DE69422803T2

DE69422803T2 - Bildausrichtung und Gerät

Info

Publication number: DE69422803T2
Application number: DE69422803T
Authority: DE
Inventors: Graham Stewart B. Street
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-03
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: WO1994020875A3; US5712732A; DE69422803D1; WO1994020875A2; EP0687366B1; EP0687366A1

Description

Diese Erfindung befasst sich mit dem Gebiet dreidimensionaler Abbildung und speziell mit. Koordinatenverfolgung und mit Einzelbenutzer-Wiedergabe-Anwendungen, bei denen die Position des Beobachters zur Rückkopplung zum Anzeige- oder Wiedergabesystem benutzt wird.

HINTERGRUND

Es gibt verschiedene Wege zum Erzeugen eines dreidimensionalen Bildes, bei dem das linke und das rechte Auge des Betrachters verschiedene Perspektiven desselben Gegenstandes beobachten, womit ein Empfinden von Tiefe und Abstand zwischen Vordergrund und Hintergrund erzeugt wird. Einige Systeme basieren auf der Bereitstellung von nur zwei Perspektiven. In diesen Fällen ist es normal, spezielle Brillen zu verwenden (wie beispielsweise Polarisations- oder anaglyphische Filter), welche das passende Bild zu jedem Auge durchlassen. Bei einer anderen Art von System wird ein Kontinuum oder eine Mehrzahl von Perspektiven, die in ineinandergreifender Form hinter einem Linsenschirm kombiniert worden sind, von diesem Schirm projiziert, so dass der Betrachter im Gebrauch tatsächlich nur zwei von ihnen (eine für jedes Auge) beobachtet, ohne dass dafür eine spezielle Brille erforderlich ist. Der Betrachter kann seine Position verändern und den Gegenstand von einem neuen Blickpunkt aus betrachten. Sein Bewegungsbereich ist gewöhnlich auf einige 20 bis 30 Grad um den Schirm herum begrenzt, wenn eine gute Bildqualität aufrechterhalten werden soll, und die Abbildungs- oder Schärfentiefe ist begrenzt durch die Fähigkeit des Optiksystems, benachbarte Perspektiven zu trennen und das Verschwimmen von ihnen zu vermeiden. Bei einer weiteren Art von System ist die Öffnung (oder Pupille) der Bildprojektionsoptik verhältnismäßig groß und wird unter Verwendung von geeigneten optischen Elementen zur Position des Beobachters weitergegeben. Eine nahe der Öffnung angeordnete elektrooptische und/oder elektromechanische Verschlussanordnung gestattet es, unter Verwendung eines einzigen Anzeige- oder Wiedergabebildschirms verschiedene Perspektiven aufeinander folgen zu lassen, wobei sich jede Perspektive nur an bestimmten Stellen im Raum beobachten lässt. Für Echtzeitanwendungen erfordern Mehrfachperspektivensysteme (autostereoskopische Systeme) eine sehr hohe Anzeige- oder Wiedergabebandbreite und komplizierte Anzeige- oder Wiedergabevorrichtungen.
Es gibt eine Reihe von verschiedenen Verfahren, mittels derer die Koordinaten eines Beobachters verfolgt werden können. Diese schließen auf Magnetspulen basierende Systeme und Ultraschall- Erfassungssysteme ein. Die Position von einer oder mehreren Spulen oder eines Detektors oder Transmitters wird durch Messung der Größe und Phase einer Mehrzahl von empfangenen Signalen in drei Dimensionen bestimmt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Minimieren der angezeigten Bandbreite eines dreidimensionalen Bildes bereitzustellen.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, bei bevorzugten Ausführungsformen, ein autostereoskopisches Bild bereitzustellen, indem die Notwendigkeit einer speziellen Brille vermieden wird, welche die normale Sicht des Betrachters behindern würde.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, Parallaxenänderungen für sowohl eine horizontale und vertikale Bewegung des Beobachters bereitzustellen.
Es ist noch ein anderes Ziel dieser Erfindung, einen einfachen Feststoffdetektor bereitzustellen, um die Position von Kopfkoordinaten eines Beobachters in Bezug zu einer Stelle zu ermitteln, welche dem Beobachter zugewandt ist, wodurch die von einem solchen Betrachter getragene Kopfbedeckung auf ein praktisches Minimum reduziert wird.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Einrichtung bereitzustellen, um Referenzpunkte innerhalb eines festgelegten Gesichtsfeldes der Vorrichtung zu lokalisieren.
Es ist auch ein Ziel der Erfindung, als Lichtquelle zur Kopflokalisierung die Infrarotsignale zu verwenden, die genutzt werden, um die Funktion von Brillen zum stereoskopischen Sehen bei ihrer Benutzung durch den Beobachter zu steuern.

