DE19836886A1

DE19836886A1 - Verfahren zur autostereoskopischen Bild-, Film- und Fernsehaufnahme- und -wiedergabe durch Multi-Apertur-Multiplexing

Info

Publication number: DE19836886A1
Application number: DE19836886A
Authority: DE
Inventors: Dieter Just; Hartmut Runge
Original assignee: Dieter Just; Hartmut Runge
Current assignee: SETRED AS, NO
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: DE19836886C2

Abstract

Herkömmliche autostereoskopische Verfahren, bei denen ein zeitliches Perspektivenmultiplexing mit Hilfe einer bewegten Apertur durchgeführt wird, benötigen hohe Bildwiederholraten und haben eine geringe Helligkeit. Das neue Verfahren beseitigt diese Mängel durch das simultane Öffnen von mehreren Aperturen. Hinter diesen Aperturen werden zeitgleich auf einem normalen Bildwiedergabegerät, z. B. eines Monitors, geeignete Bildkomposite, die sich aus mehreren Perspektiven zusammensetzen, gezeigt. Die erforderlichen Bildwiederholraten sind im Verhältnis zur Anzahl der simultan geöffneten Aperturen reduziert, während sich die Bildhelligkeit proportional dazu erhöht. DOLLAR A Das Verfahren eignet sich für alle Anwendungen, bei denen die Visualisierung und Manipulation von dreidimensionalen Objekten vorteilhaft ist. Insbesondere in der Medizintechnik, in der Animation und bei Videospielen, beim computerunterstützten Design (z. B. CAD or CAM) etc. Dabei sind für den oder die Betrachter keinerlei Hilfsmittel, wie z. B. Brillen, erforderlich.

Description

Bei der hier beschriebenen Erfindung handelt es sich um ein autosteroskopisches Wiedergabegerät, das es ermöglicht Bild-, Film-, und Fernsehbilder so aufzunehmen und darzustellen, daß ein dreidimensionaler Eindruck entsteht. Der oder die Betrachter nehmen die dargestellten Gegenstände und Szenen in derselben Weise visuell wahr, als wenn sich diese Objekte in der Realität vor ihnen befinden würden. Die entsprechenden Bild-, Film -, oder Fernsehbilder können durch die Aufnahme natürlicher Szenen mittels Kameras erzeugt werden oder auch vollständig computer-generiert sein. Neben einer speziellen optischen Vorrichtung ist noch eine Bildprozessierung notwendig, um das für die 3D-Darstellung erforderliche Bild abzuleiten. Das Verfahren eignet sich für Standbilder genauso wie für bewegte Szenen, und gewährleistet eine perfekte Grauton- oder Farbwiedergabe. Es bestehen keine prinzipiellen Beschränkungen für die Größe der Darstellungen.

Das hier beschriebene Verfahren erlaubt eine autostereoskopische Bildaufnahme und Wiedergabe, die durch folgende Punkte gekennzeichnet ist:

1. In jeder Beobachterposition innerhalb eines definierten Bereiches nimmt ein Beobachter die dargestellten Objekte stereoskopisch wahr. Da Stereoskopie zu den stärksten visuellen Wahrnehmungsfaktoren gehört, haben die Beobachter den Eindruck ein reales Objekt vor sich wahrzunehmen.
2. Mit Ändern der Beobachtungsposition, erfolgt auch eine entsprechende Änderung des wahrgenommenen Objektes, wobei der stereoskopische Eindruck erhalten bleibt. Man kann also um ein Objekt "herumschauen" und beispielsweise Details wahrnehmen, die aus der ursprünglichen Beobachtungsposition nicht sichtbar waren. Diese Eigenschaft ist vom Betrachten von Hologrammen bekannt, konnte bisher aber nicht elektronisch realisiert werden.

Dieses sogenannte "autostereoskopische" Sehen ist der Mensch von seiner natürlichen Wahrnehmung gewöhnt, da sich die Augenpupillen im allgemeinen immer leicht bewegen und damit verbundene Änderungen der Beobachtungsposition (Perspektive) auftreten. Rein stereoskopische Bildwiedergabe, wo immer nur dieselben zwei Beobachtungsperspektiven gesehen werden (z. B. mit Hilfe einer Polarisation- oder Shutterbrille), wird bei längerer Betrachtung als unnatürlich empfunden und führt bei vielen Betrachtern sogar nach einiger Zeit zu Unwohlsein.

An Vorschlägen für autosteroskopische Verfahren mangelt es nicht, die hier jedoch nicht alle gewürdigt werden können. Eine systematische Darstellung von Verfahren der 3D-Darstellung findet sich in Ref. 1 (Takanori Okoshi, Three-Dimensional Imaging Techniques, Academic Press, 1976).

Ref. 2/3/4/5/6/ verweisen auf die Patente und Veröffentlichungen für autosteroskopische Verfahren, die nach unserer Recherche den gegenwärtigen Stand der Technik charakterisieren. In der einen oder anderen Weise haben jedoch alle diese Verfahren Nachteile, die deren praktische Umsetzung für die meisten Anwendungen nicht zuläßt:

Collender (Robert B. Collander, 3-D Television, Movies, and Computer Graphics without Glasses, IEEE Trans. Consumer Electronics, Vol. CE-32(1), Febr. 1986) hat als einer der Ersten, das Time- Multiplexing von Perspektiven vorgeschlagen. Sein System arbeitet im Projektionsmode und verwendet einen speziellen Projektionsschirm mit einer integrierten Fresnellinse. Unterhalb des Schirms beimden sich ein oder mehrere Projektoren, die relativ zum Schirm eine Rotationsbewegung ausführen. Die mechanische Ausführung und die speziellen Eigenschaften des Projektionsschirms beschränken den möglichen Einsatz eines solchen Systems.

Eichenlaub beschreibt in Ref. 3 (Jesse B. Eichenlaub, Three dimensional imaging system, U. S. Patent 4367486, Jan. 1983) und Ref. 4 (Jesse B. Eichenlaub, Autostereoscopic display with illuminating lines and light valve, European Patent EP 0316465 A1, May 1989) ein Verfahren, in dem das Multiplexen von Perspektiven durch eine spezielle Anordnung von Lichtquellen und eines sich davor befindlichen Lichtmodulators realisiert wird. Das System zeichnet sich insbesondere durch sein kompaktes Design aus. Jedoch haben die heute verfügbaren Lichtmodulatoren nicht die benötigte Bandbreite für die Darstellung einer größeren Anzahl von Perspektiven.

Meacham hat in Ref. 5 (G. B. Kirby Meacham, Autostereoscopic displays - past and future, SPIE Vol. 624, Advances in Display Technology VI, 1986) eine Weiterentwicklung des Collender Verfahrens vorgenommen, das ebenfalls ein kompaktes Design erlaubt. In seinem System muß die Perspektivinformation, durch Dunkelbereiche getrennt werden, was effektiv die Bildauflösung einschränkt und auch das Design verkompliziert.

Travis beschreibt in Ref. 6 (Adrian Robert Travis, Colour Autostereoscopic Display, International Publication Number WO 95/14353, May 1995) eine Methode, die der von Eichenlaub sehr ähnlich ist. Jedoch wird das Design so umgestaltet, daß der Gebrauch des Lichtmodulators zur Perspektivenbildmodulation umgangen wird. Dies wird durch ein kompliziertes System von optischen Komponenten erreicht.

Ein weiteres Verfahren, daß den Anforderungen an ein perfektes autossteroskopisches Display sehr nahe kommt, ist in Ref. 7 (D. Just und H. Rurige, Patent DE 41 23 895 A1, 1994) beschrieben. Es beruht auf der Verwendung eines optischen Verschlusses, im Folgenden "Apertur" genannt (praktisch wird meistens eine Schlitzapertur verwendet), die sich in einem geeigneten Abstand vor einem Monitor bewegt. Der Monitor ist derart modifiziert, daß er mit einer höheren Bildwiedergaberate arbeitet, als es für die normale Bild- und Fersehwiedergabe erforderlich ist. Bei der Bewegung der Apertur kann es sich um eine echte mechanische Bewegung handeln oder um die Pseudobewegung einer elektro-optisch kontrollierbaren Apertur. Für praktische Systeme werden wahrscheinlich nur elektro-optische Verschlüsse (im folgenden als "Shutter" bezeichnet) in Frage kommen, für die es eine Reihe von verschiedenen Technologien gibt. Gegenwärtig sind ferroelektrische Flüssigkristalle in Hinblick auf Schaltzeiten und verfügbare Größe die geeignetesten Shutter. Durch Herabsetzung der Bildwiederholraten, wie es durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht wird, kommen auch andere Flüssigkristalle in Frage, z. B. die Doppel-Pi Zelle. Außerdem eignen sich auch elektro-optische Kristalle, z. B. KTP, zur Verwendung als Shutter. Diese Kristalle können heute mit Seitenlängen von 50 cm in sehr kurzer Zeit gezüchtet werden.

Unabhängig von der praktischen Realisierung des Shutters werden synchron mit der Aperturbewegung auf dem Monitor Perspektivdarstellungen gezeigt, die von den geometrischen Zentren der Aperturpositionen, z. B. mittels einer Kamera, aufgenommen wurden. Bewegt sich die Apertur schnell genug über die Bildschirmfläche, so wird die Bewegung von einem Betrachter nicht mehr aufgelöst und die Perspektivdarstellungen verschmelzen zu einer dreidimensionalen Wahrnehmung. Wir bezeichnen dieses Verfahren im Folgenden als das Einfach-Apertur Verfahren, da immer nur eine einzelne Apertur zu jedem Zeitpunkt geöffnet ist.

