DE69612647T2

DE69612647T2 - Dreidimensionales bildanzeigesystem

Info

Publication number: DE69612647T2
Application number: DE69612647T
Authority: DE
Inventors: Jan Haisma
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2016-02-16
Also published as: DE69612647D1; TW298639B; JPH10500276A; EP0759255B1; EP0759255A1; CN1126377C; WO1996027992A3; WO1996027992A2; US6054969A; CN1168212A; KR970703087A

Description

Die Erfindung betrifft ein dreidimensionales Bildwiedergabesystem mit einer Systemachse, die von einem Licht erzeugenden Element aus zu einem Betrachtungsfenster verläuft und mit zumindest zwei Bildwiedergabeeinrichtungen versehen ist, die zueinander kongruent ausgerichtet und an unterschiedlichen Positionen entlang der Systemachse platziert sind und die mit einer Steuerschaltung versehen sind.
Unter einer Bildwiedergabeeinrichtung soll hier eine Einrichtung zum Umwandeln eines der Steuerschaltung dieser Einrichtung angebotenen elektrischen Bildsignals in ein sichtbares Bild verstanden werden. Eine derartige Einrichtung kann beispielsweise von einer Kathodenstrahlröhre gebildet werden oder einem Bildwiedergabefeld, das mit einer Schicht aus Flüssigkristallmaterial versehen ist und dessen Funktionsweise auf einer Änderung des Polarisationszustandes von darauf einfallendem Licht beruht, oder einem Bildwiedergabefeld, das mit einer Polymerschicht versehen ist, in der Zellen aus Flüssigkristallmaterial verteilt sind und dessen Funktionsweise auf Lichtstreuung beruht. Solche Felder werden hintereinander auf der Systemachse platziert. Bei Verwendung von Kathodenstrahlröhren können diese Röhren beispielsweise so platziert werden, dass ihre Schirmträger in zueinander senkrechten Ebenen liegen und diese Bilder können mit beispielsweise einem teildurchlässigen Spiegel kombiniert werden, der beispielsweise unter einem Winkel von 45º zu den genannten Ebenen platziert ist. Dieser Spiegel kombiniert die (Teil-)Achsen der Röhren zu einer einzigen Systemachse, die sich bis zum Betrachtungsfenster erstreckt. Ein solches System wird in US-A-5086354 beschrieben.
In einem dreidimensionalen Bildwiedergabesystem mit Kathodenstrahlröhren sind diese Röhren auch Licht erzeugende Elemente. In einem System mit Flüssigkristall-Bildwiedergabefeldern ist das Licht erzeugende Element eine Strahlungsquelleneinheit, die die Felder beleuchtet.
Das Betrachtungsfenster kann ein tatsächliches Fenster sein, d. h. eine lichtdurchlässige Öffnung in einer Umhüllung, in der die verschiedenen Bestandteile des Bildwiedergabesystems untergebracht sind, aber auch ein imaginäres Fenster, d. h. eine Ebene, die den Anfang des Zuschauerraumes markiert und in der das Bild gebildet wird.
Die Tatsache, dass die Bildwiedergabeeinrichtungen kongruent zueinander ausgerichtet sind, bedeutet, dass nicht nur die Mitten der von diesen Bildwiedergabeeinrichtungen gebildeten Bilder koaxial sind, sondern auch dass übereinstimmende Bildkomponenten Register halten. Die Bildoberflächen der Bildwiedergabeeinrichtungen brauchen in diesem Fall selbst nicht zueinander parallel zu sein.
Es besteht ein großer Bedarf an dreidimensionalen Bildwiedergabesystemen, vor allem bei medizinischen Diagnosetechniken, insbesondere beim Analysieren und Sichtbarmachen von Bildinformationen, die mittels Röntgentomographie oder einer Kernspinresonanztechnik erhalten worden sind, aber auch bei Diagnosesystemen, die Schallwellen, Positronemissionstomographie, ECT (Emission Computed Tomography) oder MMI (Multi- Modal Imaging) verwenden. Außerdem besteht Bedarf an dreidimensionalen Bildwiedergabesystemen zur Wiedergabe von computergenerierten Bildern, d. h. Computergrafik. Ein effektives dreidimensionales Bildwiedergabesystem wird nicht nur auf diesen professionellen Gebieten einen Durchbruch bedeuten, sondern auch auf dem Gebiet der Konsumentenanwendungen, insbesondere für Fernsehgeräte und Multimediasysteme. Ein derartiges System sollte benutzerfreundlich sein, d. h. es sollte arbeiten können, ohne dass der Benutzer zusätzliche Hilfsmittel benötigt, wie z. B. eine polarisierende Brille, und es sollte für eine Vielzahl von Benutzern geeignet sein, die gleichzeitig zusehen, und sollte somit beispielsweise einen großen Betrachtungswinkel aufweisen.
Ein dreidimensionales Bildwiedergabesystem der eingangs erwähnten Art ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 5.113.272 bekannt. Das in dieser Patentschrift beschriebene System umfasst zumindest zwei, aber vorzugsweise eine viel größere Zahl Bildwiedergabefelder, die vorzugsweise auf Lichtstreuung beruhen. Der dreidimensionale Effekt muss erhalten werden, indem bei der gegebenen Anzahl Felder eine gleich große Anzahl Bilder von Objektquerschnitten in Ebenen senkrecht zur Systemachse wiedergegeben werden, so dass, vom Betrachter aus gesehen, die aufeinander folgenden Bilder eine beispielsweise zunehmend größere oder kleinere Oberfläche der zugehörigen Felder bedecken, je nachdem ob das wiederzugebende Objekt in der genannten Richtung breiter oder schmaler wird. Der dreidimensionale Effekt beruht auf Parallaxensimulation, und um einen genügend starken Effekt zu erhalten, sollten die verschiedenen Streu- oder Flüssigkristallschichten in genügend großen Abständen voneinander platziert werden. Außerdem sollte es eine genügend große Anzahl dieser Schichten geben, bis zu zwanzig, so dass nur ein kleiner Teil der Beleuchtungsstrahlenbündelintensität den Betrachter erreichen kann.
Die vorliegende Erfindung verschafft ein neuartiges Konzept für ein dreidimensionales Bildwiedergabesystem, mit dem eine überzeugende Tiefenwirkung erhalten wird und das nur eine geringe Anzahl Bildwiedergabeeinrichtungen erfordert und mit verschiedenen Typen von Wiedergabeeinrichtungen realisiert werden kann. Das erfindungsgemäße dreidimensionale Bildwiedergabesystem ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Bildwiedergabeeinrichtung zur partiellen Wiedergabe des gleichen zweidimensionalen Bildes einer Szene bestimmt ist, dass für die Tiefendarstellung relevante Parameter in Form einer spezifischen Intensitätsabstufung in zumindest einem der wiedergegebenen Bilder enthalten sind, dass alle wiedergegebenen Bilder zusammen und in Kombination mit dem axialen Abstand zwischen den Bildwiedergabeeinrichtungen bei einem Betrachter eine Tiefenwirkung hervorrufen und dass die spezifische Intensitätsabstufung durch einen oder mehrere der folgenden Szeneparameter bestimmt wird:
- Tiefenposition von Szenebestandteilen
- Höhe von Szenebestandteilen
- Dicke von Szenebestandteilen
- Abstand zwischen Szenebestandteilen.
Eine überzeugende Tiefenwirkung wird erhalten, indem mehrere, beispielsweise zwei, Bildwiedergabeeinrichtungen verwendet werden, die vom Zuschauerraum aus gesehen auf unterschiedlichen Positionen entlang der Systemachse angeordnet sind und jeweils ein Teilbild wiedergeben. Unter der Teilwiedergabe ein und desselben Bildes soll verstanden werden, dass bestimmte Bildteile eines Bildes auf dem einen Bildwiedergabefeld und andere Teile desselben Bildes auf einem anderen Bildwiedergabefeld wiedergegeben werden. Indem für eine spezifische Intensitätsabstufung in zumindest einem der Bilder gesorgt wird, wird verhindert, dass der vordere Teil der Szene oder in der Nähe liegende Bestandteile der Szene über dem Rest der wiedergegebenen Szene zu schweben scheinen, was einen unnatürlichen Eindruck machen würde. Die spezifische Intensitätsabstufung ist eine zusätzliche Intensitätsabstufung, die unabhängig vom zweidimensionalen Bildinhalt ist.
Durch Kombinieren der oben erwähnten Merkmale, nämlich des Generierens zweier Teilbilder mit Hilfe axial getrennter Bildwiedergabeeinrichtungen und der Intensitätsabstufung, wird eine neue Tiefenempfindung erhalten, mit der, wie sich gezeigt hat, ein natürliches dreidimensionales Bild hervorgerufen werden kann. Diese Tiefenempfindung, die als auf Abstufung beruhende abstandsbestimmte Tiefenempfindung gekennzeichnet werden kann oder als abstandsbestimmte Tiefe "Double-D-Depth", ein Warenzeichen der Anmelderin, ist auch monokular, d. h. der Effekt kann auch mit nur einem Auge wahrgenommen werden, so dass das generierte dreidimensionale Bild unter verschiedenen Winkeln betrachtet werden kann. Die Erfindung verschafft einen neuartigen, physiologischen Tiefenparameter oder Tiefenhinweis. Die früher und derzeitig verwendeten Systeme zum Generieren von dreidimensionalen Bildern sind im Allgemeinen stereoskopische Systeme, die den Abstand zwischen den Augen eines Betrachters verwenden und somit ein kleines Betrachtungswinkelintervall haben. In stereoskopischen Systemen nimmt die betrachtete Tiefe mit zunehmendem Abstand zwischen dem Betrachter und dem Bild zu, ein Effekt, der perzeptorisch schnell störend wird. Dieses Problem tritt in dem "Double-D-Depth"-System nicht auf.