Feststellungen der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit eine Vorrichtung für die Anzeige oder Wiedergabe von autostereoskopischen Bildern bereitgestellt, umfassend eine Einrichtung zur Ermittlung der Position eines Beobachters in Bezug zu einem reellen und/oder virtuellen Bilderzeugungsbereich; eine Optikeinrichtung, die mindestens eine erste periodische Struktur einschließt, um für ein erstes und ein zweites Auge des Beobachters jeweilige Lichtkonzentrationspunkte oder -bereiche bereitzustellen, wobei das Licht von einem ersten Konzentrationspunkt oder -bereich im Gebrauch ein Bild von mindestens einer jeweiligen ersten Einzelperspektive eines Schauplatzes im Bilderzeugungsbereich liefert, wobei der erste Konzentrationspunkt oder -bereich zu einem entsprechenden ersten Punkt oder Bereich benachbart ist, der im Wesentlichen frei von Licht aus dem ersten Perspektivenbild ist, und das Licht von einem zweiten Konzentrationspunkt oder -bereich im Gebrauch ein Bild von mindestens einer jeweiligen zweiten Einzelperspektive des Schauplatzes im Bilderzeugungsbereich liefert, wobei der zweite Konzentrationspunkt oder -bereich zu einem entsprechenden zweiten Punkt oder Bereich benachbart ist, der im Wesentlichen frei von Licht aus dem zweiten Perspektivenbild ist; eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Ausgangssignals aus der Ermittlungseinrichtung, das für die Kopfposition des Beobachters bezeichnend ist; sowie eine Steuereinrichtung, die im Gebrauch auf das Signal anspricht und bewirkt, dass die Positionen des ersten und des zweiten Lichtkonzentrationspunktes oder -bereichs dem ersten bzw. dem zweiten Auge des Beobachters im Wesentlichen folgen und an den gleichen Stellen wie diese positioniert werden, und die Positionen des ersten und zweiten lichtfreien Punktes oder Bereichs an den gleichen Stellen wie das zweite bzw. das erste Auge des Beobachters positioniert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinrichtung eine zweite periodische Struktur umfasst, wobei die Kombination der ersten Struktur und der zweiten Struktur im Gebrauch den ersten und/oder den zweiten Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich und die entsprechenden lichtfreien Punkte oder Bereiche liefert; und die Steuereinrichtung mindestens eine Einrichtung umfasst, um die erste periodische Struktur in einer ersten Richtung in Bezug zur zweiten periodischen Struktur zu bewegen, wodurch die Steuereinrichtung den Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich jedem jeweiligen Perspektivenbild entsprechend positioniert, um für eine Nachführung oder Verfolgung zu sorgen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Ermittlungseinrichtung angeordnet, um die Entfernung des Beobachters von der Optikeinrichtung und/oder dem Bilderzeugungsbereich zu messen; und die Steuereinrichtung ist in Bezug zum Bilderzeugungsbereich angeordnet, um die Entfernung der Lichtkonzentrationspunkte oder -bereiche von der Optikeinrichtung und/oder dem Bilderzeugungsbereich so zu steuern, dass sie im Gebrauch der gemessenen Entfernung entspricht.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung liefert die Kombination der ersten und zweiten periodischen Struktur im Gebrauch den ersten und/oder den zweiten Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich und die entsprechenden lichtleeren oder lichtfreien Punkte oder Bereiche; und die Position und/oder die Phase und Teilung der ersten periodischen Struktur wird mittels der Steuereinrichtung in Bezug zur Position und/oder der Phase und Teilung der zweiten periodischen Struktur verändert, wodurch eine Verfolgung oder Nachführung erreicht wird.
Vorteilhafterweise schließt die Vorrichtung eine Lichtquelle ein; die erste periodische Struktur umfasst mindestens einen Linsenschirm mit einer im Wesentlichen in regelmäßigen Abständen angeordneten Mehrzahl von nebeneinander liegenden Linsenelementen; die zweite periodische Struktur umfasst eine mit Öffnungen versehene Oberfläche mit einer Mehrzahl von lichtdurchlässigen Bereichen, welche durch undurchsichtige Bereiche getrennt sind, wobei die besagte Mehrzahl der Mehrzahl von Elementen des Linsenschirms entspricht, und die mit Öffnungen versehene Oberfläche in der Nähe des Linsenschirms zwischen dem Schirm und der Lichtquelle angeordnet ist.
Vorzugsweise ist eine Streueinrichtung an der Brennebene der Linsenelemente des Linsenschirms vorgesehen.
Die mit Öffnungen versehene Oberfläche kann nahe der Brennebene der Linsenelemente des Linsenschirms angeordnet sein, und eine Seitwärtsbewegung des Lichtkonzentrationspunktes oder -bereichs wird im Gebrauch durch eine Bewegung des Schirms in einer ersten Richtung in Bezug zu der mit Öffnungen versehenen Oberfläche in einer zur Ebene des Schirms parallelen Richtung bereitgestellt.
Die Entfernung des Lichtkonzentrationspunkts oder -bereichs von der Optikeinrichtung kann durch eine Bewegung in einer zur ersten Bewegungsrichtung senkrechten Richtung verändert werden.
Vorteilhafterweise umfasst die Optikeinrichtung eine verjüngte Struktur, bei welcher die Teilung oder der Abstand zwischen benachbarten Linsenelementen des Linsenschirms in einer zu ersten Bewegungsrichtung senkrechten Richtung abnimmt; die lichtdurchlässigen und undurchsichtigen Bereiche der mit Öffnungen versehenen Oberfläche sind in einem dazu passenden verjüngten Muster angeordnet; und die zweite Bewegungsrichtung ist im Wesentlichen parallel zur Ebene des Schirms, so dass im Gebrauch die Teilung des verjüngten Schirms, an einer gegebenen Stelle in Bezug zur Teilung des nächstliegenden Teils des Musters, verändert wird, wodurch die Steuereinrichtung die Bündelung des Lichts des ersten Perspektivenbildes und die Entfernung seines Konzentrationspunktes oder -bereichs von der Optikeinrichtung steuert.
Die mit Öffnungen versehene Oberfläche kann im Wesentlichen an der Brennebene der Linsenelemente des Linsenschirms angeordnet sein.
Zweckmäßigerweise liefert eine zweite Optikeinrichtung einen zweiten Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich aus einem Bild einer zweiten Einzelperspektive des Schauplatzes am Bilderzeugungsbereich, sowie einen im Abstand von dem zweiten Konzentrationspunkt oder -bereich angeordneten zweiten freien oder leeren Punkt oder Bereich, der im Wesentlichen frei von Licht aus dem zweiten Einzelperspektivenbild ist; die zweite Optikeinrichtung schließt einen halbdurchlässigen Spiegel ein, der so angeordnet ist, dass im Gebrauch das zweite Perspektivenbild im Wesentlichen an derselben Stelle wie das erste Perspektivenbild positioniert ist, wobei eines der Bilder ein virtuelles Bild ist; und die zweite Optikeinrichtung wird so gesteuert, dass im Gebrauch der Punkt oder Bereich, der im Wesentlichen frei von Licht aus dem zweiten Einzelperspektivenbild ist, an derselben Stelle wie das erste Auge des Beobachters positioniert wird, und der Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich des zweiten Perspektivenbildes an derselben Stelle wie das zweite Auge des Beobachters positioniert wird.
Vorteilhafterweise ist eine erste durchsichtige Bilderzeugungsoberfläche im optischen Pfad zwischen der Einrichtung zur Bereitstellung des ersten Konzentrationspunktes oder -bereichs für das erste Einzelperspektivenbild und dem Beobachter angeordnet, und eine zweite durchsichtige Bilderzeugungsoberfläche ist im optischen Pfad zwischen der Einrichtung zur Bereitstellung des zweiten Konzentrationspunktes oder -bereichs und dem Beobachter angeordnet, so dass das erste und zweite Perspektivenbild beide gleichzeitig bereitgestellt werden können.
Vorzugsweise ist jede Bilderzeugungsoberfläche eine LCD-Tafel oder ein LCD-Panel.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden ein erstes und zweites Einzelperspektivenbild eines Schauplatzes in lagemäßiger Deckung aber unter verschiedenen Winkeln auf die mit Öffnungen versehene Oberfläche projiziert, so dass die von der mit Öffnungen versehene Oberfläche durchgelassenen Komponenten des ersten Bildes auf Stellen projiziert werden, die auf der Streueinrichtung im Abstand von den entsprechenden Komponenten des zweiten Bildes angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Optikeinrichtung, in Kombination: einen Linsenschirm, der eine im Wesentlichen in gleichmäßigen Abständen angeordnete Mehrzahl von nebeneinander liegenden Linsenelementen aufweist; eine Bilderzeugungsoberfläche, die eine entsprechende erste Mehrzahl von im Abstand angeordneten Spalten aufweist, um langgestreckte Komponenten des ersten Perspektivenbildes des Schauplatzes zu liefern, sowie eine zweite Mehrzahl von Spalten, die mit der ersten Mehrzahl verzahnt sind oder kämmen, um langgestreckte Komponenten eines zweiten Perspektivenbildes des Schauplatzes zu liefern, wobei die Oberfläche oder ein Bild derselben an der Brennebene der Linsenelemente des Linsenschirms angeordnet sind, wobei der Schirm im Gebrauch einen zweiten Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich liefert, der dem zweiten Einzelperspektivenbild des Schauplatzes entspricht, und einen im Abstand von dem zweiten Konzentrationspunkt oder -bereich angeordneten zweiten freien oder leeren Punkt oder Bereich, der im Wesentlichen frei von Licht aus dem zweiten Einzelperspektivenbild ist; sowie eine Einrichtung, um die Bilderzeugungsoberfläche oder ein Bild derselben, in ihrer eigenen Ebene, in Bezug zum Schirm zu bewegen, wodurch im Gebrauch die Steuereinrichtung den Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich entsprechend jedem jeweiligen von der Bilderzeugungsoberfläche gelieferten Einzelperspektivenbild positioniert.
Die Einrichtung zur Bereitstellung einer Bewegung umfasst typischerweise eine Einrichtung zum Bereitstellen einer ersten Relativbewegungsrichtung, die senkrecht oder rechtwinklig zu den langgestreckten Bildkomponenten ist, um die seitliche Position von jedem Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich zu steuern, sowie eine Einrichtung zum Bereitstellen einer zweiten Relativbewegungsrichtung, die senkrecht oder rechtwinklig zur ersten Richtung ist, um die Bündelung des Bildlichts und dadurch die Entfernung jedes Lichtkonzentrationspunkts oder - bereichs vom Linsenschirm zu steuern.
Vorteilhafterweise umfasst die Optikeinrichtung eine verjüngte Struktur, bei welcher die Teilung oder der Abstand zwischen benachbarten Linsenelementen des Schirms in einer zur ersten Bewegungsrichtung senkrechten Richtung abnimmt; die langgestreckten Komponenten jedes Perspektivenbildes sind in einem dazu passenden verjüngten Muster angeordnet, und die zweite Bewegungsrichtung ist im Wesentlichen parallel zur Ebene des Schirms, so dass im Gebrauch die Teilung des verjüngten Schirms an einer gegebenen Stelle in Bezug zur Teilung des nächstliegenden Teils des Musters verändert wird, um die Bündelung des Lichts von jedem Perspektivenbild und die Entfernung seines Lichtkonzentrationspunktes oder -bereichs von der Optikeinrichtung zu steuern.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Optikeinrichtung: eine einzige im Bilderzeugungsbereich angeordnete Bilderzeugungsoberfläche; eine flächenprogrammierbare Einrichtung zum Bereitstellen von Licht durch Durchlass oder Erzeugung an einer Mehrzahl von diskreten Stellen auf einer im Abstand von der Bilderzeugungsoberfläche angeordneten Ebene; und eine Einrichtung zum Verändern des Bildlichtkonzentrationspunktes oder -bereichs entsprechend einem Perspektivenbild aus dem Bilderzeugungsbereich durch Steuerung des Lichtdurchlass- oder Lichterzeugungsmusters mittels der programmierbaren Einrichtung, so dass es im Abstand angeordneten Teilen von sowohl dem ersten und einem zweiten Perspektivenbild entspricht, die gleichzeitig auf der Bilderzeugungsoberfläche angezeigt oder wiedergegeben werden, so dass jedes der Augen des Beobachters jeweils nur die richtigen Perspektivenbildteile sieht.
Vorzugsweise werden der Abstand zwischen lichtdurchlässigen oder lichterzeugenden Bereichen der programmierbaren Einrichtung und der entsprechende Abstand zwischen Teilen desselben Perspektivenbildes auf der Bilderzeugungsoberfläche durch die Steuereinrichtung verkleinert, während die Entfernung des Beobachters vom Bilderzeugungsbereich zunimmt.
Vorzugsweise werden die Positionen der lichtdurchlässigen oder lichterzeugenden Bereiche der programmierbaren Einrichtung über ein kurzes Zeitintervall verändert, so dass der Beobachter ein zusammenhängendes dreidimensionales Bild sieht, das Licht aus im Wesentlichen der gesamten Fläche der programmierbaren Einrichtung umfasst.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Ermitteln der Position einer Markierung und/oder des Kopfs eines Beobachters: eine Infrarotstrahlungsquelle; eine Einrichtung zum Abbilden des von der Quelle beleuchteten Raums; und eine Einrichtung, um im Gebrauch innerhalb des Bildes des Raums das Bild der Markierung und/oder des Kopfs zu lokalisieren und dementsprechende Positionsdaten abzuleiten.
Vorzugsweise ist die Infrarotquelle in der Nähe der Abbildungseinrichtung angeordnet, und die Markierung ist zurückreflektierend. Diese kann Teil der Kopfbedeckung des Beobachters sein. Sie kann aus einer zusammenhängenden zurückreflektierenden Fläche bestehen. Alternativ kann die Markierung zwei oder mehr zurückreflektierende Komponenten umfassen, die in einem festgelegten Muster angeordnet sind. Vorteilhafterweise kann die Abbildungseinrichtung eine Linse und ein CCD-Array umfassen. Das CCD-Array kann zweidimensional sein und Videodaten liefern. Die Zeilenabtastrichtung des Videobildes ist zweckmäßigerweise so angeordnet, dass sie vertikal ist.
Bei gewissen Ausführungsformen der Erfindung wird jede Videodatenzeile integriert, um Positionsdaten entlang einer ersten Achse zu liefern.
Vorzugsweise wird die Infrarotquelle in Synchronisation mit der Bildwechselfrequenz der CCD moduliert, um ein Ausgangssignal entsprechend der Differenz zwischen Videodaten in abwechselnden Teilbildern zu liefern. Ein Sperrfilter kann verwendet werden, um Licht außerhalb des Bereichs der interessierenden Wellenlängen zu entfernen.
