DE2244451B2 - Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler fotografischer Farbbilder - Google Patents

Description

Fig.7 dient zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Erfindung unter Verwendung der in F i g. 1 dargestellten Anordnung.

F i g. 8,9 und 10 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Filter.

In den F i g. 1 und 2 ist eine Kamera 10 dargestellt, die entsprechend der Erfindung abgeändert ist Die Kamera besteht aus einem Kameragehäuse IZ das eine lichtdicht abgeschlossene Kammer zur Aufnahme und zum Transport eines lichtempfindlichen Materials wie z. B. eines Rollfilms 14 vor einem Bildfenster oder »Belichtungsrahmen« 16 bildet Das Kameragehäuse 12 kann von beliebiger Beschaffenheit sein und beispielsweise aus einer Filmkamera oder einem Fotoapparat bestehen. An dem Gehäuse ist ein Objektiv oder eine Linse 18 befestigt, welche in der mit der Ebene des lichtempfindlichen Materials im Bildfenster 16 zusammenfallenden Brennebene oder in einer Abbiidungsebene ein Bild erzeugt Es bedeutet keine Einschränkung, wenn angenommen wird, daß die Abbildungsebene genau mit der Ebene des lichtempfindlichen Materials im Bildfenster zusammenfällt, da in der Praxis für jedes Objektiv eine Abbildungsebene an dieser Stelle vorhanden ist Im Sinne der vorliegenden Beschreibung sollen die mit der Ebene des lichtempfindlichen Materials zusammenfallende Abbildungsebene und die dieser entsprechende und im Gegenstandsraum liegende Gegenstandsebene jeweils als die bevorzugten Gegenstands- und Abbildungsebenen bezeichnet werden. Bei dem lichtempfindlichen Material kann es sich beispielsweise um den üblichen 35 mm Rollfilm, vim Kinofilm oder auch um Glasplatten mit einer lichtempfindlichen Emulsionsschicht handeln. Die einzige Bedingung an das lichtempfindliche Material ist lediglich, daß dieses eine spektrale Empfindlichkeit aufweist und Farbinformation innerhalb des ganzen sichtbaren Spektralbereiches aufnehmen kann.

Aus praktischen Gründen soll die Beschreibung auf eine bestimmte Ausführungsform eines Fotoapparats beschränkt sein. Dabei wird von einer Bessler Topcon Kamera mit einem Topcor Automatikobjektiv von 58 mm Brennweite mit /71.4 ausgegangen. Das Objektiv ist in den Zeichnungsfiguren lediglich schematisch dargestellt und besteht aus einem Doppelmeniskusanastigmat mit zwei innenliegenden Doubletts 20 und 22 aus negativen Meniskuslinsen und außenliegenden positiven Elementen 24, 26, von denen das letztere ebenfalls aus einem Doublett besteht Das Objektiv weist eine zwischen den innenliegenden Meniskuselementen 20, 22 befindliche Aperturblende auf. Die Erfindung geht von dem Vorhandensein einer Aperturblende aus, insofern als jedes Objektiv, das entsprechend der Erfindung abgeändert werden kann, wenigstens eine Aperturblende aufweist Das der Beschreibung des Ausführungsbeispiels zugrundeliegende Objektiv dient lediglich zur Veranschaulichung, und die Erfindung ist in keiner Weise darauf beschränkt, sondern läßt sich auf alle Ausführungen fotografischer Objektive einschließlich der Meniskusanastigmate, Tripletts mit Luftzwischenraum usw. anwenden. Telefoto-, Weitwinkel- und andere Spezialobjektive lassen sich ebenfalls erfindungsgemäß ausbilden. Jedes Objektiv weist eine in bezug auf die Objektivgeometrie physikalisch vorgegebene Ebene auf, welche die Eigenschaft der Aperturblende hat. Die Aperturblende begrenzt den öffnungswinkel des axialen Energiekegels, der aus dem Gegenstandsraum in den Bildraum durchgelassen wird. Eine Eigenschaft der Aperturblende besteht darin, daß sämtliches Licht welches von einem beliebigen Punkt im dreidimensionalen Gegenstandsraum ausgeht und in das Objektiv eintritt die Aperturblende ausfüllt d.h. daß das im Bildraum '' innerhalb der Kamera erhaltene Bild durch eine angenähert gleichmäßige Verteilung von Lichtstrahlen entsteht, die in gleicher Weise durch die ganze Räche der Aperturblende hindurchtreten. Dementsprechend läßt sich beobachten, daS bei Unterteilung der

i'i Aperturblende in eine linke und eine rechte Hälfte und Abschirmung einer Hälfte angenähert die halbe Lichtenergie verloren geht, welche vom Gegenstandsraum kommend durch das Objektiv in den Bildraum übertragen, d.h. durchgelassen wird. In bekannter

Ii Weise befindet sich sich eine Irisblende unmittelbar neben oder in der Nähe der Aperturblende, so daß sich der vom Gegenstandsraum in den Bildraum eintretende Lichtstrom leicht dadurch steuern läßt daß lediglich der äußere Umfang der Aperturblende abgedeckt und dadurch der durch das Objektiv hindurchtretende Lichtstrom verringert wird.