Es sei bemerkt, dass das US-Patent 3.891.305 ein Gerät zum Simulieren eines dreidimensionalen Bildes beschreibt, in dem eine Vielzahl von Bildfeldern verwendet wird. Außer einem oder zwei Feldern, die ein Bild generieren, beispielsweise LCD- Schirme, umfasst das Gerät zusätzliche Felder zum Generieren einer Abwechslung von lichtdurchlässigen Streifen und Bildstreifen, wobei die Bildstreifen die gleiche Bildinformation enthalten wie die entsprechenden Streifen des von den Bild generierenden Feldern erzeugten Bildes. Die von den Bild generierenden Feldern wiedergegebenen Bilder sind unter verschiedenen Winkeln aufgenommen worden. Keines der Felder hat eine durch Tiefeninformation definierte Abstufung. Dieses Gerät arbeitet als stereoskopisches Gerät und hat die damit verbundenen Nachteile. Es liefert kein dreidimensionales Bild, das auf einer durch Tiefeninformation definierten Intensitätsabstufung beruht.
Es sei weiterhin bemerkt, dass das US-Patent 4.985.756 einen elektronischen Prozessor zum Erhalten spezieller Effekte in einem Videobild beschreibt, wie z. B. das Ein- und Ausblenden von Bildabschnitten. Zum Verstärken des speziellen Effektes kann der Vorderfläche eines Objektes eine größere Helligkeit gegeben werden als dem Rest dieses Objektes oder dem Rest des Bildes, um einen dreidimensionalen Effekt zu simulieren. Zum Wiedergeben des Bildes mit dem speziellen Effekt wird nur eine einzige Bildwiedergabeeinrichtung verwendet.
Im Prinzip können zwei Bildwiedergabeeinrichtungen in dem erfindungsgemäßen Bildwiedergabesystem verwendet werden, wobei nur eine Einrichtung ein Bild mit einer spezifischen Intensitätsabstufung generiert, während die andere Einrichtung ein zweidimensionales Bild generiert. Das erfindungsgemäße Bildwiedergabesystem ist jedoch vorzugsweise weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass alle von den Bildwiedergabeeinrichtungen erzeugten Bilder spezifische Intensitätsabstufungen haben, die für die verschiedenen Bilder unterschiedlich sind.
Daher wird ein natürlicher dreidimensionaler Effekt erhalten. Durch korrekte Abstufung wird eine Parallaxe in dem betrachteten Bild vermieden oder verhindert. Die Tiefenwirkung wird durch den Abstand zwischen den Bildwiedergabeeinrichtungen erhalten und hängt nicht vom Abstand zwischen dem Betrachter und dem Bild ab.
Ein optimaler Effekt wird mit einem Bildwiedergabesystem erhalten, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, dass die spezifischen Intensitätsabstufungen in den von zwei aufeinander folgenden Bildwiedergabeeinrichtungen generierten Bildern zueinander komplementär sind.
Unter komplementär soll hierbei verstanden werden, dass die Intensitätsabstufungen in entsprechenden Teilen der beiden Bilder einander entgegengesetzt sind. Beispielsweise kann die zusätzliche Intensität in einem Teil eines ersten Bildes von unten nach oben abnehmen, während die Intensität in dem entsprechenden Teil des zweiten Bildes von oben nach unten abnimmt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des dreidimensionalen Bildwiedergabesystems ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt der spezifischen Intensitätsabstufungen pro Pixel gleich der Intensität des ursprünglichen zweidimensionalen Bildes ist.
Da das tatsächliche Bild und die Tiefeninformation jetzt vollständig integriert sind, hat das wiedergegebene Bild ein sehr natürliches Aussehen.
Das dreidimensionale Bildwiedergabesystem kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass der Abstand zwischen den Bildwiedergabeeinrichtungen, vom Betrachtungsfenster aus gesehen, gleich einem Bruchteil f der Diagonale der Bildoberfläche der Bildwiedergabeeinrichtungen ist, wobei für f gilt dass:
1/1000 ≤ f ≤ 1/10.
Diese Wahl des Abstandes verhindert, dass die Tiefe als übertrieben erfahren wird und dadurch zu störend wird. Vollkommen verhindert wird eine störende Tiefenerfahrung in einem Bildwiedergabesystem, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, dass für f gilt, dass:
1/75 ≤ f ≤ 1/25.
Die Bildebenen in der Bildwiedergabeeinrichtung, beispielsweise die Schirmträger von Kathodenstrahlröhren oder die Flächen von LCD-Schirmen, können zueinander parallel sein, d. h. der f-Wert ist über die ganzen Bildoberflächen konstant.
Das Bildwiedergabesystem kann jedoch weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass, in Richtung der Systemachse gesehen, die Bildoberflächen der Bildwiedergabeeinrichtungen miteinander einen spitzen Winkel bilden.
Vorausgesetzt, dass entsprechende Bildteile genügend Register halten, kann ein genügend dreidimensionales Bild auch mit diesem Bildwiedergabesystem erhalten werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die erfindungsgemäße Bildwiedergabeeinrichtung gekennzeichnet durch eine Synchronisationsschaltung zum Ansteuern der Bildwiedergabeeinrichtungen mit Hilfe deren Steuerschaltungen in solcher Weise, dass ihre Bilder gleichzeitig wiedergegeben werden.
Die Bilder können dann mit einer Videorate von einhundert, fünfzig, fünfundzwanzig oder dreißig Teilbildern pro Sekunde wiedergegeben werden und für die Steuerschaltungen gibt es keine zusätzlichen Anforderungen. Wenn die Bildwiedergabeeinrichtungen Kathodenstrahlröhren sind, kann das dreidimensionale Bild zusätzlich eine hohe Helligkeit aufweisen. Bei den LCD-Implementierungen mit Bildwiedergabefeldern kann die gewünschte Helligkeit erhalten werden, indem der Strahlungsquelle eine genügend große Leistung gegeben wird.
Als Alternative kann das Bildwiedergabesystem durch eine Synchronisationsschaltung zum Ansteuern der Bildwiedergabeeinrichtungen über deren Steuerschaltungen in solcher Weise, dass ihre Bilder zeitlich hintereinander abwechselnd mit einer Frequenz wiedergegeben werden, die größer ist als die Frequenz, die vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann, gekennzeichnet sein.
Da die Teilbilder zu unterschiedlichen Zeitpunkten wiedergegeben werden, können störende Moiré-Effekte verhindert werden.
Damit die beim Aufnehmen einer Szene erhaltene Tiefeninformation korrekt verarbeitet wird, ist das dreidimensionale Bildwiedergabesystem weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung jeder Bildwiedergabeeinrichtung einen ersten Eingang zum Empfangen eines zweidimensionalen Bildinformationssignals und einen zweiten Eingang zum Empfangen eines Tiefeninformationssignals hat und weiterhin einen Bildmischer umfasst, um die Signale zu einem einzigen Bildsignal zu kombinieren.
Die Tiefeninformation wird somit mit der tatsächlichen Bildinformation integriert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das dreidimensionale Bildwiedergabesystem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein von einer Bildwiedergabeeinrichtung geformtes Bild so gekrümmt ist, dass die Ränder dieses Bildes näher beim Betrachtungsfenster liegen als die Mitte des genannten Bildes.
Infolge dieser Maßnahme wird der dreidimensionale Effekt, der durch die Kombination einer Intensitätsabstufung in den Bildern und dem Abstand zwischen den Bildern hervorgerufen wird, wobei dieser Effekt auch als differentielle fraktale Tiefenwirkung bezeichnet werden kann und in der Richtung auftritt, die zum Betrachter vertikal ist, mit einer Tiefenwirkung in horizontaler Richtung ergänzt, wenn die Bildkrümmung in horizontaler Richtung verläuft. Die Krümmung kann auch in vertikaler Richtung verlaufen. Dann wird die differentielle fraktale Tiefenwirkung verstärkt. Das Bild kann oder die Bilder können auch in beiden Richtungen gekrümmt sein und dann wird sowohl die fraktale Tiefenwirkung geometrisch ergänzt als auch die Tiefenperspektive verstärkt.
Wenn eine oder mehrere der Bildwiedergabeeinrichtungen Kathodenstrahlröhren sind, können die genannten Bildkrümmungen durch Anpassen des Schirmträgers der Röhre realisiert werden, oder indem eine transparente gekrümmte Paffe mit einer Brechzahl, die sich von der des Fenstermaterials unterscheidet, vor einer normalen Röhre platziert wird. Wenn die Bildwiedergabeeinrichtungen Wiedergabefelder sind, können gekrümmte Bilder erhalten werden, indem diesen Feldern eine gekrümmte Form gegeben wird oder indem eine Platte mit einer gekrümmten Oberfläche vor einem flachen Feld platziert wird.
Eine weitere Ausführungsform des dreidimensionalen Bildwiedergabesystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die von den Bildwiedergabeeinrichtungen generierten Bilder eine von der Mitte der Bilder zu ihren Rändern verlaufende monotone Intensitätsabstufung aufweisen, wobei die monotonen Intensitätsabstufungen in den Bildern zweier aufeinander folgender Bildwiedergabeeinrichtungen zueinander komplementär sind, wobei das genannte Bild der genannten Bildwiedergabeeinrichtung, das dem Betrachtungsfenster am nächsten liegt, die höchste Intensität an den Rändern aufweist.
Durch Integration einer zusätzlichen, monotonen Intensitätsveränderung in dem tatsächlichen Bild in einer solchen Weise, dass beispielsweise für das Bild der vorderen Bildwiedergabeeinrichtung die Intensität in der Mitte minimal ist und an den Rändern maximal, wird ein Effekt erhalten, der dem eines gekrümmten Bildes gleichartig ist, sodass der durch fraktale Tiefe in vertikaler Richtung erhaltene Effekt verstärkt und/oder mit einem horizontalen Effekt ergänzt wird.
Diese Ausführungsform kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die monotonen Intensitätsabstufungen in den Bildern in radialer Richtung verlaufen.
Eine Bildkonvergenz zum Publikum hin wird dann in allen Richtungen in der Ebene des Bildes simuliert.
