DE69929238T2

DE69929238T2 - Verfahren zur aufnahme und wiedergabe stereoskopischer farbbilder mit polychromatischen filtern

Info

Publication number: DE69929238T2
Application number: DE69929238T
Authority: DE
Inventors: Svend Erik B. Soerensen; Per Skafte Hansen; Nils Lykke Soerensen
Original assignee: SOERENSEN SVEN ERIK B
Current assignee: SOERENSEN SVEN ERIK B
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: WO2000023845A3; DE69929238D1; CA2347731A1; ATE314667T1; JP2002528746A; AU6190099A; EP1131658A2; WO2000023845A2; EP1131658B1; AU763370B2; US6687003B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung repräsentiert ein neuartiges Verfahren zur Aufzeichnung und Betrachtung stereoskopischer Bilder, indem von einer teilweise getrennten Kodierung der Tiefeninformation und der Farbwerte Gebrauch gemacht wird.
Hintergrund der Erfindung
Das sogenannte Anaglyphenverfahren zur Aufzeichnung und Betrachtung stereoskopischer Bilder ist seit etwa hundertfünfzig Jahren bekannt. In seiner üblichsten Form, wenn es auf gedruckte Bilder angewendet wird, werden zwei sich gegenseitig auslöschende Filter vor den Augen des Betrachters angeordnet, und das Stereogramm (stereoskopische Bildpaar), das betrachtet werden soll, wird in zwei geeignet gewählten Farbstoffen gedruckt, wenn zwei Bilder „zur Deckung" gebracht werden, d.h. sich korrekt überlappen. Die Filter und die Farbstoffe sind in dem Sinne komplementär, daß idealerweise Graphiken, die in der einen Farbe gedruckt werden, schwarz aussehen, wenn sie durch ein Filter betrachtet werden, und vom neutralen Hintergrund ununterscheidbar sind, wenn sie durch das andere betrachtet werden, und umgekehrt. Folglich können die Filter vor den Augen des Betrachters die beiden Bildeindrücke gemäß des stereoskopischen Prinzips wirksam trennen.
Wie oben beschrieben, erzeugt das Verfahren monochrome Bilder; und es ist tatsächlich ziemlich üblich, die Anwendungen weiter auf Strichzeichnungen und dergleichen einzuschränken, wo nur rein schwarze Linien und Kurven auf einem neutralen („weißen") Hintergrund oder umgekehrt verwendet werden. Wenn entweder die Filter oder die Farbstoffe oder beide die Idealanforde rungen nicht erfüllen, kann eine Anzahl von Problemen auftreten, wobei die typischsten die des Übersprechens oder Geisterbildung sind (ein umgangssprachlicher Ausdruck, der „Geisterabbildung" besagt), wobei ein Auge zusätzlich zu seinem „eigenen" Bild eine undeutliche Kopie des Bildes empfängt, das für das andere Auge bestimmt ist. In schweren Fällen kann die Geisterbildung die Tiefenwahrnehmung bis zum Punkt der vollständigen Verhinderung stören, insbesondere bei ausgedehnten Stereobetrachtungssitzungen. (Es wird das Wort Diplopie, was „Doppeltsehen" bedeutet, für diese Situation verwendet; jedoch muß es so verstanden werden, daß es vielmehr „Mißlingen, eine stereoskopische Verschmelzung zu erhalten" bedeutet, als „Beobachtung eines Doppelbildes", da das letztgenannte in der Stereoskopie passieren kann, wobei die Wahrnehmung einer parallaktischen Tiefe immer noch aktiv ist).
Seit dessen Entdeckung ist das Anaglyphenverfahren auf Strichgraphiken, Photographien, Filme, Fernsehen und Computergraphik angewendet worden. Jedes dieser Medien präsentiert seine eigene Version des Problems nicht-idealer Filter und Bildfärbemittel.
Ganz abgesehen von den Anstrengungen hinsichtlich einer Reduzierung oder Beseitigung der Geisterbildung in monochromen Anaglyphen sind verschiedene Versuche unternommen worden, das ursprüngliche Verfahren so zu erweitern, daß es ermöglicht wird, dem Betrachter den Eindruck zu geben, ein stereoskopisches Farbbild zu sehen.
