck ist.

In einer anderen Ausführungsform ist im Strahlengang der beiden Projektoren ein Spiegel angeordnet, der bei einer Bewegung des Betrachters verschoben und/oder gedreht wird, so daß - wie bei der Verschiebung der Projektoren - die für das linke bzw. rechte Auge bestimmten Bilder den beiden Au­ gen des Betrachters getrennt zugeführt werden.

In diesen Varianten der Erfindung hat der Betrachter zwar eine weitgehende Bewegungsfreiheit unter Aufrechterhaltung der räumlichen Bildwirkung, jedoch ist die Perspektive, aus der der Betrachter die räumliche Szene sieht, stets die gleiche. Dies widerspricht der normalen Erfahrung, nach der eine Positionsänderung stets auch eine Änderung der Per­ spektive bewirkt.

In einer weiterbildenden Ausführungsform dieser Variante von eigener schutzwürdiger Bedeutung ist deshalb vorgese­ hen, bei einer Bewegung des Betrachters nicht nur die Pro­ jektoren der Bewegung des Betrachters nachzuführen, sondern auch die Perspektive entsprechend der Betrachterposition anzupassen.

Die Perspektiven der für das linke und rechte Auge bestimm­ ten Bilder ergeben sich eindeutig aus der Position des Be­ trachters. Diese beiden Bilder werden zuvor von der Bild­ verarbeitungseinheit aus dem 3-dimensionalen Szenenmodell berechnet. Hierzu berechnet die Bildverarbeitungseinheit - wie bereits zuvor erläutert - eine optische Abbildung des 3-dimensionalen Szenenmodells auf das linke bzw. rechte Bild.

Die Bildverarbeitungseinheit ist deshalb in dieser Ausfüh­ rungsform der Erfindung mit der Detektionseinheit verbunden und erhält somit eine Information über die Position der Au­ gen des Betrachters. In Abhängigkeit von der Position des Betrachters bestimmt die Bildverarbeitungseinheit die rich­ tige Perspektive für die rechnerische Abbildung des Szenen­ modells auf das linke bzw. rechte Bild. Bewegt sich der Be­ trachter beispielsweise zur Seite, so wird das Szenenbild mehr von der Seite gezeigt. Auf diese Weise können alle Punkte des Szenenmodells, die bei dessen Erzeugung rekon­ struiert wurden, aus jeder beliebigen, an die Position des Betrachters angepaßten Perspektive dargestellt werden.

Die vorstehend beschriebenen Varianten der Erfindung ermög­ lichen vorteilhaft die Darstellung eines stereoskopischen Bildes mit einer räumlichen Bildwirkung, wobei eine Normal­ sichtigkeit des Betrachters angenommen wird. Viele Menschen weisen jedoch eine Fehlsichtigkeit auf, die sich darin äu­ ßert, daß entweder Gegenstände in geringer Entfernung (Weitsichtigkeit) oder in großer Entfernung (Kurzsichtig­ keit) nicht scharf gesehen werden können.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung ist deshalb vorgesehen, die Fehl­ sichtigkeit des Betrachters bei der Betrachtung des stereoskopischen Bildes durch das Bildwiedergabegerät auszuglei­ chen.

Die Fokussierungsvorrichtung fokussiert die für das linke bzw. rechte Auge bestimmten Bilder deshalb nicht in der Konvergenzentfernung zum Betrachter, sondern entsprechend einem vorgegebenen, die Fehlsichtigkeit des Betrachters wiedergebenden Korrekturwert in einer anderen Entfernung. Die 2. Schärfenebene läuft in diesem Fall also nicht exakt durch den Fixationspunkt.

Der Betrachter kann dann beispielsweise an einem Schiebe­ regler den Korrekturwert einstellen. Die Fokussierungsvor­ richtung verschiebt dann automatisch die 2. Schärfenebene entsprechend der Fehlsichtigkeit des Betrachters.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zei­ gen:

Fig. 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ein autostereoskopisches Bildwiedergabegerät als Blockschaltbild,

Fig. 2 den Strahlengang zwischen dem Betrachter und einem Projektor des in Fig. 1 gezeigten Bildwiedergabe­ geräts detailliert mit Konstruktionslinien sowie

Fig. 3 den Strahlengang vor den beiden Projektoren des in Fig. 1 dargestellten Bildwiedergabegerätes eben­ falls detailliert mit Konstruktionslinien.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt ein er­ findungsgemäßes autostereoskopisches Bildwiedergabegerät 5 zur Darstellung von Bildern mit einer räumlichen Bildwir­ kung ohne Hilfsmittel, wie beispielsweise Polarisations­ brillen.

