DE19833528A1 - Vorrichtung zur Erzeugung farbiger dreidimensionaler Bilder - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Erzeugung farbiger, dreidimensionaler Bilder mit einem Bildgenerator, mit dem zwei Teilbilder jeweils mit aus Farbkomponenten zusammengesetzten Bildpunkten erzeugbar sind, mit einer mit dem Bildgenerator verbundenen Teilbildmischeinheit, mit der die Teilbilder in einer alternierenden Abfolge von den jeweiligen Teilbildern zugehörigen, aus den Farbkomponenten der Bildpunkte zusammengesetzten Teilbildstreifen mit jeweils unterschiedlichen Farbkomponenten ineinander verschachtelbar sind, und mit einer der Teilbildmischeinheit nachgeordneten, von den ineinander verschachtelten Teilbildern beaufschlagbaren Bildwiedergabeeinheit, mit der die Bildpunkte der Teilbildstreifen jedes Teilbildes in ein zugeordnetes Auge eines Beobachters abbildbar ist, ist vorgesehen, daß die Teilbildmischeinheit (5) dazu eingerichtet ist, jeweils nur eine Farbkomponente (18) jedes Teilbildstreifens (17) so zu verschachteln, daß die selektierten einzelnen Farbkomponenten (18) benachbarter Teilbildstreifen (17) eines Teilbildes (14, 15) mit der Bildwiedergabeeinheit (6) in dem zugeordneten Auge zusammenfallend abbildbar sind. Dadurch lassen sich beispielsweise Luminanzkanten im Rahmen der Ortsauflösung der Bildwiedergabeeinheit weitestgehend originalgetreu wiedergeben, da der Intensitätsverlauf im wesentlichen exakt reproduzierbar wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Er­ zeugung farbiger, dreidimensionaler Bilder mit einem Bildgenerator, mit dem ein erstes Teilbild und ein zweites Teilbild jeweils mit einer Anzahl von aus Farbkomponenten zusammengesetzten Bild­ punkten erzeugbar sind, mit einer mit dem Bild­ generator verbundenen Teilbildmischeinheit, mit der die Teilbilder in einer alternierenden Abfolge von dem ersten Teilbild beziehungsweise dem zweiten Teilbild zugehörigen, aus den Farbkomponenten der Bildpunkte zusammengesetzten Teilbildstreifen mit jeweils unterschiedlichen Farbkomponenten in­ einander verschachtelbar sind, und mit einer der Teilbildmischeinheit nachgeordneten, von den in­ einander verschachtelten Teilbildern beaufschlag­ baren Bildwiedergabeeinheit, mit der die Bildpunkte der Teilbildstreifen jedes Teilbildes in ein zu­ geordnetes Auge eines Beobachters abbildbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Artikel "3-D displays: A review of current technologies" von S. Pastoor und M. Wöpking, erschienen bei Elsevier Sience B.V. in der Zeitschrift Displays 17 (1997), Seiten 100 bis 110, bekannt. Bei der vorbekannten Vorrichtung werden alle Farbkomponenten von jeweils einem Teilbild zugeordneten Teilbildstreifen so ineinander verschachtelt, daß mit einer Bildwieder­ gabeeinheit jedes Teilbild in ein zugeordnetes Auge eines Betrachters abgebildet wird, so daß ein farbiger dreidimensionaler Bildeindruck entsteht. Obwohl diese Vorrichtung im Hinblick auf eine Er­ zeugung von farbigen dreidimensionalen Bildern zufriedenstellend arbeitet, weist sie in Nachteil auf, daß aufgrund der für eine farbrichtige drei­ dimensionale Wiedergabe notwendigen Verschachtelung der Farbkomponenten der Teilbildstreifen bei gegebener Ortsauflösung der Bildwiedergabeeinheit eine Verringerung der Ortsauflösung eintritt, die sich beispielsweise durch bei genauerer Betrachtung gestuften Kanten manifestiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die sich bei gegebener Ortsauflösung der Bild­ wiedergabeeinheit durch eine hohe Ortsauflösung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß daß die Teilbildmischeinheit dazu eingerichtet ist, jeweils nur eine Farbkomponente jedes Teil­ bildstreifens so zu verschachteln, daß die selek­ tierten einzelnen Farbkomponenten benachbarter Teilbildstreifen eines Teilbildes mit der Bild­ wiedergabeeinheit in dem zugeordneten Auge zu­ sammenfallend abbildbar sind.