Ein Spezialfilter 30 wird angenähert an der Aperturblende des Objektivs und unmittelbar vor oder hinter der Irisblende angeordnet Das Filter weist im

2^r> allgemeinen wenigstens sich gegenseitig ausschließende linke und rechte Filterhalbelemente 32 und 34 auf. Die Filterhalbelemente schließen im allgemeinen bündig aneinander an und liegen in einer gemeinsamen Ebene an oder in unmittelbarer Nähe der Aperturblende und unterteilen diese Blende in eine linke und eine rechte Hälfte. Das eine Filterhalbelement ist so ausgelegt, daß es einen vorbestimmten Teil des sichtbaren Spektrums durchläßt während das andere Filterhalbelement nur den dazu komplementären Teil des sichtbaren Spek trums durchläßt. Die Spektralbereiche entsprechen vorzugsweise einer angenähert gleichen visuellen Helligkeit, wie weiter unten näher erläutert ist. Ansonsten weist das Objektiv keine Änderungen auf, mit Ausnahme einer ggf. erforderlichen geringen

■»" Kompensation für die Filterdicke. In der Praxis hat sich gezeigt, daß entsprechend der Erfindung abgeänderte Objektive zur Erzielung einwandfreier Ergebnisse jedoch keine zusätzliche Kompensation für die Filterelemente benötigen. Das Filter 30 ist so beschaffen, daß

:~> sich gegenseitig ausschließende Spektralbereiche in gleicher Helligkeit durchgelassen werden und bei Betrachtung einer fertigen Fotografie unter Zuhilfenahme in gleicher Weise aufgebauter Betrachtungsfilter eine angenähert gleich große Helligkeitsempfindung in

on den beiden Augen des Betrachters hervorgerufen wird. Auf diese Weise wird eine Beanspruchung des Betrachters vermieden, die daraus entstehen könnte, daß sich die Pupillen beider Augen auf unterschiedliche Helligkeitswerte einstellen müßten. Die Unterteilung

vi des sichtbaren Spektrums kann auf viele unterschiedliche Weisen erfolgen. Eine bevorzugte Teilung ist in Fig.3 dargestellt, welche die Durchlässigkeit beider Filterhalbelemente als Funktion der Wellenlänge zeigt Die Kennlinie 36a stellt die Durchlässigkeitskurve des

mi blaugrünen Filters 34 dar, während die Kennlinie 38a die bevorzugte Kennlinie der Durchlässigkeit des roten Filters 32 zeigt Diese Filter weisen über ihren ganzen Dufhlässigkeitsbereich sehr hohe Bandpaß-Durchlässigkeitswerte auf, die jedoch außerhalb dieser Bereich

'^Λ auf vernachlässigbar kleine Werte abfallen. Die Filter können in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein und beispielsweise aus dichroitischen Reflexionsfiltern bestehen, die aus der Beschichtung transparenter Unterla-

gen mit einem besonders wirksamen Belag hergestellt sind. Die weiteren Kurven 36b, 3Sb zeigen die Kennlinie von Gelatinefiltern, die sich gleichfalls verwenden lassen, jedoch aufgrund ihrer hohen Verluste weniger gut geeignet sind als die leistungsstärkeren dichroiti- *· sehen Filter. Aus den dargestellten Kennlinien ist eine wichtige Anforderung an die Filter ersichtlich, nämlich daß der Überlagerungsbereich 39 der Filterdurchlässigkeiten oder, um einen Ausdruck aus der Nachrichtentechnik zu verwenden, die »Übersprechkopplung« äußerst gering ist und so weit wirtschaftlich vertretbar vernachlässigbar klein gemacht wird. Dadurch werden die Augenermüdung und ggf. Verwirrung des Betrachters herabgesetzt

Die Filter sind vorzugsweise so angeordnet, daß in r> Blickrichtung zum Gegenstandsraum das Rotfilter 32 die linke Hälfte der Aperturblende einnimmt, durch welche das eintretende Lichtstrahlenbündel 40a hindurchtritt während das blaugrüne Filter 34 die rechte Hälfte der Aperturblende einnimmt, durch welche das -'o eintretende Lichtstrahlenbündel 40ό hindurchtritt. Im Normalfall, welcher der Darstellung der F i g. 1 und 2 entspricht, stimmt diese Anordnung mit der des Rotfilters in der linken Hälfte der Aperturblende und der des Blaugrünfilters in der rechten Aperturhälfte überein. Bei Verwendung von Bildumkehr-, Aufrichtoder Übertragungssystemen dürfte es jedoch einfacher sein, die Bezeichnung linke und rechte Strahlenhalbbündel auf den Gegenstandsraum und nicht auf eine willkürliche Aperturblende (oder ein Bild einer solchen) «> innerhalb des Objektivsystems zu beziehen, um eine korrekte Ausrichtung der Filter zu gewährleisten. Die Filter befinden sich vorzugsweise genau an der Aperturblende, befinden sich über ihre ganze Ausdehnung in der Ebene der Aperturblende und teilen diese in J^ seitlicher Richtung in zwei gleich große Hälften entlang einer genau senkrechten und die Objektivachse schneidenden Linie. Lageabweichungen des Filters in seitlicher Richtung oder Axialabweichungen von der Ebene der Aperturblende und senkrechte Fluchtungs- ·■ fehler oder Verkippung sind jedoch innerhalb gewisser Grenzen nicht kritisch. Die Auswirkungen derartiger Abweichungen werden weiter unten näher betrachtet.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 sei nun angenommen, daß eine bevorzugte Ebene im Gegen- »'· Standsraum 42 in die Abbildungsebene mit der lichtempfindlichen Oberfläche im Bildraum mehrere Vordergrund- und Hintergrundebenen vorhanden sind, die jeweils in entsprechende Vordergrund- und Hintergrundebenen des Bildraums abgebildet werden. ">» Diese Annahmen decken sich mit den bekannten Abbildungsgesetzen von Objektiven und Linsen. Jeder von einem im Gegenstandsraum befindlichen Gegenstand ausgehender Energiestrahl, der durch das Objektiv hindurchtreten kann, stellt einen einzigen *λ Punkt in der Ebene der Aperturblende dar. Sämtliches, vom Gegenstand kommende Licht füllt die Aperturblende völlig aus (wenn von gerichteter Strahlungsenergie abgesehen wird, d. h. beispielsweise Lichtquellen mit Richtwirkung, wobei diese Einschränkung vernachläs- ta sigt werden kann). Da die Filter an der Aperturblende angeordnet sind, ist die Aperturblendenebene in gleiche Hälften unterteilt, und jedes Element des zulässigen Bildraums 44 (im dreidimensionalen Sinne) wird von einer ersten Strahlengruppe beleuchtet, die durch die für « Rot durchlässige Seite der Blende hindurchgehen, und eine zweite Strahlengruppe, die durch die Blaugründurchlässige Seite der Blende hindurchgehen. An jedem Bildpunkt des dreidimensionalen Bildraums konvergieren diese Strahlengruppen zu einem zusammengesetzten Bild abgeglichener Farbzusammensetzung, das sich aus der Addition der zwei Strahlenbündelgruppen ergibt. (Der niedrigere Durchlässigkeitswert für Gelb macht sich nicht bemerkbar, da die subjektive Gelbempfindung ebenfalls aus der Kombination von Rot und Blaugrün erzeugt wird.) Beide Strahlenbündel haben jedoch in bezug auf die Aperturblende eine binokulare Trennung oder Querdisparation, die angenähert dem halben waagerechten Durchmesser der Aperturblende entspricht.

