DE4008358A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrachten von stereoskopischen bildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrachten von stereoskopischen Bildern, die sich mit der durch einen Sensor bestimmten Orientierung des Kopfes ändern, mit Hilfe von optischen Abbildungselementen. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind Betrachter für Stereobilder bekannt (US-PS 40 26 636), mit denen man Stereofilme mit Hilfe von zwei Okularen beob­ achten kann. Dieser Betrachter wird vor die Augen gehalten. Der Nachteil solcher Betrachter besteht erstens darin, daß sie nur ein beschränktes Bildfeld haben, man die Bilder also mit einer Berandung sieht. Dies entspricht nicht natürlicher Wahrnehmung. Außerdem kann man nur die Bilder betrachten, die in einer bestimmten Blickrichtung aufgenommen sind. Wenn man den Kopf zur Seite wendet, sieht man immer noch dasselbe Bild. Auch dies entspricht nicht dem natürlichen Sehen. Schließlich muß man das Auge scharf auf die Bilder einstellen; ein akkomo­ dationsfreies Sehen ist bei diesen Betrachtern nicht möglich.

Bei Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art ändert sich zwar das Bild, wenn der Beobachter seinen Kopf bewegt (GB 22 06 421, US-PS 38 33 300). Die Bilder, die der Betrachter aber sieht bzw. die in sein natürliches Blickfeld mit halbdurchlässigen Spiegeln eingespiegelt werden, sind computergenerierte Bilder und zeigen lediglich Markierungen oder andere Symbole. Der Sehvorgang selbst ist sonst völlig normal.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, mit der Stereobilder bequem und möglichst weitgehend unter Anpassung an die natürlichen Gegebenheiten betrachtet werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß Bilder auf durchsichtigen Bildträgern betrachtet werden, die jeweils von hinten mit einer im wesentlichen punktförmigen Lichtquelle beleuchtet wurden und auf denen neben- und übereinander eine größere Zahl von Bildern aufgezeichnet sind oder werden, die unterschiedlichen Bildrichtungen entsprechen.

Die Bilder sind auf durchsichtigen Bildträgern angeordnet, z.B. auf Filmen. Dabei sind nebeneinander und übereinander eine größere Zahl von Bildern angeordnet, die verschiedenen Bildrichtungen entsprechen. Die entsprechenden Aufnahmen können entweder mit einer Kamera mit einer großen Zahl von Objektiven gemacht werden, die alle in verschiedene Richtungen zeigen und ihre Bilder auf verschiedenen Teilen des Filmes abbilden. Es wäre auch möglich, mit einem einzelnen Objektiv unter unterschiedlicher Ausrichtung der Kamera nacheinander die Bilder der verschiedenen Blickrichtungen auf dem Film nebeneinander und übereinander abzubilden, wobei diese Mög­ lichkeit allerdings ausscheidet, wenn sich das fotografierte Objekt bewegt. In diesem Falle müßte die erstgenannte Möglich­ keit mit mehreren Objektiven gewählt werden.

Wendet nun der Betrachter seinen Kopf, so wird das gezeigte Bild gewechselt. Wie beim natürlichen Schauen ändert sich also das Bild mit der Blickrichtung. Dadurch, daß eine punktförmige Lichtquelle verwendet wird, führt nach dem Prinzip der Lochka­ mera von jedem Bildpunkt nur ein einzelner Lichtstrahl zum Auge, so daß das Bild in jeder Entfernung scharf ist. Insofern ist ein akkomodationsfreies Betrachten des Bildes möglich, was das Betrachten sehr bequem macht. Durch die optischen Abbil­ dungselemente, d.h. Linsen oder Hohlspiegel, können anderer­ seits alle Lichtstrahlen von der punktförmigen Lichtquelle am Ort der Pupille fokussiert werden, so daß alle Lichtstrahlen, auch solche die stark zur Seite gegangen sind, in das Auge fallen. Man erhält auf diese Weise ein sehr großes Blickfeld, d.h. ein Bild ohne Rand.

Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform werden alle Licht­ strahlen auf die Netzhaut gelangen, wo sie in jedem Fall (auch wenn diese vorteilhafte Ausführungsform nicht verwendet wird) scharf abgebildet werden, da sie von einer punktförmigen Lichtquelle ausgehen (Prinzip der Lochkamera).