Im Anschluss an eine Lokalisierung des Bildes der Markierung in einer Achse können eine oder mehrere Videodatenzeilen so ausgewählt werden, dass sie Daten umfassen, die der zurückreflektierenden Einrichtung entsprechen, wodurch eine zweite Achse von Positionsdaten und/oder Ausrichtungsdaten abgeleitet werden kann. Die Breite des Bildes des Zurückreflektors wird bestimmt, um seine Entfernung von der Ermittlungseinrichtung zu liefern, und somit wird die Position des Beobachters in drei Dimensionen abgeleitet.
Vorteilhafterweise sorgt eine Interpolation zwischen Intensitätswerten, die mit zwei oder mehr diskreten Positionen auf dem CCD-Array verbunden sind, für genauere Positionsdaten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird jedes Perspektivenbild entsprechend der Position des Beobachters ausgewählt, wie sie durch das Ausgangssignal aus der Ermittlungseinrichtung bereitgestellt wird.
Bei gewissen Ausführungsformen wird die Pupille einer Kamera, die ein Bild zur Betrachtung durch den Beobachter liefert, ansprechend auf Veränderungen des Ausgangssignals oder von entsprechenden Positionsdaten bewegt, um für eine Bewegungsparallaxe zu sorgen.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 13 beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Einrichtung zum Ermitteln der Position des Beobachters im Bezug zu einem Bildschirm veranschaulicht.
Fig. 2 veranschaulicht ein Zwei-Ansichten-Wiedergabesystem, bei dem die Projektionspunkte der wiedergegebenen Ansichten verändert werden können.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Steuersystem für die Darstellung von Bilddaten, die gemäß der Position des Beobachters ausgewählt worden sind.
Fig. 4 zeigt eine Form von Linsenschirm, der erfindungsgemäß aufgebaut ist.
Fig. 5 zeigt die Lichtpfade in einem horizontalen Schnitt durch die Anordnung aus Fig. 4.
Fig. 6 zeigt in schematischer Form die Öffnungsunterteilung eines erfindungsgemäß aufgebauten Betrachtungssystems, bei dem die Kopfbewegung des Benutzers in eine Bewegung der Eintrittspupillen von zwei Videokameras übersetzt wird.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der CCD-Arrays erfindungsgemäß Kopfverfolgungsdaten liefern.
Fig. 8 zeigt ein erfindungsgemäßes Anzeige- oder Wiedergabesystem, umfassend zwei herkömmliche LCD-Tafeln.
Fig. 9 zeigt in Draufsicht eine schematische Ansicht eines Systems, umfassend in Kombination eine monochrome Kathodenstrahlröhre (CRT), eine Farbauswahlvorrichtung für einen Zeitfolgebetrieb, und eine elektrooptische Verschlussanordnung zur Bereitstellung autostereoskopischer Bilder.
Fig. 10 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Verschlussanordnung mit einem Anzeigeschirm kombiniert ist, um eine autostereoskopische Anzeige zu liefern.
Fig. 11 veranschaulicht schematisch ein erfindungsgemäßes Koordinatenermittlungssystem.
Fig. 12 ist ein Blockschaubild eines erfindungsgemäß aufgebauten Signalprozessors.
Fig. 13 zeigt schematisch einen Aspekt der Art und Weise, in der Daten erfindungsgemäß verarbeitet werden, um Koordinatendaten zu liefern.
Eine Einrichtung zum Ermitteln und Verfolgen der Position des Kopfs eines Beobachters ist in Fig. 1 dargestellt. Der Beobachter 1 ist vor einem Anzeigeschirm 2 (als unterbrochene Linie dargestellt) positioniert. Das Ermittlungs- und Verfolgungssystem ist unmittelbar oberhalb des Schirms 2 angeordnet. Der Beobachter ist mit einem kleinen zurückreflektierenden Flecken oder einer kleinen zurückreflektierenden Markierung 3 versehen, die mittig auf der Stirn getragen wird, wobei sie die einzige erforderliche Kopfbedeckung ist. Eine Infrarotlicht emittierende Diode 4 unmittelbar hinter einem halbdurchlässigen Spiegel 5 emittiert einen breiten Strahlungsstrahl 6 in Richtung des Beobachters. Der zurückreflektierende Flecken 3 lenkt einen viel schmaleren Strahl 7 zum Spiegel 5 zurück. Die vom Spiegel 5 reflektierte zurückgeworfene Strahlung gestattet die Erzeugung eines Bildes 13 des Fleckens 3 mittels einer Linse 8 auf einem geteilten Fotodetektor 9R und 9L, dessen Teile den rechten bzw. linken Teil des Bildes erfassen. Der Spiegel 5 ist auf der vertikalen Welle eines Motors 10 (zur Verdeutlichung mit unterbrochenen Linien dargestellt) montiert. Wenn sich der Beobachter in seitlicher Richtung bewegt, verändert sich das Signal auf einer Hälfte des Detektors in Bezug zu demjenigen auf der anderen Hälfte. Die Differenz zwischen den beiden Signalen ist ein Maß für die Entfernung, um welche sich die Position des Kopfs des Beobachters verändert hat, da sich die Position des Bildes 13 entsprechend bewegt. Durch Drehung des Spiegels 5 kann dieses Ausgangs- oder Fehlersignal als Teil eines geschlossenen Regelsystems zu null gemacht werden, wobei die Winkelposition des Spiegels dann ein gutes Maß für die Position des Beobachters ist. In einem beliebigen gegebenen Augenblick liefern die Winkelposition des Spiegels und/oder die relative Stärke der Signale aus dem linken und rechten Detektorsegment ein Maß für die Position des Beobachters.
Eine Optikeinrichtung in Form eines Anzeigeschirms zum Erzeugen zweier räumlich getrennter aber steuerbarer Betrachtungsorte, jeder mit einem unterschiedlichen zugehörigen Bild, wird mit Hilfe von Fig. 2 veranschaulicht. Diese ist zu Zwecken der Verdeutlichung nicht maßstabsgerecht gezeichnet. Die Augen 11R und 11L des Beobachters sind in einem Abstand D vor einem Hybridschirm angeordnet, bestehend aus einem Linsenschirm 12 (der normalerweise für Mehrperspektivenbilder verwendet wird und eine in gleichmäßigen Abständen angeordnete Mehrzahl von auf seiner Vorderseite ausgebildeten, nebeneinanderliegenden zylindrischen Linsenelementen aufweist) mit einer Dicke t und einem Brechungsindex n, der in einem Abstand s vor einer ebenen Anzeigeoberfläche 13 mit Spalten von Bildelementen angeordnet ist. Die Spalten sind so angeordnet, dass sie mit der Teilung oder dem Abstand zwischen den Linsen des Schirms 12 zusammenpassen, und abwechselnde Spalten R und L werden jeweils vom rechten bzw. linken Auge des Beobachters gesehen. Vorzugsweise entspricht die Brennebene der Linsenelemente des Schirms 12 der Position der Oberfläche 13. Zwei Betrachtungsbereiche (oder Bereiche einer Bildlichtkonzentration aus jeder Perspektive) 14R und 14L, entsprechend den R bzw. L Spalten, werden infolge der Abbildungseigenschaften des Schirms 12 erzeugt. Vorausgesetzt, die vertikale Ebene 15, welche die Bereiche 14R und 14L unterteilt, bleibt zwischen den Augen des Beobachters, wird der letztere ein stereoskopisches Bild sehen. Der Winkel, den die Ebene 15 in Bezug zur Senkrechten zum Schirm 12 einschließt, der für einen mittig positionierten Beobachter als nahezu null dargestellt ist, wird in der Praxis gesteuert, indem man den Schirm 12 horizontal in seiner eigenen Ebene in Bezug zur Anzeigeoberfläche 13 bewegt. In der Praxis erzeugt eine sehr kleine Bewegung 16 des Schirms 12 an der Position des Beobachters eine beträchtliche Bewegung 17 der Ebene 15. Mit einer guten Näherung wird das Verhältnis dieser Bewegungen R durch die Gleichung angegeben:
R = D/(t/n + s)
Verwendet man typische Werte (Abstände in Millimeter) für die betreffenden Parameter, D = 600, t = 3, n = 1,5 und s = 1, erhält man für R einen Wert von 200. Wenn in diesem Beispiel die Kopfverfolgungsvorrichtung aus Fig. 1 eine seitliche Kopfbewegung von 200 mm erfasst, ist eine Seitwärtsbewegung des Schirms 12 von 1 mm in Bezug zur Anzeigeoberfläche 13 ausreichend, um die Ausrichtung des stereoskopischen Bildes zum Beobachter aufrechtzuerhalten. Die Bewegung des Schirms 12 kann in einer Reihe von Weisen durchgeführt werden, die nicht explizit dargestellt sind. Es wird deutlich, dass ein sehr einfaches und direktes Verfahren darin besteht, für eine geeignet untersetzte Verbindung mit der Drehung der Welle des Motors 10 (Fig. 1) zu sorgen. Es wird bewirkt, dass die Steuereinrichtung auf die Differenz zwischen den Ausgangsgrößen der Dioden 9R und 9L anspricht und dadurch die Betrachtungszonen für eine stereoskopische Betrachtung richtig positioniert.
Eine bestimmte Ausführungsform einer Vorrichtung, um die richtigen Betrachtungszonen eines stereoskopischen Bildes in richtiger Weise für einen Beobachter zu positionieren, ist dargestellt worden. Andere erfindungsgemäße Ausführungsformen, die dasselbe Ergebnis erzielen, sind ziemlich praktisch. Eine solche Alternative schließt die Verwendung von zwei Anzeigeschirmen ein, einen für das Bild für das linke Auge und den anderen für das Bild für das rechte Auge. Die beiden Schirme sind an entsprechenden Stellen auf beiden Seiten eines halbdurchlässigen Spiegels angeordnet, wobei man einen als virtuelles Bild im Bilderzeugungsbereich sieht. Jeder Schirm erzeugt eine örtlich festgelegte Betrachtungszone für sein jeweiliges Auge, was in einer ähnlichen Weise wie bei dem oben beschriebenen Zwei-Ansichten-System erreicht werden kann. Jeder Schirm ist daher nur für eines der Augen des Beobachters sichtbar, wo ein Konzentrationspunkt oder -bereich des diesem entsprechenden Bildlichts vorhanden ist, und der zu diesem Konzentrationspunkt benachbarte Raum, wo das andere Auge des Beobachters positioniert ist, ist leer oder frei von Licht aus dieser perspektivischen Ansicht. Mit anderen Worten ist der Konzentrationspunkt oder -bereich von Licht aus einer perspektivischen Ansicht an derselben Stelle angeordnet, wie der Punkt, der leer oder frei von Licht ist, das der anderen perspektivischen Ansicht entspricht. Auf diese Weise sieht der Beobachter ein stereoskopisches Bild. Eine solche Ausführungsform ist unten unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. In dieser Beschreibung wird der Ausdruck "Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich" hauptsächlich benutzt, um die relative Stärke von Licht an solchen Punkten oder in solchen Bereichen auszudrücken, verglichen mit derjenigen an entsprechenden Punkten oder Bereichen, die im Wesentlichen frei oder leer von solchem Licht sind, und braucht nicht die Anwendung eines Verfahrens implizieren, durch das der Lichtstrom in einem absoluten Sinn verstärkt wird.
Ein anderes Verfahren zur korrekten Positionierung der Betrachtungszonen an der Position des Beobachters besteht darin, einen Spiegel zwischen das Zwei-Ansichten- Wiedergabesystemen und dem Beobachter zu platzieren. Indem man diesen dreht, statt einen Linsenschirm in seitlicher Richtung zu bewegen, wie oben beschrieben, kann man ebenfalls bewirken, dass die Konzentrationspunkte oder -bereiche von Bildlicht aus den perspektivischen Ansichten eines Schauplatzes für das linke und rechte Auge (Betrachtungszonen) den Augen des Beobachters folgen oder nachgeführt werden, um eine gute stereoskopische Betrachtung aufrechtzuerhalten.
Ein System zur Darstellung eines stereoskopischen Gegenstandes, dessen perspektivische Ansicht durch die Position des Beobachters gesteuert wird, ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. In diesem Beispiel ist der Fotodetektor 18 eine Vorrichtung mit vier Segmenten, die Differenzsignale für eine Vertikal- und Horizontalbewegungserfassung liefert, indem sie die Ausgangsgrößen der Quadranten paarweise summiert, entweder horizontal, um ein Differenzsignalpaar für die Vertikalbewegung zu liefern, oder umgekehrt. Ein zusätzlicher Spiegel- und Motorantrieb 19 ist vorgesehen, um das vertikale Fehlersignal zu null zu machen und somit die vertikale Position des Beobachters zu verfolgen. Dies ist nicht notwendig, um die beiden erforderlichen Betrachtungszonen richtig zu positionieren, liefert jedoch die zweite Achse zum Verfolgen der Position des Beobachters. Eine Steuerung 20 empfängt 4 Eingangsgrößen 21 vom Quadrantendetektor und sorgt für die Steuerung des Winkels der beiden Verfolgungsspiegel und des horizontalen Stellgliedes 22 für den Linsenschirm 23. Eine weitere Ausgangsgröße 24 liefert eine digitale Darstellung der Position des Beobachters zu einer Grafiksteuerung 25. Diese wählt die passenden Ansichten zur Darstellung durch den Anzeigetreiber 26 auf der Flachanzeige 23A aus. Auf diese Weise kann für eine Bewegungsparallaxe für den Beobachter gesorgt werden, mit einer Anzeigebandbreite, die nicht übermäßig groß ist.
Die Ausführungsform aus Fig. 2, bei der ein Linsenschirm 12 benutzt wird, um Ansichten für das linke und rechte Auge zu projizieren, die in Verbindung mit einer passenden, in Segmente unterteilten Anzeigeoberfläche 13 erzeugt werden, leidet unter einer Einschränkung, wenn ein herkömmlicher Linsenschirm benutzt wird. Diese Einschränkung besteht für ein gegebenes Verhältnis (weniger als 1) des Linsenabstandes zu demjenigen zwischen abwechselnden Anzeigeoberflächensegmenten darin, dass der Beobachter innerhalb eines eng begrenzten Bereichs in einem gewissen Abstand vom Schirm positioniert sein muss.
In Fig. 4 ist eine Form von Linsenschirm 27 dargestellt, welche diese Einschränkung beseitigt und gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist. Sein wesentliches Merkmal besteht darin, dass er einen verjüngten Aufbau aufweist. Die Unterteilung des Anzeigeschirms in Segmente besitzt eine dazu passende Verjüngung. Die als unterbrochene Linien hinter dem Linsenschirm dargestellten Linien 28 stellen die Grenzen zwischen Segmenten des angezeigten Bildes für das linke SL und das rechte SR Auge dar. Der Anzeigeschirm umfasst eine erste und zweite Mehrzahl von Spalten, wobei jede Mehrzahl langgestreckte Bildkomponenten einer jeweiligen perspektivischen Ansicht liefert. Im Gebrauch wird der Linsenschirm in seiner eigenen Ebene vertikal 29 in Bezug zum Unterteilungsmuster des Anzeigeschirms bewegt, das an der Brennebene der Linsenelemente des Linsenschirms liegt. Dies wählt für jedes Element des angezeigten oder wiedergegebenen Bildes das passende Verhältnis zwischen seinem Segmentabstand und demjenigen der Linsenelemente am nächstliegenden Punkt des Linsenschirms aus. Eine derartige vertikale Anpassung kann manuell gesteuert werden, um es dem Betrachter zu ermöglichen, eine bequeme Betrachtungsentfernung auszuwählen. Alternativ kann die Entfernung des Beobachters durch eine Kopfverfolgungsanordnung, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 7 oder 10 bis 11 unten beschrieben, oder durch ein alternatives Verfahren bestimmt und die Positionssteuereinrichtung des Schirms automatisiert werden.