Zur Erzeugung einer räumlichen Bildwirkung müssen den bei­ den Augen A_L, A_R des Betrachters - wie bereits eingangs er­ läutert - unterschiedliche Bilder zugeführt werden, die die darzustellende räumliche Szene aus verschiedenen, vorzugs­ weise um den Augenabstand gegeneinander versetzten Kame­ rastandorten zeigen.

Dem eigentlichen Bildwiedergabegerät 5 sind deshalb zwei Kameras 6.1, 6.2 vorgeschaltet, die nebeneinander angeord­ net sind und somit entsprechend der natürlichen Sehweise des Menschen ein für das linke Auge A_L und ein für das rechte Auge A_R des Betrachters bestimmtes Bild liefern. Diese beiden Bilder werden am Ausgang der beiden Kameras 6.1, 6.2 digital ausgegeben und in jeweils einen Zwischen­ speicher 7.1, 7.2 geschrieben.

Aus diesen Zwischenspeichern 7.1, 7.2 liest eine Bildanaly­ seeinheit 8 die von den beiden Kameras 6.1, 6.2 aufgenomme­ nen 2-dimensionalen Bilder aus und rekonstruiert daraus die Tiefeninformation der in den beiden Bildern dargestellten räumlichen Szene.

Hierzu sucht die Bildanalyseeinheit 8 zu jedem Bildpunkt des einen Bildes den korrespondierenden Bildpunkt in dem anderen Bild. Als korrespondierend bezeichnet man diejeni­ gen Bildpunkte im linken bzw. rechten Bild, die dasselbe Detail der räumlichen Szene darstellen. Hierzu wendet die Bildanalyseeinheit Korrelationsverfahren an, die die Ähn­ lichkeit von Bildmustern in den beiden Bildern untersuchen. Soll beispielsweise zu einem bestimmten Punkt im linken Bild der korrespondierende Punkt im rechten Bild bestimmt werden, so selektiert die Bildanalyseeinheit zunächst im linken Bild einen Bildbereich, der den vorgegebenen Bild­ punkt umgibt. Im rechten Bild wird dann der Bildbereich ge­ sucht, der optimal mit dem selektierten Bildbereich des linken Bildes korreliert. Der korrespondierende Bildpunkt im rechten Bild liegt dann in der Mitte dieses Bildberei­ ches.

Aus dem Abstand zwischen korrespondierenden Punkten im lin­ ken und rechten Bild berechnet die Bildanalyseeinheit 8 dann die räumliche Tiefe des zugehörigen Details der räum­ lichen Szene. Auf diese Weise wird ein 3-dimensionales Sze­ nenmodell berechnet, das für jeden bei der Aufnahme sicht­ baren Punkt der räumlichen Szene die Raumkoordinatenwerte X, Y, Z sowie einen Luminanzwert L und einen Chrominanzwert C beinhaltet. Das digitalisierte Strukturbild wird dann in ein Speicherelement 9 des Bildwiedergabegerätes 5 geschrie­ ben.

Weiterhin weist das Bildwiedergabegerät 5 eine Bildverar­ beitungseinheit 10 auf, die aus dem 3-dimensionalen Szenen­ modell jeweils ein 2-dimensionales Bild für das linke bzw. rechte Auge A_L, A_R des Betrachters berechnet und in jeweils einem Zwischenspeicher 15.1, 15.2 zwischenspeichert.

Zur Wiedergabe des für das linke bzw. rechte Auge des Be­ trachters bestimmten Bildes weist das Bildwiedergabegerät 5 zwei Projektoren 4.1, 4.2 auf, die auf einem Positionier­ schlitten 11 verschiebbar angeordnet sind.