Diese Ausführungsform kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die monotonen Intensitätsabstufungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen verlaufen, die senkrecht zur Systemachse liegen.
Es wird dann ein Bild simuliert, das in zwei Richtungen gekrümmt ist.
Es sei bemerkt, dass das US-Patent 4.517.558 eine Simulation eines dreidimensionalen Effektes durch Anordnung einer Platte vor einer Kathodenstrahlröhre vorschlägt, wobei die Platte eine allmählich abnehmende Durchlässigkeit von der Mitte hin zur Unter- und Oberseite aufweist. In diesem Fall wird die Intensität des von der Kathodenstrahlröhre erzeugten Bildes nicht monoton verändert und es wird nur eine Bildwiedergabeeinrichtung verwendet, so dass das fraktale Tiefenprinzip nicht angewendet wird.
Außer zur dreidimensionalen Wiedergabe vollständiger Szenen kann die Erfindung auch zum Sichtbarmachen des Volumens eines Objektes verwendet werden. Ein dreidimensionales Bildwiedergabesystem, mit dem dieses möglich ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der von den Bildwiedergabeeinrichtungen generierten Objektbilder, welche Bilder unterschiedliche Querschnitte entsprechend Ebenen senkrecht zur Systemachse wiedergeben, von Intensitätsabstufungen innerhalb des Umfangs der Objektbilder und in Richtungen quer zu den örtlichen Konturlinien dargestellt werden.
In diesem Fall wird die Tatsache genutzt, dass das Volumen oder die Form eines Objektes oder Körpers als Zunahme oder Abnahme der Dicke oder Höhe des wiedergegebenen Bildes des Objektes wahrgenommen werden. Durch Verwendung zweier oder mehrerer Bildwiedergabeeinrichtungen, die Bilder generieren, in denen spezifische Intensitätsabstufungen integriert sind, die für die verschiedenen Bilder komplementär sind und in Richtungen senkrecht zu den örtlichen Konturlinien verlaufen, wird ein erstaunlich gutes dreidimensionales Bild erhalten, in dem selbst runde Formen von Objektteilen sichtbar sind.
Es sei bemerkt, dass das US-Patent 5.055.918 ein elektronisches Modul beschreibt, das ein Videosignal, das beispielsweise aus einem Graphikcomputer stammt und beispielsweise einem Fernsehmonitor zugeführt werden soll, in solcher Weise verarbeitet, dass bestimmte Randabschnitte von Bildteilen in dem wiedergegebenen Bild eine einseitige Intensitätsabstufung ohne tatsächliche Tiefe haben, um so den Abstand zwischen diesen Teilen zu betonen. Das wiedergegebene Bild ist jedoch kein dreidimensionales Bild und das Prinzip der fraktalen Tiefe wird nicht verwendet.
Um zu verhindern, dass der Betrachtungswinkel der Betrachter des dreidimensionalen Bildes durch Parallaxe begrenzt wird, die aus der Wiedergabe ein und desselben Bildes mit zwei axial versetzten Bildwiedergabeeinrichtungen resultieren kann, kann das erfindungsgemäße Bildwiedergabesystem weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die erste Bildwiedergabeeinrichtung in ersten Zeitintervallen das zweidimensionale Bild wiedergibt und in zweiten Zeitintervallen, die zwischen den ersten Intervallen liegen, ein von Tiefenhinweisen definiertes, erstes Tiefenbild wiedergibt und dass zumindest eine zweite Bildwiedergabeeinrichtung in dritten Zeitintervallen ein von Tiefenhinweisen definiertes, zweites Tiefenbild wiedergibt, das komplementär zu dem ersten Tiefenbild ist.
Unter einem Tiefenbild soll ein Quasibild in Form einer durch Tiefenhinweise einer Szene bestimmten Intensitätsabstufung verstanden werden.
Bei der letztgenannten Ausführungsform wird nur eine, nämlich die erste Bildwiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe des eigentlichen zweidimensionales Bildes verwendet, so dass dieses Bild keine Parallaxe aufweisen kann. Zur Erzeugung eines dreidimensionalen Effektes werden sowohl die erste als auch die zweite und eventuell weitere Wiedergabeeinrichtungen in denjenigen Zeitintervallen verwendet, in denen das eigentliche Bild nicht wiedergegeben wird. Auf diese Weise sind die Luminanz oder Helligkeit und die Telominanz oder das Tiefenprofil zeitlich voneinander getrennt, wobei verhindert wird, dass das wiedergegebene Bild Parallaxe und/oder Moiré aufweist.
Die Längen der ersten, zweiten und dritten Zeitintervalle und die Frequenz, mit der sie einander folgen, sind so gewählt, dass die Bildänderungen mit dem menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden können. Die zweiten und dritten Zeitintervalle können zusammenfallen, sodass die komplementären Tiefenbilder gleichzeitig dargestellt werden. Bei getrennten zweiten und dritten Zeitintervallen kann das Auftreten von Moiré- Effekten zwischen den Tiefenbildern verhindert werden.
Um die fraktale Tiefenwirkung an die persönlichen Bedürfnisse eines Betrachters anzupassen, kann das erfindungsgemäße Bildwiedergabesystem weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass eine erste und eine zweite Bildwiedergabeeinrichtung über einstellbare Abstandsstücke miteinander verbunden sind.
Mit Hilfe dieser Abstandsstücke können der axiale Abstand, und damit die optische Weglänge, zwischen den beiden Bildwiedergabeeinrichtungen, beispielsweise zwei LCD-Schirme oder eine Kathodenstrahlröhre und ein LCD-Schirm, von dem Betrachter auf mechanische, manuelle oder elektromechanische Weise verändert werden, so dass das wiedergegebene Bild für ihn so natürlich wie möglich ist.
Für den gleichen Zweck und andere Zwecke kann das Bildwiedergabesystem auch oder zusätzlich dadurch gekennzeichnet sein, dass das Medium zwischen zwei Bildwiedergabeeinrichtungen einstellbare optische Eigenschaften hat.
Dieses Medium kann ein Flüssigkristallmaterial sein, das zwischen zwei lichtdurchlässigen Elektrodenkonfigurationen eingeschlossen ist. Durch selektives Anregen der Elektroden kann die Brechzahl des Mediums und damit die optische Weglänge zwischen den zwei Bildwiedergabeeinrichtungen örtlich verändert werden, sodass die Tiefenwirkung verstärkt werden kann.
Das Medium kann auch ein Polymer sein, in dem Tropfen eines Flüssigkristallmaterials verteilt sind, wobei das Polymer zwischen zwei lichtdurchlässigen Elektrodenkonfigurationen eingeschlossen ist. Durch selektives Anregen der Elektroden kann das Medium örtlich diffundierend oder nicht diffundierend gemacht werden, sodass Teile der Szene oder von darin enthaltenen Objekten betont werden können oder ein Hintergrund vager gemacht werden kann.
Das Medium kann auch eine elektrochrome Flüssigkeit sein, die zwischen zwei lichtdurchlässigen Elektrodenkonfigurationen eingeschlossen ist. Durch selektives Anregen der Elektroden kann der Farbkontrast in dem wiedergegebenen Bild örtlich erhöht werden oder der Volumencharakter von Objekten in der Szene kann betont werden.
Das Medium kann auch ein organisches viskoelastisches oder ein Elastomermaterial sein, wie z. B. Silikongummi oder Polyvinylcarbozoltrinitrofluoronon. Durch örtliches Anlegen einer Spannung an dieses Material wird das Material verformt, sodass ein Relief erzeugt wird, das die Tiefenwirkung verstärkt oder mit dem Konturtrennflächen sichtbar gemacht werden können.
Die vorliegende Erfindung kann mit Hilfe verschiedener Bildwiedergabeeinrichtungen realisiert werden.
Eine erste Ausführungsform des Bildwiedergabesystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabeeinrichtungen von Kathodenstrahlröhren gebildet werden, dass n-1 strahlenzusammen führende Elemente vorgesehen sind, wobei n die Anzahl Röhren ist, um die aus den Röhren stammenden Lichtstrahlenbündel zu einem einzigen Strahlenbündel, dessen Bündelachse mit der Systemachse zusammenfällt, zusammenzuführen, und dass die spezifischen Intensitätsabstufungen in den Bildern der Röhren mittels Intensitätsänderungen der Elektronenstrahlenbündel innerhalb der Röhren realisiert werden.
Das von diesem System wiedergegebene Bild hat eine hohe Helligkeit.
Eine Ausführungsform des Bildwiedergabesystems, das den Vorteil einer kompakten Implementierung hat, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabeeinrichtungen von Bildwiedergabefeldern gebildet werden, die hintereinander im Weg eines von einer Strahlungsquelle gelieferten Beleuchtungsstrahlenbündels angeordnet sind und in Bezug auf die Systemachse zentriert sind, und dass die spezifischen Intensitätsabstufungen in den Bildern der Felder durch Änderungen der Lichtdurchlässigkeit der Felder realisiert werden.
Eine Ausführungsform des Bildwiedergabesystems, bei dem die Vorteile der beiden vorhergehenden Ausführungsformen so viel wie möglich kombiniert werden und die Nachteile soweit möglich vermieden werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabeeinrichtung, die vom Betrachtungsfenster am weitesten entfernt liegt, von einer Kathodenstrahlröhre gebildet wird, während die anderen Bildwiedergabeeinrichtungen von Bildwiedergabefeldern gebildet werden, und dass die spezifische Intensitätsabstufung in dem Bild der Röhre mittels Intensitätsänderungen in dem Elektronenstrahlenbündel in der Röhre realisiert wird, während die spezifischen Intensitätsabstufungen in dem Bild eines Bildwiedergabefeldes durch eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit des Feldes realisiert werden.