Wie das ursprüngliche Anaglyphenverfahren machen diese Erweiterungen von zwei Farbfiltern Gebrauch, die vor den Augen des Betrachters angeordnet sind. Jedes der beiden Bilder, die das stereoskopische Paar bilden, wird wiederum in Farben angezeigt, die so gewählt sind, daß idealerweise jedes Auge nur sein entsprechendes Bild empfängt, wobei folglich eine Tiefenwahrnehmung ermöglicht wird. Damit jedoch ein Eindruck eines farbigen Stereobildes entstehen kann, können die Bilder, die die Augen erreichen, nachdem sie durch die Filter gegangen sind, nicht mehr als schwarz auf einem neutralen Hintergrund erscheinen; tatsächlich müssen sie (im geeigneten Sinn) zusammengenommen alle oder praktisch alle Farben enthalten, die in der ursprünglichen Szene vorhanden sind.
Im Stand der Technik sind die gewählten Filter Näherungen idealer komplementärer Seitenbandfilter oder eines idealen Mittelbandfilters und seines Komplementären, wobei die fraglichen „Bänder" Bereiche des sichtbaren Spektrums sind. Außerdem werden die beiden Bilder, die aufgezeichnet werden, um das Stereogramm zu bilden, im wesentlichen durch Filterung des ursprünglichen Stereopaares gemäß dieses Ideals der Komplementarität erhalten. Wenn diese Filterung optisch durchgeführt wird, werden die Teilbilder typischerweise durch dieselben Farbfilter geschickt, wie sie für die Betrachtung verwendet werden, entweder während der Aufzeichnung der Szene oder als eine Nachverarbeitung der Bilder vor der Anzeige; wenn sie elektronisch geschieht, ist es die gebräuchliche Herangehensweise, die typische RGB-Darstellung des Bildes zu verwenden, wobei man ein Bild nur eine dieser drei Grundfarben behalten läßt, das andere nur die beiden restlichen. Auf die eine oder andere Art werden die beiden farbgefilterten Teilbilder dann in ein einziges Stereogramm verschmolzen. Folglich beruhen alle Farbanaglyphentechniken auf der sogenannten Dreibereichshypothese, die in der Farbwissenschaft zentral ist, daß alle wahrnehmbaren Farben innerhalb einer gegebenen Farbskala als eine gewichtete Summe von drei Grundfarben synthetisiert werden können, wobei negative Gewichte einer speziellen Interpretation bedürfen. Die Dreibereichshypothese wird durch dieses gesamte Dokument vorausgesetzt, und es werden im folgenden einige Bemerkungen über Rasterung, Unterfarbentfernung und Schwarzerzeugung gemacht.
Die Verschmelzung der empfangenen Farben und die Korrelation der Farben mit dem Stereobild findet im Auge-Gehirn-System des Betrachters statt; und in der Praxis wird eines der Augen des Betrachters einen sehr viel größeren Bereich von Farbtönen als das andere empfangen. Im Stand der Technik wird folglich stillschweigend vorausgesetzt, daß das menschliche Auge-Gehirn-System im wesentlichen jede Farbe synthetisieren kann, voraus gesetzt, daß nur ein Auge das Teilsignal empfängt, das dem Gehalt einer Grundfarbe in der ursprünglichen Farbe entspricht, während das andere Auge das Teilsignal empfängt, das dem Gehalt der beiden anderen Grundfarben in der Farbe entspricht.
Techniken des Stands der Technik können aus US-A-4,134,644, GB 1001582, US-A-3,712,199, US-A-4,009,95, US-A-4,290,675 und US–A-4,247,177 entnommen werden.
Zusätzlich zur Geisterbildung werden Farbanaglyphen, die mit dem Stand der Technik hergestellt wurden, abhängig von den Kombinationen der verwendeten Filter und Anzeigefarben durch eines oder mehrere der folgenden Probleme belastet:

– Der Bereich oder die „Skala" der Farben, die durch den Betrachter tatsächlich wahrgenommen wird, ist relativ zu der der ursprünglichen Szene deutlich reduziert, die im Stereogramm aufgezeichnet wurde.
– Einige Farben, die durch den Betrachter tatsächlich wahrgenommen werden, zeigen deutliche chromatische Abweichungen von den ursprünglichen Farben in der aufgezeichneten Szene.
– Die Gesamtlichtmenge, die durch die Filter geht, ist häufig deutlich kleiner als das Licht, das die Augen des Betrachters erreicht hätte, wenn keine Filter angewendet worden wären; und wichtiger noch, einzelne Farben oder Farbbereiche zeigen unterschiedliche Grade der Helligkeitsreduzierung, was zu Helligkeitsungleichgewichten in den wahrgenommenen Farben führt.