Die Abbildungsgeometrie ist in den F i g. 1 und 2 anhand von drei Balken 50, 52, 54, die sich in unterschiedlichen Ebenen des Gegenstandsraums befinden, und den entsprechenden Balkenbildern 60,62,64 im Bildraum veranschaulicht F i g. 2 zeigt außerdem, in welcher Weise jedes Bild im Bildraum aus konvergierenden Lichtbündeln gebildet wird, die von den entgegengesetzten Seiten der Aperturblende herkommen und unterschiedlichen Spektralgehalt aufweisen, so daß sich in den auf diese Weise erzeugten Bildern eine angenähert gleiche Energieverteilung ergibt.

Das Objektiv soll so eingestellt sein, daß eine bevorzugte Ebene des dreidimensionalen Gegenstandsraums scharf in der Ebene der lichtempfindlichen Oberfläche innerhalb des Bildfensters abgebildet wird. Dazu braucht im allgemeinen lediglich der Abstand des Objektivs von der lichtempfindlichen Fläche eingestellt oder die Geometrie des Objektivs entsprechend verändert zu werden, so daß die in der bevorzugten Ebene des Gegenstandsraums im dreidimensionalen Bildraum erzeugten Bilder genau in die Ebene der lichtempfindlichen Oberfläche fallen. Wie ohne weiteres ersichtlich, sind vor oder hinter der bevorzugten Abbildungsebene entstehende Bilder in der bevorzugten Bildebene nicht scharf abgebildet. Von den im Gegenstandsraum befindlichen drei Balken 50, 52 und 54 befindet sich der Balken 50 in der bevorzugten Ebene, der Balken 52 im Vordergrund und der Balken 54 im Hintergrund. Daher wird von dem Balken 50 ein konvergentes, farblich verschmolzenes und scharfes Bild 60 auf der lichtempfindlichen Oberfläche erzeugt. Die Belichtung durch diesen Gegenstand erfolgt daher in gleicher Weise als wenn kein Filter vorhanden wäre.

Der im Vordergrund befindliche Balken 52 entspricht einem im Hintergrund des Bildraums liegenden Balkenbild 62, so daß die voneinander getrennten Strahlenbündel 62a, 626 in Konvergenz die Ebene der lichtempfindlichen Fläche durchsetzen. Damit ergibt sich eine geringe seitliche Versetzung oder Saumbildung in der Belichtung der lichtempfindlichen Fläche, welche dem Abstand des Balkenbildes 62 von der Ebene der lichtempfindlichen Fläche im Bildraum entspricht. Die Verschiebung ist offensichtlich direkt proportional dem entsprechenden Abstand des Balkens 52 von der bevorzugten Ebene im Gegenstandsraum.

Der im Hintergrund des Gegenstandsraums befindliche Balken 54 wird im Vordergrund des Bildraums durch die Strahlenbündel 64a, Mb als Balkenbild 64 abgebildet, wobei die Belichtung des Films auf der lichtempfindlichen Fläche von einer seitlichen Verlagerung der divergierenden Lichtbündel 64a, 646 begleitet ist, welche vom Bild 64 ausgehen. Die Gesamtverlagerung ist direkt proportional der Verlagerung des Balkens 54 im Hintergrund des Gegenstandsraums und der entsprechenden Verlagerung des Balkenbildes 64 zum Vordergrund des Bildraums hin.

Das Diapositiv, Bild usw., welches durch Abbildung der bevorzugten Gegenstandsebene erhalten wkd, zeichnet sich durch mehrere Eigenschaften aus, die das Bild von bekannten dreidimensionalen Bildern unterscheiden. Zunächst einmal ist nur ein einziger Bildraum s mit einem einzigen Bildfenster vorgesehen, so daß der Bildraum nur einen Satz von Bildern enthält, welche von den Strahlenbündeln gebildet werden, die auf symmetrischen Wegen mit gleichen Weglängen vom Gegenstandsraum durch eine einzige Apertur hindurchtreten. Folglich ergibt sich kein Weglängenunterschied im Bildraum bei der Belichtung, so daß auch keine Verzeichnung und Verzerrung aufgrund von Weglängenunterschieden auftreten kann. Verzeichnungseffekte ergeben sich bekanntlich dann, wenn der Gegenstandsraum durch in einem Abstand voneinander angeordnete Aperturen abgebildet oder betrachtet wird und hat zur Folge, daß Bilddetails am Umfang und insbesondere in den Ecken aufgrund der Verzeichnung verloren gehen, indem eine genau rechtwinklige Vorlage auf ihren Seiten verschieden groß wiedergegeben wird.

Die Herstellung des Raumbildes kann dabei so erfolgen, daß dieses keine scharfen Doppelbilder enthält. Dazu wird die Irisblende zur Erzielung eines beschränkten Schärfentiefenbereichs eingestellt, so daß sämtliche Stereoinformation automatisch in der Zerstreuungsunschärfe eines einzigen Satzes von Bildraumdaten enthalten ist. Damit wird das auf diese Weise erzeugte Raumbild besonders geeignet, da die Zerstreuungsunschärfe des erfindungsgemäßen Raumbildes genau dem subjektiven menschlichen Sehvorgang entspricht, indem das mit doppelter Zerstreuungsunschärfe behaftete Bild des menschlichen Seheindrucks sehr ähnlich ist dem erfindungsgemäß erzeugten Raumbild. Dementsprechend ist die Betrachtung von Stereobildern durch Verringerung der Betrachtungsunbequemlichkeiten wesentlich verringert im Vergleich zur Betrachtung von Stereobildern mit scharf gezeichneten Doppelbildern. Scharf ausgezeichnete Doppelbilder sind im peripheren Sehbereich störend für die meisten Betrachter und entsprechen außerdem nicht dem tatsächlichen Seheindruck bei normalem Sehen.