Die geometrischen Einschränkungen, die durch die Bedingung auferlegt werden, dass eine gute autostereoskopische Betrachtung über die gesamte Breite des angezeigten Bildes hinweg erreicht wird, sind in Fig. 5 veranschaulicht. Die Teilung des Linsenschirms und die Unterteilung des Anzeigeschirms in Segmente sollte für eine beliebige gegebene Betrachtungsentfernung ein bestimmtes Verhältnis besitzen. Die Linien 30 stellen die Projektionen von zwei der durch die Linien 28 in Fig. 4 definierten Grenzen dar. Es gibt begrenzte Bereiche von perspektivischer Lichtkonzentration VL und VR, an denen eine richtige stereoskopische Betrachtung erreicht wird. Nimmt man einen interokularen Abstand von 65 mm und die zuvor für die wirksame Brennweite des Linsenschirms benutzten Werte von 3 mm an, verändert jedoch die Betrachtungsentfernung, so beträgt das Verhältnis bei 500 mm 0,994, während es bei 1000 mm zu 0,997 wird. Wenn dieses Verhältnis nicht verändert wird, beträgt der Arbeitsbereich R für einen Schirm von bis zu 400 mm Breite bei einer Betrachtungsentfernung von 500 mm unter optimalen Bedingungen +/- 80 mm; lässt man jedoch in der Praxis etwas Spielraum beim Abstand zwischen der Betrachtungsposition des linken und rechten Auges und der seitlichen Positionierung zu, so kann sie bis zu +/- 54 mm klein sein, und dies wären in der 1000 mm-Entfernung entsprechend +/- 85 mm.
Diese Erfindung kann auf vielen Gebieten angewandt werden. Diese schließen sowohl Fernbedienung als auch Anwendungen in der virtuellen Realität ein. Eine besondere Form von Fernbedienung findet auf medizinischem Gebiet statt, wo interne Videokameras als Instrument bei der sogenannten Schlüsselloch- oder minimal invasiven Chirurgie verwendet werden. Der Chirurg muss mit einem Videobild aus einem Laparoskop arbeiten, um zu sehen, was er tut. Eine Verfügbarkeit der dritten Dimension ist als Schlüsselerfordernis anerkannt, um das Risiko von Fehlern zu verringern und Eingriffe, wie beispielsweise das Vernähen, zu einer einfacheren Aufgabe zu machen.
In der Patentanmeldung PCT/GB 92/00292 (Street) ist das Prinzip einer Segmentierung einer großen Pupille (Linsenöffnung) in kleinere Bereiche beschrieben, von denen jeder eine leicht unterschiedliche Perspektive des Gegenstandes liefert. Eine Pupillensegmentierungsanordnung für ein stereoskopisches Betrachtungssystem, das eine gewisse Bewegungsparallaxe für einen Chirurgen liefert, während er einen chirurgischen Eingriff durchführt, ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Die Austrittspupille des Laparoskops ist als unterbrochener Kreis 31 dargestellt. Der Durchmesser dieser Pupille beträgt typischerweise 4 mm. An oder nahe der Pupille 31 befinden sich zwei Öffnungsvorrichtungen. Durch den Abstand von Platten 32 und 33 wird ein schmaler horizontaler Schlitz gebildet, und zwei geformte Ausschnitte 34 und 35 sind in der kreisförmigen Platte 36 vorgesehen. Eine Drehung A' der Platte 36 bewirkt, dass sich der Abstand zwischen den beiden durchlässigen Bereichen 37 und 38 der Anordnung (zur Verdeutlichung schraffiert) verändert. Die beiden Videokameras (nicht dargestellt) fangen Licht aus Bereichen zur Linken und zur Rechten einer Grenzlinie 39 auf, die durch die Mitte der Scheibe 36 verläuft. Die gesamte Öffnungsanordnung der Platten 32, 33 und 36 kann in Bezug zur Pupille 31 bewegt 40 werden. In einem autostereoskopischen System, das gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist, werden die Kopfverfolgungsdaten sowohl benutzt, um sicherzustellen, dass das angezeigte Paar Bilder richtig zum linken bzw. rechten Auge des Beobachters projiziert wird, als auch, um die Drehung der Platte 36 für die Entfernung vom Bildschirm zu steuern, sowie bei kleinen und/oder schnellen Kopfbewegungen die Koordinaten der durchlässigen Bereiche 37 und 38 in Bezug zur Pupille 31. Auf diese Weise wird die wirksame Pupillenposition von jeder Kamera bewegt, um für eine gewisse Bewegungsparallaxe für den Beobachter zu sorgen.
Eine Kopfverfolgungs-Detektoranordnung, die seitliche, vertikale und Entfernungs-Daten liefert, wobei sie keine beweglichen Teile benötigt und einen vom Benutzer getragenen zurückreflektierenden Flecken verwendet, ist in Fig. 7 dargestellt. Der Reflektor 41 wird vom Benutzer 42 als Teil seiner normalen Kopfbedeckung getragen. Licht aus einem Infrarotemitter 43 wird über einen halbdurchlässigen Spiegel 44 zum Benutzer gelenkt. Das zurückgeworfene Licht 45 wird nach dem Hindurchtritt durch den Spiegel 44 von einer Linse 46 abgebildet. Die Hälfte der abgebildeten Strahlung wird von einem Strahlteiler 47 durch eine Zylinderlinse 48 auf ein vertikal ausgerichtetes lineares CCD-Array 49 gelenkt. Der Rest erzeugt ein Bild auf dem horizontal ausgerichteten CCD-Array 50. Eine zweite Zylinderlinse 51 bündelt das Infrarotlicht aus der Linse 46 in vertikaler Richtung, in derselben Weise, in der die Linse 48 diese Funktion in horizontaler Richtung für das Array 49 durchführt. Wenn jede CCD in herkömmlicher Weise ausgelesen wird, findet man die jeweilige horizontale und vertikale Position der Bilder auf den Arrays 50 und 49. Die Ausgangsgröße der CCD 50 ist als Kurve 52 dargestellt. Die Spannung V ist gegen die Position X entlang der CCD aufgetragen. Die beiden Flanken der Wellenform entsprechen den Positionen der beiden Ränder des auf der CCD erzeugten Bildes des Fleckens 41. Je größer die Entfernung des Benutzers von der Kopfverfolgungseinrichtung ist, um so kleiner ist der Zwischenraum zwischen der ansteigenden und der abfallenden Flanke. Aus diesen beiden Flanken können daher sowohl die seitliche Position als auch die Entfernung abgeleitet werden.
Zwei lineare CCD-Arrays zur Lieferung von horizontalen und vertikalen Positionsdaten sind beschrieben worden. Eine einzige zweidimensionale CCD und eine Linse, wie sie in vielen Videokameras verwendet werden, können benutzt werden, um den von der Infrarotstrahlung beleuchteten Raum abzubilden, um beide Koordinaten des Zurückreflektors zu liefern. Durch synchronisierte Modulation der Infrarotdiode können abwechselnde Teilbilder des Videosignals den Schauplatz mit und ohne Infrarotbeleuchtung umfassen. Durch Subtraktion verbleibt nur das Bild des Zurückreflektors für eine anschließende Positionsanalyse, während der Schauplatz viele unwichtige Merkmale umfasst. Eine solche Ausführungsform wird unten unter Bezugnahme auf die Fig. 11 bis 13 beschrieben.
Die bisher mit gewisser Ausführlichkeit beschriebenen Ausführungsformen haben die Verwendung von einer bildtragenden oder bilderzeugenden Oberfläche oder eines Schirms veranschaulicht, der Bildsegmente sowohl für das linke und rechte Auge umfasst. Üblicherweise ist jedes für das passende Auge des Beobachters sichtbar gemacht worden, indem ein Linsenschirm verwendet wurde, der zwischen den Beobachter und die Oberfläche umfassend die Bildsegmente eingefügt war. Ein System umfassend zwei getrennte und im Prinzip herkömmliche Flüssigkristallanzeige- oder LCD-Tafeln wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. Zwei äquivalente Optikeinrichtungen, umfassend Linsenstrukturen, dienen nur dazu, das durch jede Tafel oder durchsichtige Bilderzeugungsoberfläche hindurch projizierte Licht zum entsprechenden Auge des Beobachters zu lenken, indem dies von hinter den Bilderzeugungselementen jeder LCD erfolgt.
Licht aus einer Quelle 53 wird von einer Linsenanordnung 54 aufgefangen und von einem Strahlteiler 55 in zwei Teile geteilt. Aus Gründen der Wirksamkeit kann dieser, wahlweise (nicht dargestellt), ein polarisierender Strahlteiler sein, und die Polarisationsachsen können mit denjenigen der Eingangs- Polarisatoren der nachfolgend angetroffenen LCD-Tafeln ausgerichtet sein. Licht tritt durch Spiegel 56 und 57 zur Rückseite von Sperrstreifenschirmen 58 bzw. 59 hindurch. Diese umfassen typischerweise eine mit Öffnungen versehene Oberfläche mit abwechselnden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Streifen, die in Bezug zu dem wiederzugebenden Bild vertikal verlaufen. Jeder derartige Sperrstreifen ist nahe bei und in einem genau gesteuerten Abstand von einer Streuungsoberfläche an der Brennebene eines entsprechenden Linsenschirms angeordnet. Der Linsenschirm 60 befindet sich vor dem Sperrstreifenschirm 58, und der Linsenschirm 61 befindet sich vor dem Sperrstreifenschirm 59. Für eine Mehrzahl von Linsen auf einem Linsenschirm ist eine entsprechende Mehrzahl von lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereichen auf seinem zugehörigen Sperrstreifenschirm vorhanden.
Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um jeden Linsenschirm und die entsprechende, mit Öffnungen versehene Oberfläche in Bezug zueinander in zwei Richtungen zu bewegen. Die seitliche Position von jedem Linsenschirm in Bezug zu seinem entsprechenden Sperrstreifenschirm wird durch Kurvenscheibenanordnungen 64 bzw. 65 gesteuert. Diese erste Relativbewegungsrichtung befindet sich in der Ebene des Linsenschirms. Die Kurvenscheiben sind schematisch gezeichnet und durch Rückstellfedern (nicht dargestellt) gekontert. Der Abstand zwischen jedem Sperrstreifenschirm und der Streueinrichtung seines entsprechenden Linsenschirms wird durch Kurvenscheibenanordnungen 62 bzw. 63 gesteuert, die eine zweite Relatiybewegungsrichtung senkrecht zur ersten liefern. Der Abstand zwischen den Mitten der lichtdurchlässigen Bereiche des Sperrstreifenschirms passt gut zu dem Abstand zwischen den Mitten der Linsenelemente. Durch kleine Seitwärtsbewegungen in der ersten Richtung des Linsenschirms im Bezug zu dem streifenförmigen Bild, das auf seiner entsprechenden Streueinrichtung durch Licht erzeugt wird, das aus der kompakten Lichtquelle 53 durch den Sperrschirm hindurchtritt, wird die Richtung des Lichtes, das die Vorderseite des Linsenschirms verlässt, so gesteuert, dass es nach dem Hindurchtritt durch die entsprechende LCD-Tafel im Bereich des passenden Auges des Beobachters ankommt. Der Maßstab des streifenförmigen Bildes kann geringfügig verändert werden, um den richtigen Grad an Bündelung des projizierten Lichts zu erzielen, so dass es zur Entfernung des Beobachters von der Anzeigeoberfläche passt. Dies wird erreicht, indem man den Abstand jedes Sperrstreifens von der entsprechenden streuenden Oberfläche verändert. Da das Licht aus der Quelle 53 divergiert, führt ein größerer Abstand zu einem größeren Maßstab und entspricht einer stärkeren Bündelung des projizierten Lichts, was die Konzentration des Bildlichts (und die Punkte, die frei oder leer von solchem Licht sind) in Richtung des Schirms bewegt, wodurch dem Beobachter ein näher liegender Betrachtungspunkt geliefert wird. Die beiden LCD- Tafeln 66 und 67 werden beide mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels 68 an derselben Stelle oder im selben Bilderzeugungsbereich beobachtet, jedoch mit verschiedenen Augen. Das linke Auge 69 des Beobachters sieht Licht, das von der Tafel 67 eintrifft. Das rechte Auge 70 empfängt im Wesentlichen kein Licht von dieser Tafel, da die lichtundurchlässigen Bereiche des Sperrschirms 59 dies verhindern, indem sie einen Bereich erzeugen, der frei von Licht aus dem auf der Tafel 67 erzeugten perspektivischen Bild für das linke Auge ist. Umgekehrt sieht das rechte Auge 70 des Beobachters das virtuelle Bild der Tafel 66, und das linke Auge 69 nicht. Die Tafeln 66 und 67 werden an Eingängen 71 bzw. 72 mit Videosignalen gespeist. Vorausgesetzt, diese entsprechen den für das linke und rechte Auge erforderlichen Bildern, dann wird eine gute Tiefenempfindung erreicht.
Es kann eine Variante der Ausführungsform aus Fig. 8 konstruiert werden, bei der sowohl der Linsenschirm und der Sperrstreifenschirm eine verjüngte Struktur aufweisen, bei welcher die Teilung oder der Abstand zwischen den Linsenelementen in einer Richtung senkrecht zur ersten Relativbewegungsrichtung abnimmt, und jede mit Öffnungen versehene Oberfläche ein passendes Muster von abwechselnden lichtdurchlässigen (durchsichtigen) und undurchsichtigen Streifen (Bereichen) aufweist. Eine derartige Struktur ist bereits mit Hilfe der Fig. 4 und 5 beschrieben worden. In diesem Fall kann sich die Streueinrichtung an der Ebene des Sperrstreifenschirms befinden, welcher sich wiederum an der Brennebene seines entsprechenden Linsenschirms befinden kann und in seiner eigenen Ebene in Bezug dazu und vertikal in Bezug zum Bild bewegt wird, um den Maßstab zu verändern. An Stelle einer kompakten Quelle kann dann eine diffuse Lichtquelle, wie beispielsweise eine herkömmliche Hintergrundbeleuchtung, verwendet werden.
Die Ausführungsformen der Fig. 2 bis 5 und der Fig. 8 haben eine Vorrichtung veranschaulicht, bei der die Bilder für das linke und rechte Auge gleichzeitig angezeigt oder wiedergegeben werden. Es ist auch möglich, die Kopfverfolgungsprinzipien dieser Erfindung bei einer Zeitfolgeanzeige zu verwirklichen, die eine einzige zusammenhängende Bilderzeugungsoberfläche einschließt, an der sowohl die Perspektiven für das linke und rechte Auge erzeugt werden.
In der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0118449 (Street) ist ein Abbildungssystem beschrieben, bei dem ein dreidimensionaler Objektraum durch eine weite Öffnung auf einen im Abstand angeordneten konjugierten Bilderzeugungsbereich abgebildet wird, wo ein dreidimensionales Bild beobachtet und aufgezeichnet werden kann. Eine Ausführungsform dieser Erfindung sieht die aufeinanderfolgende Erzeugung einer Reihe von zweidimensionalen Perspektiven eines dreidimensionalen Objekts mittels einer elektronischen Abbildungsvorrichtung vor, wie beispielsweise der Vorderseite einer Kathodenstrahlröhre (CRT). Indem man jede dieser Perspektiven durch eine jeweilige Reihe von benachbarten Öffnungen auf den Bilderzeugungsbereich abbildet, wird über ein Zeitintervall ein dreidimensionales Bild erzeugt und kann somit aufgezeichnet werden. Wenn die Geschwindigkeit der Aufeinanderfolge dieser Reihe von Perspektiven schnell genug ist und sagen wir 50 mal pro Sekunde wiederholt wird, wäre ein derartiges dreidimensionales Bild in Echtzeit ohne ein wesentliches Bildflimmern sichtbar.