– Die Gesamtlichtmengen, die jedes der Augen des Betrachters erreichen, haben sich beträchtlich unterschieden, und die Differenz ist nicht mit Leuchtdichtedifferenzen in der ursprünglichen Szene korreliert gewesen. Genauer gesagt: infolge der Farbtrennung kann eine Szenenfarbe vom Auge-Gehirn-System des menschlichen Beobachters eine Durchschnittsbildung einer Komponente mit einer verhältnismäßig hohen Helligkeit, die in einem Auge gesehen wird, mit einer Komponente einer verhältnismäßig niedrigen Helligkeit fordern, die mit dem anderen gesehen wird. Dies ist an sich eine erhebliche psycho-physikalische Herausforderung. Wenn zwei solche Szenenfarben mit annährend derselben ursprünglichen Helligkeit, jedoch unterschiedlichen Farbtönen im Bild benachbart sind, jedoch in gegenüberliegenden Augen hell und dunkel erscheinen, stehen die beiden resultierenden Durchschnittsbildungsprozesse in direktem Gegensatz.
– Einige durch den Betrachter wahrgenommene Farben zeigen ei nen übermäßigen Betrag von stereoskopischem Glanz, einen charakteristischen Glanz, der in allen Arten von Stereogrammen in homologen Bereichen unterschiedlicher Farben beobachtbar ist. (Die Stärke des Glanzes hängt in einer komplizierten Weise von der ursprünglichen Szenenfarbe, von den Farbdifferenzen zwischen den homologen Bereichen, von den Leuchtdichtedifferenzen der homologen Bereiche und von der Wahrnehmung des Betrachters ab).

Die Grundlage der vorliegenden Erfindung kann durch zwei einfache Experimente demonstriert werden:

1) Wenn ein Stereogramm ideal farbgetrennt wird (durch eine elektronische Einrichtung, wie oben beschrieben) und die resultierenden Teilbilder zur optischen Verschmelzung nebeneinander angezeigt werden, wobei z.B. ein Brewster-Stereoskop verwendet wird – anstelle einer Überlappung zur Verschmelzung mittels Betrachtungsfarbfilter – wird leicht beobachtet, daß selbst in diesem Idealfall die obenerwähnten Probleme auftreten, natürlich außer dem erwarteten absoluten Helligkeitsverlust infolge der Absorption in den Betrachtungsfiltern. Mit anderen Worten: das menschliche Auge-Gehirn-System ist nicht völlig zur Durchführung der Farbverschmelzung imstande, die durch den Stand der Technik stillschweigend vorausgesetzt wird.
2) Wenn stattdessen das Stereogramm so „farbgetrennt" wird, daß ein Teilbild alle Farben behält, während das andere in ein Graustufenbild umgewandelt wird, das letztgenannte ferner einer gewissen Reduzierung des Kontrastes und der Leuchtdichte unterzogen wird, und die resultierenden Bilder erneut nebeneinander präsentiert und optisch verschmolzen werden, ist ein vollfarbiges Stereobild zu sehen, im wesentlichen ohne daß visuelle Artefakte hinzugefügt werden.

Die vorliegende Erfindung zielt daher in einem gewissen Sinne auf eine Näherung der letztgenannten Art Trennung ab, während immer noch Farbfilter zur Betrachtung und ein Farbtrennungsprozeß bei der Vorbereitung der Bilder zur Anzeige verwendet werden, wie in herkömmlichen Anaglyphentechniken. Indem so verfahren wird, macht die Erfindung von einer neuartigen Kombination von Betrachtungsfilterfarben und optional von einem neuartigen Farbtrennungsprozeß in der Aufzeichnung oder Verschmelzung und einen Farbkorrekturprozeß Gebrauch, der auf das Stereogramm vor der Anzeige angewendet wird, um einen sehr weiten Bereich von getreu reproduzierten Farben, eine gewisse Kontrolle des Pegels der Lichtintensität, die an die Augen des Betrachters über den Bereich beobachtbarer Farben verteilt wird, eine angemessene Beseitigung des unerwünschten Glanzes und einen sehr niedrigen Pegel einer beobachteten Geisterbildung zu ermöglichen.
