DE20016003U1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer simulierten dreidimensionalen Bild- oder Laufbildwiedergabe - Google Patents

Description

LE/fr 000132g 12.09.00

Vega Medien Aktiengesellschaft
Heinrich-Hertz-Str. 16
D-40669 Erkrath

Vorrichtung zur Erzeugung einer simulierten dreidimensionalen Bild- oder Laufbildwiedergabe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Erzeugung einer simulierten dreidimensionalen Bild- oder
Laufbildwiedergabe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus dem Bereich der
Computergraphik oder der Computerspiele bekannt. Dort
wird eine dreidimensionale Darstellung erzielt, indem ein für das linke Auge des Betrachters vorgesehenes Bild und
ein für das rechte Auge des Betrachters vorgesehenes Bild jeweils abwechselnd auf einem Computermonitor dargestellt werden. Gleichzeitig wird eine sogenannte Shutterbrille
des Betrachters mit einem Synchronisierimpuls
angesteuert. Die Shutterbrille enthält
Flüssigkristallscheiben, die abwechselnd durchsichtig und

• ·

dunkel geschaltet werden. Wir das linke Bild auf dem Bildschirm dargestellt, so ist die linke Scheibe der Shutterbrille transparent und die rechte Scheibe undurchsichtig. Sobald das rechte Bild dargestellt wird, ist die linke Scheibe undurchsichtig und die rechte Scheibe transparent. Die auf dem Bildschirm wiedergegebenen Bilder sind jeweils Vollbilder, deren zugrunde liegende Informationen in zwei Speicherseiten der zugehörigen Grafikkarte abgelegt sind. Die Speicherseiten werden dann im sogenannten Page-Flipping-Verfahren abwechselnd dargestellt. Dieses Verfahren arbeitet nur mit Eingangssignalen, die von vornherein hierfür vorbereitet und eingerichtet sind.

Es gibt weitere „echte" 3D-Verfahren, bei denen aus zwei verschiedenen Blickwinkeln aufgenommene Bilder separat dem linken und dem rechten Auge zugänglich gemacht werden. So sind Spielfilme bekannt, deren linkes Bild in grün und deren rechtes Bild in rot aufgenommen worden sind. Eine entsprechende mit Filtern versehene Brille zeigt von beiden gleichzeitig projizierten Bildern jeweils dem Auge nur das vorgesehene Bild, indem es das für das andere Auge vorgesehene Bild herausfiltert. Insgesamt ist der Farbeindruck etwa schwarz/weiß. Außerdem ist bekannt, linke und rechte Bilder in senkrecht zueinander orientierten Polarisationsrichtungen auf eine Metalleinwand zu projizieren. Die selektive Betrachtung der Bilder wird durch eine angepaßte Brille mit polarisierenden Gläsern gekreuzter Polarisationsrichtungen ermöglicht.

Aus dem Stand der Technik ist kein Verfahren bekannt, aus einem nicht mit 3D-Informationen versehenen Eingangssignal ein Ausgangssignal zu generieren (und

wiederzugeben), das einen synthetisch erzeugten dreidimensionalen Eindruck beim Betrachter hervorruft.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, das auf einem zeilenweise schreibenden Wiedergabegerät eine simulierte dreidimensionale Bild- oder Laufbildwiedergabe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Weil bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Verschiebemittel vorgesehen ist, das dazu eingerichtet ist, einen ersten Satz von Zeilen ungeradzahliger Numerierung 1 bis n-1 und einen zweiten Satz Zeilen geradzahliger Numerierung 2 bis &eegr; gegeneinander zu verschieben, können im sogenannten Interlaced-Verfahren alternierend zwei Bilder dargestellt werden, die insgesamt einen dreidimensionalen Eindruck beim Betrachter hervorrufen. Dabei kann der erzeugte räumliche Eindruck je nach Richtung der Verschiebung vor oder hinter der realen Bildfläche liegen.