Im nachfolgenden wird näher erläutert, in welcher Weise das erfindungsgemäße Raumbild stereoskopisch, d.h. räumlich erblickbar ist und welche Erklärung für den räumlichen Seheindruck gegeben werden kann.

Aus Erläuterungsgründen sei angenommen, daß vermittels der in F i g. 1 dargestellten Kamera ein Farbdiapositivfilm belichtet, der Film anschließend entwickelt und das erhaltene Farbdiapositiv dann betrachtet wird. Es sei angemerkt, daß die Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern weitgehend wie z. B. auf Farbfernsehübertragungen anwendbar ist.

In Fig.4 ist ein Farbdiapositiv in bezug auf einen Betrachter dargestellt Bekanntlich muß die Betrachtung eines Diapositivs in bezug auf seine Lage in der Kamera in Blickrichtung zum Gegenstandsraum hin höhenverkehrt erfolgen, wenn kein Aurrichtsystem verwendet wird. Es sei daher angenommen, daß das Diapositiv richtig ausgerichtet und aus Gründen einer leichteren Betrachtungsweise um 180° gedreht worden ist Es erscheint dann wie in Fig.4 dargestellt Ohne Sehhilfe, d. h. mit unbewaffenetem Auge, erscheint das konvergierte Bild 70 der bevorzugten Ebene einwandfrei scharf mit abgeglichener Farbwiedergabe entsprechend den additiven Eigenschaften der konvergierten Farbkomponenten beider Filter.

Im Gegensatz dazu erscheint das Vordergrundbild 72a mit einem blaugrünen Farbsaum 72b und einem dazu verschobenen roten Farbsaum 72a, wobei die Verschiebung proportional ist dem Abstand des Vordergrundbildes 62 von der bevorzugten Bildebene. In entsprechender Weise erscheint das Hintergrundbild mit einem nach Rot verschobenen linken Farbsaum 74a und einem nach Blaugrün verschobenen rechten Farbsaum 746, die voneinander um einen Abstand getrennt sind, der proportional ist dem Abstand des Hintergrundbildes von der Abbildungs- oder Scharfstellebene im Bildraum. Ohne Betrachtungsgerät verschmelzen diese Bilder im allgemeinen zu einem verhältnismäßig zerstreuten Bild mit Farbrändern unbestimmter Farbgebung. Der Grad der Zerstreuung und die Größe der Saumbildung läßt sich jedoch vermittels der Irisblende 28 und des durch diese vorgegebene Schärfentiefenbereiches so bemessen, daß diese Erscheinungen nicht stark hervortreten, besonders wenn der Eindruck eines dreidimensionalen Bildes erweckt werden soll und eine höchstmögliche Verträglichkeit mit einer zweidimensionalen Betrachtungsweise angestrebt wird.

Es sei nun angenommen, daß der Betrachter eine Filterbrille 76 aufgesetzt hat, in welcher das linke Brillenglas 77 für Rot durchlässig, und das rechte Brillenglas 78 für Blaugrün durchlässig ist. Die Brillengläser 77,78 können beispielsweise identisch den vorgenannten Filtern ausgebildet sein, mit der einzigen Bedingung, daß die Überlagerung der Durchlässigkeitsbereiche beider Gläser einen absoluten Mindestwert aufweisen muß, um die Betrachtung nicht zu stören und den Betrachter nicht zu verwirren. Bei aufgesetzter Brille wird das konvergierte Bild in der bevorzugten Ebene des Bildraums mit Ausnahme des zum Auge des Betrachters gelangenden Lichtstroms nicht beeinflußt, d. h. die Leuchtstärke des Gegenstands wird wenigstens um den theoretischen Faktor V₂ herabgesetzt, da zu jedem Auge nur der halbe Lichtstrom durchgelassen wird. Die Färb wiedergabe wird jedoch nicht nennenswert verändert Wenn der Betrachter seine Augen zunächst auf die bevorzugte Ebene adaptiert, sieht er ein konvergiertes und scharfes Bild. Das auf der linken Seite befindliche Bild, welches von dem Vordergrundgegenstand 52 des Gegenstandsraums stammt, weist einen blaugrünen linken Farbsaum 72ö und einen roten rechten Farbsaum 72a auf, wodurch der Betrachter dazu verleitet wird, seine Augen in der Weise zur Konvergenz zu bringen, daß diese Bilder sich gegenseitig überlagern. Dadurch wird im Gehirn des Betrachters ein psychophysiologischer dreidimensionaler Raumeindruck erweckt da die benötigte Konvergenz genau derjenigen bei Betrachtung eines beliebigen Gegenstands beim normalen Sehen entspricht, der in einer Ebene hinter einem vorgegebenen Gegenstand liegt

In entsprechender Weise weist das Bild des im Gegenstandsraum im Hintergrund liegenden Gegenstands 54, das bei 74 dargestellt ist, einen nach links versetzten roten Farbsaum 74a und einen nach rechts versetzten büaugrünen Farbsaum 746 auf, wodurch der Betrachter dazu verleitet wird, seine Augendivergenz zu vergrößern, um diese Bilder zur Deckung zu bringen. Dadurch wird die Farbwiedergabe wiederum abgeglichen und der Betrachter zu der psychophysiologischen Illusion verleitet; daß sich das verschmolzene Bild hinter der Bildebene des betrachteten Diapositivs befindet Der Lichtstrom in den ineinander verschmelzenden Bildern bei Konvergenz oder Divergenz der Augen des

Betrachters führt zu einer beachtlichen Steigerung der Beleuchtungsstärke, so daß das Bild klarer und heller erscheint, wenn die Belichtungsbilder im Auge des Betrachters durch eine entsprechende Konvergen;:- oder Divergenzstellung der Augen ineinander verschmelzen.