Eine Vorrichtung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Bildträger ein Film ist, dessen Ort vor der Lichtquelle entsprechend der Kopfstellung variiert wird. Der Bildträger ist bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform eine Flüssigkristallanzeige, die selbstverständlich wieder durch­ sichtig sein muß. Auf dieser Flüssigkristallanzeige könnten an verschiedenen Stellen die Bilder von Kameras gezeigt werden, die in unterschiedliche Richtungen zeigen. Es müßte dann die Flüssigkristallanzeige insgesamt bewegt werden, wenn der Betrachter seinen Kopf bewegt. Diese Bildbewegung könnte aber auch elektronisch erfolgen, indem nach Bewegung des Kopfes das Bild der entsprechenden anderen Kamera auf die Flüssigkri­ stallanzeige gegeben wird.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Vorrichtung eine Verschlußblende aufweist, die das Bildfeld verdunkelt, wenn von einem Bild zum nächsten gewechselt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die optischen Abbildungselemente Linsen auf, durch die man die von hinten der punktförmigen Lichtquelle beleuchteten Bilder betrachtet.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform weisen die optischen Abbildungselemente je einen Hohlspiegel auf. Dabei ist zweckmäßigerweise der Hohlspiegel ein rotationsellipsoi­ daler Spiegel, damit man das seitlich angeordnete Bild besser betrachten kann. Solche rotationsellipsoidalen Spiegel bewir­ ken eine Verzerrung, so daß das Bild mit der entsprechenden Vorverzerrung auf dem Bildträger aufgezeichnet werden muß, was aber keine Schwierigkeiten bereitet.

Wenn die optischen Abbildungelemente je zwei Hohlspiegel aufweisen, so können die Krümmungen bzw. Spiegelflächen so gewählt werden, daß sich die Verzerrungen aufheben. In diesem Falle können die auf dem Bildträger aufgezeichneten Bilder normale unverzerrte Bilder sein.

Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie Einrichtun­ gen zum Verschieben des Bildträgers in zwei zueinander senk­ rechten Richtungen aufweist, so daß bei Kopfwendungen jeweils das richtige Bild vor die Lichtquelle gebracht werden kann. Solche Einrichtungen sind wie gesagt nicht erforderlich, wenn der Bildträger eine Flüssigkristallanzeige ist.

Wenn die Vorrichtung Einrichtungen zum Schwenken des Bildträ­ gers um die optische Achse aufweist, so kann auch erreicht werden, daß sich das betrachtete Bild bei Neigen des Kopfes entsprechend ändert, wodurch der natürliche Betrachtungsein­ druck weiter erhöht wird.

Als punktförmige Lichtquellen haben sich Hohlkörper besonders vorteilhaft erwiesen, die eine punktförmige Öffnung haben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung der Erfindung von vorne;

Fig. 2 eine Vorrichtung der Erfindung von oben;

Fig. 3 ein Detail der Darstellung der Fig. 2 mit einge­ zeichnetem Strahlengang;

Fig. 4 die Kassette, in der ein Bildträger angeordnet ist;

Fig. 5 den Strahlengang bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 6 den Strahlengang bei einer noch anderen Ausführungs­ form der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung der Erfindung von vorne ge­ zeigt, d.h. von der Seite, die vom Betrachter wegweist. Die Vorrichtung hat eine brillenähnliche Form, wobei an die Stelle der Brillengläser Hohlspiegel 4 treten, die durch einen Nasen­ bügel 21 miteinander verbunden sind und deren verspiegelte Innenwölbung zum Betrachter gerichtet ist. Die Bilder befinden sich in Filmkassetten 3, die in einem Halterahmen 20 beweglich gelagert sind. Die Kassetten 3 werden dabei durch in Fig. 1 nicht gezeigte Einrichtungen bewegt, wenn ein Sensor 11, der als Gyroskop ausgebildet ist, eine Änderung der Ausrichtung des Kopfes feststellt. Die in der Kassette 3 angeordneten Bilder werden durch eine punktförmige Lichtquelle 1 beleuch­ tet; alle von dieser Lichtquelle 1 ausgehenden Strahlen werden durch den Hohlspiegel auf einen Punkt 18 konzentriert, an dem sich die Pupille des Auges befindet.

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform der Fig. 1 von oben. Zusätz­ lich zu den dort erwähnten Teilen sind noch Ohrenbügel 2 der brillenähnlichen Vorrichtung, eine Schwenklagerung 2 für die Kassette 3, mit der dieselbe nicht nur seitlich oder in der Höhe verschoben werden kann, sondern auch um die optische Achse geschwenkt werden kann, wenn der Betrachter den Kopf neigt, sowie ein Elektromotor 12 zum Bewegen der Kassetten 3 gezeigt.

Fig. 3 zeigt den Strahlengang bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2. Wie man erkennt, ist die Lichtquelle 1 als Hohlraum ausgebildet, die Leuchtflächen 6 aufweist, z.B. Glühfäden, Gasentladungen oder dergleichen. Die Innenfläche der Licht­ quelle 1 ist dabei verspiegelt. Das gesamte Licht tritt an der Öffnung 8, die im wesentlichen punktförmig ist, heraus, so daß die Lichtquelle eine punktförmige Lichtquelle ist. Statt verspiegelter Innenflächen könnte die Lichtquelle 1 auch mit einer beleuchteten Wandung versehen sein, statt daß die Innenwand der Lichtquelle 1 verspiegelt ist.