Dadurch, daß nunmehr lediglich eine einzige Farb­ komponente pro Teilbildstreifen zur Wiedergabe des jeweiligen gesamten Teilbildes verwendet wird, ist die Ortsauflösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der eingangs erwähnten gattungsgemäßen Vorrichtung bei gleicher Ortsauflösung der bei­ spielsweise als Standardbauteil ausgeführten Bild­ wiedergabeeinheit um das Dreifache erhöht, ohne daß eine nur aufwendig zu realisierende, höher orts­ auflösende Bildwiedergabeeinheit notwendig wäre.

Zweckmäßigerweise ist ein Farbkomponentengenerator vorgesehen, mit dem die Intensitäten von an Luminanzkanten gelegenen Farbkomponenten so ein­ stellbar sind, daß eine im wesentlichen farb­ richtige Wiedergabe der entsprechenden Bildpunkte erfolgt. Dadurch werden eventuelle Farb­ verschiebungen im Bereich von Luminanzkanten kom­ pensiert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Bild­ generator über ein Interpolationsmodul verfügt, mit dem für jedes Teilbild durch Interpolation zwischen zwei Urbildpunkten zwei Zusatzbildpunkte mit zu­ gehörigen Farbkomponenten berechenbar sind. Dadurch lassen sich mit Bildaufnahmemitteln mit an die Ortsauflösung der Bildwiedergabeeinheit angepaßter Ortsauflösung generierte Teilbilder ohne Verlust an Ortsauflösung oder Bildqualität für einen Be­ trachter in einfacher Weise expandieren.

Bei anderen Ausgestaltungen ist vorgesehen, daß der Bildgenerator über Bildaufnahmemittel verfügt, die eine höhere Ortsauflösung als die Bildwiedergabe­ einheit aufweist. Dadurch ist sichergestellt, daß durch die Verwerfung von Farbkomponenten der Bild­ punkte keine Verschlechterung der Ortsauflösung für den Beobachter eintritt.

Weiterhin ist es im Hinblick auf eine Kompati­ bilität mit herkömmlicher Technik zweckmäßig, daß jeder Bildpunkt als Farbkomponenten eine Rot­ komponente, eine Blaukomponente und eine Grün­ komponente aufweist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nach­ folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Blockschaltbild ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung mit einer Teil­ bildmischeinheit und einer Bildwieder­ gabefläche,

Fig. 2 in einer anschaulichen Darstellung die Funktionsweise der Teilbildmischeinheit gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in einer anschaulichen Darstellung einen Ausschnitt aus der Bildwiedergabefläche gemäß Fig. 1 und Fig. 2 im Bereich einer Luminanzkante und

Fig. 4 in einer anschaulichen Darstellung zu Erläuterungszwecken einen Ausschnitt aus einer in herkömmlicher Weise mit in­ einander verschachtelten Teilbildern be­ aufschlagten Bildwiedergabefläche im Bereich einer Luminanzkante.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verfügt über einen Bildgenerator 1, mit dem zu Zwecken der Wiedergabe eines farbigen dreidimen­ sionalen Bildes ein erstes Teilbild beispielsweise als Rechtsbild und ein zweites Teilbild beispiels­ weise als Linksbild einer stereoskopischen Aufnahme einer Realszene oder einer rechnerischen Wiedergabe einer virtuellen Szene generierbar sind. Die Teil­ bilder sind aus einzelnen Bildpunkten aufgebaut, wobei jeder Bildpunkt aus einer Anzahl von Farb­ komponenten, beispielsweise aus einer Rotkompo­ nente, einer Grünkomponente und einer Blaukompo­ nente gemäß einer sogenannten RGB-Darstellung, zusammengesetzt ist.

Das erste Teilbild beziehungsweise das zweite Teil­ bild sind über eine erste Teilbildverbindung 2 beziehungsweise über eine zweite Teilbildverbindung 3 einem Farbkomponentengenerator 4 einspeisbar, mit dem in einer weiter unten näher erläuterten Weise die Intensität von Farbkomponenten einzelner Bild­ punkte der Teilbilder modifizierbar ist.

Die mittels des Farbkomponentengenerators 4 unter Umständen modifizierten Teilbilder sind über weitere Teilbildverbindungen 2, 3 einer Teilbild­ mischeinheit 5 zuführbar, mit der in einer weiter unten näher erläuterten Weise die Teilbilder in einer alternierenden Abfolge von dem ersten Teil­ bild beziehungsweise dem zweiten Teilbild zu­ gehörigen, aus den Farbkomponenten der Bildpunkte zusammengesetzten Teilbildstreifen mit jeweils unterschiedlichen Farbkomponenten ineinander ver­ schachtelbar sind.