Die beiden Projektoren 4.1, 4.2 projizieren das für das linke Auge A_L bzw. rechte Auge A_R des Betrachters bestimmte Bild auf eine Fresnel-Linse FL, die die Austrittspupille des einen Projektors 4.1 in das linke Auge A_L des Betrach­ ters abbildet und entsprechend die Austrittspupille des anderen Projektors 4.2 in das rechte Auge A_R des Betrachters. Der Betrachter nimmt deshalb mit jedem Auge A_L, A_R jeweils nur das für dieses Auge bestimmte Bild wahr und kann somit einen räumlichen Bildeindruck erhalten.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß der Betrachter sei­ nen Standort so wählt, daß die Austrittspupillen der beiden Projektoren 4.1, 4.2 jeweils in ein Auge abgebildet werden. Nur dann erhält der Betrachter einen räumlichen Bildein­ druck. Entfernt sich der Betrachter bei unveränderter Ein­ stellung des Bildwiedergabegeräts 5 von diesem Standort, so nimmt er die für das rechte Auge A_R bzw. linke Auge A_L be­ stimmten Bilder nicht mehr getrennt war und erhält somit auch keinen räumlichen Bildeindruck.

Das Bildwiedergabegerät 5 führt deshalb bei einer Bewegung des Betrachters die Bilder der Austrittspupillen dem Be­ trachter nach, so daß dieser unabhängig vom seinem Standort einen räumlichen Bildeindruck erhält.

Hierzu weist das Bildwiedergabegerät 5 eine Detektionsein­ heit 12 auf, die die Position P₁, P₂ der beiden Augen A_L, A_R des Betrachters ermittelt und ein entsprechendes Signal an eine Nachführeinheit 13 weiterleitet. Diese Nachführeinheit 13 berechnet aus der Position P₁, P₂ der Augen A_L, A_R des Betrachters die erforderliche Position der Projektoren 4.1, 4.2 und steuert den Positionierschlitten 11 entsprechend an, der eine Verschiebung der Projektoren 4.1, 4.2 in bis zu drei translatorischen Freiheitsgraden ermöglicht. Auf diese Weise befinden sich die beiden Projektoren 4.1, 4.2 stets in der Position relativ zur Fresnel-Linse FL, die er­ forderlich ist, um die Austrittspupillen der beiden Projek­ toren 4.1, 4.2 getrennt in jeweils ein Auge A_L bzw. A_R des Betrachters abzubilden.

Weiterhin gibt die Detektionseinheit 12 der Bildverarbei­ tungseinheit 10 eine Information P₁, P₂ über die Position des Betrachters. Die Bildverarbeitungseinheit 10 berechnet dann das für das linke bzw. rechte Auge bestimmte Bild in Abhängigkeit von der Position des Betrachters. Die Ansicht, die der Betrachter von der räumlichen Szene erhält, hängt also von der Position des Betrachters ab. Bewegt sich der Betrachter beispielsweise zur Seite, so ändert sich auch die Ansicht und der Betrachter sieht die räumliche Szene entsprechend mehr von der Seite.

Darüberhinaus ermittelt die Detektionseinheit 12 die Blick­ richtungen n₁, n₂ der beiden Augen A_L, A_R des Betrachters und gibt diese Information zusammen mit den Positionen P₁, P₂ der beiden Augen A_L, A_R an eine erste Recheneinheit 1 weiter, die daraus die Konvergenzentfernung KE berechnet. Die Konvergenzentfernung KE ist - wie bereits zuvor erläu­ tert - die Entfernung zwischen dem Betrachter und dem Schnittpunkt der Blicklinien der beiden Augen A_L, A_R des Betrachters.

Das Gehirn des Betrachters erhält - wie bereits zuvor er­ läutert - Informationen über die Sehentfernung zum einen aus dem Konvergenzverhalten und zum anderen aus dem Akkom­ modationsverhalten der Augen A_L, A_R. Damit diese Informa­ tionen übereinstimmen ist es wünschenswert, die Akkommoda­ tionsentfernung an die Konvergenzentfernung KE anzupassen. Diese Anpassung ist ebenfalls wünschenswert, um die natür­ liche Kopplung von Akkommodation und Konvergenzverhalten zu widerspruchsfreien Einstellungen zu führen.

Die Akkommodationsentfernung ist gleich dem Abstand zwi­ schen dem Betrachter und den von dem Bildwiedergabegerät 5 erzeugten Luftbildern. Durch Fokussierung der Projektoren 4.1, 4.2 können diese Luftbilder in der räumlichen Tiefe verschoben werden.

