DE19843296A1 - Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bildträger zur Erzeugung autostereoskopisch betrachteter Bilder mit perspektivischen Ansichten des aufgezeichneten Gegenstandsfeldes. Der Bildträger, d. h. der Bildschirm, ist aus einzelnen Segmenten (Pixel), welche jeweils die drei additiven Grundfarben erzeugen können, zusammengesetzt. Die Pixel befinden sich als Kopf auf einem höhenveränderlichen Pixelträger. Diese Pixelträger können bei Ansteuerung unabhängig voneinander in verschiedene Höhenpositionen (Pixelhöhen) bewegt werden. Bei entsprechender Steuerung kann ein Absenken und/oder ein Anheben der Pixel erreicht werden. Höheneffekte können sowohl in Richtung Betrachter als auch in Umkehrrichtung erzeugt werden. Dabei können räumliche Tiefeninformationen z. B. aus einem Z-Buffer proportional in Pixelhöhen umgesetzt werden, d. h. ohne weitere Zwischenschritte. Mit der verfügbaren Rechentechnik können so die Informationen über die Bildtiefe direkt genutzt werden, um sie in reliefartige Bildtiefe umzusetzen, d. h., daß die Bildfarbsignale mit der Bildtiefe der Objekte, die durch die Pixelhöhen repräsentiert wird, sich zu einem Bild neuer Qualität vervollständigen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildträger zur Erzeugung autostereoskopisch be­ trachteter Bilder mit perspektivischen Ansichten des aufgezeichneten Gegen­ standsfeldes.

Bekannt sind aus US 4 571 616 und DE 35 29 819 Projektionseinrichtungen mit statischer Bildschirmebene bei welchen der Bildschirm in zylinderlinsenförmige Ra­ ster gruppiert ist um stereoskopische Bilder zu erzeugen. Dabei werden Bilder in vertikale Linien gesplittet und auf die Bildschirmrückwand projiziert, welche dann durch die vorgesetzten Zylinderlinsen richtungsselektiert werden, wodurch dem Be­ trachter ein Raumbildeffekt vermittelt wird. Desweiteren sind Anaglyphenverfahren bekannt, bei welchen zwei seitlich verschobene übereinander projektierte Bildern die bei der Betrachtung der projektierten Bilder mit Hilfe einer Farbfilterbrille, deren Glä­ ser genau in den gleichen Farben der beiden projektierten Bilder gefärbt sind, eine dreidimensionale Darstellung erzeugen. Bekannt sind zudem Shutter-Brillen (Chip 5/98 S. 32) die zeitlich verschoben jeweils die Ansicht des Bildes synchron zur Bild­ schirmdarstellung für das rechte bzw linke Auge freigeben und somit ein dreidi­ mensionales Bild erzeugen.

Nachteil des oben genannten Anaglyphenverfahrens ist der hohe Farbkompo­ nentenverlust. Bei dem vorbezeichneten Shutter-Brillen-Verfahren besteht der Nachteil, eine Spezialbrille anwenden zu müssen, und dabei, bedingt durch die Bildaufteilung, nur die halbe Bildwiederholfrequenz zu nutzen. Während bei US 4 571 616 und DE 35 29 819 die dreidimensionale Bildwirkung proportional beein­ trächtigt wird indem man den Blickwinkel und die Entfernung zum Bildschirm verän­ dert, um größere räumliche Perspektiven der Bildobjekte wahrnehmen zu können. Bei letztgenanntem Verfahren ist ein hoher technischer Aufwand nötig, um den Raumbildeffekt so zu steigern, daß verdeckte Bildinhalte dem Betrachter vermittelt werden können. Dies geschieht durch Vervielfältigung der Vertikallinien, durch zu­ sätzliche Projektionen, oder deren Anpassung an die Betrachtungsposition (Berech­ nung). Ohnehin ist bei diesem Verfahren nachteilig, daß die Stereoskopie verloren geht, wenn der Bildschirm um eine Bildschirmorthogonale gedreht wird. Dieser Nachteil kommt zum Tragen bei Drehbildschirmen oder Bildschirmen mit horizonta­ ler Bildschirmebene ("Responsive Workbench" - Chip 5/98 S. 32), die von mehreren Betrachtern gleichzeitig genutzt werden. Bei den vorgenannten Verfahren, ausge­ nommen der Shutter-Technik, kommen ausschließlich die Vertikallinienrasterverfah­ ren in den unterschiedlichsten Variationen zum Einsatz.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, einen Bildschirm zu entwickeln, dessen Oberflächenstruktur ein dreidimen­ sionales Bild erzeugen kann, bei welchem keine separaten technischen Hilfsmittel notwendig sind um die Bildtiefe wahrzunehmen. Dieser Bildschirm ist so zu gestal­ ten, daß zu diesem keine festgelegte Positionierung des Betrachters vorauszuset­ zen bzw. bei Änderung der Position kein neues Bild zu berechnen ist ohne Ein­ schränkungen der Wahrnehmungsqualität hinnehmen zu müssen. Insbesondere ist zu berücksichtigen, daß der stereoskopische Effekt erhalten bleibt, wenn der Bild­ schirm um eine Bildschirmorthogonale gedreht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung ge­ mäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ausgeführt ist.