Der Teilbildmischeinheit 5 ist eine Bildwiedergabe­ einheit 6 nachgeordnet, die über eine beispiels­ weise als Flüssigkristallbildschirm ausgeführte Bildwiedergabefläche 7 verfügt. Die einzelnen, mittels der Teilbildmischeinheit 5 ineinander ver­ schachtelten Teilbildstreifen sind über Teilbild­ segmentverbindungen 8 der Bildwiedergabefläche 7 zuführbar, auf der sie mit ihren Farbkomponenten verschachtelt in Streifenabschnitten 9 sichtbar werden. Weiterhin verfügt die Bildwiedergabeeinheit 6 über eine beispielsweise als Linsenrasterplatte ausgeführte Strahlselektionseinheit 10, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen der Bildwiedergabefläche 7 und einem ersten Auge 11 beziehungsweise einem zweiten Auge 12 eines Beobachters 13 angeordnet ist. Mit der Strahl­ selektionseinheit 10 sind die dem ersten Teilbild zugeordneten Farbkomponenten der Teilbildstreifen in das erste Auge 11 und die dem zweiten Teilbild zugeordneten Farbkomponenten der Teilbildstreifen in das zweite Auge 12 des Beobachters 13 abbildbar, so daß für den Beobachter 13 ein dreidimensionaler sowie farbiger Bildeindruck entsteht.

Fig. 2 zeigt in einer anschaulichen Darstellung die Funktionsweise der Teilbildmischeinheit 5 gemäß Fig. 1. In der Teilbildmischeinheit 5 sind das erste Teilbild 14 und das zweite Teilbild 15 als aus Bildpunkten 16 zusammengesetzte Teilbild­ streifen 17 in zugeordneten Speicherbereichen ab­ speicherbar. Dabei wird in Fig. 2 mit "I" das erste Teilbild 14 und mit "II" das zweite Teilbild 15 indiziert. Jeder Teilbildstreifen 17 des ersten Teilbildes 14 beziehungsweise des zweiten Teil­ bildes 15 ist in Fig. 2 mit einer arabischen Ziffer beginnend mit "1", "2", "3" bis einer gewissen natürlichen Zahl "N" beziffert. Jeder Bildpunkt 16 ist aus einer Anzahl von Farbkomponenten 18, bei­ spielsweise wie bei der den Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten RGB-Darstellung aus einer Rotkomponente, einer Blaukomponente sowie einer Grünkomponente, zusammengesetzt, die in der Nomenklatur gemäß Fig. 2 mit "R", "B" beziehungsweise "G" bezeichnet sind. Somit bezeichnet beispielsweise die Angabe "I1R" die Rotkomponente eines Bildpunktes 16 des ersten Teilbildstreifens 17 des ersten Teilbildes 14, die Angabe "I2B" die Blaukomponente eines Bildpunktes 16 des zweiten Teilbildstreifens 17 des ersten Teilbildes 14 oder die Angabe "II2G" die Grün­ komponente eines Bildpunktes 16 des zweiten Teil­ bildstreifens 17 des zweiten Teilbildes 15.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist vor­ gesehen, daß der Bildgenerator 1 über ein Inter­ polationsmodul verfügt, mit dem für jedes Teilbild 14, 15 durch Interpolation zwischen zwei durch Bildaufnahmemittel mit einer der Ortsauflösung der Bildwiedergabeeinheit 6 entsprechenden Orts­ auflösung aufgenommenen Bildpunkten, sogenannten Urbildpunkten, zwei weitere Bildpunkte, sogenannte Zusatzbildpunkte, mit zugehörigen Farbkomponenten berechenbar sind. Dadurch lassen sich mit Bild­ aufnahmemitteln mit an die Ortsauflösung der Bild­ wiedergabeeinheit 6 angepaßter Ortsauflösung gene­ rierte Teilbilder 14, 15 ohne Verlust an Orts­ auflösung oder Bildqualität für einen Betrachter 13 in einfacher Weise expandieren.