Die vorstehende Betrachtung bezieht sich auf beleuchtete, hellfarbige Gegenstände im Vordergrund, Hintergrund oder der bevorzugten Ebene des Gegenstandsraums. Im allgemeinen erzeugen derartige helle Gegenstände eine positive Lichtreflexion in Richtung der Kamera. Die Bilder dunkler Gegenstände weisen ebenfalls blaugrüne und rote Farbsäume auf, die jedoch gegenüber den Bildern von hellen Gegenständen seitenverkehrt sind. Daraus könnte nunmehr die Schlußfolgerung gezogen werden, daß der Konvergenz:- winkel über die Scharfeinstellebene hinweg umgekehrt werden müsse. Das ist jedoch nicht der Fall. Dunkle Gegenstände zeichnen sich nämlich durch Nichtvorhartdensein von Farbe oder Beleuchtung an ihrer Stelle aus, wohingegen der Vorder- oder der Hintergrund derartiger Gegenstände wie z. B. das die Gegenstände umgebende Gelände in positiver Beleuchtung oder irn »Glanzlicht« erscheint.

Bei hellen Gegenständen, d. h. Gegenständen mit positiver Beleuchtung wie z. B. weißen Gegenstände! weisen die im Vordergrund befindlichen Gegenstände in der beschriebenen Weise eine Rotverschiebung oder einen rechtsseitigen Farbsaum und eine Blaugrünverschiebung oder einen linksseitigen Farbsaum auf.

Wie anhand der Fig.5 und 6 dargestellt, tritt bei dunklen Vordergrundgegenständen, welche keine oder wenig Beleuchtung aufweisen, so z. B. Schwarz, eine Verschiebung eines nicht-roten Bilds zur rechten Bildseite und eine Verschiebung eines nicht -blaugrünen Bildes zur linken Bildseite auf, so daß das Bild Farbsäume aufweist, die entgegengesetzt sind denen in der vorstehenden Betrachtung. Wie in Fig.6 dargestellt, wird ein blaugrüner Farbsaum 172a und ein roter Farbsaum 1726 erhalten. Diese Aussage bezieht sich auf die Bildgeometrie: Die das Rotfilter-Halbelement 32 durchsetzenden Strahlen werden nach rechts verschoben, und wenn keine Strahlen durch das Filter hindurchgehen, läßt sich das Ergebnis als nicht-rot bezeichnen. Damit ergibt sich ein nach rechts verschobener blaugrüner Farbsaum, welcher dem Nichtvorhandensein von Rot entspricht, sowie ein nacii links verschobener roter Farbsaum, welcher dem Nichtvorhandensein von Blaugrün entspricht

F i g. 7 zeigt in Draufsicht eine Gegenstandsebene 86, vor der sich im Vordergrund ein schwarzer Balken 80 befindet. Ein Kameraobjektiv 82 mit einem Filter 84a, 6 ist auf die Gegejrstandsebene 86 gerichtet und ist so eingestellt, daß diese scharf abgebildet wird. Mit 88a und 886 sind Strahlen bezeichnet, die jeweils durch einen der beiden Filter hindurchgehen. Bei Verfolgung der vom Aufnahmegegenstand fortlaufend von rechts nach links in das Objektiv gelangenden Strahlen wird ein Punkt 90 erreicht, an dem der rechte Strahl 86a und der linke Strahl 88a beide in der Gegenstandsebene zusammentreffen. Ober diesen Punkt hinaus wird der linke, rote Strahl 86a durch den schwarzen Gegenstand im Vordergrund abgeschattet so daß in diesem Bereich nur der blaugrüne Strahl 886 verbleibt und dieser ebenfalls nach einer kurzen Strecke abgeschattet wird. An dieser Stelle ergibt sich die Belichtung null (schwarz) entsprechend dem Gegenstand, wobei jedoch kein rechter, blaugrüner Farbsaum 1726 erhalten wird, der durch das rechte Filter 846 erscheinende Hintergrundeinzelheiten enthält.

Bei Weitervorfolgung des Hintergrundes quer zur Kamera gelangt der linke Strahl 86c gerade noch an der linken Seite des schwarzen Gegenstandes vorbei und zeigt Einzelheiten durch das Filter 84a. Unmittelbar daneben können beide Strahlen 86c/ und 88c/ am Rand des Vordergrundgegenstandes vorbei zum Objektiv gelangen und das Farbgleichgewicht wiederherstellen.

ίο Auf diese Weise erscheint der Gegenstand im Bildfeld dunkel mit einem linken roten Farbsaum und einem rechten blaugrünen Farbsaum. Bei Betrachtung mit der Brille 76 sieht das rechte Auge ein nach links verschobenes dunkles Bild, das sich aus dem Nichtvorhandensein von Blaugrün im roten Bildsaum ergibt, während das linke Auge ein nach rechts verschobenes dunkles Bild sieht, das sich aus dem Nichtvi>rhandensein von Rot im blaugrünen rechten Bildsaum ergibt. Diese Verlagerungen erzwingen eine Konvergenzeinstellung im Auge des Betrachters, wodurch die Farbsäume ineinander verschmelzen und das auf diese Weise erhaltene Bild entsprechend dem Gegenstand im Vordergrund erscheint.

Wenn die im Hintergrund befindlichen Gegenstände schwarz sind, ergibt sich aufgrund der gleichen Betrachtungsweise, daß diese nach rechts verlagerte rote Farbsäume und nach links verlagerten blaugrüne Farbsäume aufweisen, da die zugeordneten Strahlen beim Auftreffen auf die Bildscharfeinstellebene divergieren. Bei Betrachtung mit der Filterbrille 76 werden diese Farbsäume zur Überlagerung gebracht, so daß das Bild entsprechend dem tatsächlichen Gegenstand im Hintergrund verschmilzt.