Der Bildschirm wird vorzugsweise aus einzelnen LED-Segmenten (Pixel), welche jeweils die drei additiven Grundfarben erzeugen können, zusammengesetzt. Statt LED's sind alternativ sowohl optisch aktive Elemente als auch reflektierende Ele­ mente geeigneter Dimensionierung einsetzbar. Die LED's befinden sich als Kopf auf einem höhenveränderlichen Pixelträger. Diese Pixelträger können bei Ansteuerung unabhängig voneinander in verschiedene Höhenpositionen (Pixelhöhen) bewegt werden. Die Pixelhöhen werden unterschieden in Nullposition (entsprechend Nulle­ bene) und davon in Richtung Betrachter und Umkehrrichtung abweichende Pixelhö­ hen. Die Nullposition ist nicht unbedingt identisch mit der Ausgangsposition, da man die Pixelebene in eine Sollhöhe fahren kann, welche dann die entsprechende Nulle­ bene erzeugt. Bei entsprechender Steuerung kann ein Absenken und/oder ein An­ heben der Pixel unter bzw. über die Nullebene erreicht werden. Der Pixelträger kann z. B. so gestaltet sein, daß er aus mehreren schichtweise gefügten Piezo- Kristallen besteht, so daß summarische Höheneffekte bei Ansteuerung entstehen. Diese Höheneffekte können zur Nullebene aber auch zur Ausgangsposition sowohl in Richtung Betrachter als auch in Umkehrrichtung erzeugt werden. Dabei können die räumlichen Tiefeninformationen z. B. aus einem Z-Buffer proportional in Pixelhö­ hen umgesetzt werden, d. h. ohne weitere Zwischenschritte. Bei anderen Anwen­ dungen (z. B. Stadionanzeigen, Werbetafeln etc.) können aber auch andere An­ triebseinheiten, mit entsprechend kurzen Ansteuerzeiten (z. B. unter anderer Aus­ nutzung feldelektrischer Effekte, etc.), als die genannten Piezo-Kristalle zum Einsatz kommen.

Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht darin, daß zu den bisherigen Ver­ fahren durch die bewegliche Bildschirmoberfläche ein Höhenprofil erzeugt wird. Durch dieses Höhenprofil ist aus seitlicher Betrachtung, aber auch aus allen ande­ ren Blickrichtungen, eine ausgeprägte räumliche Tiefenwahrnehmung des Bildsi­ gnals möglich. Mit der verfügbaren Rechentechnik können so die Informationen über die Bildtiefe (verwaltet z. B. im Z-Buffer von 3-D Grafikkarten) direkt genutzt werden, um sie in reliefartige Bildtiefe umzusetzen, d. h. daß die Bildfarbsignale mit der Bildtiefe der Objekte, die durch die Pixelhöhen repräsentiert wird, sich zu einem Bild neuer Qualität vervollständigen. Je größer die Höhenniveaudifferenz und deren Auflösung in einzelne Stufen, um so mehr verbessert sich die Möglichkeit eine tat­ sächliche räumliche Tiefe zu erzeugen, die mit der durch Farbgebung und Helligkeit nachgebildeten Tiefe korrespondiert. Zusätzlich bietet sich speziell bei den Piezokri­ stallen die Möglichkeit, diese in hochfrequente Schwingungen zu versetzen und die Bildinformationen so zu überlagern, daß dem Betrachter Bilder übermittelt werden können, welche von verschiedenen Positionen aus berechnet bzw. aufgenommen worden sind, d. h. daß jeder Reliefstruktur ein Teilbild taktsynchron zugeordnet wird. Der vorstehende Begriff Reliefstruktur definiert sich als die Pixelmatrix des Bild­ schirms mit festgelegter Höhe jedes einzelnen Pixels.

Als ein Anwendungsbespiel ist in Fig. 1 ein LED-Segment eines Bildschirms zu sehen, daß im Pixelträger ein Piezoelement (1) enthält, welches sich bei Anlegen einer Spannung in Richtung Betrachter ausdehnt. Auf dem Pixelträger befinden sich drei LED's (2) in den Farben Rot, Grün und Blau. Der gesamte Bildschirm besteht aus einer 480 × 270 Matrix der genannten Segmente und besitzt die Größe 160 cm × 90 cm.

Als ein weiteres Beispiel in Fig. 2 läuft der Pixelträger (3) in 3 linear angeordneten Elektroringspulen (4). Im Pixelträger ist ein Eisenkern (5) integriert, welcher durch die Spulen auf dem entsprechenden Höhenniveau positioniert wird. Zusätzlich be­ findet sich auf dem Pixelträger eine Spiralfeder (6), welche den Träger bei Nichtan­ steuerung in die Ausgangsposition befördert.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Darstellung dreidimensionaler Bilder zusammengesetzt aus ein­ zelnen optisch aktiven oder reflektierenden Segmenten (Pixel), die eine Bildschir­ mebene bilden dadurch gekennzeichnet, daß sich diese Pixel auf einem steuerbar zur Bildschirmebene höhenveränderlichen Pixelträger befinden.

2. Vorrichtung zur Darstellung dreidimensionaler Bilder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Pixelträger unabhängig voneinander in verschiedenen Höhenpositionen plaziert werden können.

3. Vorrichtung zur Darstellung dreidimensionaler Bilder gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pixelhöhen zusammengefaßt in einer Nullposition, entsprechend Nullebene, und davon abweichend in Richtung Betrachter (positiv) und/oder Umkehrrichtung (negativ) positioniert werden können.

4. Vorrichtung zur Darstellung dreidimensionaler Bilder gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Inbetriebnahme der Vorrichtung die Pixelträger auf eine Pixelsollhöhe (Nullposition) gefahren werden, und bei Ansteuerung in Richtung Betrachter (positiv) und/oder Umkehrrichtung (negativ) positioniert werden können.