Insbesondere ist das Einfach-Apertur Verfahren durch folgende Eigenschaften ausgezeichnet:

- Es gibt keine Beschränkung durch Beobachtungszonen, wie man sie bei fast allen anderen autosteroskopischen Verfahren findet. Der Beobachter kann sich völlig frei seitlich und/oder vor- und zurück bewegen, ohne den autosteroskopischen Eindruck zu verlieren. Nur in extremen Beobachtungspositionen, die aber praktisch völlig irrelevant sind, z. B. bei sehr großen oder kleinen Beobachtungsabständen oder in extremen Seitenpositionen, kann es zu Qualitätseinbußen kommen. Die beschriebene Eigenschaft impliziert bereits, daß es auch für eine beliebige Anzahl von Beobachtern keine Einschränkung gibt: jeder Betrachter nimmt die dargestellte 3D Szene aus der für seine Position richtigen Perspektive wahr!
- Der oder die Beobachter benötigen keine Sehhilfen (wie Polarsations- oder Shutterbrillen) oder irgendwelche anderen, oft als lästig empfundenen Hilfsmittel (z. B. für sog. Headtracking), sondern sie sind völlig frei und, unbehindert.
- Das Verfahren ist von den Komponenten überaus einfach aufgebaut: es benötigt einen "normalen" Monitor mit einer modifizierten, höheren Bildwiederholrate als sonst üblich und eine bewegliche Apertur, die sich in einem geeigneten Abstand vor diesem Monitor befindet. Die Apertur kann mechanisch oder nicht-mechanisch realisiert werden. Dazu kommt natürlich die elektronische Steuerung die für das Funktionieren unabdingbar ist. Es wird keine weitere Optik benötigt und es sind keine besonderen Justierungen, z. B. zwischen Monitor und Apertur, erforderlich.

Obwohl das Verfahren durch seine Simplizität besticht, gibt es auch hier einige Nachteile die für eine kommerzielle Anwendung zumindest hinderlich sind:

1. Zum einen erfordert die in Ref. 7 beschriebene Konstruktion ein großes Volumen. Im besten Fall, bei geeigneter Faltung des Lichtweges, benötigt man in etwa die Dimensionen eines großen CRT Monitors.
2. Es besteht eine Kopplung zwischen der Breite der Einfach-Apertur und der Anzahl der Perspektiven, die dazu führt, daß das Verfahren für eine sehr geringe Perspektivenanzahl, insbesondere also für den stereoskopischen Grenzfall, nicht geeignet ist.
3. Das Verfahren ist mit recht hohen Lichtverlusten behaftet, so daß ein sehr heller Bildschirm erforderlich ist.
4. Die erforderliche Bilddatenrate ist sehr hoch und läßt sich nur mit wenigen derzeit verfügbaren Displaytechniken realisieren.
5. Bei Verwendung von Perspektivdarstellungen, wie sie bei anderen autosteroskopischen Verfahren gebräuchlich sind (siehe z. B. Ref. 2), ergeben sich geometrische Verzerrungen, die beim Betrachten von Szenen störend in Erscheinung treten können.

Insbesondere Punkt 3) und 4) erschweren die praktische Realisierung des Systems. Die erforderliche Bildwiederholrate ergibt sich aus der Standardbildrate für eine flimmerfreie Darstellung (typisch 50-70 Hz) und der Anzahl der benötigten perspektivischen Ansichten (typisch eine Ansicht pro Grad Raumwinkel). Für große Blickwinkelbereiche von typisch 90-180 Grad, wie sie das in Ref. 7 beschriebene System ermöglicht, kommt man daher auf Bildwiederholraten von mehreren tausend Hertz. Darüber hinaus ist die Bildhelligkeit umkehrt proportional zur Anzahl der Perspektiven herabgesetzt. So eindrucksvoll der Blickwinkelbereich eines solchen Systems auch ist, in der Praxis ist er meistens irrelevant, da man vor einem Arbeitsplatzrechner oder einem Videobildschirm meistens nur einen relativ begrenzten Bewegungsspielraum nutzt, z. B. durch leichte Kopf- und Körperbewegungen sowie geringfügige Abstandsveränderungen zum Bildschirm. Außerdem kann durch elektronische Manipulation ein 3D-Objekt beliebig gedreht und von allen Seiten betrachtet werden. Die hier beschriebene Erfindung, in allen ihren verschiedenen Ausführungsformen, macht sich diese Einsicht zu Nutze und vermeidet durch das erfindungsgemäße Verfahren die Nachteile des in Ref. 7 beschriebenen Verfahrens. Neben den Verbesserungen von Bildwiederholraten und Bildhelligkeit, lassen sich auch wesentlich kompaktere Ausführungsformen, bis hin zum Flachbildmonitor, erzielen. Einige Ausführungsformen sind sowohl für sehr kleine (bis hin zum stereoskopischen Grenzfall), als auch für große Perspektivenzahlen geeignet, so daß sie sich adaptiv für verschiedene Applikationen einsetzen lassen. Durch die die korrekte Erzeugung und Prozessierung der Perspektivbilder, läßt sich eine verzerrungsfreie Darstellung erzielen. Diese geometrische Verarbeitung der Perspektivbilder kann auch bei dem in Ref. 7 beschriebene Verfahren zum Vorteil angewandt werden.

Im weiteren werden zunächst die in der Patentschrift wiedergegebenen Zeichnungen erklärt, um dann mit Hilfe der zeichnerischen Darstellungen die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Ausführungsformen, sowie die aus diesen Darlegungen abgeleiteten Patentansprüche zu erläutern.

Fig. 1 zeigt die perspektivische Betrachtung einer dreidimensionalen Szene (bestehend aus einem Würfel und einer Kegelpyramide) und einer sich vor dieser befindlichen Beobachtungslinie, mit den markierten Positionen B₀ und B_i . Weiterhin ist eine imaginäre Projektionsebene E zu sehen, in der sich die zu den Beobachtungspositionen B_i gehörigen Perspektiven als Schnittpunkte der Sehstrahlen B_iP, d. h. der Verbindungslinien von einem, Szenenpunkt P zur Beobachtungsposition, ergeben. Im Beobachtungspunkt B₀ ist ein linkshändiges Koordinatensystem x,y,z verankert, die positive z-Achse zeigt zum Szenenmittelpunkt P_M (hier beliebig als Zentrum des Würfels angenommen). Die Projektionsebene E ist co-planar zur x,y-Ebene und verwendet co-planare Koordinaten x_p,y_p zur Festlegung der Perspektiven.

Fig. 2 zeigt die gleiche geometrische Konfiguration wie in Fig. 1 in der Draufsicht.

Fig. 3 zeigt ebenfalls die Draufsicht der geometrische Konfiguration aus Fig. 1. Als Projektionsebene mit den Koordinaten x'_p, y'_p wird hier nicht mehr die Ebene E verwendet, sondern eine senkrecht zum Sehstrahl B_iP_M (Beobachtungspunkt-Szenenzentrum) verlaufende Ebene E'. Dadurch ergeben sich Perspektivdarstellungen wie sie mit einer regulären Kamera (schematisch angedeutet) aus der Beobachtungsposition aufgenommen würden (bis auf die Skalierung).

Fig. 4 ist identisch mit Fig. 3 nur sind die Beobachtungspunkte kreisförmig um den Szenenmittelpunkt angeordnet (aus Gründen der Anschauung ist auch die ursprüngliche Beobachtungslinie eingezeichnet). Analog wie in Fig. 3 wird auch hier als Projektionsebene. (Koordinaten x'_p, y'_p) eine senkrecht zum Sehstrahl B_iP_Mit, (Beobachtungspunkt-Szenenzentrum) errichtete Ebene E' verwendet. Die Kamerainterpretation der sich ergebenden Perspektiven ist auch hier genau wie in Fig. 3.

Fig. 5 ist identisch mit Fig. 3 nur wird hier die Kamera in der sogenannten Scheimflug Konfiguration verwendet. Dabei ist die Filmebene der Kamera um den selben Winkel zur Kameraachse geneigt, wie die Fensterebene E. Diese geneigte Abbildungsebene der Kamera ist bei dieser Geometrie die Projektionsebene E'.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens: Eine Dateneingangsstufe übernimmt das Einlesen und Formatieren der unterschiedlichen Datensätze die für eine 3D- Darstellung verwendet werden können. Eine weitere Funktion dieser Prozessierungseinheit ist die optionale geometrische Korrektion der Daten. Die Dateneingangsstufe überträgt die so prozessierten Bilddaten an das nachfolgende Modul. Dieses nimmt eine Perspektiven-Verschachtelung nach dem im Text beschriebenen Verfahren vor. Diese verschachtelten Perspektiven, hier als Bildkomposite bezeichnet, werden direkt zum Bildschirm übertragen. Beide Module werden von einer Steuereinheit kontrolliert und geben Statusinformation an diese zurück, woraus die Steuereinheit ein Synchronisationssignal ableitet und zum Bildschirm und Shutter sendet. Dieses Signal synchronisiert das Öffnen der richtigen Shutteraperturen mit den Bildkompositen.

Fig. 7a, b, c zeigt eine Darstellung Verfahrens 1 für drei gleichzeitig geöffnete Aperturen (1, 4, 7 in Fig. 7a oder 3, 6, 9 in Fig. 7b). Die Teilperspektiven der Breite D ergeben sich durch den Schnitt der Strahlen die von den hinter den Aperturen gelegenen Projektionszentren ausgehen, mit der Bildschirmebene. Zu jedem Zeitpunkt sind die Teilperspektiven der Breite D nebeneinander auf dem Bildschirm angeordnet die ein Bildkomposit ausmachen. Für jede Aperturgruppe ergibt sich eine Zone der störungsfreien Wahrnehmung, die fett eingezeichnet ist. Fig. 7a und 7b zeigen die Wahrnehmungszonen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten des Multiplexzyklus. In dem gezeigten Beispiel sind drei Takte notwendig um alle Aperturen einmal zu öffnen. Fig. 7a entspricht dem ersten Zeittakt (Apertur 1, 4, 7 geöffnet), während Fig. 7b den dritten Zeittakt wiedergibt (Apertur 3, 6 und 9 geöffnet). Fig. 7c zeigt die Wiedergabe der Wahrnehmungszone wie sie sich aus dem Durchschnitt der Zonen für alle Aperturgruppen ergibt.