Der augenblickliche Stand der Technik ermöglicht es, 400 Teilbilder in jeder Sekunde zu liefern, was die Gelegenheit bietet, ein dreidimensionales Bild mit ganz guter Auf lösung wiederzugeben, das 16 perspektivische Ansichten bei einer Wiederholungsrate von 25 Zyklen pro Sekunde umfasst. Aus Gründen der Bilddatengeschwindigkeit, des Lichtwirkungsgrades und der Phosphor-Abklingzeit gibt es bei diesen Geschwindigkeiten Schwierigkeiten mit der Bereitstellung von Farbe. Wenn eine Zeitfolge-Erzeugung von Farbe verwendet wird, zum Beispiel mit einem LCD-Farbverschluss von der von Tektronix Inc. unter dem Markennamen NuCOLORTM hergestellten Art, kann ein Verlust von einem Faktor sechs beim Lichtwirkungsgrad erwartet werden, wenn man mit polarisiertem Licht arbeitet. Mit zunehmender Anzahl von perspektivischen Ansichten nimmt die vom System pro Zeiteinheit durchgelassene Lichtmenge in einer reziproken Weise ab. Um ein nahtloses dreidimensionales Bild zu beobachten, d. h. eines, bei dem es keine wahrnehmbare Verzögerung zwischen benachbarten Perspektiven gibt, ist es notwendig, an der Position des Betrachters in 2 mm-Abständen eine neue Ansicht des Gegenstands bereitzustellen. In einer typischen Entfernung vom Bilderzeugungsbereich von 1 Meter stellt dies eine Auflösung zwischen benachbarten Perspektiven von 0,115º dar. Für ein völlig effizientes System, bei dem sowohl die Perspektive und die Farbe zeitlich aufeinanderfolgen und ein Betrachtungswinkel von 30º erzielt werden soll, würde der maximale Lichtdurchsatz 0,032% des an der Bilderzeugungsoberfläche der CRT verfügbaren Lichts betragen. In der Praxis wäre die Datengeschwindigkeit ohnehin unerreichbar, und ein tolerierbarer Lichtwirkungsgrad müsste mehr als 1% betragen, eine CRT mit sehr hoher Helligkeit vorausgesetzt.
Es ist möglich, die Perspektivenwinkelauflösung und den Betrachtungswinkel zu vergrößern, während sowohl ein verhältnismäßig hoher Lastzyklus in den vom Beobachter benötigten Betrachtungspositionen bewahrt und die geforderte Bilddatenbandbreite enthalten bleibt. Fig. 9 veranschaulicht eine solche Anordnung von Komponenten schematisch. Eine CRT 73 erzeugt eine Folge von zweidimensionalen Bildern oder perspektivischen Ansichten. Ein typischer Bildpunkt P auf der in spektraler Hinsicht breiten, mit Phosphor beschichteten Oberfläche der CRT emittiert Licht in Lambert'scher Weise. Linsenkomponenten 74, welche die normalerweise für eine TV- Projektion erforderliche Funktion liefern, kollimieren Strahlen vom Punkt P. Diese Strahlen treten durch einen Farbverschluss 75 hindurch, der in schneller Aufeinanderfolge rote, grüne und blaue Bildkomponenten auswählt. Die vom Verschluss 75 durchgelassenen Strahlen treffen auf eine elektrooptische Verschlussanordnung 76. Die Funktion der Anordnung 76 besteht darin, Licht zur Betrachtung durch selektiven Durchlass desselben an einer im Abstand von der Bilderzeugungsoberfläche angeordneten, als Öffnungsebene dienenden Ebene bereitzustellen. (Bei einer Vorrichtung, bei der diese Licht bereitstellende Komponente hinter einer durchsichtigen Bilderzeugungsoberfläche liegt, kann sie dieselbe Funktion erfüllen, wenn sie eine Lichterzeugungsoberfläche ist, wie beispielsweise die Fläche einer CRT.) Die Anordnung 76 ist so dargestellt, als ob sie zwei offene Bereiche 77 und 78 hätte. In der Praxis werden diese nacheinander geöffnet und sind nicht gleichzeitig offen. Linsenkomponenten 79 refokussieren die durchgelassenen Strahlen vom Objektpunkt P, um einen beobachtbaren Bildpunkt P' an der Rückseite der Linsenanordnung 80 zu erzeugen. Diese umfasst eine Fresnelkomponente 81 und eine variofokale oder pankratische Oberfläche 82, die als ein Paar von unterbrochenen Linien bei ihren beiden extremen Krümmungsradien dargestellt ist. Die Funktion der Fresnelkomponente ist es, die Verschlussanordnung 76 auf die mittlere Entfernung abzubilden, in welcher der Betrachter positioniert sein wird, während es die von der Oberfläche 82 beigetragene Brechkraft gestattet, diese anzupassen oder zu verstellen, die konvergente Optikeinrichtung zur Veränderung der Bündelung von Bildlicht vorausgesetzt, so dass die Ebene der Verschlussanordnung 76 oder die Öffnungsebene zu der die Position des Beobachters enthaltenden Ebene konjugiert gemacht werden kann. Wenn der Bereich 77 des Verschlusses 76 Licht durchlässt, sieht das rechte Auge 83 des Betrachters das an der Fresnellinse 81 neu gebildete Bild der CRT 73. Wenn der Bereich 78 freigegeben wird, beobachtet das linke Auge 84 das Bild. Ein vollständig autostereoskopisches Bild in Farbe kann auf diese Weise erzeugt werden, indem abwechselnd Bilder für das linke und rechte Auge mit 6 Daten-Teilbildern (3 Farben · 2 Perspektiven) erzeugt werden. Die Auflösung der Verschlussanordnung 76 kann hoch sein, und somit kann die Verfolgung der Kopfposition des Beobachters ohne jegliche Zunahme der Bilddatenbandbreite so genau sein, wie es das bereits beschriebene Kopfverfolgungs-Teilsystem gestattet. Bei anspruchsvolleren Vorrichtungen und auf Kosten des Lichtwirkungsgrades kann jeder Durchlassbereich der Verschlussanordnung selbst in eng nebeneinanderliegende Perspektivenbetrachtungsbereiche unterteilt werden, wobei die CRT innerhalb der gesamten verfügbaren Zykluszeit mehr Teilbilder anzeigen muss. Auf diese Weise kann ein System mit praktisch keinerlei Bildverzögerung aufgebaut werden, bei dem Bilddaten von der Kopfposition des Benutzers gesteuert werden, zum Beispiel in Anwendungen der virtuellen Realität. Wie bei zuvor veranschaulichten Ausführungsformen werden vom Kopfverfolgungs-Teilsystem 85 bereitgestellte Daten benutzt, um sowohl die seitliche Position von Betrachtungspositionen durch Auswahl der entsprechenden Regionen der Anordnung 76, sowie die Brechkraft der Oberfläche 82 durch einen steuerbaren Behälter 86, der ein optisch durchsichtiges Fluid enthält, und ein Stellglied 87 zu steuern. Dies wiederum bestimmt die Entfernung von der Fresnellinse 81, in der die Verschlussanordnung wieder abgebildet wird. Das Ergebnis ist, dass die Ebene der Anordnung 76 zur Ebene des Beobachters konjugiert ist, wodurch über die gesamte Bildfläche für eine richtige stereoskopische Betrachtung gesorgt wird. Der aufeinanderfolgende Durchlass von Bildlicht an den Punkten 77 und 78 liefert nacheinander die beiden Konzentrationspunkte oder -bereiche von Bildlicht, die von den Augen 83 bzw. 84 des Beobachters benötigt werden.
In Fig. 10 ist eine gemäß dieser Erfindung aufgebaute einfache autostereoskopische Anzeige dargestellt. Diese verwendet einen herkömmlichen zweidimensionalen ebenen CRT-Schirm, der monochrom oder farbig sein kann, als Bilderzeugungsoberfläche, vor der sich, in diesem Beispiel im Abstand von 100 mm, eine ferroelektrische (elektrooptische) Verschlussanordnung 88 befindet, ähnlich derjenigen aus Fig. 9. Es sind keine anderen Komponenten im optischen Pfad erforderlich, und die Bildebene oder Erzeugungsoberfläche könnte gleichfalls durch Projektion bereitgestellt werden. Der Schirm 89 zeigt gleichzeitig abwechselnde vertikale Streifen oder im Abstand angeordnete Teile der beiden perspektivischen Ansichten an, die an der Position des linken Auges 90 bzw. an der Position des rechten Auges 91 des Beobachters (schematisch dargestellt) gesehen werden sollen. Die Verschlussanordnung 88 ist eine flächenprogrammierbare Vorrichtung, die so programmiert ist, dass sie in gleichen Abständen S&sub1; vertikal angeordnete schlitzartige Öffnungen 92 aufweist. Bei der dargestellten Ausführungsform muss sie Licht durch Durchlass an dieser Mehrzahl von im Abstand angeordneten diskreten Positionen bereitstellen. Eine zweckmäßige Breite für jede Öffnung beträgt gewöhnlich ein Viertel dieses Abstandes. Das Kopfverfolgungsmodul 93 liefert die Koordinatendaten des Beobachters an eine Steuerung 94, und diese wiederum ordnet die Bildstreifen 95 (schraffiert) der linken perspektivischen Ansicht, die in Bezug zu den Öffnungen 92 positioniert werden soll, so an, dass sie nur für das linke Auge 90 des Beobachters sichtbar sind (Strahlen 97), während die Streifen 96 der rechten perspektivischen Ansicht vom rechten Auge 91 des Beobachters gesehen werden (Strahlen 98). Die Positionen und die Breite der Öffnungen 92 selbst werden ebenfalls von der Steuerung 94 gesteuert. Das gesamte Muster wird schnell zwischen vier Positionen auf einer Teilung von 51/4 verschoben. Die obere linke Ecke des Musters an jeder Position ist als 99A, 99B, 99C bzw. 99D gekennzeichnet. Über ein kurzes Zeitintervall lässt jeder Teil der Gesamtfläche der Anordnung 88 Licht bis zu 25% der verfügbaren Zeit durch. Für jede neue Anordnung von Öffnungen 92 wird die Auswahl von Bilddaten in den Streifen 95 und 96 sowie deren Positionen im passenden Muster neu angeordnet. Die Folge ist, dass dem Beobachter ein zusammenhängendes dreidimensionales Bild dargeboten wird, ohne die Notwendigkeit, eine spezielle Brille zu tragen. In der Tat liefert die Verschlussanordnung 88 die notwendige Lichtunterbrechungsfunktion.
Die Entfernung oder der Abstand V des Beobachters vom Schirm 89 und der Abstand D zwischen der Anordnung 88 und dem Schirm 89 legen die korrekten Werte für S&sub1; und den zugehörigen Abstand S&sub2; zwischen den nächstliegenden, jedoch im Abstand angeordneten Streifen von Bilddaten für jedes Auge fest. Es ist ersichtlich, dass für eine beliebige finite Betrachtungsentfernung S&sub2; kleiner als S&sub1; sein muss, um eine Bündelung von Bildlicht, nämlich der Strahlen 97 von dem Bild für das linke und der Strahlen 98 von dem Bild für das rechte Auge in Richtung jeder jeweiligen Augenposition, 90 und 91, des Beobachters zu erzielen. Dort ist dann ein Bereich, entsprechend einer Perspektive, vorhanden, der frei oder leer von Licht ist, an den Positionen einer Bildlichtkonzentration, die der anderen Perspektive entsprechen. Für eine richtige Bündelung gilt die folgende Beziehung:
Zusätzlich muss die Größe von S&sub1; und somit von S&sub2; so eingestellt werden, dass sichergestellt ist, dass jeder Bildstreifen die korrekte Breite aufweist, so dass er sich weder mit dem Streifen überlagert, welcher dem anderen Auge entspricht, bei Betrachtung durch dieselbe Öffnung, noch mit demjenigen, welcher der benachbarten Öffnung entspricht.
Beispiele von praktischen Werten für die hier veranschaulichte 25%-Lastzyklus-Anordnung sind wie folgt:
V = 500 mm S&sub1; = 32 mm S&sub2; = 40,0 mm
V = 1000 mm S&sub1; = 16 mm S&sub2; = 17,8 mm
V = 1500 mm S&sub1; = 8 mm S&sub2; = 8,6 mm
Wenn dann die Entfernung des Beobachters zunimmt, einen festen Augenabstand von sagen wir 65 mm vorausgesetzt, müssen die Werte von S&sub1; und S&sub2; verkleinert werden. In der Praxis ordnet die Steuerung 94 das Durchlassmuster der Anordnung 88 an, um sowohl die Entfernung von der Anzeige und die seitliche Position der erforderlichen Bildlichtkonzentrationspunkte beider perspektivischer Ansichten für eine richtige autostereoskopische Betrachtung zu steuern. Die seitliche Position wird einfach gesteuert, indem die relative Phase im Raum in der Mitte des Bildes zwischen den Mustern von Bilddaten und dem davor befindlichen Durchlassmuster justiert wird.
Vorausgesetzt, dass der Schirm 89 mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als 100 vollständigen Teilbildern pro Sekunde erneuert werden kann, so wird das vollständige Bild 25 mal pro Sekunde erzeugt. Höhere Bildschirmerneuerungsgeschwindigkeiten sind möglich, gehen jedoch zu Lasten der Bildauflösung. In gewissen Fällen werden durch die Phosphor-Abklingzeit und die Zeit für das Teilbild, das üblicherweise vom oberen Ende des Bildes zum unteren Ende vorrückt, ungünstige Zeitsteuerungs- Einschränkungen im Hinblick auf den Betrieb des Verschlusses 88 auferlegt. Diese Einschränkung kann durch Unterteilung der Verschlussanordnung in vertikaler Richtung gemildert werden. Segmente in verschiedenen vertikalen Positionen können dann zu verschiedenen Zeiten betätigt werden und bleiben in Phase mit der allmählichen Erzeugung und dem allmählichen Abklingen des Bildes. Eine andere Alternative besteht darin, einen Schirm mit einer vertikalen Zeilenabtastung zu verwenden. Hier werden verschiedene Öffnungen zu verschiedenen Zeiten geöffnet, so dass sie mit der allmählichen Erzeugung des Bildes von einer Seite des Schirms zur anderen in Phase bleiben. Ein anderer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die jedem Auge entsprechenden Bilddatenstreifen aus vollständigen Zeilen derartiger Daten bestehen, statt wie der Anordnung, bei der jede horizontale Zeile Daten aus beiden perspektivischen Ansichten enthalten muss.
Eine weitere Ausführungsform eines Kopflokalisierungssystems ist in Fig. 11 dargestellt. Die Abbildungseinrichtung wird von einem hinter einer Bilderzeugungslinse 102 angeordneten zweidimensionalen CCD-Array 101 geliefert, das mit seiner Auslese(Abtastzeilen)-Richtung vertikal angeordnet ist. Infrarot-Licht oder Strahlung wird in Form eines Strahlungsenergiekegels 103 von einem Ring von lichtemittierenden Dioden (LEDs) 104A bis 104F emittiert, die um die Linse 102 herum gruppiert sind. Durch Anordnung der LEDs in der Nähe der Linse 102, empfängt die letztere einen beträchtlichen Anteil des Lichts, welches von einer zurückreflektierenden Markierung 105 zurückgeworfen wird, die innerhalb eines Kreises 106 angeordnet ist, einem Schnitt durch den Lichtkegel 103 in einer Entfernung Z von der Linse 102. Die schraffierte quadratische Fläche innerhalb des Kreises 106 entspricht dem schraffierten Teil der CCD 101, wo ein Bild 107 der Markierung 105 erzeugt wird. Eine unerwünschte Strahlung aus anderen Quellen wird durch einen Filter 108 reduziert, der für sichtbares Licht undurchlässig ist.
Im Gebrauch werden die Koordinaten der Markierung 105, die als Teil der Kopfbedeckung eines Beobachters getragen wird, durch Analyse und Positionierung des auf der CCD 101 erzeugten Bildes 107 ermittelt. Bis zu vier Freiheitsgrade (zwei Lagefreiheitsgrade, ein Rotationsfreiheitsgrad und der Maßstab) der Markierung 105 können auf diese Weise bestimmt werden, vorausgesetzt die Größe und Form der Markierung sind bekannt. Die Breite w des Bildes 107 wird zu der bekannten Breite M der Markierung 105 ins Verhältnis gesetzt. Die Entfernung Z der letzteren von der Linse 102 wird in erster Ordnung durch die folgende Beziehung angegeben.