Wenn zusätzlich ein Frequenzverdoppler vorgesehen ist, der die Bildwiederholfrequenz des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignal verdoppelt, werden die linken und rechten Halbbilder mit der gleichen Wiederholfrequenz dargestellt, mit der das unveränderte Gesamtbild vorliegt. So wird erreicht, daß beispielsweise bei einem Eingangssignal von 50 Hz die Halbbilder nicht mit jeweils 25 Hz wiedergegeben werden, sondern ebenfalls mit 50 Hz. Auf diese Weise wird vermieden, daß der Eindruck eines flackernden Bildes entsteht, wie er

physiologisch etwa unterhalb einer Wiederholfrequenz von 30 Hz zu erwarten ist.

Weiter kann eine Einstellvorrichtung zur Wahl des Grades der Verschiebung der beiden Halbbilder gegeneinander vorgesehen sein. Auf diese Weise kann zwischen einem geringen 3D-Effekt und einem überhöhten 3D-Effekt variiert werden. Insbesondere bei Computerspielen kann dabei die Darstellung ins Unrealistische gesteigert werden.

Vorteilhaft ist auch, wenn die Richtung der Verschiebung über ein Schaltermittel umkehrbar ist. Wenn das für das linke Auge vorgesehene Bild nach links versetzt und das für das rechte Auge vorgesehene Bild nach rechts versetzt ist, so ist die virtuelle Bildebene hinter der realen Bildebene. Ist die Verschiebung umgekehrt, so tritt das scheinbar räumliche Bild vor die reale Bildebene auf den Betrachter zu. Die Verschiebung kann hierbei entweder durch Verschiebung der Bilder oder durch Änderung der Phasenlage für die Synchronisation mit der Betrachtungsvorrichtung erfolgen. Die Betrachtungsvorrichtung ist vorteilhaft eine an sich bekannte Shutterbrille. Bei der Betrachtung von SD-Bildern, die in einem größeren Abstand vom Betrachter aufgestellt sind, ist eine Ansteuerung der Shutterbrille über ein Infrarotsignal zu bevorzugen. Dies gibt dem Betrachter eine größere Bewegungsfreiheit.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen:

Figur 2:

Figur 3:

Figur 4a und 4b:

Figur 1: Ein Blockschaltbild einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung im Signalweg des Eingangssignals eines zeilenweise schreibenden Wiedergabegeräts;

eine vergrößerte Darstellung der auf dem Wiedergabegerät dargestellten und gegeneinander verschobenen Halbbilder;

die Zuordnung der in Figur 2 dargestellten verschobenen Halbbilder über eine Betrachtungsvorrichtung zu den Augen eines Betrachters; sowie

die Verlagerung der virtuellen Bildebene bei Phasendrehung des Synchronisiersignals für die Betrachtungsvorrichtung.

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung insgesamt mit 1 bezeichnet. Sie umfaßt eine Eingangsstufe 2, die über eine Signalleitung 3 mit einer Verschiebeeinheit 4 in Verbindung steht. Diese wiederum gibt über eine Signalleitung 5 das darin erzeugte bzw. veränderte Signal an eine Ausgangseinheit 6 ab. Die Verschiebeeinheit 4 steht weiter über eine Signalleitung 8 mit einer Synchronisiereinheit 9 in Verbindung. Die Synchronisiereinheit 9 erzeugt ein Synchronisiersignal, das über eine Ausgangsleitung 10 an eine Shutterbrille an sich bekannter Bauart übermittelbar ist. Die Signalstrecke von der Ausgangsleitung 10 zur Shutterbrille 11 kann dabei auch infrarot sein.

• ·

• ·

• ·

Weiter weist die Synchronisiereinheit 9 einen Schalter 12 zur Wahl der Phasenlage des Synchronisiersignals auf. Mit einem Regler 14 ist das Maß der Verschiebung in der Verschiebeeinheit 4 nach Bedarf einzustellen. Insgesamt ergibt sich eine Vorrichtung, die ein Eingangssignal 20 in ein Ausgangssignal 21 für ein zeilenweise schreibendes Wiedergabegerät 22, hier einen Bildschirm bzw. eines zeilenweise schreibenden Wiedergabegeräts, umsetzt.