Fig. 8 zeigt die "direkte" Erzeugung der Bildkomposite, wie sie sich aus entsprechenden Kameraaufnahmen gewinnen lassen. Die Kameras sind in den Projektionszentren für die einzelnen Teilperspektiven im geringen Abstand zur Aperturebene positioniert. Die Aperturen vor den Kameras begrenzen das Blickfeld auf ein dahinterliegendes 3D-Objekt von dem daher nur Segmente wahrgenommen werden. Die abgebildeten Segmente, genannt Kamerabildsegmente, werden dann zu einem Komposit zusammengefügt, wie es der relativen Lage der Segmente entspricht (dabei müssen eventuelle Spiegelungen der Bildaufnahmevorichtung berücksichtigt werden) und dann zum Bildschirm übertragen.

Fig. 9 zeigt eine Darstellung des Verfahrens 2 bei dem sich die Teilperspektiven der Breite D hinter einer Aperturebene beimden. Die zu einem Zeitpunkt geöffneten Aperturen (fett eingezeichnet) haben den Abstand S_p und die Breite S. Mit dem Durchschalten aller Aperturgruppen innerhalb eines Zyklus wird die gesamte Shutterapertur einmal geöffnet. Synchron mit dem Öffnen einer Aperturgruppe werden auf dem Bildschirm die entsprechenden Teilperspektiven der Breite D wiedergegeben. Nach Konstruktion kommen in einem Abstand L vor der Aperturebene auf einer Sehlinie der Breite W die Beobachtungszonen aller Teilperspektiven zur Deckung.

Fig. 10 veranschaulicht die "indirekte" Erzeugung der Bildkomposite am Beispiel einer zentralen Teilperspektive. Für ein komplettes Bildkomposit müssen alle anderen Teilperspektiven in der gleichen Weise erzeugt und hinzugefügt werden. Anstatt eine Kamera im Projektionszentrum zu positionieren kann die Teilperspektive auch von einer weiter entfernten Sehlinie W mit Hilfe von mehreren Kameraaufnahmen gemacht werden. Dabei wird die Sehlinie in eine Anzahl von Beobachtungszonen aufgeteilt, im dargestellten Beispiel sind dies fünf, die, durch die Apertur auf dem Bildschirm in entsprechende Segmente abgebildet werden. Hat man eine vom Beobachtungspunkt B_i aufgenommene Vollperspektive vorliegen, so findet sich dieses Segment an der entsprechenden Position wieder, so daß sich die Teilperspektive durch das Aneinanderfügen der entsprechenden Segmente der Vollperspektiven erzeugen läßt.

Fig. 11 zeigt eine extremes Ausführungsbeispiel nach Verfahren 2, bei dem jedem Bildschirmpunkt eine Anordnung von Microaperturen zugeordnet ist, deren Öffnen und Schließen synchron zur Variation der Perspektivenhelligkeit des Bildschirmpunktes erfolgt.

Fig. 12a zeigt den Intensitätsverlauf eines Bildschirmpunktes über 6 Zeittakte eines Multiplexzyklus (entsprechend 6 vorhandenen Aperturen), so wie die integrierte Helligkeit der dritten Apertur über diesem Multiplexzyklus (schraffierte Fläche in Fig. 12b). Der kleinste auftretende Intensitätswert in Fig. 12a ist I_min. Fig. 12b zeigt die Aperturhelligkeit für die dritte Apertur gemäß des Einfach- Aperturverfahrens, bei dem die Apertur nur für einen Zeittakt geöffnet ist. Fig. 12c zeigt eine Aufspaltung der Intensität in den Basisanteil I_B und Modulationsanteil I_M. I_B ist ein sechstel des Minimalwertes I_min, und wird ständig durch alle Aperturen durchgelassen, so daß die integrierte Aperturhelligkeit in Fig. 12d (schraffierte Fläche) genau der von Fig. 12b entspricht, obwohl der Intensitätsverlauf in Fig. 12c kleiner ist als der ursprüngliche Verlauf.

Fig. 13a zeigt ähnlich wie in Fig. 12c eine Zerlegung in Basis- und Modulationsanteil, nur ist die Zerlegung hier spezifisch für jede von zwei Schaltgruppen vorgenommen. Fig. 13b zeigt, daß auch hier die integrierte Aperturhelligkeit identisch mit der von Fig. 12b ist. Fig. 13c zeigt eine Zerlegung für drei Schaltgruppen. Die in den Intensitätsbalken eingezeichneten Pfeile verdeutlichen die Polarisationsrichtung mit der die entsprechenden Lichtanteile kodiert werden. In der selben Weise zeigt Fig. 13d die Aperturhelligkeit in Abhängigkeit von der Polarisation über den Multiplexzyklus.

Fig. 14 zeigt den Basis- und Modulationsanteil entsprechend ihrer Modulationsrichtung (Basisanteil in horizontaler und Modulationsanteil in vertikaler Polarisation). Beide Anteile treten durch eine Vorrichtung von zwei elektrooptischen Modulatoren hinter denen sich jeweils ein Polarisator befindet (durchlassend für vertikale Polarisation und sperrend für horizontale Polarisation). Durch Anlegen einer Spannung an den ersten elektrooptischen Modulator kann die Eingangspolarisation um 90 Grad gedreht werden, d. h. der Basisanteil tritt in vertikaler Position und der Modulationsanteil in horizontaler Polarisation aus. Da der erste Polarisator nur Licht vertikaler Polarisation durchläßt, kann durch Anlegen einer Spannung am ersten Modulator vom Modulationsanteil zum Basisanteil geschaltet werden. Durch Anlegen einer Spannung an den zweiten elektro-optischen Modulator kann das immer in vertikaler Polarisation eintretende Licht ebenfalls um 90 Grad gedreht werden. In diesem Fall tritt kein Licht mehr durch den zweiten vertikalen Polarisator und das Element ist lichtundurchlässig.

Fig. 15 zeigt wie an den Seitenflächen von zwei in geringem Abstand gegenüberliegenden, geöffneten Aperturelementen (fett eingezeichnet) ein Abblocken des Lichtes auftritt, was sich visuell wie der Blick durch einen Lattenzaun bemerkbar macht (Fig. 15a). Durch transparentschalten von benachbarten Aperturelementen bei einem der beiden Verschlüsse wird dieser Lattenzauneffekt unterdrückt, ohne das eine merkliche Änderung des Kontrastverhältnisses stattfindet (Fig. 15b).

Fig. 16 zeigt die Prozessierungseinheit zur Ausnutzung von Helligkeitskorrelationen zwischen Perspektiven. Dabei befinden sich die Perspektivbilder in einem Bildspeicher. Ein Arithmetikprozessor bestimmt für jedes Pixel die optimale Zerlegung in. Schaltgruppen gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens. Daraus resultieren dann ein Basisanteil und die Modulatiosanteile. Man beachte, daß der Basisanteil, per Definition, allen Perspektiven einer Schaltgruppe gemeinsam ist.

Wir beschreiben zuerst die Bedingungen für den geometrisch korrekten Bildaufnahmeprozeß der inhärent mit der verzerrungsfreien 3D-Wiedergabe verbunden ist und anhand dessen sich auch am besten das Prinzip der autostereoskopischen Wiedergabe erklären läßt. Betrachtet man eine dreidimensionale Szene, so ergeben sich abhängig von der Beobachtersituation verschiedene perspektivische Ansichten der Szene. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit betrachten wir hier nur Veränderungen mit horizontaler Parallaxe, d. h. es sind nur Positionen längs einer horizontalen Beobachtungslinie erlaubt. Der allgemeine Fall, beliebiger Beobachtungsveränderungen läßt sich leicht aus dem Fall der horizontalen Parallaxe ableiten, ist aber in der Praxis wenig relevant, da die Augen eines menschlichen Betrachters horizontal angeordnet sind.