In Fig. 3 ist mit 7 noch die vordere Stirnwand der Lichtquelle bezeichnet, in der sich die Öffnung 8 der Lichtquelle 1 befindet. Mit 9 ist ein Lager für die Kassette 3, mit 10 eine Gleitführung für die Kassette dargestellt. Der Film wird in diesen Lagern und Gleitführungen mit Hilfe der Motoren 12 bewegt. Mit 17 ist der Brennpunkt am Ort der Punktlichtquelle bezeichnet. Die von hieraus ausgehenden Lichtstrahlen werden im Punkt 18 vereinigt, an dem sich die Pupille des Auges befindet, wobei Ort und Blickrichtung der Pupille mit 23 angedeutet sind.

Wie man dem Strahlengang der Fig. 3 entnimmt, erreichen die Lichtstrahlen das Auge aus sehr viel verschiedenen Blickrich­ tungen, so daß man ein sehr großes Blickfeld hat.

Fig. 4 zeigt die Filmkassette der Erfindung. Es ist dort noch ein Schlitz 14 sowie eine Verschlußblende 15 gezeigt, die den Lichtstrahl unterbricht, wenn die Kassette in der einen Richtung verschoben wird bzw. der Film in der anderen Richtung weitergespult wird. Der Ort der Filmbilder ist mit 13 bezeich­ net.

Wenn zu einem anderen Bild gewechselt werden soll, so wird der Film in der Kassette in waagerechter Richtung weitergespult bzw. in senkrechter Richtung die gesamte Kassette in der Gleitführung 10 verschoben. Durch den Schlitz 14 ist sicherge­ stellt, daß alle Bilder, die senkrecht übereinander angeordnet sind, auch betrachtet werden können.

Die Ausführungsform der Fig. 5 entspricht in ihrer optischen Wirkung im wesentlichen Zügen der Wirkung der vorstehenden Ausführungsform, obwohl durch die Verwendung von Linsen 19 anstelle von Spiegeln 4 möglicherweise ein kleineres Bildfeld erhalten wird.

Bei der Ausführungsform der Fig 6 werden zwei Spiegel verwen­ det, durch die wie oben erwähnt Verzerrungen aufgehoben werden. Zusätzlich zu einem Spiegel 4 wird ein zweiter Hohl­ spiegel 26 verwendet; beide Spiegel sind dabei mit einer Abdeckung 16 nach außen hin geschützt. Die Bewegung der Filmbilder bzw. Kassette erfolgt auf ähnliche Weise wie bei den vorgenannten Ausführungsformen. Der Unterschied besteht aber darin, daß das Licht, das von der Lichtquelle 1 kommt und durch das Filmbild 13 hindurchgegangen ist, vom ersten Spiegel in einem Punkt 18 fokussiert wird, der gleichzeitig der Ausgangspunkt 27 der Abbildung durch den zweiten Spiegel 26 ist. Alle Strahlen werden dann wieder am Ort der Pupille fokussiert, der bei 23 angedeutet ist.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betrachten von stereoskopischen Bildern, die sich mit der durch einen Sensor bestimmten Orientierung des Kopfes ändern, mit Hilfe von optischen Abbildungsele­ menten, dadurch gekennzeichnet, daß Bilder auf durchsich­ tigen Bildträgern betrachtet werden, die jeweils von hinten mit einer im wesentlichen punktförmigen Lichtquelle beleuchtet werden und auf denen neben- und übereinander eine größere Zahl von Bildern aufgezeichnet sind oder werden, die unterschiedlichen Bildrichtungen entsprechen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen von den optischen Abbildungselementen auf einen Punkt fokussiert werden, an dem sich die Pupille des menschlichen Auges befindet.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger (13) ein Film ist, dessen Ort vor der Lichtquelle (1) entspre­ chend der Kopfstellung variiert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger (13) eine Flüssigkristallanzeige ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine Verschlußblende (15) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Abbildungselemente Linsen (19) aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Abbildungselemente je einen Hohlspiegel (4) aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Abbildungselemente je zwei Hohlspiegel (4, 26) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hohlspiegel (4, 26) rotationsellipsoidale Spiegel sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen (10, 12) zum Ver­ schieben des Bildträgers (13) in zwei zueinander senk­ rechten Richtungen aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen (2, 12) zum Ver­ schwenken des Bildträgers (13) um die optische Achse aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (1) Hohlkörper mit einer punktförmigen Öffnung (8) sind.