Das Bildwiedergabegerät 5 weist deshalb eine Fokussierungs­ vorrichtung 14 auf, die mit der ersten Recheneinheit 1 ver­ bunden ist und die Projektoren 4.1, 4.2 in Abhängigkeit von der gemessenen Konvergenzentfernung KE so fokussiert, das die von den beiden Projektoren 4.1, 4.2 erzeugten Luftbil­ der in der Konvergenzentfernung KE zum Betrachter erschei­ nen. Akkommodationsentfernung und Konvergenzentfernung KE stimmen dann überein, was ein weitgehend ermüdungsarmes Be­ trachten des stereoskopischen Bildes ermöglicht.

Bei der Betrachtung des stereoskopischen Bildes tritt das Problem auf, daß alle Details der räumlichen Szene unabhän­ gig von ihrer räumlichen Tiefe in einer Abbildungsebene, also in weitgehend einheitlicher Entfernung zum Betrachter dargestellt werden. Dies hat zur Folge, daß solche Details der Szene, die in einer von der Konvergenzentfernung KE we­ sentlich abweichenden räumlichen Tiefe liegen, als scharfe und deshalb störende Doppelbilder erscheinen.

Das Bildwiedergabegerät 5 verringert deshalb die Bildschär­ fe für solche Details der räumlichen Szene, die in einer wesentlich anderen räumlichen Tiefe liegen als der vom Be­ trachter fixierte Punkt.

Hierzu wird für jeden Punkt der räumlichen Szene zunächst mit einer zweiten Recheneinheit 2 der Abstand D dieses Punktes zum Betrachter berechnet. Hierzu wertet die zweite Recheneinheit 2 die von der Detektionseinheit 12 ermittelte Position P₁, P₂ der beiden Augen A_L, A_R des Betrachters aus, sowie die in dem Speicherelement 9 abgelegten Raumkoordina­ tenwerte X, Y, Z der einzelnen Punkte des Szenenmodells.

Dieser Abstand D sowie die von der ersten Recheneinheit 1 ermittelte Konvergenzentfernung KE wird einer dritten Re­ cheneinheit 3 zugeführt, die daraus einen Bildschärfewert S berechnet, der die gewünschte Bildschärfe des jeweiligen Bildpunkts bestimmt. Die Bildschärfe eines Punktes muß - wie bereits zuvor erläutert - von dem Tiefenabstand des Punktes zum Fixationspunkts abhängen. Dieser Tiefenabstand ist gleich der Differenz zwischen der Konvergenzentfernung KE und dem Abstand D des Punktes zum Betrachter. Die dritte Recheneinheit 3 berechnet deshalb für jeden Punkt zunächst den Absolutwert der Differenz zwischen dem Abstand D dieses Punktes zum Betrachter und der Konvergenzentfernung KE. Je­ dem Wert dieses Tiefenabstandes ordnet die dritte Rechen­ einheit 3 dann einen Bildschärfewert S zu, der die für die­ sen Bildpunkt gewünschte Bildschärfe bestimmt. Kleinen Wer­ ten des Tiefenabstandes wird dabei ein hoher Bildschärfe­ wert S zugeordnet, während großen Werten des Tiefenabstan­ des entsprechend ein geringer Bildschärfewert S zugeordnet wird.

Der von der dritten Recheneinheit 3 ermittelte Bildschärfe­ wert S wird dann der Bildverarbeitungseinheit 10 zugeführt, die bei der rechnerischen Abbildung des 3-dimensionalen Szenenmodells auf die 2-dimensionalen Bilder für das linke Auge A_L bzw. rechte Auge A_R die einzelnen Punkte des 3- dimensionalen Szenenmodells entsprechend dem Bildschärfe­ wert S mehr oder weniger scharf abbildet.

Bei der Betrachtung des steroskopischen Bildes erscheinen deshalb nur solche Details scharf, deren Entfernung zum Be­ trachter im wesentlichen gleich der Konvergenzentfernung KE ist. Details in einer wesentlich anderen Entfernung er­ scheinen hingegen unscharf. Dies ist vorteilhaft, da diese Details dem Betrachter bei scharfer Abbildung als Doppelbilder erscheinen würden, so daß die Unschärfe den stören­ den Eindruck der Doppelbilder abschwächt.

Dies entspricht der natürlichen Betrachtung einer realen räumlichen Szene. Hierbei erscheinen Details der Szene in einer vom Fixationspunkt wesentlich abweichenden räumlichen Tiefe aufgrund der begrenzten Tiefenschärfe des menschli­ chen Auges ebenfalls unscharf.