Die genannte Ausführungsform, die Kathodenstrahlröhren als Bildwiedergabeeinrichtungen verwendet, ist vorzugsweise weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass jedes strahlenzusammenführende Element von einem breitbandigen teildurchlässigen Spiegel gebildet wird, der aus einem transparenten Substrat besteht, auf dem hintereinander eine relativ dünne Schicht aus Silber und eine dickere Schicht aus Siliciumdioxid aufgebracht sind.
Dieser Spiegel hat den Vorteil, das er ein breitbandiger Spiegel ist, d. h. er hat in einem großen Wellenlängenbereich konstante Eigenschaften, absorbiert nur einen sehr kleinen Teil des Lichtes in einem großen Bereich von Betrachtungswinkeln, beispielsweise von -45º bis + 45º zur Systemachse, und in dem durch den Spiegel betrachteten Bild tritt ein Farbstich oder eine Farbänderung nicht auf.
Es sei bemerkt, dass die europäische Patentanmeldung 0 602 934 ein dreidimensionales Bildwiedergabesystem beschreibt, das mit zwei LCD-Schirmen versehen ist, die unter einem Winkel von 90º zueinander positioniert sind, deren Bilder über einen teildurchlässigen Spiegel, der mit einer Metallschicht und einer dielektrischen Schicht versehen sein kann, zu einem einzigen Bild kombiniert werden. Das in dieser Anmeldung beschriebene System ist jedoch ein stereoskopisches System: das linke Auge des Betrachters betrachtet einen der Schirme und sein rechtes Auge den anderen. Die von diesen Schirmen generierten Bilder enthalten keine spezifischen, von einem Tiefenhinweis bestimmte Intensitätsabstufungen.
Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:.
Fig. 1, 2, 3 und 4 eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreidimensionalen Bildwiedergabesystems,
Fig. 5a-5e das in diesen Ausführungsformen verwendete Double-D-Depth- Prinzip,
Fig. 6 eine mögliche Art der Bildsignalverarbeitung und Ansteuerung der Bildwiedergabeeinrichtungen,
Fig. 7-10 Ausführungsformen des Bildwiedergabesystems, in denen gekrümmte Bilder erzeugt werden,
Fig. 11 und 12 Teilbilder, mit denen das Wiedergabesystem ein gekrümmtes Bild simulieren kann,
Fig. 13a-13e Teilbilder, mit denen das Wiedergabesystem ein Volumenbild simulieren kann,
Fig. 14 die Weise, in der diese Teilbilder gestapelt werden können,
Fig. 15a-15c ein zweidimensionales Bild und zwei Tiefenbilder, mit denen das System ein dreidimensionales Bild erzeugen kann,
Fig. 16 die Weise, in der diese Bilder gestapelt werden können,
Fig. 17 eine mögliche Ausführungsform des Wiedergabesystems, in dem diese Bilder zeitlich hintereinander wiedergegeben werden können,
Fig. 18 eine Ausführungsform des Wiedergabesystems, in dem die optische Weglänge zwischen den Bildwiedergabeeinrichtungen einstellbar ist,
Fig. 19 eine Ausführungsform des Bildwiedergabesystem mit einem aktiven, steuerbaren Medium zwischen den Bildwiedergabefeldern,
Fig. 20 einen breitbandigen halbdurchlässigen Spiegel zur Verwendung in der Ausführungsform von Fig. 1 und
Fig. 21 die optischen Eigenschaften dieses Spiegels.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wiedergabesystems, mit einer ersten und einer zweiten Bildwiedergabeeinrichtung in Form von Kathodenstrahlröhren 3 und 4. Das System ist weiterhin mit einem strahlenzusammenführenden Element in Form eines teildurchlässigen Spiegels 5 versehen. Dieser Spiegel lässt einen Teil des Lichtes aus der Röhre 3 zu einem Betrachter 10 durch und reflektiert einen Teil des Lichtes aus der Röhre 4 zu dem gleichen Betrachter. Dieser Betrachter sieht die in den Bildfenstern 6 und 7 der Röhren 3 und 4 gebildeten Bilder als ein einziges Bild, sowohl in dem Fall, in dem die Bilder gleichzeitig vorhanden sind, als auch in dem Fall, in dem diese Bilder bei einer genügend hohen Frequenz, beispielsweise 100 Hz hintereinander wiedergegeben werden.
Das Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Betrachtungsfenster, das von einem lichtdurchlässigen Fenster in einem Gehäuse gebildet werden kann, in dem die Komponenten 3, 4 und 5 untergebracht sind, oder einem imaginären Fenster, das von den zusammenfallenden Projektionen begrenzt wird, in einer direkt unter dem Spiegel 5 gelegenen Ebene der Schirmträger 6 und 7 der Röhren.
Da die Bilder am Ort des Fensters 8 zueinander ausgerichtet sein müssen, sollte sichergestellt sein, dass der Bildteil a in dem Schirmträger 6 dem Bildteil a¹ in dem Schirmträger 7 entspricht und dass Bildteil b dem Bildteil b¹ entspricht.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Abstand zwischen der Mitte des Bildfensters 6, und der Mitte des teildurchlässigen Spiegels um einen Bruchteil, ΔL, größer als der Abstand, L, zwischen der Mitte des Schirmträgers 7 und der Mitte des Spiegels. In Richtung der Systemachse 9-9¹ gesehen, also in axialer Richtung, sind die in den Schirmträgern gebildeten Bilder um einen Abstand ΔL versetzt. Aus diesem Grund und weil die beiden Bilder Teilbilder eines einzigen Bildes sind und außerdem in einer im Weiteren zu beschreibenden Weise mit Tiefeninformation versehen sind, erfährt der Betrachter eine Tiefenempfindung und nimmt ein dreidimensionales Bild wahr.
Bekanntermaßen verschafft eine Kathodenstrahlröhre ein deutliches Bild. Da zwei solche Bilder kombiniert werden, hat das von dem Betrachter wahrgenommene Bild trotz des Vorhandenseins des teildurchlässigen Spiegels eine große Helligkeit. Statt zwei Kathodenstrahlröhren können auch N Kathodenstrahlröhren verwendet werden, wobei in diesem Fall N-1 kombinierende Spiegel erforderlich sind.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Bildwiedergabesystems, in dem die Bildwiedergabeeinrichtungen von Bildwiedergabefeldern, wie z. B. Flüssigkristall-Bildschirmen oder LCDs 20 und 30 gebildet werden. Jedes Feld hat eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial 21, 31, der ein Polarisator 22, 32 vorausgeht und ein Analysator 24 bzw. 34 folgt. Die Wiedergabefelder werden mit einer Beleuchtungseinheit 15 beleuchtet. Eine solche Einheit umfasst eine Lampe mit hoher Helligkeit, beispielsweise eine Hochdruck- Quecksilberlampe mit sehr hohem Druck und einem sehr kleinen Lampenbogen, wie in der europäischen Patentanmeldung 576 071 der Anmelderin beschrieben, einen Reflektor an der Rückseite der Lampe und eventuelle weitere optische Komponenten zum Bilden eines geeigneten Beleuchtungsstrahlenbündels. Eine derartige Beleuchtungseinheit ist bekannt und nicht Teil der vorliegenden Erfindung, sodass sie hier nicht besprochen zu werden braucht. Dies gilt auch für den Betrieb des LCD-Schirms.
Da zwei oder mehr Felder hintereinander verwendet werden, werden diese Felder vorzugsweise so angesteuert, dass das erste Feld sein Bild in ersten Zeitintervallen zeigt und das zweite Feld sein Bild in zweiten, zwischen den ersten Zeitintervallen liegenden Zeitintervallen zeigt. Die Dauer der Zeitintervalle und die Frequenz, mit der sie aufeinander folgen, sind so gewählt, dass die Bilder der Felder nicht gesondert wahrgenommen werden können und dass kein Bildflackern auftritt. Außerdem ist es vorzuziehen, die Wiedergabefelder so anzupassen, dass das Feld in den Zeitintervallen, in denen dieses Feld kein Bild wiedergibt, maximal transparent ist, sodass das mit der Bildinformation des anderen Feldes modulierte Licht von dem erstgenannten Feld möglichst wenig geschwächt wird. Das bedeutet, dass bei Verwendung von Feldern, deren Pixel die Polarisationsrichtung des Lichtes im nicht angeregten Zustand nicht ändern, für jedes Feld die Polarisationsrichtungen des Polarisators und des Analysators dieses Feldes parallel zueinander sind, wie mit den Pfeilen 23 und 25 in Fig. 2 für das erste Feld und den Pfeilen 33 und 35 für das zweite Feld angegeben wird.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildwiedergabesystems. In dieser Ausführungsform ist die erste Bildwiedergabeeinrichtung eine Kathodenstrahlröhre 40 mit einer Leuchtstoffschicht plus Bildfenster 41 und die zweite Bildwiedergabeeinrichtung ein LCD-Schirm 45 mit einem Polarisator 47, einer Flüssigkristallschicht 46 und einem Analysator 48. Die Polarisationsrichtungen 49 und 50 des Polarisators und des Analysators werden wiederum so gewählt, beispielsweise parallel zueinander, dass das Feld maximale Durchlässigkeit in Zeitintervallen hat, in denen es kein Bild wiedergibt, so dass in diesen Zeitintervallen Licht, das mit der Bildinformation der Röhre 40 moduliert ist, minimal geschwächt wird. Die Kathodenstrahlröhre wird so angesteuert, dass sie maximale Helligkeit in den Zeitintervallen hat, in denen sie kein Bild wiedergibt, und eine ausreichende Strahlungsquelle zur Beleuchtung des LCD- Schirms bildet, der in den genannten Zeitintervallen kein Bild wiedergibt. Die Ausführungsform von Fig. 3 ist kompakter als die von Fig. 1 und kann ein helleres Bild erzeugen als die Ausführungsform von Fig. 2, die ihrerseits kompakter sein kann als die Ausführungsformen von Fig. 1 und 3.