Da kein einfaches optisches Filter vorhanden ist, das die Wirkungen kombiniert, ein Farbbild auf ein im wesentlichen monochromes Bild zu reduzieren und eine gewisse Art „komplementäres" Filter zu ermöglichen, um ein vollfarbiges Bild zu zeigen, müssen Kompromisse gesucht werden. Weitere Experimente mit nebeneinander angebrachten Stereogrammen helfen, Schranken unter anderem für rein stereoskopisches Übersprechen, Farbübersprechen, Kontrast und Leuchtdichtereduzierung in einem Bild, partielle Farbreduzierung in einem Bild und sogar die Reduzierung der Schärfe in einem Bild festzulegen. Solche Experimente und die resultierenden Schranken bilden die Grundlage eines Tests für Kombinationen von Filterpaaren und Anzeigegrundfarben, die zusammen die neuartige Implementierung einer farbcodierten Stereoskopie ermöglichen.
Vokabular
Die gesamten herkömmlichen Informationen, die über die Farbwissenschaft benötigt werden, einschließlich Standardtabel len und Verfahren zur Berechnung, können in guten Fachbüchern über den Gegenstand gefunden werden. (Der Leser möge in D.L. MacAdam: Color Measurement, Springer-Verlag 1985, D.B. Judd & G. Wyszecki: Color in Business, Science and Industry, Wiley 1975 und im Handbook of Kodak Photographic Filters, Eastman Kodak Company 1990) nachschlagen. Eine Abkürzung durch den theoretischen Hintergrund wird hier durch das einfache Hilfsmittel eines Vokabulars vorgenommen, das die Bedeutung einer Anzahl von Worten einengt, die in diesem Dokument verwendet werden.
Das Wort Farbe wird in diesem Dokument in einer Anzahl konzeptionell geringfügig unterschiedlicher Bedeutungen verwendet: so fallen ein Farbstoff oder Färbemittel, eine Spektralverteilung, ein wahrgenommenes visuelles Attribut, das einen wahrgenommenen Farbton umfaßt, usw. alle unter den alltäglichen Gebrauch des Wortes „Farbe"; und wo im folgenden kein spezialisierterer Ausdruck verwendet wird, wird die Interpretation entweder aus dem Kontext offensichtlich werden, oder mehrere der unterschiedlichen Ersatzworte werden im wesentlichen denselben Sinn ergeben, und deshalb die Verwendung eines breiteren Ausdrucks.
Zur Bestimmtheit wird betont, daß die Worte monochrom und monochromatisch die Erscheinung nur eines Farbtons bezeichnen, jedoch es zulassen, daß dies jeder Farbton ist und außerdem den ganzen Bereich von Sättigungen von 0% (äquivalent zu „schwarz") bis 100 zulassen. Wenn es keinen wahrnehmbaren (nennenswerten) Farbton in einem monochromen Bild gibt, wird es üblicherweise als ein Graustufenbild bezeichnet. (Wenn ein Bild wirklich schwarz-auf-weiß ist oder irgendeine andere Kombination einer spezifischen Farbe auf einer anderen, wird es üblicherweise als ein „Zweiton"-Bild bezeichnet.
Ein Spektrum oder eine Spektralverteilung wird zur Bestimmtheit als ein Satz von Paaren reeller Zahlen angenommen, (w,s), wobei w im Bereich [400;700] und s im Bereich [0;1] liegt. Es wird vorausgesetzt, daß die Zahl w eine Wellenlänge in Nanometern und die Zahl s ein gewisses Stärkemaß repräsen tieren, wobei „1" eine gewisse Art Maximum repräsentiert, genau wie es häufig durch das Äquivalent „100%" repräsentiert wird. Idealerweise enthält eine Spektralverteilung genau ein Paar aller möglichen Werte von w im Bereich – mit anderen Worten bildet sie ein Kontinuum. In der Praxis wird das Spektrum wie immer ein endlicher Satz sein, und „fehlende" Werte müssen durch eine gewisse Wahl eines Interpolationsverfahrens erhalten werden. Wenn ein Licht so erzeugt werden kann, daß es gemäß einer gewissen festen Meßeinrichtung zu einer gegebenen Spektralverteilung paßt, wird es im allgemeinen eine Farbwahrnehmung in einem menschlichen Zuschauer bewirken. „Weißes" Licht weist eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung auf, d.h. alle s-Werte sind im wesentlichen dieselben; jedoch sollte berücksichtigt werden, daß es eine Farbadaptation in einem menschlichen Beobachter ermöglicht, daß ein weiter Bereich von Spektralverteilungen als „Weiß" dient und folglich die Farbanpassung und die Abbildung von Spektralverteilungen aus z.B. (R,G,B)-Darstellungen vom Anzeigeaufbau abhängig macht.