Mit der Teilbildmischeinheit 5 sind unter Ver­ wendung der oben eingeführten Nomenklatur die Teil­ bildstreifen 17 der Teilbilder 14, 15 mit ihren Farbkomponenten 18 wie nachfolgend beschrieben auf der Bildwiedergabefläche 7 ineinander verschachtel­ bar. Dabei sind durch unterschiedliche Füllungen der Streifenabschnitte 9 die verschiedenen Farb­ komponenten 18, nämlich die mit "R" bezeichnete Rotkomponente, die mit "B" bezeichneten Blau­ komponente und die mit "G" bezeichnete Grün­ komponente angedeutet. Die Rotkomponente I1R des ersten Teilbildstreifens 17 des ersten Teilbildes 14 liegt in der Darstellung gemäß Fig. 2 links neben der Grünkomponente II1G des ersten Teilbild­ streifens 17 des zweiten Teilbildes 15. Rechts neben der Grünkomponente II1G des ersten Teilbild­ streifens 17 des zweiten Teilbildes 15 liegt die Blaukomponente I2B des zweiten Teilbildstreifens 17 des ersten Teilbildes 14, an die sich rechts die Rotkomponente II2R des zweiten Teilbildstreifens 17 des zweiten Teilbildes 15 anschließt. Rechts neben der Rotkomponente II2R des zweiten Teilbild­ streifens 17 des zweiten Teilbildes 15 ist die Grünkomponente I3G des dritten Teilbildstreifens 17 des ersten Teilbildes 14 angeordnet, neben der rechts die Blaukomponente II3B des dritten Teil­ bildstreifens 17 des zweiten Teilbildes 15 an­ geordnet ist.

Diese Verschachtelung der verschiedenen Farb­ komponenten der Teilbildstreifen 17 der Teilbilder 14, 15 wird bis zu den Teilbildstreifen 17 mit der höchsten Ordnungszahl N fortgesetzt, bis unter Verwendung von jeweils nur einer Farbkomponente eines Teilbildstreifens 17 unter Beachtung der Maßgabe, daß jeweils die einen farbrichtigen Bild­ eindruck hervorrufenden Farbkomponenten von Teil­ bildstreifen 17 eines Teilbildes 14, 15 zur Pro­ jektion in ein Auge 11, 12 des Beobachters 13 über­ nächst benachbart angeordnet sind, sämtliche Teil­ bildstreifen 17 der Teilbilder 14, 15 mit ihren entsprechenden Farbkomponenten 18 auf der Bild­ wiedergabefläche 7 ineinander verschachtelt sind.

Fig. 3 zeigt in einer anschaulichen Darstellung einen Ausschnitt aus der Bildwiedergabefläche 7 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 im Bereich einer dar­ zustellenden Luminanzkante 19, die schräg zu den Streifenabschnitten 9 beziehungsweise Teilbild­ streifen 17 verläuft und helle Bildbereiche von dunklen Bildbereichen trennt. Dabei sei zu Er­ läuterungszwecken angenommen, daß weiß gefüllte Bildpunkte 16 mit einer Intensität beaufschlagt sind, während die in der Darstellung gemäß Fig. 3 oberhalb der Luminanzkante 19 gelegenen, mit den Füllungen für die verschiedenen Farbkomponenten 18 belegten Bildpunkte 16 dunkel sind. Durch die Ver­ wendung jeweils nur einer Farbkomponente 18 eines Teilbildstreifens 17 sowie der ortstreuen Lage der einzelnen Teilbildstreifen 17 jedes Teilbildes 14, 15 läßt sich der Verlauf der Luminanzkante 19 im Rahmen der die Ortsauflösung mitbestimmenden Größe der Bildpunkte 16 mit maximaler Ausnutzung der Ortsauflösung der Bildwiedergabeeinheit 6 drei­ dimensional weitestgehend originalgetreu repro­ duzieren.

Fig. 4 zeigt zur Verdeutlichung der Unterschiede zu der eingangs in dem Artikel in der Zeitschrift Displays erwähnten Vorrichtung in einer anschau­ lichen Darstellung einen Ausschnitt aus einer Bild­ wiedergabefläche 7 im Bereich einer Luminanzkante 19. Bei der herkömmlichen Betriebsweise sind alle unter Verwendung der oben eingeführten Nomenklatur beispielsweise mit I1R, I1B, I1G, I2R, I2B, I2G und so weiter beziehungsweise mit II1G, II1R, II1B, II2G, II2R, II2B und so weiter bezeichneten Farb­ komponenten 18 der Teilbildstreifen 17 eines Teil­ bildes 14, 15 jeweils als übernächste Nachbarn ineinander verschachtelt, so daß sich zwar eine farbrichtige Wiedergabe im Bereich der Luminanz­ kante 19, jedoch gegenüber der anhand Fig. 2 und Fig. 3 erläuterten Betriebsweise mit einem deutlich gestuften Verlauf bei reduzierter Ortsauflösung ergibt.