Ferner gibt es bei jeder Bildwiedergabe praktische Beschränkungen in den Dimensionen, beispielsweise hat ein Monitor nur eine endliche Ausdehnung. Dies läßt sich am besten dadurch beschreiben, daß man annimmt, die 3D-Szene werde durch ein Fenster betrachtet. Fig. 1a zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Verhältnisse und Fig. 1b diesselbe Situation in der Draufsicht. Der Mittelpunkt P_M der Szene liege beispielsweise im Zentrum des Würfels. Die Beobachtungspositionen B_i (-N<i<N) befinden sich längs einer horizontalen Linie, die vor dem Beobachtungsfenster und parallel zu den waagerechten Fensterkanten verläuft. Wir definieren ein Koordinatensystem im Punkt B₀, mit der z-Achse in Richtung der Verbindungslinie B₀P_M und der x-Achse entlang der horizontalen Beobachtungslinie. Die y-Achse ergänzt das Koordinatensystem linkshändig. Bei (x_p,y_p) der Schnittpunkt der Verbindungslinie von einem Beobachtungspunkt B_i zu einem beliebigen Szenenpunkt P mit den Koordinaten (x,y,z) und der Fensterebene. Für eine beliebige aber feste Beobachtungsposition, definiert die Gesamtheit der Schnittpunkte (x_p,y_p) für alle Szenenpunkte P die Perspektive B_i. Punkte in der Szene die von anderen verdeckt werden, sind dabei nicht sichtbar - jedoch können diese Punkte von einer anderen Position aus in Erscheinung treten. Aus der Geometrie von Fig. 1a, b kann die Relation zwischen den Objektkoordinaten (x,y,z) und den Perspektivkoordinaten (x_p,y_p) abgeleitet werden. Es gilt mit den Notationen aus Fig. 1:

Gleichung 1

Um eine verzerrungsfreie Darstellung der 3D Szene in der Wiedergabe zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß die Perspektivdarstellungen einer Szene nach Gleichung 1 bestimmt werden. Die bei anderen autosteroskopischen Verfahren verwendeten Perspektivbilder kommen dieser Forderung nur approximativ nach. Hier sind insbesondere zwei Methoden der Pespektivengenerierung zu nennen die in Fig. 3 und Fig. 4 in der Draufsicht gezeigt sind. In Fig. 3 werden die Perspektivdarstellungen genau wie in Fig. 2 von einem Punkt gewonnen, der sich auf der horizontalen Beobachtungslinie befindet. Der Unterschied ist jedoch, das hier die Projektionsebene E' nicht mehr mit der Fensterebene E zusammenfällt, sondern senkrecht zum Sehstrahl B_i P_M verläuft. Die Perspektiven die durch diese Projektion gewonnen werden, entsprechen der Bildaufnahme durch eine Kamera am Ort B_i (in der Näherung der geometrischen Optik). Durch die üblichen Brennweiten erfolgt natürlich keine 1 : 1- Abbildung, aber dies macht sich nur als globaler Skalierungsfaktor bemerkbar. Fig. 3 entnimmt man den Zusammenhang zwischen den planaren Projektionskoordinaten und den räumlichen Szenenkoordinaten x,y,z (Notationen wie in Fig. 3):

Gleichung 2

Ähnlich wie in Fig. 3 werden auch die Perspektivdarstellungen in Fig. 4 erzeugt, nur bewegt sich der Beobachtungspunkt B_i nun auf einer Kreisbahn um den Szenenmittelpunkt P_M. Auch hier ist die Projektionsebene E' senkrecht zum Sehstrahl B_iP_M orientiert und daher verschieden von der Fensterebene E. Wiederum entnimmt man aus Fig. 4 den Zusammenhang zwischen den planaren Koordinaten und den Szenenkoordinaten (Notationen wie in Fig. 4):

Gleichung 3

Ein Vergleich von Gl. 1, 2, und 3 zeigt, das die Koordinatentransformationen für kleine Winkel ungefähr gleich und für die Mittenperspektiven B₀ sogar identisch zueinander sind. Für große Winkel sind die Abweichungen aber nicht immerzu vernachlässigen, so das Verzerrungen im Bild auftreten, wenn die Perspektivkoordinaten x_p,y_p nach Gleichung 2 bzw. 3, anstatt nach Gleichung 1 berechnet werden.

Sollen die Perspektiven von einer realen Szene mittels einer Kamera konform mit Gleichung 1 erzeugt werden, so ist es vorteilhaft die Kamera in der Scheimflug Konfiguration zu benutzen. Dabei ist die Filmebene der Kamera relativ zur optischen Achse geneigt und zwar in der gleichen Weise wie die Fensterebene E. Fig. 5 zeigt diesen Fall für die Aufnahmegeometrie aus Fig. 3. Es läßt sich zeigen, daß in diesem Fall für die Projektionskoordinaten gilt:

Gleichung 4

Damit ist die Projektionskoordinate x_p bis auf den Skalierungsfaktor mit der exakten Gleichung 1 identisch. Die unkorrigierte Koordinate y_p kann durch Neigung der Kameraebene in der orthogonalen Richtung in der gleichen Weise korrigiert werden.

Eine weitere Möglichkeit, ist die Verwendung eines 3D-Scanners, mit dem sich direkt die Raumkoordinaten x,y,z bestimmen lassen, die sich dann einfach durch Einsetzen in Gleichung 1 in korrekte Perspektivdarstellungen umwandeln lassen. Auch bei den handelsüblichen Computerprogrammen zur Erzeugung von Perspektiven sind meistens nur die Kameramethoden nach Gleichung 2 und 3 implementiert, jedoch kann ein Zusatzmodul hier in recht einfacher Weise auch die Transformation nach Gleichung I liefern. Die mit inhärenten 3D-Aufnahmeverfahren, z. B. bei der medizinischen Tomographie, gewonnenen, digitalen Datensätze sind meistens auch in Raumkoordinaten gespeichert (wobei es sich auch um abstrakte oder virtuelle Räume handeln kann) und können damit analog zu 3D-Scanner Daten behandelt werden.

Liegen hingegen nur normale Perspektivaufnahmen einer Szene vor, so müssen diese korrigiert werden, um in jedem Fall eine verzerrungsfreie Darstellung zu gewährleisten. Dabei kann man wie folgt vorgehen:

a) Zunächst müssen die Korrespondenzpunkte in den Perspektiven identifiziert werden, die einem Szenenpunkt entsprechen. Dazu gibt es bereits eine Anzahl von Verfahren, die in der Literatur beschrieben sind.
b) Mit Hilfe der gefundenen Korrespondenzpunkte können Gleichung 2 und 3 nach den Szenenkoordinaten aufgelöst werden.
c) Im letzten Schritt berechnet man aus den Szenenkoordinaten nach Gleichung 1 die korrigierten Perspektiven.

Die Korrektur der Perspektiven kann in Echtzeit oder Offline erfolgen.

Im folgenden setzen wir voraus, daß die Perspektiven in der korrekten geometrischen Repräsentation vorliegen. Nehmen wir an, diese Perspektiv- oder Projektionspunkte einer 3D-Szene seien zusammen mit den zugehörigen Lichtintensitäten (und der Farbinformation) mit denen die Bildpunkte der Szene strahlen abgespeichert (analog oder digital). Man kann nun einen Beobachter mit Hilfe dieser Perspektiven, den gleichen visuellen Eindruck vermitteln wie dem Betrachter der realen Szene, wenn man es erreicht, die zu einer Beobachtungsposition zugehörige Perspektive nur von eben dieser einen Position aus sichtbar werden zu lassen und von keiner anderen. Bei Stereohologrammen löst man diese Anforderung, indem man die Perspektiven in Hologrammstreifen kodiert, die dann, entsprechend der Perspektivenabfolge, aneinander gesetzt werden. Schaut ein Betrachter durch einen einzelnen Hologrammstreifen, so sieht er die kodierte Perspektivansicht in einer Ebene hinter dem Hologramm rekonstruiert. Bewegt man sich längs der Hologrammstreifen, so ergibt sich genau die Perspektivenabfolge wie in der natürlichen Betrachtung. Die Hologrammstreifen sind dabei so schmal, das die beiden Augen eines Beobachters einen Szenenpunkt immer nur durch zwei unterschiedliche Hologramme wahrnehmen können, woraus sich die Stereowahrnehmung ergibt. Eine andere technische Lösung für das Problem besteht in der Verwendung einer bewegten Schlitzapertur: wenn die Apertur um eine der Beobachtungspositionen zentriert ist, zeigt man auf einem Monitor der in der Fensterebene plaziert ist, die zugehörige Perspektivansicht, also die, die beispielsweise von einer Kamera in dieser Position aufgenommen wurde. Danach bewegt sich die Apertur zur nächsten Position und so fort, bis sich der Vorgang wieder von vorne wiederholt. Natürlich muß die Bewegung der Apertur schnell genug erfolgen, um von einem Beobachter nicht mehr aufgelöst werden zu können. Außerdem muß die Synchronisation der Perspektivdarstellungen auf dem Monitor mit der Aperturbewegung sichergestellt sein. Diese Lösung ist das in Ref. 7 dargelegte Einfach-Apertur Verfahren.

Die hier beschriebene Erfindung setzt auf dieser Idee auf, verwendet aber mehrere Aperturen, wodurch sich die oben aufgeführten Nachteile des Einfach-Aperturverfahrens vermeiden lassen. Wir beschreiben hier zwei technische Ausführungsformen, die sich in der Konstruktion und in den Displayeigenschaften etwas voneinander unterscheiden. Beide Ausführungsformen basieren auf der Verwendung von mehreren simultan geöffneten Aperturen innerhalb eines Zeittaktes des Multiplexzyklus. Im nächsten Takt wird dann die momentan geöffnete Aperturgruppe geschlossen und die nächste Gruppe von Aperturen geöffnet und so fort, bis sich der Vorgang mit dem Einschalten der ersten Aperturgruppe wiederholt. Gleichzeitig mit dem Öffnen der Aperturen, muß auf dem Bildschirm die entsprechende Perspektivinformation, die als Bildkomposit bezeichnet wird, gezeigt werden, die sich anders wie beim Einfach-Apertur Verfahren, aus mehreren Teilausschnitten von "konventionellen" Perspektiven zusammensetzt, da sich ja die simultan geöffneten Aperturen die Bildschirmfläche für die zugehörige Perspektivdarstellung teilen müßen. Die beiden Ausführungsformen unterscheiden sich in der geometrischen Positionierung dieser Teilausschnitte relativ zu den geöffneten Aperturen:

a) beim Multi-Apertur Verfahren I sind die perspektivischen Teilausschnitte genau hinter den geöffneten Aperturen zentriert (Fig. 7a, b). Während eines Multiplextaktes werden in der Aperturebene mehrere Aperturschlitze im äquidistantem Abstand simultan geöffnet (in Fig. 7a sind dies die fett markierten Schlitze mit der Numerierung 1, 4, 7). Fig. 7a zeigt den Fall, in dem die Perspektivausschnitte, die zu den simultan geöffneten Aperturen gehören, direkt aneinandergesetzt sind. Dadurch wird die verfügbare Bildschirmfläche am Besten genutzt, jedoch könnte man auch Dunkelbereiche zwischen den Ausschnitten plazieren, um z. B. ein potentielles Übersprechen von verschiedenen Perspektiven zu verhindern. Da für jede geöffnete Apertur nur ein streifenförmiger Ausschnitt der ursprünglichen Vollperspektive dargestellt wird, ist der Bewegungsbereich für einen Betrachter, innerhalb dessen er einen störungsfreien 3D-Eindruck hat, natürlich eingeschränkt. Der Bereich innerhalb dessen sich ein Beobachter, relativ zu einem geöffnten Aperturschlitz, bewegen kann läßt sich geometrisch aus der Breite der perspektivischen Teilausschnitte und der Kanten des Aperturspalts bestimmen. Es ergibt sich für jede Apertur ein trichterförmiger Bereich der sich von dem jedem Teilausschnitt zugeordneten Projektionszentrum in den Beobachtungsraum hinein erstreckt (Fig. 7a, b). Bewegt sich ein Beobachter außerhalb dieser Bereiche, so kann es dazu kommen, daß Perspektivausschnitte durch die Apertur wahrgenommen werden, die nicht zu dieser Apertur gehören und daher eine Störung des 3D-Effektes verursachen. Da dies für jeden geöffneten Schlitz gilt, ergibt sich die Zone einer störungsfreien 3D-Wahrnehmung nur im Überlappungsbereich der erlaubten Wahrnehmungszonen für die einzelnen geöffneten Aperturen (in Fig. 7a, b fett eingezeichnet). Die für eine Gruppe von geöffnten Aperturen beschriebenen Verhältnisse gelten genauso für jede andere Aperturgruppe die im Verlauf des Multiplexzyklus geöffnet wird. Fig. 7b zeigt die Aperturgruppe 3, 6, 9 im geöffneten Zustand (ebenfalls fett eingezeichnet). Der erlaubte Wahrnehmungsbereich ist hier aber relativ zu jeder anderen Gruppe in dem Maße verschoben, wie es der Verschiebung der beiden Aperturgruppen entspricht. Da der Beobachter innerhalb eines Multiplexzyklus widerspruchsfreie Information von allen Aperturgruppen wahrnehmen sollte, ergibt sich die Beobachtungszone für eine widerspruchsfreie 3D-Wahrnehmung als Durchschnitt der gültigen Beobachtungszonen für alle Gruppen. Für die Konstruktion dieser Zone reicht es, den Überlappungsbereich der ersten und letzten Aperturgruppe zu bestimmen, da dieser dann auch automatisch für die dazwischenliegenden Gruppen Gültigkeit hat. Fig. 7c zeigt die Verhältnisse für das Beispiel aus Fig. 7a, b. Für das praktische Design ist es wichtig den Abstand L der Wahrnehmungszone zum Aperturebene, sowie den Abstand vom Beginn der Wahrnehmungszone zu einer Sehline, mit vorgegebener Breite W, zu bestimmen. Mit den in Fig. 7a, b, c dargelegten Bezeichnungen ergibt sich:

Gleichung 5

1. Eine typische Anzahl von gleichzeitig geöffneten Aperturen ist drei oder vier, jedoch kann der Wert im Design variiert werden.
2. Beim Multi-Apertur Verfahren II werden die Perspektivausschnitte auf dem Bildschirm, ebenfalls zur besten Ausnutzung der Bildschirmfläche aneinandergrenzend präsentiert. Während beim Verfahren I die Aperturzentren den Mittelpunkten der Perspektivausschnitten gegenüberliegen, weicht Verfahren II jedoch von dieser Geometrie ab: eine Anordnung von Aperturschlitzen wird den Perspektivausschnitten jetzt so zugeordnet, daß der gültige Wahrnehmungsbereich für alle Schlitze, auf einer vorgegeben Sehlinie W zusammenfällt (Fig. 9). Es ergibt sich aus der Geometrie, daß die Anordnung der Schlitze wiederum periodisch ist (allerdings mit einer unterschiedlicher Periode S_p als für die Perspektivausschnitte). Weiterhin ist auch die sich aus diesem Konstruktionsprinzip ergebende Schlitzbreite s stets die gleiche für alle Schlitzpositionen. Die Sehlinie W kann beispielsweise so groß gewählt werden, wie die Gesamtaperturbreite bei einem äquivalenten Einfach-Apertursystem. Damit ergibt sich automatisch ein ähnlich großer Wahrnehmungsbereich innerhalb dessen sich ein oder mehrere Beobachter frei bewegen können. Für die Designkonstruktion ist der Zusammenhang zwischen der Schlitzperiode S_p innerhalb einer geöffneten Gruppe, der Schlitzbreite s, der Breite D der Perspektivausschnitte, der Sehlinienbreite W, sowie der Abstände Bildschirm zu Aperturebene d und Aperturebene zu Sehlinie L entscheidend. Aus der Geometrie von Fig. 9 laßen sich folgende Relationen herleiten:

Gleichung 6

Die Anzahl der simultan geöffneten Schlitze ist auch hier ein variabler Designparameter und kann für einige Konstruktionen 30 oder mehr betragen.

Aus den beschriebene Konstruktionsprinzipen ergeben sich auch für beide Verfahren die Anleitung zum Aufbau der Bildkomposite. Dabei kann man einen "direkten" und einen "indirekten" Aufbau der Bildkomposite unterscheiden. Beim direkten Aufbau (Fig. 8) wird jeder Teilausschnitt des Bildkomposits vom zugehörigen Projektionzentrum aufgenommen oder erzeugt. Beispielsweise würde man in diese Position eine Kamera positionieren, wenn es sich um die Aufnahme einer natürlichen Szene handelt. Durch geeignete Beschränkung des Blickfeldes, z. B. durch Blenden, wird dann ein Teilausschnitt der Breite D erzeugt. Aus den Aufnahmen mehrerer dieser Teilausschnitte, die jeweils den simultan geöffneten Aperturen zugeordnet sind, wird dann das Bildkomposit zusammengesetzt. Beim indirekten Aufbau des Bildkomposits (Fig. 10) bestimmt sich jeder Teilausschnitt selbst aus einer Anzahl von Segmenten, wie sie von den Positionen B_i (i = -2..2) auf einer hinter dem Projektionszentrum gelegenen Beobachtungslinie, sichtbar werden. Fig. 10 zeigt dies anhand von fünf Beobachtungspositionen, bei denen sich die entsprechenden Segmente aus den fünf Vollperspektiven entnehmen lassen. Eine Vollperspektive entspricht dabei, den Perspektiven die von den jeweiligen Beobachtungspositionen aus ohne jegliche Aperturbeschränkung zu gewinnen sind. Im Extremfall kann von jeder Vollperspektive nur noch eine Pixelspalte verwendet werden, so daß sich für eine Anzahl von N Perspektiven die Breite D als N × Pixelabstand ergibt. Ein Vorteil dieses Bildkompositaufbaus ist, daß bei Kameraaufnahmen nicht das Projektionzentrum verwendet werden muß, sondern ein Abstand gewählt werden kann, der der Kameraoptik optimal entspricht. In einer Echtzeitverarbeitung muß diese "Verschachtelung" von der elektronischen Prozessierungseinheit ausgeführt werden (Fig. 6).

Entscheidend für die Reduzierung der Bildwiederholrate (und damit auch der Erhöhung der Lichteffizienz) bei beiden Verfahren ist das Verhältnis des Abstandes von Schlitz zu Schlitz innerhalb einer Gruppe, also S_P, und der Schlitzbreite s. Dieses Verhältnis bestimmt die Anzahl der erforderlichen Multiplexschritte und entspricht auch der Anzahl der "effektiven" Perspektiven. Die Unterscheidung zwischen Perspektiven und "effektiven" Perspektiven ergibt sich aus der Tatsache, daß eine Aperturöffnung nicht mehr alle Objektpunkte erfaßt, sondern nur noch die, die zu der Teilansicht gehören. Die effektive Anzahl von Perspektiven, ist durch die Anzahl der verschiedenen Ansichten festgelegt, mit der jeder beliebiger Objektpunkt während einen Multiplexzyklus dargestellt werden soll. Die Gesamtanzahl der Perspektiven (genauer eigentlich der Teilperspektiven), die ja per Definition immer größer ist als die effektive Perspektivenzahl, ist hingegen identisch mit der Gesamtzahl der Aperturen und ergibt sich auch aus dem Produkt der Anzahl der simultan geöffnten Aperturen und der effektiven Perspektivenzahl.

Obwohl das Multi-Apertur-Verfahren hier am Beispiel schlitzförmiger Aperturen erläutert wird, ist es keineswegs darauf beschränkt. Eine andere Art der Multi-Apertur Gestaltung ist beispielsweise das Öffnen mehrerer Kreissegmente in einer kreisförmigen Shutterfläche, wie es insbesondere in einer Draufsichtgeometrie verwendet werden könnte.