Metamere (oder: metamere Farben) sind Farben, die sich aus unterschiedlichen Spektralverteilungen ergeben, jedoch als identisch wahrgenommen werden.
Eine primäre oder Grundfarbe ist eine Farbe in einem endlichen Satz, dem Satz der Grundfarben, die zur Spezifikation anderer Farben verwendet wird. Es ist üblich und sehr einsichtig, die Grundfarben in einer solchen Weise auszuwählen, daß ihre konvexen Kombinationen (d.h. positiv gewichteten Mittelwerte) den größten erhältlichen Bereich im planaren Modell reiner Farbtöne überspannen, die sogenannte Farbskala der vorliegenden Anzeige. Die bekanntesten Grundlagen sind Grundfarbensätze aus Rot, Grün und Blau (RGB) für additive Anzeigen; und Cyan, Magenta, Gelb (CMY) für „subtraktive" Anzeigen (Drucke). Anmerkung: da sich das Verhalten von additiven und subtraktiven Grundfarben in der Praxis unterscheidet – ein Beispiel ist die Verwendung der Unterfarbentfernung und Schwarzerzeugung in Drucken, was zum CMYK-Grundfarbensatz führt – werden alle Grund farben zur Klarheit künftig als additiv angenommen. Wenn „subtraktive" Anzeigen behandelt werden sollen, sind die im Text diskutierten Grundfarben additive Farben (d.h. Spektralverteilungen), die gewählt worden sind, um bestimmte Spektralverteilungen zu repräsentieren, die von der Anzeigenoberfläche reflektiert werden. Diese additiven Farben werden fast ausnahmslos als im wesentlichen komplementär zu den „subtraktiven" Grundfarben angenommen.
Um Verwirrung zu vermeiden, gelten Grundfarben innerhalb eines gegebenen (ganzen) Satzes von Grundfarben als kollateral, wobei das Wort komplementär für seine intuitivere Bedeutung reserviert ist, als daß es auf Farbtöne, Spektralverteilungen, Wertsätze usw. angewendet wird. In der Farbtheorie, die auf dem CIE-Chromatizitätsdiagramm beruht, kann dem Wort komplementär eine präzise Bedeutung gegeben werden, wenn es auf Spektralfarben angewendet wird; jedoch reicht üblicherweise die intuitive Bedeutung aus.
Ein Farbattribut ist hier vielmehr ein Attribut einer Farbe als eines Gegenstands. Obwohl wahrgenommene Farben die Ergebnisse von rein mentalen Aktivitäten im menschlichen Beobachter und wahrgenommene Farbeattribute in diesem Sinne unabhängig vom ursprünglichen Grund des Farbsignals sind, machen die Namen und Eigenschaften von Farbattributen (z.B. „Rotgehalt", „Sättigung", „Schattierung") üblicherweise nur innerhalb eines spezifischen Farbdarstellungsschema Sinn.
Ein Filter ist eine Einrichtung zur Änderung der Farbattribute einer (eines) gegebenen (Bereichs von) Farbe(n). Es wird vorausgesetzt, daß die Wirkung jedes Filters als eine Abbildung von S auf sich selbst vorgeschrieben werden kann, wobei S den Satz aller Spektralverteilungen bezeichnet, die im Kontext von Relevanz sind. Die Absorption optischer Farbfilter wird folglich durch die Spektralverteilung modelliert, die erhalten wird, wenn weißes Licht durch sie geschickt wird.
Ein idealer Filter ist ein Filter, der gemäß seiner Definition auf alle Spektralverteilungen mit mathematischer Genauig keit wirkt. Ein Näherungsfilter wirkt gemäß seiner Definition innerhalb einer Fehlergrenze, die explizit oder implizit in der Beschreibung angegeben werden kann. Reale Transmissions- oder Reflexionsfilter sind annähernd, Filter in mathematischen Modellen oder in Berechnungen, die auf Ganzzahlen wirken, sind ideal. Das Wort Filter für sich wird beide Bedeutungen abdecken, jedoch wird üblicherweise beabsichtigt, einen Näherungsfilter zu bezeichnen.