Die Bildoberflächen der Bildwiedergabeeinrichtungen brauchen nicht zueinander parallel zu sein, sondern können auch miteinander einen spitzen Winkel bilden, wie in Fig. 4 gezeigt wird. Das dargestellte System umfasst eine Beleuchtungseinheit 61, einen ersten und einen zweiten LCD-Schirm 62 und 63 und ein Betrachtungsfenster 64. Die Ebenen der Felder bilden miteinander einen spitzen Winkel von beispielsweise 10º. Wie in Fig. 4 gezeigt wird, können beide Felder mit der Systemachse 9-9¹ einen spitzen Winkel β und γ bilden. Es ist jedoch auch möglich, dass nur eines der Felder mit dieser Achse einen spitzen Winkel bildet und dass das andere Feld senkrecht zu dieser Achse liegt. Es sollte jedoch dafür gesorgt werden, dass entsprechende Bildabschnitte der Wiedergabefelder Register halten, d. h. in einer Richtung parallel zur Systemachse sollten sie einander überdecken. Auch mit dieser Ausführungsform kann ein zufriedenstellendes dreidimensionales Bild erhalten werden, ebenso wie mit einer Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 3, in der das Feld 45 einen spitzen Winkel mit der Systemachse bildet, und auch mit einer Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 1, in der die Schirmträger der Kathodenstrahlröhren einen Winkel kleiner als 90º miteinander bilden.
Anstelle von LCD-Schirmen können auch andere Wiedergabefelder in den Ausführungsformen von Fig. 2, 3 und 4 verwendet werden, wie z. B. ein PDLC-Schirm, der eine Polymerschicht umfasst, in der Tropfen aus Flüssigkristallmaterial vorhanden sind und dessen Betrieb auf Lichtstreuung beruht. Im Prinzip braucht ein solches Feld keinen Polarisator und keinen Analysator zu umfassen. Durch Hinzufügen dieser Elemente kann jedoch ein Bild mit höherem Kontrast erhalten werden. Ein PDLC-Schirm wird beispielsweise in dem Artikel "A full colour TFT-LCD with polymer dispersed structure" in Japan Display 1992, S. 931-934, beschrieben.
Im Prinzip kann die Erfindung mit verschiedenen Typen von Bild generierenden Einrichtungen realisiert werden.
Das Double-D-Depth-Prinzip kann anhand des in Fig. 5a-Se dargestellten Experimentes erläutert werden. Der Ausgangspunkt ist Fig. 5a, die einen Rennwagen 70 in einer Umgebung darstellt, die aus einem Fliesenboden 71 und einer gefliesten Rückwand 72 besteht. Von dieser Szene sind zwei in Fig. 5b und 5c gezeigte transparente Folien hergestellt worden; Fig. 5b zeigt den Rennwagen unabhängig von seiner Umgebung und Fig. 5c zeigt nur diese Umgebung. Wenn die Folie von Fig. 5b auf die Folie von Fig. 5c gelegt wird, während sich dazwischen eine transparente Glas- oder Kunststoffplatte befindet, und das Ganze von der Seite der Folie von Fig. 5c beleuchtet wird, erfährt ein Betrachter, der von der Seite der Folie von Fig. 5b schaut, in der von den Folien gemeinsam dargestellten Szene eine reale Tiefe.
Der Wagen scheint jedoch über seiner Umgebung zu schweben. Dieser Effekt kann nahezu vollständig beseitigt werden, indem eine zusätzliche, spezifische Intensitätsabstufung in den Teilbildern vorgesehen wird. Diese Abstufung in einer Richtung, die für den Betrachter die vertikale Richtung ist, ist für die beiden Teilbilder komplementär. Wie in Fig. 5d gezeigt, verläuft die Intensität oder Dichte von Pixeln in der Folie mit dem Rennwagen von beispielsweise 100% am unteren Rand bis zu beispielsweise 10% am oberen Rand. Für die in Fig. 5e gezeigte Folie mit der Umgebung verläuft die Intensität für den Rennwagen von 100% am oberen Rand bis zu 10% am unteren Rand. Wenn der Abstand zwischen den transparenten Folien nicht zu groß ist, beispielsweise zwischen 0,5 und 10 um für Folien vom A4-Format, dann erfährt ein Betrachter ein natürliches dreidimensionale Bild, auch wegen der interpolierenden Funktion seines Gehinrs, ohne dass ein störendes Doppelbild auftritt. Außerdem ist die Tiefenempfindung monokular, somit auch mit einem einzigen Auge zu erfahren, und bleibt bei größeren Betrachtungswinkeln erhalten. Wenn in der wiederzugebenden Szene mehr Tiefenhinweise vorhanden sind, wie z. B. eine Perspektive, können diese Hinweise den Double-D-Depth-Effekt verstärken.
Der oben beschriebene experimentelle Aufbau mit stehenden Bildern kann in ein geeignetes System für professionelle oder Konsumentenanwendungen umgeformt werden, indem die Folien durch elektronisch gesteuerte Bildwiedergabeeinrichtungen ersetzt werden, wie z. B. Bildwiedergabefelder oder Kathodenstrahlröhren. Mit solchen Einrichtungen können dann selbstverständlich bewegende dreidimensionale Bilder wiedergegeben werden. Wenn die Bilder Farbbilder sind, kann in den Bildern auch eine Farbabstufung anstelle der oder zusätzlich zu der spezifischen Intensitätsabstufung vorgesehen werden. Die Abstufungen hängen von den Tiefenhinweisen in der Szene ab.
Die spezifischen Intensitätsabstufungen sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass pro Pixel das Produkt dieser Abstufungen gleich der Intensität in dem Pixel des zweidimensionalen Bildes ist.
Außerdem ist der Abstand zwischen den Bildoberflächen der Bildwiedergabeeinrichtungen gleich einem Bruchteil f der Diagonale der Oberflächen, wobei für f gilt:
1/1000 ≤ f ≤ 1/10.
Diese Wahl des Abstandes verhindert, dass die Tiefe als zu übertrieben erfahren wird und dadurch störend wirkt. Vollkommen verhindert wird eine störende Tiefenerfahrung in einem Wiedergabesystem, in dem für f gilt:
1/75 ≤ f ≤ 1/25.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Betriebsart einer Bildsignalgenerierung und Bildwiedergabe für das erfindungsgemäße dreidimensionale System. An der Aufnahmeseite wird eine normale Kamera 80 verwendet, beispielsweise eine Videokamera, mit der eine zweidimensionale Aufnahme einer Szene oder eines Objektes gemacht wird und die ein zweidimensionales Bildsignal S2D liefert. Auch wird eine Einrichtung 81 verwendet, mit der Tiefeninformation aus der Szene erhalten wird und die ein Tiefensignal Sd liefert. Diese Einrichtung wird als gesonderte Einrichtung gezeigt, aber sie kann auch mit der Kamera 80 integriert werden. Die Einrichtung 81 kann auf verschiedene Weise implementiert werden. Sie kann beispielsweise einen Infrarotsender umfassen, der ein Infrarotstrahlenbündel emittiert, mit dem die Szene abgetastet wird, und eine infrarotempfindliche Detektionseinrichtung, wie z. B. eine Kameraröhre oder ein CCD-Sensor, der das von den verschiedenen Szenebestandteilen reflektierte Licht empfängt und in ein Tiefensignal umwandelt. Die Einrichtung kann auch von einer Kamera mit einer automatisch abtastende Fokuseinstellung gebildet werden, in der das Steuersignal zum Korrigieren des Fokus als Tiefensignal verwendet werden kann.
Im Allgemeinen können sowohl aktive als auch passive die Tiefe erfassende Mittel zur Bestimmung des Tiefenprofils der Szene verwendet werden.
Die Signale S2D und Sd werden an das dreidimensionale Bildwiedergabesystem 85 über ein Transmissionsmedium 82 übertragen, das im Falle einer Fernsehaussendung Luft ist und im Fall eines geschlossenen Fernsehkreises oder eines lokalen Netzes von elektrischen Kabeln gebildet wird.
Das Bildwiedergabesystem 85 umfasst einen ersten Prozessor, oder Bildmischer, 86 in dem die Signale S2D und Sd zu Vollbildern verarbeitet werden, wobei jedem Pixel der genannten Vollbilder Tiefeninformation zugeführt wird. Das Signal Sfr mit der Vollbildinformation wird einem Bildprozessor 87 zugeführt, in dem die Vollbilder in zwei gesonderte, abgestufte Bilder umgewandelt werden. Das Ausgangssignal Sdi des Bildprozessors 87 wird einem Eingang eines Multiplexers 88 zugeführt, der ein Ausgangssignal Sdi liefert, das zwei Bildsignale Si,1, Si,2 umfasst. Dieses Signal Si,1 wird einer Steuerschaltung 97 für eine erste Bildwiedergabeeinrichtung 95 zugeführt, beispielsweise einem schematisch dargestellten Wiedergabefeld 95, während das Signal Si,2 einer Steuerschaltung 98 für ein zweites Wiedergabefeld 96 zugeführt wird.
Zwischen dem Multiplexer 88 und den Steuerschaltungen 97 und 98 können Schalter 89 und 90 angeordnet sein, die so gesteuert werden können, dass die Bildwiedergabeeinrichtungen ihre Bilder in verschiedenen, gesonderten und aufeinander folgenden Zeitintervallen wiedergeben. Diese Art der Darstellung wird vorgezogen, insbesondere wenn die Bildwiedergabeeinrichtungen Transmissionsfelder sind. Die Schalter 89 und 90 bilden eine Synchronisationsschaltung.
Wie anhand von Fig. 5a-5e beschrieben worden ist, ist die durch Double-D- Depth hervorgerufene Tiefenwirkung für den Betrachter ein Effekt in vertikaler Richtung. Dieser Effekt kann durch Implementieren des Systems in solcher Weise, dass das Bild in horizontaler Richtung gekrümmt ist, um eine Tiefenwirkung in horizontaler Richtung ergänzt werden. Ein derartiges Bild kann erhalten werden, indem in dem Weg des von den Bildwiedergabeeinrichtungen stammenden Lichtes eine Zylinderlinse vorgesehen wird, deren Zylinderachse vertikal ist. Die Bildoberfläche selbst ist jedoch vorzugsweise in horizontaler Richtung gekrümmt, wie in Fig. 7 gezeigt. Diese Figur zeigt eine Bildoberfläche 100 in Vorderansicht, sowie ihren vertikalen Querschnitt 101 und ihren horizontalen Querschnitt 102.
Fig. 8 zeigt in einem horizontalen Querschnitt eine angepasste Kathodenstrahlröhre 105, mit der ein in horizontaler Richtung gekrümmtes Bild erhalten werden kann. Hierzu ist der Glasschirm 106 aus zwei Schichten 107 und 110 zusammengesetzt. Die Schicht 107 hat eine erste Oberfläche 108 mit der gleichen Krümmung wie die Leuchtstoffschicht und die Schattenmaske 105, wobei die Maske den Schirmträger definiert. Die Oberfläche 108 ist gegen die Leuchtstoffschicht platziert. Die zweite Oberfläche 109 der Schicht 107 hat eine entgegengesetzte und stärkere Krümmung als die Oberfläche 108. Die zweite Schicht 110 hat eine flache Außenfläche 112 und eine Innenfläche 111 mit der gleichen Krümmung wie die Oberfläche 109. Die erste Schicht 107 hat eine Brechzahl n&sub1; und die zweite Schicht hat eine Brechzahl n&sub2;, die größer ist als n&sub1;, sodass die Lichtstrahlen an der Grenzfläche 109, 111 zwischen der ersten und der zweiten Schicht zum Betrachter hin gebrochen werden. Es wird deutlich sein, dass Fig. 8 den dargestellten Teil des Systems in horizontalem Querschnitt zeigt.