Um bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen die Gefahr einer gewissen Farbverschiebung im Bereich von Luminanzkanten 19 zu vermeiden, ist der Farb­ komponentengenerator 4 vorgesehen. Mit dem Farb­ komponentengenerator 4 sind die Intensitäten von im Bereich von Luminanzkanten 19 gelegenen Bildpunkten 16 durch Erhöhung oder Erniedrigung so modifizier­ bar, daß sich unter Verschiebung der Farborte eine farbrichtige Wiedergabe ergibt. Aufgrund der ge­ änderten Flächenanteile der Farbkomponenten 18 gegenüber einer Wiedergabe gemäß Fig. 4 sind bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel die Inten­ sitäten der Rotkomponenten in den mit I1R und I4R bezeichneten Teilbildstreifen 17 des ersten Teil­ bildes 14 sowie der Grünkomponenten in den mit II1G und II4G bezeichneten Teilbildstreifen 17 des zweiten Teilbildes 15 in Bildpunkten 16 im Bereich der Luminanzkante 19 erhöht, während die Inten­ sitäten der Grünkomponenten in den mit I3G und I6G bezeichneten Teilbildstreifen 17 des ersten Teil­ bildes 14 sowie der Blaukomponenten in den mit II3B und II6B bezeichneten Teilbildstreifen 17 des zweiten Teilbildes 15 in Bildpunkten 16 im Bereich der Luminanzkante 19 erniedrigt sind.

Die Korrektur der Intensitäten der Rotkomponenten und Grünkomponenten bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise gemäß folgenden Vorschriften vorgenommen:

G_korr = G (1-c_G tan (α)

und

R_korr = R (1+c_R tan (α)),

wobei G_korr beziehungsweise R_korr für die korrigier­ ten Grünkomponenten beziehungsweise Rotkomponenten, G beziehungsweise R für die unkorrigierten Grün­ komponenten beziehungsweise Rotkomponente, c_G be­ ziehungsweise c_R für wahrnehmungsabhängige Korrek­ turkonstanten, die aus psychooptischen Kalibrier­ versuchen mit einer Vielzahl von Testpersonen mit Optimierung auf die geringste wahrnehmbare Farb­ verfälschung bestimmt worden sind, und α für den Steigungswinkel der farbrichtig wiederzugebenden Luminanzkante 19 stehen. Die Bestimmung der Steigungswinkel α von Luminanzkanten 19 erfolgt dabei durch rechnerische Bildauswerteverfahren.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Erzeugung farbiger, drei­ dimensionaler Bilder mit einem Bild­ generator, mit dem ein erstes Teilbild und ein zweites Teilbild jeweils mit einer An­ zahl von aus Farbkomponenten zusammen­ gesetzten Bildpunkten erzeugbar sind, mit einer mit dem Bildgenerator verbundenen Teilbildmischeinheit, mit der die Teil­ bilder in einer alternierenden Abfolge von dem ersten Teilbild beziehungsweise dem zweiten Teilbild zugehörigen, aus den Farb­ komponenten der Bildpunkte zusammen­ gesetzten Teilbildstreifen mit jeweils unterschiedlichen Farbkomponenten in­ einander verschachtelbar sind, und mit einer der Teilbildmischeinheit nach­ geordneten, von den ineinander ver­ schachtelten Teilbildern beaufschlagbaren Bildwiedergabeeinheit, mit der die Bild­ punkte der Teilbildstreifen jedes Teil­ bildes in ein zugeordnetes Auge (11, 12) eines Beobachters (13) abbildbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Teilbild­ mischeinheit (5) dazu eingerichtet ist, jeweils nur eine Farbkomponente (18) jedes Teilbildstreifens (17) so zu verschachteln, daß die selektierten einzelnen Farb­ komponenten (18) benachbarter Teilbild­ streifen (17) eines Teilbildes (14, 15) mit der Bildwiedergabeeinheit (6) in dem zu­ geordneten Auge (11, 12) zusammenfallend abbildbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Farbkomponenten­ generator (4) vorgesehen ist, mit dem die Intensitäten von an Luminanzkanten (19) gelegenen Farbkomponenten (18) so einstell­ bar sind, daß eine im wesentlichen farb­ richtige Wiedergabe der entsprechenden Bildpunkte (16) erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgenerator (1) über ein Interpolationsmodul verfügt, mit dem für jedes Teilbild (14, 15) durch Interpolation zwischen zwei Urbildpunkten zwei Zusatzbildpunkte mit zugehörigen Farb­ komponenten (18) berechenbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgenerator (1) über Bildaufnahmemittel verfügt, die eine höhere Ortsauflösung als die Bildwieder­ gabeeinheit (6) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bild­ punkt (16) als Farbkomponenten (18) eine Rotkomponente, eine Blaukomponente und eine Grünkomponente aufweist.