Der gesamte Bildraum zeichnet sich dadurch aus, daß er aus einem einzigen Satz von Bildern besteht die an jedem Bildpunkt, unabhängig davon, ob sich das betreffende Bild in der Scharfeinstellebene befindet oder nicht, zu einer abgeglichenen und korrekten Farbgebung miteinander verschmelzen. Mit anderen Worten, Gegenstände in der bevorzugten Ebene des Gegenstandsraums erscheinen als Bilder in der scharf eingestellten Bildebene 446, wobei die Bilder farblich abgeglichen sind und aus linken und rechten komplementären, jeweils durch die Filter hindurchgegangenen Spektralabschnitten oder -bereichen bestehen. In entsprechender Weise ergeben Gegenstände im Vordergrund und im Hintergrund jeweils Hintergiund- und Vordergrundbilder, die in ähnlicher Weise vollständig und in der entsprechender Hintergund- oder Vordergrundebene 44c bzw. 44a scharf abgebildet sind. Es ist kein zweiter Satz von Bildern vorhanden. Die Vordergrund- und Hintergrundbilder werden natürlich durch divergierende oder konvergierende Strahlen in Bezug auf den Strahlschnittpunkt mit der bevorzugten und den Film enthaltenden Ebene 44b gebildet Daher weist der Film die vorstehend beschriebenen Farbsäume auf. Es ist jedoch unmöglich, ein Filmbild zu erhalten, auf dem sich klar unterscheidende Doppelbilder befinden, da der Bildraum nur aus einem einzigen Satz Bilder besteht und die auf dem Film erscheinenden Farbsäume, welche zur Übermittlung der Tiefeninformation dienen, auf geometrische Zusammenhänge mit der Objektivbrennweite und nicht auf eine Doppelabbildung zurückzuführen sind. Das macht von vorneherein unmöglich, daß Doppelabbildungen von Vordergrund oder Hintergrund entstehen, und vermeidet die unangenehmen Sehempfindungen bei Betrachtung sich klar unterscheidender Doppelbilder. Das nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren und vermittels der vorgeschlagenen Vorrichtung erhaltene Raumbild entspricht ziemlich genau dem zweiäugigen menschlichen Sehen, bei dem ebenfalls unscharfe Zerstreuungsbilder erscheinen, wenn die Augen beispielsweise von einem Vordergrundgegenstand auf einen Hintergrundgegenstand akkomodiert werden. Dabei ist selbstverständlich berücksichtigt, daß der menschliche Sehvorgang mit dem aus zwei Aperturen bestehenden Sehorgan erfolgt. Es wird ein optisches System mit einer geteilten ι ο einzigen Apertur verwendet, das den vorstehend beschriebenen einzigen Satz Bilder liefert. Das auf diese Weise erhaltene Raumbild zwingt den Betrachter gewissermaßen, seine Aufmerksamkeit auf die bevorzugte Ebene zu richten, da es für ihn sehr schwer ist, seine Aufmerksamkeit auf ein Doppelbüdsystem zu konzentrieren. Der einzige Weg, die zerstreuten Bilder im Vordergrund und Hintergrund klar zu sehen, ist durch Änderung der Konvergenz der Augen gegeben, wozu das Sehorgen des Betrachters notwendigerweise dem stereoskopischen Effekt erliegt, der in den Bildaufbau »eingebaut« ist

Es läßt sich zeigen, daß das betrachtbare Raumbild auch durch Bildübertragungssysteme und dgl. mit Mehrfachabbildung übertragbar ist. Zunächst sei klargestellt, daß die Bildseiten-richtigkeit nur dann gewährleistet ist, wenn das Bild vom Hintergrund des Bildraums her betrachtet wird. Mit anderen Worten, das Raumbild muß aus der gleichen Richtung betrachtet werden, in welcher die Aufnahme zuvor erfolgt ist, und das unabhängig davon, ob es sich um ein Diapositiv oder ein Papierbild handelt. Bekanntlich ist jedoch das erste Bild Seiten- und höhenverkehrt und muß daher zur richtigen Betrachtungsweise um 180° gedreht werden. Bei Aufrichtung (oder Drehung) vermittels eines entsprechenden optischen Systems wie z. B. eines Objektivs wird das Bild nicht nur um 180° gedreht, sondern der Bildraum von Vordergrund und Hintergrund wird ebenfalls vertauscht Damit wird alle in den Farbsäumen des Raumbildes enthaltene Information in bezug auf die Bezugs-Bildebene ebenfalls vertauscht, so daß bei optischer Drehung des Bezugsbildes um 180° die Stereoinformation ebenfalls vertauscht wird. Das ist eine Eigenschaft jedes optischen Systems, indem bei jeder weiteren Drehung wiederum eine solche Vertäuschung erfolgt In der Praxis heißt das, daß die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung unbeeinfluß bleibt von ein Vertauschen von Vordergrund und Hintergrund durch ein komplizierteres optisches System, vorausgesetzt, daß die Seitenrichtigkeit gewahrt bleibt. Selbstverständlich kann wie auch bei der Handhabung normaler Diapositive eine versehentliche Seitenvertauschung vorkommen, was dazu führt daß das Raumbild nicht mehr als dreidimensionales in Erscheinung tritt und vom Betrachter psendoskopisch gesehen wird.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist weitgehend frei von kritischen Dimensionsfaktoren, bestimmte Einstell- und Justierabweichungen sind nicht kritisch. So ist beispielsweise eine Winkelabweichung aufgrund einer Drehung des Filters um die optische Achse des Objektivs nicht kritisch. Das gleiche trifft auch auf horizontalen Versatz zu. Es zeigt sich daß an dem linken und dem rechten Rand der Diapositive eine Farbtonverschiebung in Abhängigkeit von Axialverlagerungen des Filters entlang der Objektivachse auftritt Diese Verschiebung ist bei Betrachtung mit der Filterbrille annehmbar, läßt sich jedoch durch versuchsweises Justieren des Filters leicht beseitigen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß sich die Irisblende und das Filter im allgemeinen an der Aperturblende des Objektivs befinden. Das kann jedoch in manchen Fällen unzweckmäßig sein, weil Irisblende oder andere Elemente in diesem Falle mit Linsenelementen zusammenfallen würden, so daC daher diese Elemente gegenüber der theoretischen Lage der Aperturblende etwas versetzt angeordnet werden müssen. Im Gegensatz zu vielen bekannten dreidimensionalen Stereosystemen ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene dreidimensionale Raumbild besonders frei von Verzeichnung, die sich durch Winkelausrichtung des Kopfes eines Betrachters ergibt. Viele Betrachter verkippen ihren Kopf aus Gründen der Bequemlichkeit um einen kleinen Winkel. Bei bekannten Systemen führt das in vielen Fällen zu einem sofortigen Verlust des dreidimensionalen Bildeindrucks und zur Doppelbildverzeichnung. Bei dem vorliegenden Raumbild dagegen sind derartige Winkelabweichungen unkritisch. Auch hier tritt ein Verlust des dreidimensionalen Eindrucks auf, jedoch erst unter verhältnismäßig großen Winkelabweichungen gegenüber der Senkrechten.