Fig. 2 verdeutlicht den Strahlengang vor den beiden Pro­ jektoren detailliert mit den Konstruktionslinien zur Kon­ struktion der optischen Bilder, wobei zur Wahrung der Über­ sichtlichkeit lediglich die von einem Projektor ausgehenden Strahlen dargestellt sind.

Auf der linken Seite ist die Projektorlinse PL mit den Brennpunkten -F1 und F1 sowie der Hauptebene H1 darge­ stellt. In der Bildmitte ist die Fresnel-Linse FL mit den Brennpunkten -F2 und F2 sowie der Hauptebene H2 zu sehen.

Die Austrittspupille AP des Projektors wird von der Fres­ nel-Linse FL in den Betrachterraum abgebildet. Das Bild AP' der Austrittspupille AP liegt hierbei im Bereich des Auges A des Betrachters.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß nahezu die gesamte Fresnel-Linse FL für den Betrachter ausgeleuchtet er­ scheint. Der Betrachter sieht also bei der Betrachtung der Fresnel-Linse FL stets Licht aus dem Projektor, unabhängig davon, durch welchen Punkt der Fresnel-Linse FL die Blick­ linie des Betrachters verläuft. Die Leuchtdichte in der je­ weiligen Betrachtungsrichtung bestimmt dabei den Bildin­ halt.

Weiterhin ist das Lichtventil LV des Projektors in der Po­ sition a dargestellt. Der Inhalt dieses Lichtventils LV wird zunächst von der Projektorlinse PL in der 1. Schärfe­ nebene a' als Luftbild scharf abgebildet. Die Fresnel-Linse FL bildet dann das in der 1. Schärfenebene a' liegende Luftbild auf die 2. Schärfenebene a" ab. Auf diese Ebene akkommodiert der Betrachter.

So wird beispielsweise der Punkt P in der Ebene a des Lichtventils LV zunächst von der Projektorlinse PL auf den Punkt P' in der 1. Schärfenebene abgebildet. Anschließend bildet dann die Fresnel-Linse FL den Punkt P' auf den Punkt P" in der 2. Schärfenebene a" ab.

Die Akkommodationsentfernung ist also gleich dem Abstand der 2. Schärfenebene a" zum Betrachter. Die räumliche Lage der 2. Schärfenebene a" ist wiederum abhängig von der Ab­ bildungsgeometrie, also den Abständen zwischen Lichtventil LV, Projektorlinse PL und Fresnel-Linse FL. Durch Verschie­ bung des Lichtventils LV, der Projektorlinse PL oder des kompletten Projektors kann deshalb die Akkommodationsent­ fernung auf nahezu jeden beliebigen Wert eingestellt wer­ den, der größer ist als der Abstand des Brennpunkts F2 der Fresnel-Linse FL vom Betrachter.

Fig. 3 zeigt schließlich den Strahlenverlauf vor den bei­ den Projektoren des Bildwiedergabegeräts.

Auf der linken Seite sind die beiden Projektorlinsen darge­ stellt, die nebeneinander angeordnet sind und deshalb eine gemeinsame Hauptebene H1 aufweisen.

Vor den Projektorlinsen ist mittig zwischen den optischen Achsen der beiden Projektorlinsen die Fresnel-Linse mit der Hauptebene H2 angeordnet, die die Austrittspupillen AP_L bzw. AP_R der beiden Projektorlinsen in den Betrachterraum abbildet. Das Bild AP_L' der Austrittspupille AP_L liegt hier­ bei im Bereich des linken Auge A_L des Betrachters und das Bild AP_R' der Austrittspupille AP_R im Bereich des rechten Auge A_R des Betrachters. Die Fresnel-Linse bildet die Aus­ trittspupillen der beiden Projektoren also getrennt auf je­ weils ein Auge ab. Die von den beiden Projektoren erzeugten Bilder werden den beiden Augen A_L, A_R also getrennt zuge­ führt, was eine räumliche Bildwirkung ermöglicht.

Weiterhin sind die Lichtventile LV_L, LV_R der beiden Projek­ toren in der Ebene a dargestellt. Der Inhalt der Lichtven­ tile LV_L, LV_R wird zunächst von den Projektorlinsen in der 1. Schärfenebene a' als Luftbild scharf abgebildet. Dieses Luftbild wird dann von der Fresnel-Linse in die 2. Schärfenebene a" abgebildet, auf die der Betrachter ak­ kommodiert. Die räumliche Lage der 2. Schärfenebene a" be­ stimmt also - wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 2 erläutert - die Akkommodationsentfernung.