Die Kathodenstrahlröhre kann in ähnlicher Weise wie in Fig. 3 mit einem Wiedergabefeld kombiniert werden, beispielsweise einem LCD-Schirm 45 mit einem Polarisator 47, einer Schicht aus Flüssigkristallmaterial 46 und einem Analysator 48.
Um die horizontale Tiefenwirkung zu erhalten, kann auch eine Kathodenstrahlröhre verwendet werden, deren Schirmträger konkav ist statt konvex. Eine solche Röhre 120 wird in Fig. 9 gezeigt. Die einzelne Glasschicht 122 hat eine flache Außenfläche 124 und eine Innenfläche 123 mit der gleichen Krümmung wie die Leuchtstoffschicht plus der Schattenmaske 121.
Diese Röhre kann in ähnlicher Weise wie in Fig. 3 auch mit einem Bildwiedergabefeld 45 kombiniert werden. Es ist auch möglich, in dem dreidimensionalen Bildwiedergabesystem zwei Kathodenstrahlröhren 104 oder 120, wie in Fig. 8 oder in Fig. 9 gezeigt, in gleicher Weise, wie in Fig. 1 gezeigt, zu verwenden.
In einem System mit Bildwiedergabefeldern kann die horizontale Tiefenwirkung durch Anpassen eines Feldes oder beider Felder erhalten werden, wie in Fig. 10 gezeigt wird. Fig. 10 zeigt ein Wiedergabefeld 135 mit einem Polarisator 137, einer Flüssigkristallschicht 136 und einem Analysator 138. Eine zusätzliche Platte 139, deren Außenfläche 140 eine konkave Krümmung in horizontaler Richtung hat, ist gegen den Analysator an platziert.
Das mit dem dreidimensionalen Bildwiedergabesystem erhaltene Bild kann, statt in horizontaler Richtung gekrümmt zu sein, auch in vertikaler Richtung gekrümmt sein. Dies liefert eine zusätzliche Tiefenwirkung in vertikaler Richtung, die den Double-D- Depth-Effekt verstärkt. Die Bildkrümmung in vertikaler Richtung kann in gleicher Weise erhalten werden wie die in horizontaler Richtung und wie anhand von Fig. 7 bis 10 beschrieben, wobei diese Figuren dann vertikale statt horizontale Querschnitte darstellen.
Es ist auch möglich, das Bild sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung zu krümmen. Dann werden sowohl eine verstärkte Tiefenwirkung in vertikaler Richtung als auch eine Tiefenwirkung in horizontaler Richtung erhalten.
Die oben erwähnten zusätzlichen Tiefenwirkungen können nicht nur durch tatsächliche Krümmung des Bildes oder einer Bildoberfläche erzeugt werden, sondern auch durch Simulation einer Krümmung mit Hilfe einer zusätzlichen Intensitätsabstufung, die unabhängig von Tiefeninformation ist. Diese Krümmungssimulation kann anhand der Fig. 11 und 12 erläutert werden.
Fig. 11 zeigt eine erste transparente Folie mit der gleichen Szene wie der in Fig. 5a-5e, in der die linke und die rechte Seite 150, 151 jetzt maximale Transparenz haben, beispielsweise nahe 100%, und die Mitte 152 eine minimale Transparenz, beispielsweise nahe 0%. Es tritt ein allmählicher Übergang von maximaler nach minimaler Transparenz auf.
Fig. 12 zeigt eine zweite transparente Folie mit der gleichen Szene mit einer Transparenzänderung, die der von Fig. 11 entgegengesetzt ist und die in der Mitte beispielsweise nahezu 100% und an der linken und rechten Seite beispielsweise nahezu 0% beträgt. Wenn die Folie von Fig. 12 auf die Folie von Fig. 11 gelegt wird, wobei eine transparente Platte, beispielsweise eine Glasplatte, dazwischen gefügt wird, wird für einen Betrachter an der Seite der Folie von Fig. 12 der Eindruck eines gekrümmte Bildes erzeugt, dessen Ränder näher als die Mitte sind.
Indem die Foliendarstellungen mit elektronisch steuerbaren Bildwiedergabeeinrichtungen wiedergegeben werden, in denen die Transparenz der Folien durch eine entsprechende Intensitätsabstufung in den wiedergegebenen Bildern ersetzt wird, wird ein für praktischen Gebrauch geeignetes System erhalten, in dem eine Zylinderlinsenwirkung eingebaut ist, wobei die Achse der imaginären Zylinderlinse vertikal und zentral positioniert ist.
Durch Kombination dieses zylinderlinsenförmigen Effektes mit dem Double-D-Depth-Effekt kann letzterer Effekt um eine horizontale Tiefenwirkung ergänzt werden. Die zusätzliche, tiefenunabhängige Intensitätsabstufung kann in vertikaler Richtung statt in horizontaler Richtung vorgesehen werden, sodass die von dem Double-D-Depth- Effekt kreierte Tiefenempfindung verstärkt werden kann. Die zusätzliche tiefenunabhängige Intensitätsabstufung kann weiterhin sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung vorgesehen werden, was nicht nur zu einer verstärkten vertikalen Tiefenwirkung, sondern auch einer horizontalen Tiefenwirkung führt. Letzteres kann auch mit einer zusätzlichenr tiefenunabhänguigen, kontinuierlich verlaufenden Intensitätsabstufung in radialer Richtung realisiert werden.
Die Erfindung kann nicht nur zur Wiedergabe dreidimensionaler Bilder einer Szene verwendet werden, beispielsweise Videobilder oder medizinische Untersuchungsbilder, in denen insbesondere der Abstand zwischen Szenebestandteilen und die Tiefe der Szene eine Rolle spielen, sondern auch zum Sichtbarmachen des Volumens von Objekten, bei denen die Dicke besonders wichtig ist. Spezielle Beispiele können grafische Systeme sein, mit denen große Poster oder Werbespots wiedergegeben werden können, sondern speziell auch Computergrafiksysteme. Der Volumencharakter und die Form der genannten Objekte oder Körper äußern sich vorwiegend in einer Zunahme oder Abnahme der Dicke oder Höhe des betrachteten Bildes. Es hat sich gezeigt, dass die Erfindung äußerst geeignet ist zum Sichtbarmachen allmählicher Dickenänderungen. Hierzu wird eine Anzahl Teilbilder registerhaltend überlagert, wobei die Bilder zusätzliche Intensitätsabstufungen aufweisen, die durch die Dickenänderungen bestimmt werden, wobei die Abstufungen der verschiedenen Bilder komplementär sind. Die genannten Intensitätsabstufungen, die nur innerhalb der Konturen des Objektes vorhanden sind, verlaufen jetzt in Richtungen senkrecht zu den Konturen des Objektes statt horizontal oder vertikal. Diese Möglichkeit kann wieder anhand einer Vielzahl von transparenten Folien mit Teilbildern erläutert werden, die in den Fig. 13b-13e gezeigt werden.
Fig. 13a zeigt ein zweidimensionales Bild eines Filmmodells 160, wobei das Bild hinsichtlich Volumen und runden Formen so natürlich wie möglich wiedergegeben werden sollte. Fig. 13b-13e zeigen Folien von verschiedenen vertikalen Querschnitten des Modells.
Fig. 13b zeigt den Querschnitt 161, der die äußeren Konturen umfasst, und Fig. 13c zeigt einen Querschnitt 165, der einen Teil des Kopfes 166 und die Arme 167 darstellt. Gemäß der Erfindung werden die Konturen des Querschnitts 161 in Fig. 13b durch eine Abstufung 162 der Transparenz der Folie mit diesem Querschnitt dargestellt, wobei die Abstufung sich nur innerhalb der Konturkurven befindet und in Richtungen senkrecht zu den Richtungen der Konturkurven verläuft. Auch der Kopf und die Arme in dem Querschnitt 165 in Fig. 13c werden mit Hilfe solcher Abstufungen 166 und 167 gezeigt. Wenn die Folie mit dem Querschnitt 165 auf die Folie mit dem Querschnitt 161 gelegt wird, wobei eine transparente Platte von geeigneter Dicke dazwischen gefügt wird, sieht ein Betrachter, der die übereinander liegenden Folien von der Folie mit dem Querschnitt 165 aus betrachtet, ein dreidimensionales Bild hauptsächlich des oberen Teils des Modells.
Zur Vervollständigung des Bildes kann die Folie mit dem Querschnitt 165 hintereinander mit einer transparenten Platte und einer weiteren Folie (Fig. 13d) mit einem Querschnitt 167, der einen großen Teil des Abendkleides des Modells zeigt, versehen werden. Die Konturen 168 und die Falten 169 dieses Abendkleides werden wieder durch Transparenzabstufungen 170, 171 dargestellt, die senkrecht zu diesen Konturen und Falten verlaufen. Schließlich kann die letztgenannte Folie mit einer weiteren transparenten Platte und einer letzten Folie (Fig. 13e) versehen werden, die ein Querschnitt 173 mit den hervorstehenden Teilen 174 des Abendkleides ist.
Fig. 14 zeigt den oben beschriebenen Stapel in einem Querschnitt. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 180 eine Beleuchtungseinheit, 181, 182 und 183 bezeichnen die transparenten Platten und 161, 165, 167 und 173 die in den Folien vorhandenen Querschnitte. Wenn ein Betrachter 10 diesen Stapel aus Folien und transparenten Platten betrachtet, wird er ein überraschend gutes Volumenbild des Modells wahrnehmen, in dem selbst die runden Formen ihres Körpers sichtbar sind.
Der anhand der Fig. 13a-13e und 14 beschriebene experimentelle Aufbau kann durch Verwendung elektronisch steuerbarer Bildwiedergabeeinrichtungen zur Wiedergabe der Querschnitte, wobei die Transparenzabstufung durch eine Intensitätsabstufung ersetzt wird, in ein praktisch brauchbares System umgeformt werden.