Z = F (M + w)/w
wobei F die Brennweite der Linse 102 ist. In der Praxis werden Zugeständnisse für jegliche vorhandene Bildverzerrungen der Kameralinse gemacht, die das Hinzufügen von Ausdrücken von x und y erfordern können, wobei x und y die Koordinaten der Mitte des Bildes 107 in Bezug zur Mitte der schraffierten Fläche der CCD 101 sind.
Die X- und Y-Koordinaten der Mitte der Markierung 105 in Bezug zur Mitte der schraffierten Fläche innerhalb des Kreises 106 werden durch ähnliche Beziehungen wie folgt bestimmt.
X = (M/w) x
Y = (M/w) y
Ein vierter Freiheitsgrad für einen Beobachter ist die Drehung (oder das Rollen) des Kopfs um die Blickrichtung. Dies bewirkt, dass das Bild der Markierung auf dem CCD-Array schräggestellt wird. Der Neigungswinkel A" kann abgeleitet werden, wie unten mit Hilfe von Fig. 13 beschrieben.
Fig. 12 veranschaulicht ein typisches erfindungsgemäß aufgebautes Verarbeitungssystem. Die Infrarotlichtquelle wird moduliert, um aus der CCD die grundlegenden Daten zu entnehmen, die erforderlich sind, um die X-, Y- und Z-Koordinaten der Markierung des Beobachters zu berechnen.
Die CCD 109 ist schematisch zusammen mit dem Bild 110 der Markierung 111 innerhalb ihres Rahmens dargestellt. Der Block 112 stellt die Gruppe von LEDs dar, die Infrarotstrahlung 113 in Richtung der Markierung 111 emittieren. Die zurückgeworfene Strahlung 114 erzeugt durch die Linse 115 das Bild 110. Die Gruppe von LEDs 112 wird durch eine Leitung 116 von einer Steuerschaltung 117 aus gesteuert. Indem man das Einschalten der LEDs mit der von der CCD auf der Leitung 118 empfangenen Teilbildsynchronisierung synchronisiert, werden diese während abwechselnder Videoteilbilder ein- und ausgeschaltet.
Um sich die horizontale Position des Bildes der Markierung einfach und schnell zu verschaffen, werden die Videodaten mittels einer Integrationsschaltung 119 auf einer Zeile-um- Zeile-Grundlage in Echtzeit verarbeitet, wobei Daten für eine Analyse entlang einer ersten (horizontalen) Achse geliefert werden. Eine Spannung entsprechend dem gesamten empfangenen Licht auf jeder vertikalen Zeile wird erzeugt, und für das Teilbild, wenn die LEDs ausgeschaltet sind, werden die Werte für sämtliche Zeilen in einem Puffer 120 gespeichert. Der Datenfluss wird durch einen Schalter 121 gesteuert, der wiederum von einer Steuerschaltung 117 gesteuert wird. Der Lichtpegel für jede Zeile, wenn die LEDs 112 eingeschaltet sind, wird mit dem entsprechenden Wert im vorangehenden Teilbild verglichen, wo die LEDs ausgeschaltet waren. Eine Vergleichsschaltung 122 führt diese einfache Aufgabe durch, und die resultierenden Differenzwerte werden von einem kleinen Mikroprozessor 123 verarbeitet. Bei alternativen Ausführungsformen können die Funktionen der Zwischenspeicherung und des Vergleichs beide innerhalb des Prozessors gehandhabt werden.
Durch Analyse der integrierten und normalisierten Lichtwerte für jede vertikale Zeile der CCD können die Mitte x und die Breite w des Bildes der Markierung ermittelt werden. Unter Verwendung der bereits angegebenen Beziehungen ergeben sich aus diesen die Werte von X bzw. von Z.
Fig. 13 veranschaulicht, wie die zur Bestimmung von x und w verwendeten integrierten Signale verwendet werden können, um eine oder mehrere Zeilen von unbearbeiteten Videosignalen auszuwählen, und wie aus diesen die Werte von y und A" bereitgestellt werden können. Die CCD 124 weist ein Bild 125 der Markierung auf, das unter einem Winkel A" zur Horizontalen geneigt ist. Die integrierten Werte der vertikalen Abtastzeilen des Videosignals sind entlang der horizontalen Achse als Kurve Vx dargestellt. Die unbearbeiteten Videodaten werden für zwei Zeilen an den jeweiligen x-Koordinaten x1 und x2 entnommen, die beide innerhalb aber in der Nähe der Enden des auf der CCD erzeugten Bildes der Markierung liegen. Diese sind als Kurven Vy1 bzw. Vy2 dargestellt. Jede Kurve, die verarbeitet wird, um Hintergrundvorspannungen zu beseitigen, wobei abwechselnd beleuchtete Teilbilder in derselben Weise wie für die zeilenintegrierten Daten verwendet werden, liefert ein Signal, das, wenn es analysiert ist, Mittelpunkte für das Bild der Markierung ergibt. Für die Kurven Vy1 und Vy2 sind die jeweiligen Mittelpunkte Y1 und Y2 wie folgt
Y1 = (Y11 + Y12)/2 und Y2 = (Y21 + Y22)/2
Somit ist entlang der zweiten Achse der Positionsdaten die vertikale Position y gegeben durch
y = (Y1 + Y2)/2
Die Orientierung der Markierung, der Winkel A", wird durch Verhältnisse von Differenzen wie folgt abgeleitet
tan (A") - (Y2 - Y1)/(X2 - X1)
Diese Operationen können in einem Mikroprozessor oder in einer Hardware für Spezialzwecke durchgeführt werden. Wenn ein Mikroprozessor verwendet wird, kann die Mitte des Bildes durch Interpolation mit höchster Genauigkeit lokalisiert werden. Eine CCD ist im Raumbereich inhärent digital, das heißt sie besitzt gewöhnlich diskrete Photoorte (Pixel) die in einem Abstand zwischen 10 und 20 Mikron angeordnet sind. Mit einer Bilderzeugungslinse von 5 mm Brennweite und einem Pixelabstand von 20 Mikron ergibt dies 1 Meter von der Linse entfernt eine 4-mm-Stückelung des Koordinatensystems, wenn nur diskrete Pixelpositionen zulässig sind. Dies ist die Folge, wenn ein einfacher Schwellenwert benutzt wird, um festzustellen, ob an einem beliebigen gegebenen Photoort ein Bild vorhanden oder nicht vorhanden ist. Eine Betriebsart, der eine höhere Genauigkeit liefert, benutzt die analogen Bildintensitätswerte an mehr als einer Pixelposition, um durch Interpolation zwischen diesen Werten mit einer Sub-Pixel-Abstandsgenauigkeit auf die Position des Randes des Bildes der Markierung zu schließen. Ein einfacher Algorithmus besteht darin, anzunehmen, dass sich die Bildintensität zwischen zwei Werten, die auf jeder Seite des gewählten Schwellenpegels liegen, in linearer Weise verändert.
Wenn VL, der Wert an einer Pixelposition unter dem Schwellenwert VT liegt, und VH, der Wert an einer benachbarten Pixelposition größer ist als VT, kann somit die linear interpolierte Position p des Bildrandes wie folgt abgeleitet werden
p = (VT - VL)/(VH - VL)
wobei p kleiner ist als 1 und den Abstand des Bildrandes als Bruchteil des Pixelabstandes von demjenigen Pixel mit dem niedrigeren Wert in Richtung des Pixels mit dem höheren Wert darstellt. Diese Betriebsart erzeugt nicht nur eine genauere Koordinatenbestimmung, sie vermeidet auch ein Randflimmern aufgrund von Rauschen auf einem Wert, der in der Nähe des gewählten Schwellenwertes liegt.
Es sind spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden. Es gibt eine Reihe von anderen Wegen, die Erfindung in der Praxis zu realisieren. Die Markierung braucht nicht wie dargestellt eine einzige zusammenhängende zurückreflektierende Fläche zu umfassen, sondern kann aus zwei oder mehr Reflektoren bestehen, die in einer geometrisch genauen Art und Weise in Bezug zueinander angeordnet sind. Reflektierendes Band oder diskrete Katzenaugenreflektoren können verwendet werden. Die dargestellten Ausführungsformen zeigen, wie die Position einer zurückreflektierenden Markierung innerhalb des Gesichtsfeldes einer infrarotempfindlichen Videokamera bestimmt werden kann. Andere Ausführungen sind möglich, bei denen die verwendete Strahlung verschiedene Wellenlängen umfasst, und verschiedene Markierungen vorzugsweise jeweils verschiedene Wellenlängen zurückstrahlen. Auf diese Weise kann die Position von verschiedenen Markierungen bestimmt werden. Durch Verwendung einer anspruchsvolleren Bildverarbeitung kann alternativ eine Mehrzahl von Markierungen innerhalb eines Bildes lokalisiert werden, das über denselben Spektralbereich empfangen wird. Eine ortsfeste Gruppe von Markierungen kann benutzt werden, um die Umwandlung aus Bildkoordinaten in Raumkoordinaten zu eichen. Während die Verwendung von einer Kamera beschrieben worden ist, können gleichzeitig zwei oder mehr verwendet werden, um das Gesichtsfeld zu erweitern oder um die Position einer Markierung mit sehr hoher Präzision zu triangulieren.
Eine Vielzahl verschiedener Anzeige- oder Wiedergabetechniken kann in Übereinstimmung mit der augenblicklichen Erfindung verwendet werden. Die Anzeigeoberfläche 13 aus Fig. 2 kann eine speziell konstruierte LCD-Tafel sein, vorzugsweise mit Rückseitenbeleuchtung. Die Oberfläche kann lichtemittierende Elemente umfassen, wie beispielsweise eine lichtemittierende Diode oder ein lichtemittierendes Polymerarray. Die Oberfläche 13 kann eine Oberfläche sein, auf die aus einem oder mehreren sonst irgendwo angeordneten Videoprojektoren eine erste perspektivische Ansicht und eine zweite perspektivische Ansicht eines Schauplatzes projiziert werden. In diesem Fall wird es ein Bild der bilderzeugenden Oberfläche sein, das an der Brennebene des Linsenschirms fokussiert wird. Zwei Bilder können durch eine mit Öffnungen versehene Oberfläche oder einen Sperrstreifenschirm projiziert werden, umfassend im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Streifen, die abwechselnd durchsichtig und undurchsichtig sind, sowie mit einer Teilung, die mit derjenigen des Linsenschirms kompatibel ist. Die Struktur kann verjüngt sein, wie zuvor beschrieben. Diese mit Öffnungen versehene Oberfläche ist in der Nähe einer Oberfläche 13 angeordnet, die Streueigenschaften besitzt, zwischen ihr und den Bildprojektoren. Indem man eine genaue Deckung zwischen den beiden Bildern aufrechterhält, jedoch verschiedene horizontale Projektionswinkel für sie wählt, führt jedes zu einer Reihe von im Abstand angeordneten Komponenten, die auf der Oberfläche 13 in der notwendigen Weise miteinander verzahnt werden oder kämmen, so dass sie zur Teilung des Linsenschirms passen. Der Linsenschirm 12 und/oder der Sperrstreifenschirm werden bewegt, um dem Beobachter zu folgen. Eine erste Bewegungsrichtung, die zu den langgestreckten Elementen des kämmenden Bildes senkrecht ist, sorgt für eine Links/Rechts-Steuerung des Betrachtungspunktes, während die Bündelung des Bildlichts durch eine Bewegung senkrecht zu dieser ersten Richtung verändert wird. Alternativ können die wiedergegebenen Bilddaten in Bezug zum Schirm bewegt werden. Die Einrichtung zum Trennen der Perspektiven an der Position des Beobachters braucht kein Linsenschirm zu sein. Wie bereits veranschaulicht, können andere Anordnungen verwendet werden, wie beispielsweise eine Sperrstreifenanordnung oder eine Öffnungssegmentierung. Die Prinzipien dieser Erfindung können mit denjenigen kombiniert werden, die im US Patent Nr. 4,641,178 (Street) beschrieben sind, in dem zwei Perspektiven eines Schauplatzes innerhalb der Bandbreite einer Monoskop-Farbanzeige dargestellt werden, wobei der Spektralinhalt von jeder Perspektive denjenigen der anderen in einem gegebenen Augenblick ergänzt. Indem man diese Spektralteilung mit Teilbildgeschwindigkeiten zwischen den Perspektiven umschaltet, wird ein im Wesentlichen flimmerfreies stereoskopisches Vollfarbenbild unter Verwendung einer herkömmlichen Anzeigebandbreite erzielt. Bei einer Ausführungsform wird das Umschalten der Spektralkomponenten zwischen den beiden Augenpositionen des Beobachters unter Verwendung einer oszillierenden Linsenkonstruktion erreicht. Indem man der mittleren Position einer solchen vibrierenden Linsenkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung eine geeignete Vorspannung überlagert, würde die Position des Kopfs des Beobachters ebenfalls verfolgt.
In Fig. 10 ist eine besondere Anordnung beschrieben, bei der der Anzeigeschirm 89 hinter einer flächenprogrammierbaren Verschlussanordnung 88 angeordnet ist. Typischerweise wird der Anzeigeschirm eine CRT oder eine andere lichtemittierende Bilderzeugungsoberfläche sein, wie beispielsweise bei einer Elektrolumineszenzanzeige oder ein lichtemittierendes Polymer. Der Anzeigeschirm kann jedoch ein räumlicher Lichtmodulator sein, wie beispielsweise eine LCD-Tafel, vorausgesetzt diese ist schnell genug, wie es im Falle einer ferroelektrischen LCD der Fall sein würde. Eine getrennte Lichtquelle würde dann hinter der lichtdurchlässigen Anzeigetafel angeordnet. Wenn die Bilderzeugungsoberfläche transparent ist, kann sie vor der flächenprogrammierbaren Vorrichtung angeordnet werden. Während diese ein Verschlussanordnung vor einer getrennten Lichtquelle sein kann, kann sie zweckmäßigerweise eine einzige CRT großer Helligkeit umfassen, die dann unter Verwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu einer flächenprogrammierbaren Einrichtung zur Erzeugung von Licht wird. In diesem Fall muss S&sub1; größer sein als S&sub2;, um die richtige Bündelung für den Beobachter zu erzielen. Ein negativer Wert für D in der Formel, welche diese beiden Werte miteinander in Beziehung setzt, erzielt dieses Ergebnis. Dort, wo eine Ausführungsform "eine einzige Bilderzeugungsoberfläche" umfasst, schließt dies nicht mehrere Oberflächen zum Erzeugen des Bildes aus. Diese können in Reihe (Durchlass), nebeneinander oder in anderer Weise kombiniert sein.
Ein Kopfverfolgung zum autostereoskopischen Sehen kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden. Eine Alternative zur Verwendung eines vom Beobachter getragenen zurückreflektierenden Fleckens besteht darin, als Teil der Kopfbedeckung des Beobachters eine Infrarot- oder andere Lichtquelle bereitzustellen. Ein Bild dieser Quelle würde in der bereits beschriebenen Weise erzeugt. Mit einer anspruchsvolleren Bildverarbeitung könnte das Bild des Gesichts des Beobachters ohne irgendeine spezielle Kopfbedeckung verfolgt werden. Alternativ können mit geeigneten Detektoren andere aktive Quellen verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Ultraschallquelle in Verbindung mit zwei oder drei im Abstand angeordneten Mikrofonen verwendet werden. Phasen- und Amplitudendifferenzen zwischen diesen Detektoren liefern ein Maß für die Kopfposition des Beobachters. Kopfverfolgungseinrichtungen, die drei Magnetspulen verwenden, um 6 Bewegungsvariablen (3 Lage- und 3 Winkel-Variablen) zu ermitteln, sind im Handel erhältlich.
Die Anwendungen dieser Erfindung sind zahlreich. Diese schließen Fernbedienung, minimal invasive Chirurgie, Telekonferenzen, rechnergestütztes Konstruieren (CAD), Sichtbarmachung und virtuelle Realität ein.