Ein subtraktives Filter wirkt auf eine gegebene Spektralverteilung, indem es jeden s-Wert in der Verteilung durch einen Wert ersetzt, der nicht größer als das ursprünglichen ist. Ein additives Filter kann einige s-Werte in einer Spektralverteilung durch einen höheren Wert ersetzen. Die Bedeutung der Worte subtraktiv und additiv sollte, wenn sie auf Filter angewendet werden, nicht mit der allgemein verwendeten Bedeutung verwechselt werden, wobei sie zwei Arten der Farbmischung, nämlich „Anstrichfarbmischung", die insofern subtraktiv ist, daß sie absorptiv ist, und „Lichtmischung" beschreiben. Außerdem werde beachtet: additive Filterung kann nicht optisch erreicht werden, da alle optischen Filter eine bestimmte Menge des Lichts absorbieren, die durch sie hindurch geht. Sie kann optisch durch die kombinierte Verwendung eines subtraktiven Filter und einer erhöhten Lichtintensität emuliert werden; und sie kann auf rechnerischem Weg in einem Modell des Filterungsprozesses erreicht werden.
Die Spektralverteilungen eines Satzes von Grundfarben und eine gewählte Grundfarbe aus dem Satz vorausgesetzt, ist ein 1-Grundfarbenfilter ein Filter, das jeden s-Wert in einer beliebigen Spektralverteilung höchstens auf den entsprechenden s-Wert der Grundfarbe reduziert. Ein 2-Grundfarbenfilter reduziert alle s-Werte einer beliebigen Spektralverteilung höchstens auf den höchsten der entsprechenden s-Werte zweier gegebener Grundfarben.
Um bestimmte Beschreibungen im folgenden kurz und deutlich zu machen, sei ein 0-Grundfarbenfilter ein Filter, das alle s- Werte auf ihren Leuchtdichtegehalt gemäß eines gewählten Leuchtdichtemaßes reduziert, das optional mit einem gemeinsamen Faktor skaliert wird. Optisch kann ein solches Filter nur angenähert werden, obwohl seine Wirkung durch photographische Mittel fast bis zur Perfektion angenähert werden kann. Elektronisch und auf rechnerischem Weg kann ein 0-Grundfarbenfilter mit der Genauigkeit angenähert werden, die durch die elektronische Ausrüstung bzw. die berechnete Darstellung ermöglicht wird.
Der Vollständigkeit halber ist ein 3-Grundfarbenfilter ein Filter mit keiner anderen Wirkung als eine mögliche Skalierung mit einem gemeinsamen Faktor auf die (relative) Spektralverteilung jeder Farbe. Hier ist deutlich die Dreibereichshypothese am Werke, jedoch sollte der Ausdruck „3-Grundfarbenfilter" nicht so aufgefaßt werden, daß er impliziert, daß der ganze Satz der Grundfarben exakt 3 Mitglieder aufweist, obwohl dies in den meisten praktischen Anwendungen der Fall sein wird.
Eine Kombination (von) Filter(n) ist ein Filter mit der kombinierten Wirkung zweier oder mehrerer Filter. In der berechneten Emulation von Filtern wird die kombinierte Wirkung häufig unter Verwendung eines punktweisen Produkts modelliert.
Ein Nullfilter schließt das gesamte sichtbare Licht aus, d.h. unabhängig von der Spektralverteilung werden alle s-Werte durch ein Nullfilter auf null gesetzt.
Ein neutralgraues Filter hat dieselbe relative Wirkung auf alle s-Werte in einer Spektralverteilung. Diese Definition macht die Ausdrücke „neutralgraues Filter" und 3-Grundfarbenfilter synonym.
Unter einem (idealen) Unterteilungsfiltersatz wird hier ein Filtersatz (üblicherweise ein Paar) verstanden, das so spezifiziert ist, daß: 1) jede Kombination eines Paares unterschiedlicher Filter aus dem Satz ein Nullfilter ist; und 2) für jedes (w,s)-Paar ein Filter im Satz gefunden werden kann, das keine Wirkung oder dieselbe Wirkung wie ein neutralgraues Filter auf das gegebene (w,s)-Paar hat.
Unter einem (1,2)-Unterteilungsfilterpaar wird hier ein Unterteilungsfiltersatz verstanden, der aus zwei Filtern besteht, die so an einen vorgewählten Satz von Grundfarben angepaßt sind, daß ein Filter (der „1-Grundfarbenfilter" oder „1-Filter") auf eine Grundfarbe wirkt, als würde kein Filter oder ein neutralgraues Filter angewendet, und das andere (das „2-Grundfarbenfilter" oder „2-Filter") auf die restlichen Grundfarben wirkt, als würde kein Filter oder ein neutralgraues Filter angewendet. Durch ihre Unterteilungseigenschaft wird das 1-Filter im allgemeinen Licht aus den beiden kollateralen Grundfarben ausschließen und umgekehrt, obwohl wenn die Grundfarben durch Farbanpassung bestimmt werden, der Effekt der Metamerie diese Beziehung sehr viel komplizierter machen kann.