Bei Verwendung des Double-D-Depth-Prinzips, d. h. wenn zumindest zwei Bildwiedergabeeinrichtungen mit einem bestimmten Abstand dazwischen verwendet werden, sollte verhindert werden, dass Parallaxe in dem mit diesen Einrichtungen gebildeten dreidimensionalen Bild auftritt, oder mit anderen Worten, es sollten keine Szenebestandteile versetzt sein, wenn der Betrachtungswinkel geändert wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann Parallaxe verhindert werden, wenn nur eine Bildwiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe des eigentlichen Bildinhaltes, d. h. des zweidimensionalen Bildes, verwendet wird, und zwei Bildwiedergabeeinrichtungen zur Wiedergabe der Tiefeninformation, und durch Wiedergabe der verschiedenen Arten an Information in verschiedenen Zeitintervallen. Dies kann anhand eines Experiments mit einer Anzahl Folien mit unterschiedlichem Bildinhalt veranschaulicht werden. Diese Folien, die das gleiche Modell wie in Fig. 13a-13e zeigen, werden in Fig. 15a, 15b und 15c gezeigt.
Fig. 15a zeigt das vollständige zweidimensionale Bild 190 des Modells auf einer ersten Folie.
Fig. 15b zeigt ein erstes, das vordere, Tiefenbild 195 des Modells auf einer Folie, die eine durch die Tiefenhinweise des Bildes definierte Transparenzabstufung aufweist.
Fig. 15c zeigt ein zweites, das hintere, Tiefenbild des Modells mit einer Transparenzabstufung, die komplementär zu der von Fig. 15b ist. Wenn, wie in Fig. 16 gezeigt, die Folie mit dem Bild 190, die Folie mit dem Bild 200, eine transparente Platte 199 und eine Folie mit dem Bild 195 hintereinander auf eine Beleuchtungseinheit 180 platziert werden, sieht der Betrachter 10 das gesamte Volumen des Modells.
In Analogie zu der vorstehenden Beschreibung können zur Wiedergabe der Bilder 190, 195 und 200 drei Wiedergabeeinrichtungen anstelle von Folien verwendet werden. Wegen des Lichtstroms und/oder der Kompaktheit des Systems ist es jedoch vorteilhafter, nur zwei Bildwiedergabeeinrichtungen und eine spezielle Ansteuerungseinheit für diese Einrichtungen zu verwenden, wie in Fig. 17 gezeigt wird.
In dieser Figur gibt das Bezugszeichen 205 eine Beleuchtungseinheit an und 206 und 207 geben Bildwiedergabeeinrichtungen an, beispielsweise PDLC-Felder mit Steuerschaltungen 209, 210. Das Medium 208 zwischen den Feldern kann Luft oder Glas sein. Die Steuerschaltungen 209 und 210 sind über schematisch abgebildete Schalter 211, 212 mit einer elektronischen Einrichtung verbunden, die der von Fig. 6 analog ist und von der nur ein Multiplexer 215 gezeigt wird.
Die elektronische Einrichtung und die Schalter können so ausgebildet sein, dass in ersten Zeitintervallen von beispielsweise 1/100 s das Feld 206 das zweidimensionale Bild 190 wiedergibt und das Feld 207 maximal transparent ist, während in zweiten Zeitintervallen, die zwischen den ersten Zeitintervallen liegen und auch beispielsweise 1/100 s lang sind, das Feld 206 das Tiefenbild 200 wiedergibt und das Feld 207 das Tiefenbild 195. Auf diese Weise sind die Telominanz (das Tiefenbild) und der eigentliche Bildinhalt, oder die Luminanz und eventuell Chrominanz, zeitlich getrennt, und Parallaxe wird vermieden. Da die genannten Zeitintervalle so kurz sind und die Schaltfrequenz so hoch, wird ein Betrachter das Tiefenbild und das zweidimensionale Bild als ein einziges Bild interpretieren, sodass dieser Betrachter ein natürliches dreidimensionales Bild oder vollständiges Volumenbild sieht.
Das System kann auch so ausgebildet sein, dass das Feld 206 das zweidimensionale Bild 190 in einem ersten Zeitintervall von beispielsweise wieder 1/100 s wiedergibt, Feld 206 das Tiefenbild 200 in einem zweiten, nachfolgenden Zeitintervall wiedergibt und Feld 207 das Tiefenbild 195 in einem dritten, nachfolgenden Zeitintervall wiedergibt, woraufhin dieser Zyklus wiederholt wird. Außerdem können dann Moiré-Muster zwischen den Tiefenbildern vermieden werden.
In der Praxis kann der Bedarf entstehen, den optischen Abstand zwischen den Wiedergabefeldern so einzustellen, das der Tiefeninhalt möglichst natürlich dargestellt wird.
Fig. 18 zeigt eine Ausführungsform des Bildwiedergabesystems, die diese Möglichkeit bietet. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 nur dadurch, dass einstellbare Abstandsstücke 220 zwischen dem ersten Wiedergabefeld 20 und dem zweiten Wiedergabefeld 30 angeordnet sind. Wie in Fig. 18 gezeigt, können diese Abstandsstücke von elastischen Elementen gebildet werden, die vom Benutzer des Systems beispielsweise mechanisch oder elektromechanisch eingestellt werden können. Dann kann die Dicke des Mediums, das Luft sein kann, an die persönlichen Bedürfnisse oder Vorliebe des Benutzers angepasst werden. Auch in der Ausführungsform von Fig. 1 kann der effektive optische Abstand zwischen den von den Röhren generierten Bildern durch Verschieben einer der Kathodenstrahlröhren entlang ihrer Achse in Bezug auf die andere Röhre eingestellt werden.
Statt eines passiven Mediums, wie z. B. Luft, kann der Raum zwischen den Bildwiedergabeeinrichtungen ein aktives Medium sein, d. h. ein Medium, dessen optische Eigenschaften verändert werden können.
Fig. 19 zeigt eine Ausführungsform des Systems, in der dies der Fall ist. Diese Ausführungsform ist eine Abwandlung von der von Fig. 2 und umfasst eine Beleuchtungseinheit 15, ein erstes Wiedergabefeld mit einem Polarisator 22, einem Analysator 24 und einer dazwischen liegenden Flüssigkristallschicht 21 oder einer Polymerschicht, in der Tropfen aus Flüssigkristallmaterial verteilt sind, und ein zweites, gleichartiges Bildwiedergabefeld mit einem Polarisator 32, einem Analysator 34 und einer Flüssigkristallschicht 31.
Fig. 19 zeigt auch ein Paar Elektrodenplatten 230, 231 für die Schicht 21, mit denen das erste Feld pixelweise angesteuert werden kann, und ein gleichartiges Paar Elektrodenplatten 232, 233 für das zweite Feld. Das Bezugszeichen 235 bezeichnet das aktive Medium zwischen den beiden Wiedergabefeldern. Dieses Medium ist zwischen zwei Elektrodenplatten 236 und 237 eingeschlossen, die so ausgebildet sein können, dass eine pixelweise oder gröbere Ansteuerung des Mediums 235 möglich ist.
Das Medium 235 besteht beispielsweise aus einem elektrooptischen Material. wie z. B. einem Flüssigkristallmaterial, dessen Brechzahl örtlich verändert werden kann, beispielsweise pro Pixel, sodass der optische Abstand zwischen entsprechenden Pixeln des ersten und des zweiten Feldes vergrößert oder verkleinert werden kann. So kann eine optimale Tiefenwirkung realisiert werden.
Das Medium 235 kann auch ein Polymer sein mit darin verteilten Tropfen aus Flüssigkristallmaterial. Durch Anregung der Elektroden kann dieses Material örtlich oder in bestimmten Gebieten streuend gemacht werden, so dass bestimmte Teile des dreidimensionalen Bildes betont werden können oder ein Hintergrund verschwommen gemacht werden kann.
Das Medium 235 kann auch ein elektrochromes Material sein, d. h. ein Material, dessen Farbe durch Anlegen eines elektrischen Feldes an dieses Material geändert werden kann. Der Farbkontrast kann dann in dem wiedergegebenen Bild örtlich geändert werden, was zum Verstärken der Tiefenempfindung beitragen kann, oder der Volumencharakter eines wiedergegebenen Objektes oder eines Objektes in einer wiedergegebenen Szene kann betont werden.
Das Medium 235 kann auch ein organisches Elastomermaterial sein, das unter dem Einfluss eines an dieses Material angelegten elektrischen Feldes verformt wird, sodass es ein gewisses Relief annimmt. Die Tiefenempfindung kann somit verstärkt werden, was insbesondere beim Sichtbarmachen von Konturtrennflächen wirkungsvoll ist.
Wenn mit dem System gemäß Fig. 1 ein dreidimensionales Farbbild wiedergegeben wird, muss ein strahlenzusammenführendes Element, oder ein Teilerspiegel 5 verwendet werden, der eine Anzahl Anforderungen erfüllen sollte. Dieser Teilerspiegel muss beispielsweise den gleichen Transmissions-/Reflexionskoeffizienten von ungefähr 50% für den gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes haben sowie eine geringe Absorption, beispielsweise weniger als 10%, wobei er über einen großen Betrachtungswinkelbereich keinen Farbstich oder keine Farbveränderung aufweisen sollte. Dieser Teilerspiegel muss eine minimale Anzahl Schichten umfassen und es sollte möglich sein, ihn mit technologischen Prozessen herzustellen, die auf größere Oberflächen anwendbar sind. Es hat sich gezeigt, dass der in Fig. 20 im Querschnitt gezeigte Teilerspiegel zur Verwendung als Teilerspiegel 5 in der Ausführungsform von Fig. 2 äußerst geeignet ist. Dieser Teilerspiegel umfasst ein transparentes Substrat 240, das nur mit einer Silberschicht 241 mit einer Dicke von ungefähr 15-20 nm und einer SiO&sub2;-Schicht 242 mit einer Dicke von ungefähr 130 nm versehen ist.
Fig. 21 zeigt die Durchlässigkeit, die Reflexion und die Absorption, in Prozenten des einfallenden Lichtes, als Funktion der Wellenlänge λ mit Hilfe der Kurven 245, 246 bzw. 247. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, sind die optischen Eigenschaften im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes äußerst gut konstant, ist die Absorption äußerst gering, ungefähr 5%, und haben die Reflexions- und Transmissionskoeffizienten den richtigen Wert. Außerdem weist dieser Teilerspiegel in einem Betrachtungswinkelbereich zwischen -45º und +45º in Bezug auf die Systemachse nahezu keinen Farbstich auf und nahezu keine Farbänderung.