Claims

1. Vorrichtung zur Wiedergabe von autostereoskopischen Bildern, umfassend eine Einrichtung (9L, 9R, 18, 49, 50, 101) zur Ermittlung der Position eines Beobachters (1, 42) in Bezug zu einem reellen und/oder virtuellen Bilderzeugungsbereich (2, 12, 67); eine Optikeinrichtung, die mindestens eine erste periodische Struktur (12, 23, 27, 60, 61, 92) einschließt, um für ein erstes (11L, 69, 90) und ein zweites (11R, 70, 91) Auge des Beobachters jeweilige Lichtkonzentrationspunkte oder - bereiche bereitzustellen, wobei das Licht von einem ersten Konzentrationspunkt oder -bereich (14L, VL) im Gebrauch im Bilderzeugungsbereich ein Bild von mindestens einer jeweiligen ersten Einzelperspektive eines Schauplatzes liefert, wobei der erste Konzentrationspunkt oder -bereich an einen entsprechenden ersten Punkt oder Bereich (14R, VR) angrenzt, der im Wesentlichen leer von Licht aus dem ersten Perspektivenbild ist, und das Licht von einem zweiten Konzentrationspunkt oder -bereich (14R, VR) im Gebrauch im Bilderzeugungsbereich ein Bild von mindestens einer jeweiligen zweiten Einzelperspektive des Schauplatzes liefert, wobei der zweite Konzentrationspunkt oder -bereich an einen entsprechenden zweiten Punkt oder Bereich (14L, VL) angrenzt, der im Wesentlichen leer von Licht aus dem zweiten Perspektivenbild ist; eine

Einrichtung (20,93, 123) zum Bereitstellen eines Ausgangssignals aus der Ermittlungseinrichtung, das für die Kopfposition des Beobachters bezeichnend ist; sowie

eine Steuereinrichtung (22, 64, 65, 94), die im Gebrauch auf das Signal anspricht und bewirkt, dass die Positionen des ersten und des zweiten Lichtkonzentrationspunktes oder - bereichs dem ersten (11L, 69, 90) bzw. dem zweiten (11R, 70, 91) Auge des Beobachters im Wesentlichen folgen und an den gleichen Stellen wie diese positioniert werden, und die Positionen des ersten und zweiten leeren Punktes oder Bereichs an den gleichen Stelle wie das zweite bzw. das erste Auge des Beobachters positioniert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinrichtung eine zweite periodische Struktur (13, 23A, 28, SL, SR, 58, 59, 95, 96) umfasst, wobei die Kombination der ersten Struktur und der zweiten Struktur im Gebrauch den ersten und/oder den zweiten Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich und die entsprechenden leeren Punkte oder Bereiche liefert; und die Steuereinrichtung mindestens eine Einrichtung (22, 64, 65, 94) umfasst, um die erste periodische Struktur in einer ersten Richtung (16) in Bezug zur zweiten periodischen Struktur zu bewegen, wodurch die Steuereinrichtung den Lichtkonzentrationspunkt oder - bereich jedem jeweiligen Perspektivenbild entsprechend positioniert, um für eine Verfolgung zu sorgen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Ermittlungseinrichtung angeordnet ist, um den Abstand des Beobachters von der Optikeinrichtung und/oder dem Bilderzeugungsbereich zu messen; und die Steuereinrichtung bezüglich des Bilderzeugungsbereichs angeordnet ist, um den Abstand (V) der Lichtkonzentrationspunkte oder - bereiche von der Optikeinrichtung und/oder dem Bilderzeugungsbereich so zu steuern (29, 62, 63, 94), dass er im Gebrauch dem gemessenen Abstand entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welcher die Kombination der ersten und zweiten periodischen Struktur im Gebrauch den ersten und/oder den zweiten Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich und die entsprechenden leeren Punkte oder Bereiche liefert; und die Position und/oder die Phase und Teilung (16, S1) der ersten periodischen Struktur mittels der Steuereinrichtung in Bezug zur Position und/oder der Phase und Teilung (S2) der zweiten periodischen Struktur verändert wird, wodurch eine Verfolgung erreicht wird.

4. Vorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, enthaltend eine Lichtquelle (53); bei welcher die erste periodische Struktur mindestens einen Linsenschirm (27, 60,61) mit einer im Wesentlichen in regelmäßigen Abständen angeordneten Mehrzahl von nebeneinander liegenden Linsenelementen umfasst; die zweite periodische Struktur eine mit Öffnungen versehene Oberfläche (58, 59) umfasst, die eine Mehrzahl von lichtdurchlässigen Bereichen aufweist, welche durch undurchsichtige Bereiche getrennt sind, wobei die besagte Mehrzahl der Mehrzahl von Elementen des Linsenschirms entspricht, und die mit Öffnungen versehene Oberfläche in der Nähe des Linsenschirms zwischen dem Schirm und der Lichtquelle angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, enthaltend eine Streueinrichtung an der Brennebene der Linsenelemente des Linsenschirms.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei welcher die mit Öffnungen versehene Oberfläche nahe der Brennebene der Linsenelemente des Linsenschirms angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welcher die oder eine erste Bewegungsrichtung des Linsenschirms in Bezug zur zweiten periodischen Struktur im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Zylinderachsen der Linsenelemente des Schirms ist, und eine Veränderung des Abstandes des jeweiligen Lichtkonzentrationspunktes oder -bereichs von der Optikeinrichtung und/oder dem Bilderzeugungsbereich im Gebrauch durch eine Bewegung des Schirms in einer zweiten Richtung in Bezug zur zweiten periodischen Struktur von der oder einer zweiten Einrichtung zum Bewegen (62, 63) geliefert wird, wobei die zweite Richtung (29) im Wesentlichen senkrecht zur ersten Bewegungsrichtung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei welcher der Linsenschirm (27) eine verjüngte Struktur umfasst, in welcher der Abstand zwischen benachbarten Linsenelementen des Schirms in einer zu ersten Bewegungsrichtung senkrechten Richtung (29) kleiner wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die zweite periodische Struktur die oder eine mit Öffnungen versehene Oberfläche (58, 59) umfasst, die eine Mehrzahl von lichtdurchlässigen Bereichen aufweist, welche durch undurchsichtige Bereiche getrennt sind und in einem verjüngten Muster angeordnet sind, das mit demjenigen von dem oder einem jeweiligen Linsenschirm zusammenpasst; und die zweite Bewegungsrichtung im Wesentlichen parallel zur Ebene des Schirms ist, so dass im Gebrauch die Teilung des verjüngten Schirms an einer gegebenen Stelle in Bezug zur Teilung des nächstliegenden Teils des Musters verändert wird, wodurch die Steuereinrichtung die Bündelung des Lichts von jedem jeweiligen Perspektivenbild und den Abstand seines jeweiligen Konzentrationspunktes oder -bereichs von der Optikeinrichtung und/oder dem Bilderzeugungsbereich steuert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die oder jede mit Öffnungen versehene Oberfläche im Wesentlichen an der Brennebene der Linsenelemente des oder jedes jeweiligen Linsenschirms angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, enthaltend einen halbdurchlässigen Spiegel (68), der so angeordnet ist, dass im Gebrauch das erste Einzelperspektivenbild im Wesentlichen an derselben Stelle wie das zweite Einzelperspektivenbild positioniert wird, wobei mindestens eines von dem besagten ersten und zweiten Perspektivenbild ein virtuelles Bild ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, enthaltend eine erste durchsichtige Bilderzeugungsoberfläche (67), die im optischen Pfad zwischen der Einrichtung zur Bereitstellung des Konzentrationspunktes oder -bereichs für das erste Einzelperspektivenbild und dem Beobachter angeordnet ist; eine zweite durchsichtige Bilderzeugungsoberfläche (66), die im optischen Pfad zwischen der Einrichtung zur Bereitstellung des zweiten Konzentrationspunktes oder -bereichs und dem Beobachter angeordnet ist; sowie eine Einrichtung (71, 72), um das erste und zweite Perspektivenbild durch einen jeweiligen Betrieb von sowohl der ersten und der zweiten Bilderzeugungsoberfläche im Gebrauch im Wesentlichen gleichzeitig bereitzustellen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher jede der Bilderzeugungsoberflächen eine LCD-Tafel umfasst.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, enthaltend eine Projektionseinrichtung zum Bereitstellen des ersten und zweiten Einzelperspektivenbildes eines Schauplatzes, die so angeordnet ist, dass im Gebrauch jedes Bild im Wesentlichen in lagemäßiger Deckung bezüglich des anderen und unter jeweils verschiedenen Winkeln auf die zweite periodische Struktur projiziert wird, so dass im Gebrauch die von der zweiten periodischen Struktur durchgelassenen Komponenten des ersten Bildes an Stellen projiziert werden, die im Abstand von den entsprechenden Komponenten des zweiten Bildes auf der oder einer Streueinrichtung an der Brennebene der Linsenelemente des Linsenschirms angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei welcher eine Lichtteilereinrichtung (55) im optischen Pfad zwischen der oder einer Lichtquelle (53) und jeder von zwei Perspektivenbilderzeugungseinrichtungen (66, 67) angeordnet ist, wodurch dieselbe Lichtquelle das Licht für sowohl das erste und das zweite Einzelperspektivenbild liefert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die erste periodische Struktur einen Linsenschirm umfasst, und die zweite periodische Struktur eine Bilderzeugungsoberfläche (13) mit einer entsprechenden ersten Mehrzahl von im Abstand angeordneten Spalten (L, SL) zur Bereitstellung langgestreckter Komponenten des ersten Perspektivenbildes des Schauplatzes sowie einer mit der ersten Mehrzahl verzahnten zweiten Mehrzahl von Spalten (R, SR) zur Bereitstellung langgestreckter Komponenten des zweiten Perspektivenbildes des Schauplatzes umfasst, wobei die Oberfläche an der Brennebene der Linsenelemente des Linsenschirms angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Einrichtung zum Liefern einer Bewegung eine Einrichtung zum Bereitstellen einer zweiten Relativbewegungsrichtung (29) umfasst, die zu der ersten Richtung senkrecht ist, um die Bündelung des den Linsenschirm verlassenden Bildlichts und damit den Abstand des ersten und zweiten Bildlichtkonzentrationspunktes oder -bereichs vom Schirm zu steuern.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher der Linsenschirm eine verjüngte Struktur umfasst, in welcher die Teilung zwischen benachbarten Linsenelementen des Schirms in einer Richtung senkrecht zur ersten Bewegungsrichtung abnimmt; die Spalten oder, im Gebrauch, ein Bild derselben zur Bereitstellung der langgestreckten Komponenten jedes Perspektivenbildes in einem passenden verjüngten Muster (28) angeordnet sind; und die zweite Bewegungsrichtung (29) im Wesentlichen parallel zur Ebene des Schirms ist, so dass im Gebrauch die Teilung des verjüngten Schirms an einer gegebenen Stelle in Bezug zur Teilung des nächstliegenden Teils des Musters verändert wird, wodurch die Steuereinrichtung die Bündelung des Lichts von jedem Perspektivenbild und den Abstand des jeweiligen Lichtkonzentrationspunktes oder -bereichs (VL, VR) von der Optikeinrichtung und/oder dem Bilderzeugungsbereich steuert.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Optikeinrichtung umfasst: eine einzige Bilderzeugungsoberfläche (89) im Bilderzeugungsbereich; eine flächenprogrammierbare Einrichtung (88) zum Bereitstellen von Licht durch Durchlass oder Erzeugung an einer Mehrzahl von diskreten Stellen (92) auf einer im Abstand von der Bilderzeugungsoberfläche angeordneten Ebene; und eine Einrichtung für die Steuereinrichtung (94), um den Bildlichtkonzentrationspunkt oder -bereich entsprechend einem Perspektivenbild aus dem Bilderzeugungsbereich im Gebrauch durch Steuerung des Lichtdurchlass- oder Lichterzeugungsmusters (92) durch die programmierbare Einrichtung zu verändern, damit es die erste periodische Struktur umfasst und im Abstand angeordneten Teilen (95, 96) von sowohl dem ersten und zweiten wiedergegebenen Perspektivenbild entspricht, die im Gebrauch gleichzeitig auf der Bilderzeugungsoberfläche wiedergegeben werden, damit es die zweite periodische Struktur umfasst, bei welcher der Abstand (S&sub1;) zwischen lichtdurchlässigen oder lichterzeugenden Bereichen der programmierbaren Einrichtung und der entsprechende Abstand (S&sub2;) zwischen Teilen desselben Perspektivenbildes auf der Bilderzeugungsoberfläche durch die Steuereinrichtung verkleinert oder vergrößert werden, während sich der Abstand (V) des Beobachters vom Bilderzeugungsbereich, wie durch das Ausgangssignal von der Ermittlungseinrichtung (93) angezeigt, vergrößert bzw. verkleinert, so dass jedes der Augen des Beobachters nur die jeweiligen richtigen Perspektivenbildteile sieht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher die Positionen (99A, 99B, 99C, 99D) der lichtdurchlässigen oder lichterzeugenden Bereiche der programmierbaren Einrichtung im Gebrauch über einen Zeitraum so ausgewählt werden, dass der Beobachter ein dreidimensionales Bild sieht, das Licht aus im Wesentlichen der gesamten Fläche der programmierbaren Einrichtung umfasst.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei der die Einrichtung (93) zum Ermitteln der Position eines Beobachters (1, 42) umfasst: eine Infrarotstrahlungsquelle (4, 43, 104A-F, 112); eine Einrichtung (8, 46, 47, 48, 51, 102, 115) zum Abbilden des von der Quelle beleuchteten Raums; und eine Einrichtung (5, 9L, 9R, 10, 18, 19, 49, 50, 101, 109), die angeordnet ist, um im Gebrauch innerhalb des Bildes des Raums das Bild (13, 107, 110) einer Markierung (3, 41, 105, 111) und/oder des Beobachters zu lokalisieren und dementsprechende Positionsdaten (X, Y) abzuleiten, wobei die Lokalisiereinrichtung angeordnet ist, um periodisch Bilddaten zu erfassen, und die Quelle im Gebrauch moduliert (116, 117, 118) wird, so dass aus der Differenz zwischen Bilddaten, die während aufeinanderfolgender Zeiträume erfasst werden, ein Ausgangssignal abgeleitet (119, 120,121, 122, 123) wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, bei welcher die Markierung eine im Wesentlichen zusammenhängende zurückreflektierende Fläche umfasst und einen Teil der Kopfbedeckung des Beobachters bildet, und bei welcher die Infrarotquelle in der Nähe der Abbildungseinrichtung angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, bei welcher die Abbildungseinrichtung eine Linse und ein CCD- Array umfasst.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei welcher das CCD-Array zweidimensional ist und im Gebrauch Videodaten liefert.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei welcher jede Videodatenzeile integriert (119, VX) wird, um Positionsdaten entlang einer ersten Achse zu liefern.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei welcher die Periodizität der Bilddatenerfassung aufgrund eines Videoteilbildes der CCD erfolgt, und die Infrarotquelle synchron mit der Bildwechselfrequenz der CCD umgeschaltet wird, so dass im Gebrauch ein Ausgangssignal aus der Differenz zwischen Daten aus aufeinanderfolgenden Teilbildern abgeleitet wird.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei welcher die Zeilenabtastrichtung des Videobildes so angeordnet (124) ist, dass sie vertikal ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, bei welcher im Gebrauch eine oder mehrere Videodatenzeilen (VY1, VY2) so ausgewählt werden, dass sie Koordinatendaten entsprechend der zurückreflektierenden Fläche umfassen, wodurch eine zweite Achse von Positionsdaten und/oder Orientierungsdaten (A") abgeleitet wird.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, bei welcher im Gebrauch die Größe des Bildes der zurückreflektierenden Einrichtung bestimmt wird, wodurch ihre Entfernung von der Ermittlungseinrichtung und somit die Position des Beobachters in drei Dimensionen abgeleitet wird.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, enthaltend eine Einrichtung zur Interpolation zwischen Intensitätswerten, die zwei oder mehr diskreten Positionen auf dem CCD-Array zugeordnet sind.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, enthaltend mindestens eine Kamera, durch die das oder ein erstes und das oder ein zweites Perspektivenbild von dem oder einem Schauplatz zur Betrachtung durch den Beobachter bereitgestellt werden; sowie eine Einrichtung (32, 33, 36) zum Bewegen der Position der Eintrittspupille (37, 38) der Kamera in Bezug zum Schauplatz ansprechend auf das Ausgangssignal aus der Ermittlungseinrichtung, wodurch für eine Bewegungsparallaxe gesorgt wird.

32. Verfahren zum Wiedergeben von autostereoskopischen Bildern, umfassend: Lokalisieren eines Beobachters (1, 42) in Bezug zu einem reellen und/oder virtuellen Bilderzeugungsbereich (2, 12, 67); Bereitstellen von jeweiligen Lichtkonzentrationspunkten oder -bereichen für ein erstes (11L, 69) und ein zweites (11R, 70) Auge des Beobachters, wobei das Licht von einem ersten Konzentrationspunkt oder -bereich (14L, VL) im Bilderzeugungsbereich ein Bild von mindestens einer jeweiligen ersten Einzelperspektive eines Schauplatzes liefert, wobei der erste Konzentrationspunkt oder - bereich an einen entsprechenden ersten Punkt oder Bereich (14R, VR) angrenzt, der im Wesentlichen frei oder leer von Licht aus dem ersten Perspektivenbild ist, und das Licht von einem zweiten Konzentrationspunkt oder -bereich (14R, VR) im Bilderzeugungsbereich ein Bild von mindestens einer jeweiligen zweiten Einzelperspektive des Schauplatzes liefert, wobei der zweite Konzentrationspunkt oder -bereich an einen entsprechenden zweiten Punkt oder Bereich (14L, VL) angrenzt, der im Wesentlichen frei oder leer von Licht aus dem zweiten Perspektivenbild ist; Bereitstellen eines Signals aus dem Ermittlungsprozess, das für die Position des Beobachters bezeichnend ist; und, ansprechend auf das Signal, Steuern der Positionen des ersten und zweiten Lichtkonzentrationspunktes oder -bereichs, so dass sie jeweils dem ersten (11L,69) und dem zweiten (11R, 70) Auge des Beobachters folgen und an den gleichen Stellen wie diese positioniert werden, und um die Positionen des ersten und zweiten leeren oder freien Punktes oder Bereichs an den gleichen Stellen wie das zweite bzw. das erste Auge des Beobachters zu positionieren, gekennzeichnet durch: Bereitstellen einer ersten periodischen Struktur (12, 23, 27, 60,61, 92) in Kombination mit einer zweiten periodischen Struktur (13, 23A, 28, SL, SR, 58, 59, 95, 96), um den ersten und/oder zweiten Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich und die entsprechenden leeren oder freien Punkte oder Bereiche bereitzustellen; und Bewegen der ersten periodischen Struktur in einer ersten Richtung (16) in Bezug zur zweiten periodischen Struktur, wodurch der Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich entsprechend jedem jeweiligen Perspektivenbild positioniert wird, um für eine Verfolgung zu sorgen.

33. Verfahren nach Anspruch 32, welches einschließt: Bereitstellen einer Lichtquelle (53) und der ersten periodischen Struktur in Form eines Linsenschirms (12, 23, 27, 60,61); Positionieren der zweiten periodischen Struktur in Form einer mit Öffnungen versehenen Oberfläche (58, 59), die eine Mehrzahl von lichtdurchlässigen Bereichen aufweist, welche durch undurchsichtige Bereiche getrennt sind, in der Nähe des Linsenschirms zwischen dem Schirm und der Lichtquelle, wobei die Mehrzahl von durchlässigen Bereichen der Mehrzahl von Elementen des Linsenschirms entspricht.

34. Verfahren nach Anspruch 32, welches einschließt: Messen des Abstandes des Kopfs des Beobachters von der Optikeinrichtung und/oder dem Bilderzeugungsbereich; Steuern des Abstandes (V) der Lichtkonzentrationspunkte oder -bereiche von der Optikeinrichtung und/oder dem Bilderzeugungsbereich, so dass er dem gemessenen Abstand entspricht.

35. Verfahren nach Anspruch 32, welches einschließt: Kombinieren einer ersten und einer zweiten periodischen Struktur (12, 13, 23, 23A, 27, 28, SL, SR, 58, 59, 60, 61, 88, 95, 96), um den ersten und/oder zweiten Lichtkonzentrationspunkt oder -bereich und die entsprechenden leeren oder freien Punkte oder Bereiche bereitzustellen; und Verändern der Position und/oder Phase (16, S1) der ersten periodischen Struktur in Bezug zur Position und/oder Phase (S2) der zweiten periodischen Struktur, um eine Verfolgung zu erreichen.

36. Verfahren nach Anspruch 35, welches einschließt: Positionieren einer einzelnen Bilderzeugungsoberfläche (89) im Bilderzeugungsbereich; Positionieren einer flächenprogrammierbaren Einrichtung (88) zur Bereitstellung von Licht durch Durchlass oder Erzeugung an einer Mehrzahl von diskreten Stellen (92) an einer im Abstand von der Bilderzeugungsoberfläche angeordneten Ebene; Steuern des Lichtdurchlass- oder Lichterzeugungsmusters (92) durch die programmierbare Einrichtung, um die erste periodische Struktur bereitzustellen, und gleichzeitiges Wiedergeben von entsprechend im Abstand angeordneten Teilen (95, 96) von sowohl dem ersten und zweiten Perspektivenbild auf der Bilderzeugungsoberfläche, um die zweite periodische Struktur bereitzustellen; und Verkleinern oder Vergrößern des Abstandes (S1) zwischen lichtdurchlässigen oder lichterzeugenden Bereichen der programmierbaren Einrichtung und des entsprechenden Abstandes (S2) zwischen Teilen desselben Perspektivenbildes auf der Bilderzeugungsoberfläche, während der Abstand (V) des Beobachters vom Bilderzeugungsbereich zunimmt bzw. abnimmt, so dass jedes der Augen des Beobachters nur den jeweils richtigen Perspektivenbildteil sieht.