Im folgenden geben wir einige Konstruktionsbeispiele an, die nach dem Verfahren I und II konstruiert sind. Diese sollen nur beispielhaft für die Konstruktion in praktischen Applikationen stehen. Bei beiden Verfahren müßen, neben den oben angeführten geometrischen Relationen, noch zwei weitere Bedingungen für ein erfolgreiches Design beachtet werden, nämlich die Bedingung für stereoskopische Wahrnehmung und für Unterdrückung des Flipping-Effektes (Ref. 7). Insbesondere die Bedingung für stereoskopische Wahrnehmung ist kritisch für ein erfolgreiches Design und ist in den Beispielen berücksichtigt wurden:

a) Verfahren I: Arbeitsplatzrechnerkonfiguration

Spaltbreite s = 1 cm
Bildschirmbreite B = 39 cm
Anzahl der Aperturen N_T

= 27
Anzahl der geöffneten Aperturen No = 3
Abstand Bildschirm zu Aperturebene d = 26 cm
Sehlinie W = 15 cm im Abstand von 84 cm

b) Verfahren II: Arbeitsplatzrechnerkonfiguration

Spaltbreite s = 1 cm
Bildschirmbreite B = 30 cm
Anzahl der Aperturen N_T

= 24
Anzahl der geöffneten Aperturen No = 6
Abstand Bildschirm zu Aperturebene d = 15 cm
Sehlinie W = 15 cm im Abstand von 60 cm

c) Verfahren II: Notebook-Konfiration

Spaltbreite s = 0.5 mm Bildschirmbreite B = 25 cm Anzahl der Aperturen N_T

= 480 Anzahl der geöffneten Aperturen No = 48 Abstand Bildschirm zu Aperturebene d = 3.5 cm Sehlinie W = 6.5 cm im Abstand von 52.5 cm

d) Verfahren II: TV/Video-Konfiguration

Spaltbreite s = 0.5 cm
Bildschirmbreite B = 39 cm
Anzahl der Aperturen N_T

= 72
Anzahl der geöffneten Aperturen No = 3
Abstand Bildschirm zu Aperturebene d = 10 cm
Sehlinie W = 150 cm im Abstand von 120 cm

Die Breite W der Sehlinie ist in den angegebenen Beispielen für den Minimalabstand spezifiziert. Der oder die Beobachter können sich auch in einen größeren Abstand plazieren, wobei sich die Sehlinie vergrößert (siehe Fig. 7c).

Ein spezieller Fall ergibt sich aus einer Grenzbetrachtung von Verfahren II, bei dem man die Perspekivausschnitte D auf nur noch ein Pixel beschränkt. Mit anderen Worten jedem Bildschirmpunkt wird eine Mikroschlitzanordnung zugeordnet, von der jeweils eine Mikroapertur entsprechend der darzustellenden Perspektive des Bildpunktes geöffnet wird (Fig. 11). Bei einem Pixelabstand von 0.5 mm ergibt sich für typische Werte der Notebook-Konfiguration (W = 250 mm, L = 750 mm) mit 12 Perspektiven eine Spaltbreite von s = 0.5/12 mm und eine Spaltperiode von ebenfalls 0.5 mm (die exakten Werte weichen geringfügig davon ab). Die geometrischen Dimensionen sind zwar recht klein, jedoch innerhalb der Grenzen die sich heute fertigungstechnisch ohne weiteres herstellen lassen. Der Vorteil einer solchen Konfiguration für die Steigerung der Bildhelligkeit wird im Folgenden noch erkennbar werden.

Aus den Designbeispielen erkennt man, daß sich für eine große Zahl von Applikationen, z. B. Workstation, Notebook, oder TV/Video, 3D-Systeme nach den hier beschriebenen Verfahren konstruieren lassen. Bei Verfahren II können auch sehr kleine Perspektivenzahlen, bis hin zu einem rein stereoskopischen Wiedergabesystem, realisiert werden. Natürlich ist bei rein stereoskopischer Wiedergabe, die Beobachtungszone recht klein (+/- halber Augenabstand). Jedoch kann eine stereoskopische Wiedergabe auch mit einem Headtrackingsystem gekoppelt werden. Mit konfigurierbaren Schlitzbreiten, wie beispielsweise bei einem elektro-optischen Shutter, und einem variablen Abstand zwischen Aperturebene und Bildschirm ließe sich das 3D-Wiedergabesystem flexibel den verschiedensten Situationen anpassen. Grundlegend für das funktionieren des Multi- Apertur-Verfahrens (I oder II) ist die Synchronisation der Bildkomposite mit den zu öffnenden Aperturen. Fig. 6 zeigt das Steuerungs- und Prozessierungssystem. Je nach der Aufnahmegeometrie der Eingangsdaten, sind von der Prozessierungseinheit auch geometrische Korrektionen und der Aufbau der Bildkomposite, Perspektivenverschachtelung genannt, vorzunehmen.

Die Verschachtelung von Perspektiven erlaubt es im übrigen die bekannten Techniken mit Polarisations-Farbfilterbrillen auf das beschriebene Bild-Aufnahme und Wiedergabeverfahren zu übertragen.

Dazu werden jedoch nicht die Perspektivenkomposite in schneller Folge nacheinander, sondern gleichzeitig auf dem Bildschirm gezeigt. Die Perspekiven-Komposite werden "gleichzeitig" auf dem Bildschirm gezeigt, indem die Bilder von zwei Projektoren (mit jeweils einem Pol-Filter unterschiedlicher Polarisationsrichtung) überlagert werden, oder die Bilder (langsamer) LCD-Paneels oder CRTs polarisiert und dann mit einem Polarisationsteiler überlagert werden. Ein Sonderfall bildet die Darstellung verschiedener Perspektiven mit unterschiedlichen Farben, die ja gleichzeitig von praktisch jedem normalen Monitor erzeugt werden können. Wählt man beispielsweise eine Schlitzbreite s = 1 cm, Teilperspektiven der Breite D = 2 cm und einen Abstand von Bildschirm und Aperturebene d = 1 cm, so gibt es zwei Aperturgruppen, denen zwei Bildkompositgruppen zugeordnet sind. Statt sie zu multiplexen, werden sie unterschiedlich polarisiert oder mit unterschiedliche Farben dargestellt. Auf dem Bildschirm überlagern sich also ständig zwei Bildkomposite von denen eines durch die erste Aperturgruppe und das andere durch die zweite Aperturgruppe gesehen wird. Wenn man die Farb- und Polarisationskodierung verknüpft kann man sogar 6 verschiedene Bildkomposite gleichzeitig zeigen. Die Shuttersegmente in dieser Ausführungsform sind aus vertikalen Streifen von Polarisations- bzw. Farbfilterfolien aufgebaut. Sie sind völlig passiv und benötigen keinerlei elektronische Steuerung.

Allerdings ist die Wahrnehmungszone für einen Betrachter vergleichsweise beschränkt. Wie schon oben erwähnt, kann aber durch ein sog. Head Tracking System die Position des Betrachters in der Horizontalen und sein Abstand zum Monitor bestimmt werden, worauf die Bildschirminformation entsprechend der geänderten Beobachtungsposition geändert wird. Die Steuerungs- und Prozessierungseinheit wären in diesem Fall analog zu Fig. 6, wobei allerdings die Shuttersteuerung durch Head Tracking Einheit zu ersetzen ist. Der Bildprozessor wäre für das Verändern der Bildinformation mit der getrackten Beobachterposition verantwortlich.

Zuletzt sei noch eine weitere erfindungsgemäße Methode der Helligkeitssteigerung beschrieben, die auf der Beobachtung basiert, daß für die meisten Szenen, die Pixelwerte für die verschiedenen Perspektiven stark korreliert sind. Die Helligkeit und Farbe ändert sich für ein Pixel zwischen benachbarten Perspektiven oft nur geringfügig. Dies gilt insbesondere für die Pixel die nicht auf den Rändern von Objekten liegen, sondern auf den Oberflächen. Hier ist diese Änderung sehr klein. Die Bildhelligkeit I eines jeden Pixel kann in einen Basisanteil I_B der mehreren Perspektiven gemeinsam ist und einem Modulationsanteil I_M zu zerlegen, der die eigentliche Änderung mit der Perspektive darstellt:

Gleichung 7

I = I_B

+ I_M

Hierbei repräsentiert der Basisanteil allerdings nicht den Durchschnittswert der Perspektivintensitäten, sondern den Minimalwert. Dies resultiert aus der Tatsache, daß Lichtintensitäten stets positiv sind und daher der Modulationsanteil nicht vom Basisanteil subtrahiert, sondern nur hinzugefügt werden kann. Für eine größere Anzahl von Perspektiven wird es daher wahrscheinlicher, das der Basisanteil kleiner und der Modulationsanteil größer wird. Fig. 12a zeigt einen angenommenen Intensitätsverlauf für einen Bildpunkt als Funktion der Zeit (mit 6 Zeittakten, entsprechend einer Anzahl von 6 Perspektiven). Für die wahrgenommene Helligkeit einer Perspektive ist nur die integrierte Aperturhelligkeit entscheidend (vorausgesetzt der Multiplex-Vorgang läuft genügend schnell ab). Im Standardmode wird durch das Ein- und Ausschalten der Aperturen, gerade der Anteil S_m(I) aus dem Pixelintensitätsprofil herausgeschnitten, der für die Perspektive m wirksam werden soll (Fig. 12b). Nehmen wir nun an, der 6te Teil der Minimalintensität I_min Intensitätsprofil von Fig. 12a würde ständig, d. h. für alle Perspektiven (wir beschreiben nachfolgend wie das praktisch realisiert werden kann), durch den Shutter durchgelassen. Der Modulationsanteil ergibt sich dann aus der Differenz der ursprünglichen Intensitätswerte reduziert um die Minimalintensität. Insgesamt ergibt sich der gesamte Intensitätsverlauf nach Gleichung 7 als Summe beider Anteile. Fig. 12c zeigt diesen Intensitätsverlauf und Fig. 12d zeigt für diesen Fall die integrierte Aperturhelligkeit wiederum als schraffierte Fläche. Nach Konstruktion sind die schraffierten Flächen in Fig. 12b und 12d identisch und gleiches gilt für alle Aperturen, so daß man mit einem reduzierten Intensitätsverlauf wie in Fig. 12c dargestellt, genau dieselbe Bildhelligkeit erreicht wie mit dem Intensitätsverlauf aus Fig. 12a (unter der Voraussetzung das der Basisanteil ständig durchgelassen wird). Oder anders ausgedrückt: bei gleichem Intensitätsverlauf läßt sich mit dem angegebenen Verfahren die Aperturhelligkeit erhöhen. Da für eine größere Anzahl von Perspektiven die Minimalintensitäten der Pixel im allgemeinen recht kleine Werte haben können (oder sogar Null werden), ist die "Ersparnis" im Intensitätsprofil nicht immer signifikant (wie es auch der Vergleich von Fig. 12a und 12c demonstriert). Jedoch kann man anstatt die Aufspaltung in Basis- und Modulationsanteil über den gesamten Perspektivenbereich zu erstrecken, die Zerlegung auch auf einer kleineren Anzahl von Perspektiven anwenden. Während eine Perspektivgruppe gemultiplext wird, müßen alle nicht zu dieser Gruppe gehörigen Aperturen allerdings auf undurchläßig geschaltet werden. Fig. 13a zeigt eine Zerlegung des Intensitätsprofils von Fig. 12a in zwei Schaltgruppen. Der Basisanteil ist für die erste Gruppe beträchtlich größer (Faktor 3) als der Basisanteil für alle Perspektiven, so daß sich der Intensitätsverlauf des Pixels innerhalb dieser Gruppe viel wirksamer reduzieren läßt. Allerdings ist der Intensitätsverlauf für die zweite Gruppe (in der die ursprüngliche Minimalintensität liegt) etwas größer als vorher (Fig. 12c). Wie man aus dem Vergleich von Fig. 12c und Fig. 13a sieht, ist jedoch die gesamte mittlere Intensität für Fig. 13a beträchtlich geringer als in Fig. 12a. In der Tat kann man die Zerlegung systematisch so wählen, daß die mittlere Intensität minimal wird. Betrachtet man eine Anzahl von N Perspektiven mit Minimalintensität I_min und eine Aufspaltung in N₁ und N₂ Perspektiven mit Minimalintensitäten I_min1 = I_min (ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei die ursprüngliche Minimalintensität innerhalb der N₁ Perspektiven) und I_min2. Dann ist die mittlere Intensität für die Zerlegung kleiner als für die ursprünglichen Perspektiven, wenn gilt:

Gleichung 8

Dieses Kriterium kann sukzessive angewandt werden, d. h. ausgehend von N Perspektiven bestimmt man zunächst die Zerlegung mit Perspektiven N₁ und N₂ mit minimaler Intensität. Dies kann in N Vergleichen in der Art von Gleichung 8 vollzogen werden. Dann kann man für die so gefundenen Perspektivenzahlen N₁ und N₂ die Prozedur wiederholen, bis sich keine Zerlegung mehr findet die eine geringere mittlere Intensität aufweist. Sollte eine Zerlegung eine genau so große mittlere Intensität haben, wie die ursprüngliche Perspektivenzahl, so kann man zusätzlich die maximale Intensität minimieren. Dies ist für den Verlauf in Fig. 13d der Fall, der die gleiche mittlere Intensität wie Fig. 13a aufweist, aber eine etwas geringere Maximalintensität hat (natürlich kann die Minimierung der Maximalintensität auch überhaupt als Kriterium für die Gruppenzerlegung herangezogen werden). Im allgemeinen wird die optimale Zerlegung spezifisch für jeden Bildpunkt sein, deshalb ist dieses Verfahren am effektivsten, wenn es für jeden Bildpunkt individuell optimiert werden kann. Dies ist genau für die oben erwähnte Konfiguration der Fall, in der jeder Bildpunkt seine eigene Mikroapertur vor sich hat. Für alle anderen Konfigurationen, bis hin zu der Einfach-Apertur Geometrie, müssen die Zerlegungen, so gewählt werden, daß sie im Mittel über alle Bildpunkte eine Verbesserung erreichen. Da es hierbei nicht auf den absoluten Intensitätsverlauf ankommt, sondern nur auf die Korrelation der Perspektiven von Bildpunkt zu Bildpunkt, wird man im allgemeinen immer eine Reduzierung der mittleren Intensität zu erreichen sein. Im einfachsten Fall, kann man einfach eine feste Zerlegung in Gruppen von drei oder vier Perspektiven wählen, da über eine solch geringe Anzahl von Perspektiven immer eine Korrelation für fast alle Bildpunkte besteht. Das Verfahren kann im schlechtesten Fall, d. h. wenn keine Korrelationen gefunden werden, die sich für eine Helligkeitssteigerung verwenden laßen, auch in der schon bekannten Standardweise, d. h. mit I_B = 0, betrieben werden.

Fig. 16 zeigt das System zur Erzeugung der Basisanteil-Bilder und der Modulationsanteilbilder. Benachbarte perspektivische Ansichten werden in einem Bildspeicher abgelegt und von einen Arithmetik-Prozessor werden die Intensitäten der Bildpunkte mit gleicher x-y-Koordinate gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgewertet. Dies geschieht Bildpunkt für Bildpunkt. Der gefundene Minimalwert der Intensität wird durch die Anzahl der Aperturen in der dazugehörigen Schaltgruppe dividiert und als Basisanteil der Schaltgruppe abgelegt. Der Modulationsanteil ergibt sich aus der Differenz der ursprünglichen Intensität und des Minimalwertes.

Aus dem beschriebenen Funktionsprinzip ergibt sich, daß insgesamt drei Aperturzustände erforderlich sind:

- durchlässig für Basisanteil, aber undurchlässig für Modulationsanteil,
- durchlässig für Basis-und Modulationsanteil,
- undurchlässig für Basis-und Modulationsanteil.

Man braucht daher einen zusätzlichen Freiheitsgrad für die Trennung von Basis-und Modulationsanteil, da eine einfache durchlässige Apertur nicht zwischen diesen beiden Anteilen unterscheiden kann. Als geeignete optische Kanäle für diese Informationstrennung bietet sich die Polarisation des Lichtes an, die ohnehin schon implizit durch die Verwendung von elektro-optischen Verschlüssen, die mit Polarisationsfolien arbeiten, verwendet wird. Außerdem ist Polarisation eine zur Farbe orthogonale Eigenschaft des Lichtes, so das die volle Farbfähigkeit weiterhin gewährleistet ist.

Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung der technischen Realisierung: dabei wird der Basisanteil mit horizontaler Polarisation übertragen, während der Modulationsanteil mit vertikaler Polarisation ausgesandt wird (wichtig ist allerdings nur, daß die Polarisationszustände orthogonal sind). Für den Zeittakt in dem der Modulationsanteil durchgeschaltet wird, überträgt man auch den Basisanteil mit vertikaler Polarisation. Der elektro-optische Verschluß besteht aus zwei elektro-optischen Medien, im folgenden EOM abgekürzt, (beispielsweise zweier ferroelektrischer Flüssigkristallschichten) hinter denen jeweils ein Polarisator gesetzt wird - ohne Beschränkung der Allgemeinheit nehmen wir an die Polarisatoren wären für vertikale Polarisation durchläßig und für horizontale Polarisation sperrend:

Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird die Eingangspolarisation nach Durchlaufen des elektro-optischen Mediums um 90 Grad gedreht. Es lassen sich dann folgende Schaltzustände realisieren:

1. es liegt keine Spannung an beiden elektro-optischen Medien an. Daher wird die vertikale Polarisation (Modulationsteil) durch das erste EOM durchgelassen, während der Basisanteil mit horizontaler Polarisation gesperrt wird. Genau wie beim ersten EOM läuft die vertikale Polarisation ungehindert durch den zweiten EOM. Da der Basisanteil per Definition immer present sein muß, wird er in dieser Phase auf den Modulationsanteil gelegt, d. h. also in vertikaler Polarisation übertragen.
2. es liegt eine Spannung am ersten EOM an, aber keine am zweiten. Der erste EOM dreht die horizontale Polarisation in die Vertikale, weil umgekehrt, die vertikale Polarisation in eine horizontale umgewandelt, wird. Da der Polarisator stets nur vertikale Polarisation passieren läßt, wird nun der Basisanteil durchgelassen, nicht jedoch der nun in horizontaler Polarisation auftretende Modulationsanteil. Wie vorher hat der zweite EOM auf die vertikale Polarisation keinen Einfluß.
3. es liegt eine Spannung am hinteren EOM an, dadurch wird die vertikale Eingangspolarisation in die Horizontale gedreht, und dann am Ausgangspolarisator gestoppt. Da durch den vertikalen Polarisator des ersten EOM immer nur eine vertikale Polarisation auftreten kann, ist das Element für alles Licht (unabhängig von der ursprünglichen Polarisation) undurchlässig.

Fig. 13c zeigt die Polarisation des Basis-und Modulationsanteils für den Intensitätsverlauf innerhalb der ersten Schaltgruppe und Fig. 13d die Polarisation des durch die Apertur m = 3 durchgelassenen Lichtes. Die beschriebene Vorrichtung, im Prinzip eine Anordnung von zwei elektro-optischen Verschlüssen, hat also gerade die erforderliche Eigenschaft, die Steuerung dreier Transmissionszustände vorzunehmen.