Die Vorrichtung 1, die in diesem Beispiel als separates Gerät dargestellt ist, kann auch als entsprechend gestaltete Einheit in einem Fernsehgerät, einen Computerbildschirm oder dergleichen integriert werden und dort ankommende Eingangssignale 20 nach Bedarf verarbeiten. Außerdem kann die Vorrichtung als Einheit in Bildsignalerzeugungsgeräten, wie z. B. Videorecordern oder Spielekonsolen, integriert werden und dort bei Bedarf zur Erzeugung von 3D-Wiedergabe aktiviert werden.

Die Figur 2 zeigt die vereinfachte Darstellung einer virtuellen dreidimensionalen Bildschirmdarstellung auf dem Betrachtungsgerät 22. Die Zeilen der Abbildung sind mit 1 bis &eegr; numeriert. Es ist ersichtlich, daß jeweils ungeradzahlige Zeilen 1, 3 bis n-1 um einen Betrag &Dgr; gegenüber den geradzahligen Zeilen 2, 4 bis &eegr; verschoben sind. Dabei bilden die ungeradzahligen Zeilen ein erstes Halbbild und die geradzahligen Zeilen ein zweites Halbbild, das im Interlaced-Verfahren praktisch dem ersten Halbbild überlagert wird.

Die Figur 3 veranschaulicht die Zuordnung der Zeilen 1 bis &eegr; über die Shutterbrille 11, die nur ausgewählte Zeilen zu Augen 30 des Betrachters gelangen lassen. Dabei werden durch das in der Figur 3 obere Glas der

Shutterbrille nur die geradzahligen Zeilen, also das rechte Halbbild, durchgelassen, während die ungeradzahligen Zeilen abgeblockt werden. Bei dem unteren Glas der Shutterbrille 11 ist es umgekehrt. Die ungeradzahligen Zeilen der Bildschirmdarstellung, also des linken Halbbildes, können die Shutterbrille passieren, während zu Zeiten der Darstellung des rechten Halbbildes, das aus geradzahligen Zeilen zusammengesetzt ist, die Shutterbrille dunkel getaktet wird. Auf diese Weise kommt nur das rechte Halbbild durch das obere Glas der Shutterbrille 11 zum Auge des Betrachters, während das linke Halbbild ausschließlich durch das untere Glas der Shutterbrille zum Betrachter gelangt.

Die Figur 4 zeigt in ihren Teilbildern a und b die Auswirkungen einer veränderten Phasenlage zwischen der Bildschirmdarstellung 22 und der Shutterbrille 11. Wird die Phasenlage so gewählt, daß das linke Halbbild durch das rechte Glas der Shutterbrille 11 zu betrachten ist und das rechte Halbbild durch das linke Glas der Shutterbrille 11 zu betrachten ist, so entsteht eine scheinbar vor dem Bildschirm 22 liegende Betrachtungsebene 31. Wird die Phasenlage wie in Figur 4b dargestellt, umgekehrt, so rückt die virtuelle Bildebene 31 nach hinten. Das dargestellte Bild wird in oder hinter dem Bildschirm wahrgenommen.

Im einzelnen arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren so, daß das Eingangssignal 20, das ohnehin üblicherweise aus Halbbildern besteht, in erste und zweite Halbbilder zerlegt wird. Die Verarbeitung der Bildsignale kann dabei sowohl analog als auch digital erfolgen. Das erste Halbbild mit ungeraden Zeilenzahlen wird dann beispielsweise entsprechend der Darstellung gemäß Figur