Claims

1. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem mit einer Systemachse (9), die von einem Licht erzeugenden Element aus zu einem Betrachtungsfenster verläuft und mit zumindest zwei Bildwiedergabeeinrichtungen (3, 4) versehen ist, die zueinander kongruent ausgerichtet und an unterschiedlichen Positionen entlang der Systemachse platziert sind und die mit einer Steuerschaltung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Bildwiedergabeeinrichtung zur partiellen Wiedergabe des gleichen zweidimensionalen Bildes einer Szene bestimmt ist, dass für die Tiefendarstellung relevante Parameter in Form einer spezifischen Intensitätsabstufung in zumindest einem der wiedergegebenen Bilder enthalten sind, dass alle wiedergegebenen Bilder zusammen und in Kombination mit dem axialen Abstand zwischen den Bildwiedergabeeinrichtungen bei einem Betrachter eine Tiefenwirkung hervorrufen und dass die spezifische Intensitätsabstufung durch einen oder mehrere der folgenden Szeneparameter bestimmt wird:

- Tiefenposition von Szenebestandteilen

- Höhe von Szenebestandteilen

- Dicke von Szenebestandteilen

- Abstand zwischen Szenebestandteilen.

2. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle von den Bildwiedergabeeinrichtungen erzeugten Bilder spezifische Intensitätsabstufungen haben, die für die verschiedenen Bilder unterschiedlich sind.

3. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Intensitätsabstufungen in den von zwei aufeinander folgenden Bildwiedergabeeinrichtungen generierten Bildern zueinander komplementär sind.

4. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt der spezifischen Intensitätsabstufungen pro Pixel gleich der Intensität des ursprünglichen zweidimensionalen Bildes ist.

5. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Bildwiedergabeeinrichtungen, vom Betrachtungsfenster aus gesehen, gleich einem Bruchteil f der Diagonale der Bildoberfläche der Bildwiedergabeeinrichtungen ist, wobei für f gilt dass:

1/1000 ≤ f ≤ 1/10.

6. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für f gilt, dass:

1/75 ≤ f ≤ 1/25.

7. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass, in Richtung der Systemachse gesehen, die Bildoberflächen der Bildwiedergabeeinrichtungen miteinander einen spitzen Winkel bilden.

8. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Synchronisationsschaltung zum Ansteuern der Bildwiedergabeeinrichtungen über deren Steuerschaltungen in solcher Weise, dass ihre Bilder abwechselnd mit einer Frequenz wiedergegeben werden, die größer ist als die Frequenz, die vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann.

9. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung jeder Bildwiedergabeeinrichtung einen ersten Eingang zum Empfangen eines zweidimensionalen Bildinformationssignals und einen zweiten Eingang zum Empfangen eines Tiefeninformationssignals hat und dass diese Schaltung einen Bildmischer umfasst, um die Signale zu einem einzigen Bildsignal zu kombinieren.

10. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein von einer Bildwiedergabeeinrichtung geformtes Bild so gekrümmt ist, dass die Ränder dieses Bildes näher beim Betrachtungsfenster liegen als die Mitte des genannten Bildes.

11. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Bildwiedergabeeinrichtungen generierten Bilder eine von der Mitte der Bilder zu ihren Rändern verlaufende monotone Intensitätsabstufung aufweisen, die unabhängig vom Szeneninhalt und der Szenentiefe ist, wobei die monotonen Intensitätsabstufungen in den Bildern zweier aufeinander folgender Bildwiedergabeeinrichtungen zueinander komplementär sind.

12. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die monotonen Intensitätsabstufungen in den Bildern in radialer Richtung verlaufen.

13. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die monotonen Intensitätsabstufungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen verlaufen, die senkrecht zur Systemachse liegen.

14. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-13, zum Sichtbarmachen des Volumens eines Objektes, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der von den Bildwiedergabeeinrichtungen generierten Objektbilder, welche Bilder unterschiedliche Querschnitte entsprechend Ebenen senkrecht zur Systemachse wiedergeben, von Intensitätsabstufungen innerhalb des Umfangs der Objektbilder und in Richtungen quer zu den örtlichen Konturlinien dargestellt werden.

15. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bildwiedergabeeinrichtung in ersten Zeitintervallen das zweidimensionale Bild wiedergibt und in zweiten Zeitintervallen, die zwischen den ersten Intervallen liegen, ein von Tiefenhinweisen bestimmtes, erstes Tiefenbild wiedergibt und dass zumindest eine zweite Bildwiedergabeeinrichtung in dritten Zeitintervallen ein von Tiefenhinweisen bestimmtes, zweites Tiefenbild wiedergibt, das komplementär zu dem ersten Tiefenbild ist.

16. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Bildwiedergabeeinrichtung über einstellbare Abstandsstücke miteinander verbunden sind.

17. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium zwischen zwei Bildwiedergabeeinrichtungen einstellbare optische Eigenschaften hat.

18. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabeeinrichtungen von Kathodenstrahlröhren gebildet werden, dass n-1 strahlenzusammenführende Elemente vorgesehen sind, wobei n die Anzahl Röhren ist, um die aus den Röhren stammenden Lichtstrahlenbündel zu einem einzigen Strahlenbündel, dessen Bündelachse mit der Systemachse zusammenfällt, zusammenzuführen, und dass die spezifischen Intensitätsabstufungen in den Bildern der Röhren mittels Intensitätsänderungen der Elektronenstrahlenbündel innerhalb der Röhren realisiert werden.

19. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabeeinrichtungen von Bildwiedergabefeldern gebildet werden, die hintereinander im Weg eines von einer Strahlungsquelle gelieferten Beleuchtungsstrahlenbündels angeordnet sind und in Bezug auf die Systemachse zentriert sind, und dass die spezifischen Intensitätsabstufungen in den Bildern der Felder durch Änderungen der Lichtdurchlässigkeit der Felder realisiert werden.

20. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabeeinrichtung, die vom Betrachtungsfenster am weitesten entfernt liegt, von einer Kathodenstrahlröhre gebildet wird, während die anderen Bildwiedergabeeinrichtungen von Bildwiedergabefeldern gebildet werden, und dass die spezifische Intensitätsabstufung in dem Bild der Röhre mittels Intensitätsänderungen in dem Elektronenstrahlenbündel in der Röhre realisiert wird, während die spezifischen Intensitätsabstufungen in dem Bild eines Bildwiedergabefeldes durch eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit des Feldes realisiert werden.

21. Dreidimensionales Bildwiedergabesystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedes strahlenzusammenführende Element von einem breitbandigen teildurchlässigen Spiegel gebildet wird, der aus einem transparenten Substrat besteht, auf dem hintereinander eine relativ dünne Schicht aus Silber und eine dickere Schicht aus Siliciumdioxid aufgebracht sind.