So wird beispielsweise der Punkt P1_L des linken Bildes in der Ebene a des Lichtventils LV_L zunächst von der Projek­ torlinse auf den Punkt P1' in der 1. Schärfenebene a' und anschließend von der Fresnel-Linse auf den Punkt P1" in der 2. Schärfenebene a" abgebildet. Entsprechend wird der kor­ respondierende Punkt P1_R des rechten Bildes zunächst von der Projektorlinse auf den Punkt P1' in der 1. Schärfenebene a' und anschließend von der Fresnel-Linse auf den Punkt P1" in der 2. Schärfenebene a" abgebildet. Die beiden korrespon­ dierenden Punkte P1_L und P1_R werden also auf denselben Punkt P1' in der 1. Schärfenebene a' und demzufolge auch auf denselben Punkt P1" in der 2. Schärfenebene a" abgebildet, der somit der Fixationspunkt ist. Dies ist auch daran zu erkennen, daß sich die Blicklinien des Betrachters im Punkt P₁" schneiden.

Weiterhin ist der Strahlengang für einen weiteren Punkt dargestellt, der in der räumlichen Szene in einer anderen räumlichen Tiefe liegt.

Der zu diesem Punkt gehörende Bildpunkt P2_L im linken Bild wird zunächst von der Projektorlinse auf den Punkt P2_L' in der 1. Schärfenebene a' und anschließend von der Fresnel- Linse auf den Punkt P2_L" in der 2. Schärfenebene a" abge­ bildet. Entsprechend wird der korrespondierende Punkt P2_R des rechten Bildes zunächst von der Projektorlinse auf den Punkt P2_R' in der 1. Schärfenebene a und anschließend von der Fresnel-Linse auf den Punkt P2_R" in der 2. Schärfen­ ebene a" abgebildet.

Die vom Betrachter wahrgenommenen Luftbilder P2_L" bzw. P2_R" dieses Punktes fallen also im Gegensatz zum Fixationspunkt in der 2. Schärfenebene a" nicht zusammen und erscheinen somit als Doppelbilder.

Das stört jedoch nicht, da das erfindungsgemäße Bildwieder­ gabegerät für diese Punkte wegen ihrer vom Fixationspunkt abweichenden räumlichen Tiefe die Bildschärfe herabsetzt, so daß die Doppelbilder unscharf erscheinen.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbei­ spiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (13)

1. Autostereoskopisches Bildwiedergabegerät (5) mit
einem ersten Projektor (4.1) zur Projektion eines für das linke Auge (A_L) eines Betrachters bestimmten Bildes und ei­ nem zweiten Projektor (4.2) zur Projektion eines für das rechte Auge (A_R) des Betrachters bestimmten Bildes,
einer im Strahlengang der beiden Projektoren (4.1, 4.2) an­ geordneten Abbildungsoptik (FL) zur Bündelung des vom er­ sten Projektor (4.1) ausgehenden Lichts im linken Auge (A_L) und des vom zweiten Projektor (4.2) ausgehenden Lichts im rechten Auge (A_R) des Betrachters,
einer Detektionseinheit (12) zur Bestimmung der Blickrich­ tung (n₁, n₂) und der Position der beiden Augen (A_L, A_R) des Betrachters,
einer mit der Detektionseinheit (12) verbundenen ersten Re­ cheneinheit (1) zur Berechnung der Konvergenzentfernung (KE) aus der Blickrichtung (n₁, n₂) und der Position (P₁, P₂) der beiden Augen (A_L, A_R),
einer mit der ersten Recheneinheit (1) verbundenen Fokus­ sierungsvorrichtung (14) zur Fokussierung der beiden Bilder im wesentlichen in der Konvergenzentfernung (KE) zum Be­ trachter,
gekennzeichnet durch
einen Eingang zur Aufnahme eines eine räumliche Szene re­ präsentierenden Bilddatensatzes, der für eine Vielzahl von Punkten der Szene deren Raumkoordinatenwerte (X, Y, Z) so­ wie Bildinformationswerte (L, C) enthält,
eine zweite Recheneinheit (2) zur Berechnung eines den Ab­ stand der einzelnen Punkte zum Betrachter wiedergebenden Abstandswerts (D) aus den Raumkoordinatenwerten (X, Y, Z) der Punkte und der von der Detektionseinheit (12) bestimm­ ten Position (P₁, P₂) der Augen (A_L, A_R) des Betrachters,
eine dritte Recheneinheit (3) zur Berechnung eines Bild­ schärfewerts (S) für die Punkte des Bilddatensatzes aus der Differenz zwischen dem von der zweiten Recheneinheit (2) bestimmten Abstandswert (D) und der von der ersten Rechen­ einheit (1) berechneten Konvergenzentfernung (KE),
eine Bildverarbeitungseinheit (10) zur Berechnung des für das linke Auge (A_L) bestimmten Bildes und des für das rech­ te Auge (A_R) bestimmten Bildes entsprechend einer vorgege­ benen Perspektive aus dem Bilddatensatz mit einer für die einzelnen Punkte entsprechend dem jeweiligen Bildschärfe­ wert (S) verringerten Bildschärfe.