Das Raumbild läßt sich besonders mühelos betrachten und liefert ein angenehmes Bild, da es in seinem Aufbau sehr eng dem Sehvorgang mit unbewaffnetem Auge entspricht So entspricht beispielsweise das Verschmelzen der Doppelbilder aufgrund des Augenkonvergenzwinkels des Betrachters unmittelbar der Doppelbildkonvergenz beim Sehvorgang mit unbewaffnetem Auge, so daß der Betrachter folglich äußerst geringen Unbequemlichkeiten ausgesetzt ist, da er bereits bei normalen Sehvorgängen an die gleiche Augenstellung gewöhnt ist, die zur Betrachtung des erfindungsgemäßen Raumbildes benötigt wird. Eine weitere Ähnlichkeit ergibt sich aus dem subjektiven Eindruck einer Kontraststeigerung des Bildes, wenn im Auge des Betrachters die Farbsäume ineinander verschmelzen. Damit bestätigt das Gehirn des Betrachters die korrekte Betrachtungsweise, wodurch wiederum der dreidimensionale Effekt gesteigert wird. Dabei sei auch darauf hingewiesen, daß dieser Vorgang genau dem Sehvorgang von Gegenständen im Gegenstandsraum mit unbewaffnetem Auge entspricht insofern als der gesamte Helligkeitseindruck eines gesehenen Gegenstands wesentlich herabgesetzt ist wenn nur ein Auge auf diesen Gegenstand adaptiert ist.

In diesem Zusammenhang wird eine wesentliche Verbesserung der Bildquaiität von Vordergrund und Hintergrundbild erhalten, wenn die Augen des Betrachters in der richtigen Weise konvergiert sind, da bei Überlagerung der linken und rechten Randsäume von Gegenständen die gesamten Einzelheiten des Gegenstands beträchtlich besser und schärfer erscheinen. Die oberen und unteren Ränder können Zerstreuungsunschärfe aufweisen und werden nicht verbessert da der Betrachter nur horizontale Konvergenz und keine senkrechte Konvergenz aufbringen kann.

Die in den Fig.8, 9 und 10 dargestellten Farbfilter stellen aus der Sicht des Gegenstandsraums Filter mit einem Aufbau dar, mit denen die Definition an den oberen und unteren Bildrändern vergleichbar gemacht wird der bei horizontaler Konvergenz der seitlichen Ränder durch den Betrachter. Diese Filter entsprechen im allgemeinen dem der Ausfuhningsform nach den Fig. 1—3 und weisen jeweils ein entsprechendes linkes Rotfilter 132 und ein rechtes Blaugrünfilter 134 auf. Die Filter sind jedoch in ihren oberen und unteren Bereichen durch geschwärzt dargestellte Blenden

abgedeckt, so daß die Durchlässigkeitsberekhe der Filter 132, 134 z.B. etwa schmetterlingsflügelförmig erscheinen. Dadurch werden die in der Hauptsache auf senkrecht zueinander versetzten Wegen durch das Objektiv hindurchgehenden Strahlen selektiv eliminiert im Vergleich zu den mehr auf waagerecht versetzten Wegen verlaufenden Strahlen. Dieser Bedingung genügen viele unterschiedliche Formen, von denen in den F i g. 8,9 und 10 einige Beispiele dargestellt sind.

In Fig.8 ist ein Filteraufbau dargestellt, bei dem obere und untere Kreisquadranten oder -keile der Aperturblende undurchlässig gemacht sind. Bei konsequenter Weiterführung dieser Formgebung kommt man zur Formgebung der F i g. 9, in welcher die oberen und unteren Quadranten einen gegenseitigen Abstand aufweisen. Die verbleibenden rechten und linken Filterhalbelemente lassen überwiegend linke und rechte Strahlen durch, die gegenüber der Objektivachse seitlich versetzt sind. In Fig. 10 ist ein Filter aus zwei Scheibenfilterelementen dargestellt, die auf beiden Seiten des Objektivs etwa mittig in der Aperturblende angeordnet und allseitig von opakem Material umgeben sind.

Diese geometrischen Formgebungen zeichnen sich allgemein dadurch aus, daß selektiv eine größere Anzahl Lichtstrahlen durch seitlich oder waagerecht versetzte Objektivabschnitte hindurchtreten kann, wohingegen die wenig Stereoinformation enthaltenden und durch die obtren und untern Enden oder Quadranten des Objektivs hindurchtretenden Strahlen diskriminiert oder ausgeblendet werden. Jede Blende dieser Art ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß sie sowohl in senkrechter als auch in waagerechter Richtung symmetrisch zur Mitte der Aperturblende und damit des Objektivs angeordnet ist In direkter Analogie zur vorgehenden Betrachtung der waagerecht zueinander versetzten Strahlen läßt sich unmittelbar ersehen, daß