in einem durch den Regler 14 wählbaren Maß nach links versetzt, während das zweite Halbbild bestehend aus geradzahligen Zeilen entsprechend nach rechts versetzt wird. Insgesamt ergibt sich der Abstand &Dgr; gemäß Figur 2. Eine Frequenzverdoppelung sorgt dafür, daß die ersten und zweiten Halbbilder gegenüber dem Eingangssignal mit höherer Wiederholfrequenz wiedergegeben werden. So wird gewährleistet, daß beim Zerlegen eines 50 Hz-Fernsehbildes in zwei den Augen 30 des Betrachters separat zugeführte Teilbilder jedes Auge nur mit 25 Hz-Teilbildern versorgt wird. Die Frequenzverdoppelung gewährleistet, daß jedes Auge 30 die vorgesehenen Halbbilder mit der ursprünglichen Wiederholfrequenz erhält. Bei Bedarf kann die Wiederholfrequenz auch mehr als verdoppelt, beispielsweise vervierfacht werden. Es ist anzumerken, daß jedes Auge zwar nur ein Halbbild mit der halben ursprünglichen Zeilenzahl erhält. Dieser nominelle Verlust an Auflösung wird jedoch physiologisch nicht bemerkt.

Werden bei der zeilenweisen Darstellung, wie sie insbesondere in Figur 2 erkennbar ist, die beiden Halbbilder gegeneinander verschoben, so treten in den Randbereichen jeweils die Zeilenenden um den Betrag &Dgr; über diejenigen Zeilen des jeweils anderen Halbbildes hinaus. Bei niedrigen Zeilenzahlen oder Auflösungen des Originalsignals 20 kann dieser Effekt als störend empfunden werden, da er kammartig oder „ausgefranst" wirken kann. Zur Vereinheitlichung der Darstellung, die einem bekannten Fernseh- oder Bildschirmbild möglichst nahe kommen sollte, können diese Randbereiche geglättet werden. Hierzu kann beispielsweise die Austastung der einzelnen Halbbilder gegeneinander verschoben werden, bis die Zeilenendpunkte übereinstimmen. Bei digitaler

Signalverarbeitung kann auch der überstehende Teil der einzelnen Zeilen des jeweiligen Halbbildes abgeschnitten werden, so daß sich insgesamt eine rechteckige Bildschirmdarstellung mit glatten Seitenrändern bildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung 1 insgesamt so ausgelegt, daß Eingangssignale 20 verschiedener Art, beispielsweise Fernsehsignale, Videosignale und Signale von Computergrafikkarten verarbeitet werden können. Der Ausgang 21 kann dann ebenfalls wählbar oder fest eingestellt in Form eines bestimmten Standardsignals gestaltet werden.

Insgesamt ergibt sich eine Vorrichtung, die bei ursprünglich zweidimensionalen Bildinformationen, die im allgemeinsten Sinne als Videosignale zu bezeichnen sind, ein dreidimensionaler Effekt mit einer handelsüblichen Shutterbrille erzielt werden kann. Dieser Effekt ist überraschend ausgeprägt. Es kommt eine an sich in der Bildinformation nicht enthaltene, scheinbare Trennung von Vordergrund und Hintergrund zustande.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer simulierten dreidimensionalen Bild- oder Laufbildwiedergabe in Form einer Folge von linken und rechten Bildern aus einem aus Zeilen 1 - n aufgebauten Eingangssignal (20), mit einer Eingangsstufe (2) und einer Ausgangsstufe (6) für die Ansteuerung eines zeilenweise schreibenden Wiedergabegerätes (22) mit einem Ausgangssignal (21), sowie mit einer Betrachtungsvorrichtung (11), die mit dem Wiedergabegerät (22) synchronisierbar ist und alternierend die Betrachtung des linken und des rechten Bildes ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Verschiebemittel (4) aufweist, das dazu eingerichtet ist, einen ersten Satz von Zeilen 1, 3, 5, . . ., n - 1 und einen zweiten Satz von Zeilen 2, 4, 6, . . ., n gegeneinander zu verschieben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (20) keine dreidimensionale Information enthält.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzverdoppler vorgesehen ist, der die Bildwiederholfrequenz des Ausgangssignals (21) gegenüber dem Eingangssignal (20) verdoppelt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung (14) zur Wahl des Grades der Verschiebung (Δ) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Verschiebung (Δ) über ein Schaltermittel (12) umkehrbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betrachtungsvorrichtung (11) eine Shutterbrille ist, vorzugsweise mit drahtloser Synchronisation.