Unter einem lecken (1,2)-Unterteilungsfilterpaar wird hier ein annäherndes (1,2)-Unterteilungsfilterpaar verstanden, in dem sich der 1-Filter dem Ideal nähert, d.h. soweit wie möglich den Durchgang des gesamten Lichts zuläßt, das von einer Grundfarbe stammt, und keines von den beiden restlichen Grundfarben; während das 2-Filter den Durchgang einer bestimmten Lichtmenge (das Leck) aus der einen Grundfarbe und so weit wie möglich das gesamte Licht aus den restlichen beiden Grundfarben zuläßt.
Das stereoskopische Prinzip, das auf die Aufzeichnung und stereoskopische Anzeige eines Stereogramms angewendet wird, das eine 3-dimensionale Szene zeigt, wird als vertraut vorausgesetzt. Es ist erwähnenswert, daß ein herkömmliches nebeneinander liegendes oder Zweikanal-Stereogramm aus zwei Bildern besteht, die im folgenden als „Teilbilder" bezeichnet werden, (obwohl sie üblicherweise nur „teilweise" sind, wenn sie als Teile des Stereogramms betrachtet werden); und daß zwei Punkte, einer aus jedem Teilbild, wobei beide die Bilder desselben Punktes in der 3-dimensionalen Szene sind, als homolog gelten. In der nebeneinander liegenden Stereoskopie wird die Verschmelzung üblicherweise mittels prismatischer Linsen durchgeführt. Allgemeiner hält die Zweikanal-Stereoskopie die Teilbilder in der Anzeigevorrichtung getrennt, führt jedoch eine Verschmel zung in ein Bild durch, das durch den menschlichen Beobachter gesehen wird.
Die allgemeine Beschaffenheit der Erfindung kann unter Verwendung einiger der oben angegebenen Definitionen angegeben werden.
Die gegenwärtigen Erfinder haben erkannt, daß die Probleme des Stands der Technik der Farbanaglyphen von zwei unterschiedlichen, jedoch verbundenen Quellen herrühren:

– Im Stand der Technik macht die Verwendung von Unterteilungsbetrachtungsfilterpaaren es für das menschliche Auge-Gehirn-System des Zuschauers typischerweise schwierig, eine Vollfarbskala zu synthetisieren. Daher muß das Betrachtungsfilterpaar ein geeignet gewähltes leckes (1,2)-Unterteilungspaar sein, wo es sich herausstellt, daß das zulässige Leck von einer speziellen Beschaffenheit ist, und daß bestimmte Parameter, die für ein solches Filterpaar charakteristisch sind, in einem engen Bereich liegen. Die speziellen Aufzeichnungs-, Trennungs- und Anzeigetechniken, die erforderlich sind, um die Verwendung solcher Filter zu ermöglichen, werden künftig als farbcodierte Stereoskopie bezeichnet.
– Im Stand der Technik fallen die Abweichungen der wahrgenom menen Farben von den beabsichtigten oder aufgezeichneten Farben in getrennt identifizierbare, jedoch nicht gegenseitig ausschließliche Kategorien. Es können alle Kategorien angegangen werden; jedoch sollte beachtet werden, daß herkömmliche Farbverarbeitungstechniken als Zwischenglieder zwischen aufgezeichneten und angezeigten Farben dienen, und sich nicht den speziellen Anomalien der endgültigen wahrgenommenen Farben in einem Farbanaglyph oder einem farbcodierten Stereogramm zuwenden. Daher kann die Farbkorrektur, die (häufig als eine Vorverarbeitung) an einem Farbanaglyph oder einem farbcodierten Stereogramm durchgeführt werden soll, vorteilhaft von speziellen Anpassungen der Farbverarbeitungstechniken Gebrauch machen. Diese Art der Verarbeitung, die während oder nach der Aufzeichnung eines farbco dierten Stereogramms angewendet wird, wird Farbkorrektur genannt.