is die Saumbildung an den oberen und unteren Rändern von Gegenständen unmittelbar aus der Belichtung des Films durch Strahlen erhalten wird, die an den oberen und unteren Rändern der Aperturblende des Objektivs durchtreten. Durch selektive Elimination dieser Strah len beispielsweise vermittels der in den Fi g. 8,9 und 10 dargestellten Filterblenden wird die Schärfe an den oberen und unteren Rändern der Gegenstände erheblich verbessert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler fotografischer Farbbilder, mit der mit einem einzigen Objektiv zwei sich flächenmäßig überlapipende Farbbilder in unterschiedlichen, sich spektral nicht überlappenden Bereichen hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung der beiden Farbbilder aus zwei Farbfiltern (32,34) bestehen, die in der Aperturblende des Objektivs (18) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden in der Aperturblende des Objektivs (18) angeordneten Farbfilter aus einem die rechte Hälfte der Aperturblende einnehmenden ersten Filterhalbelement (32) und das andere aus einem die linke Häifte der Aperturblende einnehmenden zweiten Filterhalbelement (34) besteht, und daß beide Filterhalbelemente jeweils eine Bandpaßbreite aufweisen, die annähernd die gleich große Helligkeitsempfindung im menschlichen Auge hervorruft, und sich gegenseitig ausschließende Spektralbereiche umfassen, so daß durch das Objektiv (18) hindurchtretende Lichtstrahlen in Strahlenbündel der linken und rechten Hälfte unterteilt und durch das Objektiv in einer einzigen, jeweils jedem innerhalb des Gegenstandsraumes befindlichen Gegenstand entsprechenden Bildgruppe in dem Bildraum (44) abgebildet werden, in welcher jedes Bild jeweils aus durch beide Seiten der Aperturblende hindurchtretenden, zusammentreffenden Strahlenbündeln gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zum Ausblenden eines hohen Prozentsatzes der auf die oberen und unteren Randbereiche der Aperturblende auftreffenden Strahlen und damit zur Verringerung der oberen und unteren Randunschär· fe dienende Blendenvorrichtung oder Blende (F i g. 8 bis 10), vermittels deren durch die in dem Gehirr, eines Betrachters stattfindende seitliche Verschmelzung der seitlichen Bildränder und durch die Ausschaltung der oberen und unteren Randunschärfe durch die Blendenvorrichtung der Eindruck einer Gesamtbildschärfe erzeugbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende lichtundurchlässige Abschnitte aufweist, die aus symmetrisch zu die Aperturblendenmitte schneidenden senkrechten und waagerechten Linien angeordneten oberen und unteren Keilblenden bestehen, so daß die verschiedenfarbigen Durchlässigkeitsbereiche (132, 134) etwa schmetterlingsflügelförmig erscheinen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende im obersten und untersten Bereich der Aperturblende lichtundurchlässig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende die ganze Fläche der Aperturblende mit Ausnahme in einem Abstand in waagerechter Richtung symmetrisch angeordneter und mit den Farbfiltern (132, 134) versehener Öffnungen (F i g. 8 bis 10) abdeckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen kreisrund ausgebildet sind (Fig. 10) und einen etwa dem halben Durchmesser der Aperturblende entsprechenden Mittenabstand aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Vorrichtungen dieser Art, bei denen das bekannte Anaglyphenverfahren Anwendung findet, sind bereits bekannt (vgL die US-PS 23 60 322 und 27 51 826 sowie O. Vierung, die Stereoskopie in der Photographic und Kinematographie, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart, 1965, S. 107-111). Die mit solchen Vorrichtungen hergestellten Bilder sind allerdings mit Verzeichnung behaftet Die Doppelbilder lassen sich nicht ohne Spezialbrille betrachten. Beim Betrachter werden Unbehagen und Ermüdungserscheinungen hervorgerufen. Außerdem bestehen die bekannten Vorrichtungen aus sperrigen Vorsätzen und die bei ihrer Herstellung erforderlichen mechanischen Toleranzen liegen an der Grenze der Herstellungsgenauigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine der eingangs genannten Gattung entsprechende Vorrichtung mit möglichst einfachen Mitteln so auszubilden, daß sie möglichst getreue Stereofarbbilder ohne Verzeichnung liefert, indem ihre Funktion weitgehend dem normalen Sehvorgang angeglichen ist, wobei außerhalb der Schärfenebene liegende Vorder- und Hintergrundbilder eine gewisse Unscharfe haben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den in dem Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Eine nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung ist frei von Verzeichnungseffekten und damit besonders für Mikro- und Makrofotografie geeignet. Sie ermöglicht die Erzeugung dreidimensionaler fotografischer Farbbilder, die den gleichen Eindruck von einem Gegenstandsraum vermitteln wie der, den eine Person hat, wenn sie ihre beiden Augen auf den Brennpunkt des gleichen Aufnahmegegenstandes einstellt, d. h. adaptiert, ohne daß sich voneinander abhebende Doppelbilder auftreten. Die Vorrichtung ist auch auf bekannte Objektivkonstruktionen durch geringfügige Änderungen anwendbar, ohne daß dazu zusätzlich Hilfsmittel, Vorsätze oder mechanische Änderungen an Kameras für Stereofotografie erforderlich sind. Die automatische Einstellung ist gleichzeitig mit der Entfernungseinstellung des Kameraobjektivs möglich. Die dreidimensionalen Farbbilder sind mühelos entweder mit einer Spezialbrille oder auch ohne Sehhilfe als normale zweidimensionale Fotografien oder Filmbilder zu betrachten.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine vereinfachte schaubildliche Darstellung eines Fotoapparates mit einem erfindungsgemäß abgeänderten Aufnahmeobjektiv.

F i g. 2 ist eine vergrößerte schematische Darstellung des Aufnahmeobjektivs ind des Bildfensters des Fotoapparats nach F i g. 1.

Fig.3 ist eine grafische Darstellung der Bandpaßkennlinien von Filtern, die sich für die Erfindung eignen.

F i g. 4 ist eine schaubildliche Darstellung der geometrischen Verhältnisse beim Betrachten eines Stereobildes nach der Erfindung.

F i g. 5 ist ähnlich F i g. 2 und zeigt die Vorgänge zwischen Kameraobjektiv und Filmebene bei Aufnahme dunkler Gegenstände.

Fig. 6 zeigt in Ansicht und in einem größeren Maßstab die Filmebene der F i g. 5.