DE19823846C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder unter Verwendung des Zeilensprungverfahrens mit einer Kameraeinrichtung mit Abbildungsoptik und zwei CCD (Charged-Coupled-Device)-Matrizen und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.

Bei der Aufnahme von dreidimensionalen Videobildern wird vorzugsweise von der im zeitlichen Wechsel erfolgenden halbbildweisen Abtastung nach dem Zeilensprungverfahren gemäß dem CCIR-Standard Gebrauch gemacht. Das kann sowohl elektro-optisch als auch mittels zweier Kameras geschehen.

Die Erzeugung der für das linke und das rechte Auge bestimmten Bilder erfolgt bei den elektro-optischen Lösungen dadurch, daß in den getrennten optischen Strahlengängen angeordnete elektro-optische Ventile im Takt des Halbbildwechsels geschaltet werden. Der über Strahlteiler vereinigte Strahlengang wird einer einzigen Kamera zugeführt, die ein übliches Videosignal liefert, wobei das eine Halbbild dem linken Auge und das andere Halbbild dem rechten Auge entspricht. Nachteilig an diesen Verfahren sind die Lichtschwächung und Farbverfälschungen durch die Polarisation und Flüssigkristallschalter sowie Baugröße und Blickwinkelbeschränkungen infolge der Notwendigkeit von Spiegeln und Strahlteilern in den gegenstandsseitigen Strahlengängen.

Lösungen mit zwei getrennten Kameras vermeiden die Nachteile der elektro-optischen Lösungen, haben jedoch den Nachteil, daß die Signale beider Kameras nur dann synchron sind, und zwar halbbildgenau, wenn es sich um die aufwendigeren, extern synchronisierbaren, Gen-Lock-fähigen Kameras handelt. Auch die Reduzierung auf einen einzigen Synchrongenerator, wie in der DE 36 23 576 A1 beschrieben, erfordert immer noch Kameras, die extern erzeugte Synchronimpulse entgegennehmen können und die deshalb genlockfähig sein müssen und aufwendiger sind als Kameras ohne diese geforderte Eigenschaft.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung/ein Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder der eingangs genannten Art anzugeben, die einen einfachen, kompakten Aufbau ermöglicht bzw. das eine wirtschaftliche Herstellung gewährleistet und bei der/dem ein externer Synchronisieraufwand vollständig entfällt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruchs 4 gegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß an eine Kamerasteuerung nicht eine einzige, sondern zwei identische CCD-Matrizen völlig parallel angeschlossen sind und damit zwangsläufig alle Versorgungsspannungen und Steuersignale beiden CCD- Matrizen parallel und streng gleichzeitig zugeführt werden.

Lediglich der Ausgang jeder der beiden CCD-Matrizen wird erfindungsgemäß der Kamerasteuerung nicht parallelgeschaltet zugeführt, sondern über einen Umschalter, wodurch sichergestellt wird, daß zur gleichen Zeit immer nur ein einziger Ausgang von einer der beiden CCD-Matrizen mit der Kamerasteuerung verbunden ist. Von der Stellung des Umschalters ist es abhängig, von welcher der beiden zur Auswahl stehenden CCD-Matrizen das augenblicklich gelieferte Ausgangssignal herrührt.

Die beiden CCD-Matrizen sollen so angeordnet sein, daß auf die eine Matrize das dem linken Auge entsprechende Bild und auf die andere Matrize das dem rechten Auge entsprechende Bild durch je eine Optik abgebildet wird. Die Betätigung des Umschalters bewirkt also, daß die Kamerasteuerung wahlweise entweder das dem linken oder das dem rechten Auge entsprechende Bildsignal erhält.

Die Betätigung des Umschalters erfolgt in den Dunkelpausen eines Halbbildwechsels, die im CCIR-Standard vorhanden sind. Um jede Verwechselungsmöglichkeit zwischen den Signalen für linkes und rechtes Auge auszuschließen, wird das sich aus dem Standard ergebende Unterscheidungsmal für geradzahlige bzw. ungeradzahlige Zeilen, das sogenannte Odd-Even- Signal, als Bedingung für die Steuerung zur Betätigung des Umschalters eingeführt.