2. Bildwiedergabegerät (5) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dritte Recheneinheit (3) derart aus­ gebildet ist, daß der Bildschärfewert (S) eine monoton fal­ lende Funktion des Absolutwerts der Differenz zwischen dem Abstandswert (D) und der Konvergenzentfernung (KE) ist.

3. Bildwiedergabegerät (5) nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (FL) eine Feldlinse aufweist.

4. Bildwiedergabegerät (5) nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Feldlinse als Fresnel-Linse ausge­ führt ist.

5. Bildwiedergabegerät (5) nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik einen Konkav­ spiegel aufweist.

6. Bildwiedergabegerät (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungs­ vorrichtung (14) einen Stellantrieb aufweist zur Verschie­ bung der Projektoren (4.1, 4.2) und/oder der Lichtventile (LV_L, LV_R) der Projektoren und/oder der Abbildungsoptik (FL).

7. Bildwiedergabegerät (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang ein mit der dritten Recheneinheit (3) verbundener Tiefpaßfilter nachgeschaltet ist zur Filterung der Ortsfrequenzen der Punkte des Bilddatensatzes mit einer von dem Bildschärfe­ wert (S) des jeweiligen Punktes abhängigen Ortsgrenzfre­ quenz zur Simulation einer Tiefenunschärfe in den berechne­ ten Bildern.

8. Bildwiedergabegerät (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbei­ tungseinheit (10) eine vierte Recheneinheit aufweist zur Verbreiterung der einzelnen Bildpunkte in den für jeweils ein Auge bestimmten Bildern durch Verknüpfung des Bild­ datensatzes mit einer Bildpunktverbreiterungsfunktion gemäß dem Bildschärfewert (S).

9. Bildwiedergabegerät (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der Detektionsein­ heit (12) verbundene Nachführvorrichtung (13, 11) zur Posi­ tionsänderung der Projektoren (4.1, 4.2) und/oder des Strahlenganges der Projektoren (4.1, 4.2) mittels minde­ stens eines Umlenkspiegels bei einer Bewegung des Betrach­ ters in Abhängigkeit von der durch die Detektionseinheit (12) bestimmten Position der Augen (A_L, A_R) des Betrach­ ters.

10. Bildwiedergabegerät (5) nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nachführvorrichtung (13) einen Posi­ tionierschlitten (11) aufweist, auf dem die beiden Projek­ toren (4.1, 4.2) verschiebbar und/oder drehbar angeordnet sind.

11. Bildwiedergabegerät (5) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungs­ einheit (10) mit der Detektionseinheit (12) verbunden und derart ausgebildet ist, daß die Perspektive des für das linke Auge (A_L) und des für das rechte Auge (A_R) des Be­ trachters bestimmten Bildes auch bei einer Bewegung des Be­ trachters an die von der Detektionseinheit (12) bestimmte Position (P₁, P₂) des Betrachters angepaßt ist.

12. Bildwiedergabegerät (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungs­ vorrichtung (14) zur Kompensation einer Fehlsichtigkeit des Betrachters derart ausgebildet ist, daß die beiden Bilder entsprechend einem die Fehlsichtigkeit wiedergebenden Kor­ rekturwert in einer von der Konvergenzentfernung (KE) ab­ weichenden Entfernung zum Betrachter scharfgestellt sind.

13. Bildwiedergabegerät (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bilddatensatz Luminanzwerte (L) und/oder Chrominanzwerte (C) und/oder Transparenzwerte enthält.