Darüberhinaus hat eine solche Vorrichtung noch eine andere positive Eigenschaft: solange Flüssigkristalle als elektro-optische Verschlüsse verwendet werden, sind die in der Praxis verfügbaren Kontraste von 100 : 1 bis 150 : 1 für eine ideale 3D-Darstellung nicht immer ausreichend, insbesondere für Systeme die auf eine hohe Anzahl von Perspektiven dimensioniert sind. Es kommt dann zu einer Art Halo-Bildung aufgrund der durchscheinenden Perspektiven, die eigentlich nicht sichtbar sein sollten. Eine einfache aber wirkungsvolle Methode der Kontrasterhöhung ist es, zwei Verschlüsse in dichten Kontakt zu verwenden. Aus der Optik ist bekannt das sich die Kontraste von zwei Transmissionsscheiben im Kontakt multiplizieren. Daher ergibt sich für zwei Einzelverschlüsse mit einem Kontrast von jeweils 100 : 1 ein Gesamtkontrast von 10 000 : 1. Steuert man also synchron zwei Schlitze in den beiden Verschlüssen an, so ergibt sich dieser sehr hohe Gesamtkontrast. Allerdings kommt es zu einem anderen störenden Effekt. Da nämlich die beiden Verschlüsse eine endliche Dicke und einen endlichen, wenn auch kleinen Abstand voneinander haben, gibt es an der Grenzfläche von zwei nacheinander geöffneten Aperturen ein Abblocken des Lichtes das seitlich durch die Aperturöffnung fällt (Fig. 15a). Da die Aperturen über die gesamte Verschlußfläche gescannt werden, erhält man so einen Streifeneindruck zwischen den Aperturgrenzflächen. Der visuelle Eindruck ist daher ungefähr so, als wenn, man die 3D-Szene durch einen Lattenzaun betrachten würde. Schaltet man jedoch in einem der beiden Verschlüsse, anstatt nur einer Apertur, eine kleinere Anzahl von benachbarten Aperturen auf durchläßig so ergibt sich für das Licht aus der Bildebene eine trichterförmige Bahn (Fig. 15b), die den beschriebenen Lattenzauneffekt wirksam unterdrückt. Der oben beschriebene Gesamtkontrast wird dadurch nur unwesentlich reduziert, da ja nur lokal um die Aperturöffnung herum der Kontrast reduziert ist. Die beschriebene Methode kann für das Multi- Apertur und das Einfach-Apertur Verfahren in gleicher Weise eingesetzt werden.

Bezüglich der Erzeugung von polarisierten Licht gibt es vielfältige Möglichkeiten, die sich in der Literatur beschrieben worden sind. Es lassen sich sowohl Polarisationsmasken vor einem Bildschirm verwenden, als auch die Kombination von den polarisierten Komponenten zweier Lichtquellen.

Werden in dem Display Bildprojektoren verwendet, so können vor deren Objektiven Polarisationsfilter verwendet und die polarisierten Bilder auf einem geeigneten, polarisationserhaltenden Bildschirm überlagert werden. Kommen Bildröhren oder Flachdisplays zur Anwendung, können Basis-und Modulationsanteil über einen Polarisationsteiler überlagert werden.

Die Verwendung von polarisiertem Licht, bedeutet zwar eine 50% Verminderung der Lichtleistung bei normalen, unpolarisierten Lichtquellen, jedoch ist dieser Verlust ohnehin unvermeidlich wenn von einer elektro = optischen Apertur Gebrauch gemacht wird.

Eine Alternative zu dem Polarisationsverfahren besteht darin, nur einen Bildschirm zu verwenden und den Basis-und Modulationsanteil nacheinander wiederzugeben. Dabei werden die Doppel-EOMs so gesteuert, daß für den Basisanteil alle Aperturen einer Schaltgruppe geöffnet sind, während für die Modulationsanteile nur die entsprechenden einzelnen Aperturen geöffnet werden.

Claims

1. Verfahren zur autostereoskopischen Bildaufnahme, Bilderzeugung, und Bildwiedergabe mit einem Bildschirm und einem im optischen Strahlengang vor diesem Bildschirm angeordneten optischen Verschlusses der segmentweise optisch sperrend oder transparent geschaltet wird, wobei der Betrachter innerhalb eines bestimmten Abstands und Winkelbereichs vor dem Gerät positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der von mehreren bzw. einer bewegten Bildaufnahmeeinrichtung gewonnenen perspektivischen Ansichten einer Szene oder der durch Computer-Unterstützung erzeugten Perspektiven einen digitalen Datensatzes, in Echtzeit oder Offline mit Hilfe einer Steuer- und Prozessierungseinrichtung in geeignete Bildkomposite aus den verschiedenen perspektivischen Ansichten umgeformt werden, die dann in einem zeitlichen Multiplexverfahren auf einem Bildschirm dargestellt werden und durch eine Steuereinrichtung synchron ein oder mehrere Aperturen des optischen Verschlusses geöffnet werden, die diesen Bildkomposit zugeordnet sind. Dabei werden die Bildkomposite in so schneller Folge auf dem Bildschirm gezeigt, daß dieser Wechsel von einem Betrachter nicht mehr aufgelöst werden kann und das sich die Bildwiederholungsrate der auf dem Bildschirm dargestellten Komposit-Bildinformationen der Szene daher aus dem Produkt der Anzahl der darzustellenden Bildkomposite und der allgemein und der allgemein zur flimmerfreien Darstellung eines Bildes erforderliche Bildfrequenz ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildaufnahme eine Bildaufnahmeeinrichtung verwendet wird die von Projektionszentren im periodischen Abstand hinter der Aperturebene Perspektiven aufnimmt oder erzeugt, wobei die. Aperturen das zugehöhrge Blickfeld auf die 3D-Szene in Bildausschnitte zerlegt und, daß eine Gruppe nicht überlappender Bildausschnitte ein Bildkomposit erzeugt. Dabei haben die dazugehörigen Aperturen einen Abstand voneinander haben, der der Breite der Bildausschnitte entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildaufnahme eine Bildaufnahmeeinrichtung verwendet wird die von Projektionszentren im periodischen Abstand hinter der Aperturebene Perspektiven aufnimmt oder erzeugt, wobei die Aperturen das zugehöhrige Blickfeld auf die 3D-Szene in Bildausschnitte zerlegt und, daß eine Gruppe nicht überlappender Bildausschnitte ein Bildkomposit erzeugt. Dabei ist die Breite der Bildausschnitte und der periodische Abstand der zugehörigen Aperturen derart, daß die zum Betrachter rückprojekzierten Bildausschnitte eines Bildkomposits auf einer vor dem optischen Verschluß plazierten Beobachtungslinie zur Deckung kommen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2, und 3 bei der die Bildausschnitte eines Bildkomposits von verschiedenen Beobachtungspunkten entlang einer Beobachtungslinie, die sich in einem unterschiedlichen Abstand zur Aperturebene wie die Projektionszentren befinden kann, gewonnen werden, in dem die von diesen Beobachtungspunkten sichtbaren Segmente eines Bildausschnitts entsprechend ihrer relativen, wahrgenommenen Lage aneinandergesetzt werden und daß dies für alle Bildausschnitte eines Bildkomposits geschieht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwiedergabe durch das Multiplexen der Bildkomposite auf einem Bildschirm erfolgt, wobei synchron zur Darstellung des Bildkomposits das Öffnen der Aperturen erfolgt, die zur Aufnahme oder Erzeugung des Bildkomposits verwendet wurden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem zur Perspektivenaufnahme realer Szenen eine Bildaufnahmevorrichtung in Scheimpflug-Konfiguration verwendet wird, bei dem die Aufnahmeebene zur optischen Achse geneigt ist, oder die Verwendung der zur Scheimpflug-Bedingung entsprechenden Projektionskoordinaten wenn die Perspektiven von digitalen Datensätzen erzeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem jedem Bildpunkt eine Anzahl von Aperturen des optischen Verschlusses zugeordnet wird, die gleich der Anzahl der darzustellenden Perspektiven ist und daß synchron zur Perspektivenhelligkeit des Bildpunktes eine entsprechende Apertur geöffnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und DE 41 23 895 A1 bei dem die Helligkeit eines jeden Bildpunktes in einen Basis- und einen Modulationsanteil zerlegt wird und der Basislichtanteil von allen Aperturen durchgelassen wird, die zu einer Gruppe von Helligkeits-korrelierten Perspektiven oder Bildkompositen gehört und der Modulationsanteil in einem Multiplexverfahren diesem Basisanteil überlagert wird.

9. Verfahren nach 1 und 8 bei dem für den Basis-und Modulationsanteil zwei orthogonale Polarisationsrichtungen verwendet werden, sowie ein optischer Verschluß bestehend aus zwei elektro optischen Materialen und dahinter befindlichen Polarisatoren, so daß durch Anlegen einer Spannung an einem der elektro-optischen Mediums eine Drehung der Eingangspolarisation hervorgerufen wird, und damit durch Kontrolle der Spannung der Verschluß nur für den Basisanteil oder für den Modulationsanteil durchlässig oder für beide sperrend, d. h. vollständig lichtundurchlässig ist.

10. Verfahren nach 1 bis 7 und DE 41 23 895 A1 bei dem ein elektro-optischer Verschluß verwendet wird, der aus zwei hintereinander angeordneten einzelnen elektro-optischen Verschlüssen bestellt und wo synchron zur Öffnung eines Aperturelements in einem der Verschlüsse in dem zweiten Verschluß die gleichen Apertursegmente und zusätzlich noch eine Anzahl von benachbarten Apertursegmenten transparent geschaltet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 2, 3 und 4 bei dem eine Anzahl von Bildkompositen in orthogonalen Polarisations- und/oder Farbzuständen gleichzeitig auf einem Bildschirm überlagert wird, und durch eine entsprechende periodische Anordnung von Polarisations- und/oder Farbfiltern betrachtet wird, so daß die nicht dem Polarisations- oder Farbzustand eines Bildkomposits entsprechenden Filtersegmente wie ein optischer Verschluß wirken.