Die Anzahl der Umschaltungen pro Sekunde ist abhängig von dem eingesetzten Fernsehsystem und kann z. B. 50, 60 oder 100 Umschaltungen pro Sekunde betragen.

Die Vorteile liegen in der Einsparung einer vollständigen Kamerasteuerung, wobei die verbleibende Kamerasteuerung von einfachster Art sein kann, da die Notwendigkeit der Gen- Lock-Fähigkeit entfällt, was bei Farbkameras zusammen mil der eingesparten Kamerasteuerung durchaus ein Kostenfaktor bildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Aufnahme dreidimensionaler Bilder enthält zwei Aufnahmekanäle, und zwar einen linken Kanal a und einen rechten Kanal b. Der linke Kanal a besteht aus dem Kamerakopf 1a, in dem eine Abbildungsoptik 2a und eine CCD-Matrix 3a enthalten sind. Der rechte Kanal b besteht aus dem Kamerakopf 1b, in dem eine Abbildungsoptik 2b und eine CCD-Matrix 3b enthalten sind.

Sowohl die Abbildungsoptiken 2a und 2b als auch die CCD-Matrizen 3a und 3b sind einander in allen entscheidenden Eigenschaften innerhalb enger Toleranzen gleich. Bei den Abbildungsoptiken gehören zu den entscheidenden Eigenschaften die Brennweite und die Lichtstärke, bei den CCD-Matrizen gehören zu den entscheidenden Eigenschaften die Größe, die Pixelanzahl, die Empfindlichkeit, die Versorgungsspannungen und das Taktregime.

Sämtliche Ein- und Ausgänge 4a und 4b der beiden CCD-Matrizen 3a und 3b werden mit Ausnahme der Signalausgänge 5a und 5b je paarweise miteinander verbunden, wie in Fig. 1 dargestellt. Von jedem der miteinander verbundenen Ein- und Ausgangspaare führt eine Leitung zu demjenigen Kontakt 4 der Kamerasteuerung 6, zu dem er auch führen würde, wenn nur eine einzelne CCD-Matrix an der Kamerasteuerung betrieben würde.

Die Signalausgänge 5a und 5b werden mit den Eingängen einer Umschalteinrichtung 8 verbunden, deren Mittelpunkt an den Signaleingang 12 der Kamerasteuerung 6 führt, an den der Signalausgang auch führen würde, wenn nur eine einzelne CCD-Matrix an der Kamerasteuerung betrieben würde.

Die Umschalteinrichtung 8 wird von einer Ansteuerung 7 betrieben, die von der Kamerasteuerung 6 als Steuerungssignal das Odd-Even-Signal erhält, oder Ansteuerung 7 enthält eine Schaltung zur Separierung des Odd-Even-Signals aus dem Videosignal, z. B. den Video-Synch-Separator LM 1881 von National Semiconductur, so daß die Umschalteinrichtung 8 unverwechselbar halbbildgenau die jeweilige CCU-Matrix 3a oder 3b mit dem Signaleingang 12 der Kamerasteuerung G verbindet, wobei der Umschaltzeitpunkt in die Phase der Dunkeltastung, die es bei jedem Halbbildwechsel gibt, gelegt wird. Diese unverwechselbare halbbildgenaue Umschaltung soll als seitenrichtige Zuordnung bezeichnet werden.

Die Kamerasteuerung 6 komplettiert die zeitgeschachtelten Bildsignale, die von den Ausgängen 5a und 5b über die Umschalteinrichtung 8 kommen, zu einem normgerechten Videosignal mit horizontalen und vertikalen Synchronimpulsen, Farbbursts, Dunkeltastung bei Zeilenrücklauf und Bildrücklauf sowie Odd-Even-Kennung.

In einer Ausgestaltung der Erfindung, von der Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt sind, erfolgt die Verbindung der Signalausgänge 5a und 5b mit den Eingängen der Umschalteinrichtung 8 über RCL-Glieder 8a und 8b, damit die Potentialverhältnisse an der jeweils leerlaufenden CCD-Matrix erhalten werden, gleichzeitig aber das Übersprechen minimiert wird. Besonders zweckmäßig ist diese Ausgestaltung, wenn die Umschalteinrichtung ein Reed-Relais ist, was in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist.

Der Vollständigkeit halber soll der weitere Signalverlauf bis zur visuellen Darstellung skizziert werden.

Das komplettierte Videosignal kann von einem normalen Videorecorder 9 aufgezeichnet und wiedergegeben werden. Zur optischen Wiedergabe dient ein Fernsehgerät 11. Den dreidimensionalen räumlich-plastischen Eindruck erhält man, wenn man das Bild auf dem Fernsehgerät 11 durch eine Shutterbrille betrachtet, die an eine Brillensteuerung 10 angeschlossen ist, deren Steuersignale zwecks halbbildsynchronem Wechsel der Durchsichtigkeit bzw. Undurchsichtigkeit der beiden Brillengläser aus dem Videosignal durch Impulsseparierung erzeugt werden. Für den Fall, daß das Fernsehgerät 11 eine Halbbildfrequenz von 100 Hz hat, was zur Beseitigung des Bildflimmerns zu empfehlen ist, muß die Brillensteuerung 10 eine Schaltung zur Frequenzverdoppelung enthalten.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder unter Verwendung des Zeilensprungverfahrens mit - einer Kameraeinrichtung (1a, 1b) mit Abbildungsoptik (2a, 2b) und zwei CCD/Charged-Couplec-Device)-Matrizen (3a, 3b), dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine einzige Kamerasteuerung (6) vorhanden ist,
• - die beiden CCD-Matrizen (3a, 3b) durch Parallelschaltung ihre sämtlichen Steuersignale und Versorgungsspannungen von der einzigen Kamerasteuerung (6) erhalten und
• - eine von der Kamerasteuerung (6) gesteuerte Umschalteinrichtung (8) vorhanden ist, die die Umschaltung der beiden Ausgänge (5a, 5b) der CCD-Matrizen (3a, 3b) abwechselnd auf den Eingang (12) der Kamerasteuerung (6) bewirkt, wobei die Umschaltung zwischen den beiden Ausgängen (5a, 5b) in der Austastlücke nach jedem Halbbild und in seitenrichtiger Zuordnung zwischen geradzahligen und ungeradzahligen Halbbildern erfolgt.

2. Vorrichtung und Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Umschalteinrichtung (8) ein Reed-Relais aufweist und die Umschaltung zwischen den die Bildinformation tragenden Ausgängen (5a, 5b) der CCD- Matrizen (3a, 3b) mit dem Reed-Relais erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Zuführung der Ausgänge (5a, 5b) der CCD-Matrizen (3a, 3b) zu den Umschaltkontakten des Reed-Relais über R-C-L-Glieder (8a, 8b) erfolgt.

4. Verfähren zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder unter Verwendung des Zeilensprungverfahrens mit einer Kameraeinrichtung (1a, 1b) mit Abbildungsoptik (2a, 2b) und zwei CCD-Matrizen (3a, 3b), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - die beiden CCD-Matrizen (3a, 3b) erhalten durch Parallelschaltung ihre sämtlichen Steuersignale und Versorgungsspannungen von einer einzigen Kamerasteuerung (6),
• - die beiden Ausgänge (5a, 5b) der CCD-Matrizen (3a, 3b) werden abwechselnd mittels einer von der Kamerasteuerung (6) gesteuerten Umschalteinrichtung (8) mit dem Eingang (12) der Kamerasteuerung (6) verbunden und
• - die Umschaltung zwischen den beiden Ausgängen (5a, 5b) erfolgt in der Austastlücke nach dem Halbbild und in seitenrichtiger Zuordnung zwischen geradzahligen und ungeradzahligen Halbbildern