Da die Probleme der Auswahl der Filter und der Farbkorrektur (für jede einzelne der Kategorien der Farbabweichungen) miteinander verbunden sind, wenden sich die verschiedenen Aspekte der Erfindung den Problemen als ganzes zu, wenn möglich, andernfalls jedoch von welchem Winkel auch immer aus eine Verbesserung machbar ist, unter der Voraussetzung, daß nicht alle Parameter in allen praktischen Umständen variabel sind.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die detaillierte Beschreibung der Erfindung zerfällt natürlich in drei Teile: eine Beschreibung des Verfahrens zur Auswahl der Filterpaare, einschließlich einer qualitativen Beschreibung einiger der spezifischen Filterpaare, die in den Ausführungsformen und den Ansprüchen erscheinen; eine Beschreibung der Auswahl der Verfahren zum Erhalten eines farbcodierten Stereogramms oder, im Fall einer Zweikanalabbildung, einer annähernden Farbcodierung durch neuartige Trennungstechniken; und eine Beschreibung der Farbverarbeitungstechniken, die vorzugsweise angewendet werden, um die problematischen Farbbereiche zu identifizieren und einzustellen, die durch die Erfindung beschrieben werden, um ihre Auswirkungen auf das schließlich wahrgenommene farbcodierte Stereogramm zu lindern.
Betrachtungsfilter:
Für die meisten Anzeigezwecke ist die Farbmischung additiv und die Grundfarben sind folglich rot, grün und blau (R, G und B). Zum Drucken ist die Farbmischung im wesentlichen subtraktiv (siehe unten), und die verwendeten Grundfarben sind daher Cyan, Magenta und Gelb (C, M und Y), wobei Schwarz für praktische Zwecke hinzugefügt wird. In der Spezifikation der Filter für farbcodierte Stereogramme muß die 1-Grundfarbe aus dem (R,G,B)-Satz entnommen werden, da die Farbmischung schließlich auf Licht beruht, das die Augen des Beobachters erreicht und daher im wesentlichen additiv ist. Die Addition von gleichen Mengen der beiden kollateralen Grundfarben erzeugt die komplementäre „subtraktive" Grundfarbe. Eine einfache Schreibweise für die Grundfarben der (1,2)-Unterteilungsfilterpaare ist daher (R, C), (G,M) und (B,Y).
Es sollte beachtet werden, daß das visuelle Erscheinungsbild der tatsächlich verwendeten Filter den naiven Interpretationen dieser Buchstaben nicht entsprechen kann. Insbesondere werden einige C-Filter den meisten Beobachtern „blau" und einige Y-Filter „orange" oder sogar „braun" erscheinen, und diese werden normalerweise nicht als Grundfarben betrachtet.
Selbst die Wahl der Grundfarben des (1,2)-Unterteilungsfilterpaares hängt von der beabsichtigten Verwendung ab, wobei eine Daumenregel wie folgt ist: (B,Y)-Filter nähern im allgemeinen die ideale (0,3)-Unterteilung an, die in dem Sinne am besten ist, daß die Y-Filter einen weiten Bereich von (wahrgenommenen) Farben durchlassen und B-Filter ein nahezu monochromes Bild mit reduziertem Kontrast ergeben. Außerdem sind (B,Y)-Filter gegenüber Variationen der Filterfertigungsqualität und der Anzeigebedingungen verhältnismäßig robust. Jedoch können (B,Y)-Filter eine starke Farbeinstellung benötigen; und sie ergeben häufig ein wesentliches Helligkeitsungleichgewicht zwischen den Bildern, die die Augen des Beobachters erreichen. (R,C)-Filter benötigen üblicherweise eine kleinere Farbeinstellung und weisen eine bessere Helligkeitsbalance auf, jedoch sind sie empfindlicher gegenüber Variationen der Anzeige„Temperatur" (der äquivalenten Schwarzkörper-Temperatur des angezeigten „Weiß"). (G,M)-Filter weisen im allgemeinen die beste Helligkeitsbalance und im Prinzip die kleinste Farbeinstellung auf; jedoch verursachen sie einen merklichen Glanz, der über fast alle wahrnehmbaren Farbtöne reicht. Außerdem scheint die Tatsache, daß das menschliche Auge-Gehirn-System seine höchste Auflösung im Farbtonbereich von grün aufweist, die (G,M)-Filterung sehr empfindlich gegenüber Fehlern oder Abweichungen zu machen. Offensichtlich variiert die Wichtigkeit dieser Erscheinungen z.B. mit der Grundfarbtemperatur des Anzeigemediums, dem Umgebungslicht im Anzeigeaufbau, der Dauer und Intensität der Beobachtung, dem Farbbereich der angezeigten Bilder usw. usw. Die Erfindung ermöglicht es, daß die bestmögliche Kompromißlösung gesucht wird.
Der Prozeß des Findens eines geeigneten Filterpaares kann gänzlich experimentell, gänzlich berechnet oder eine Mischung sein, und kann zu einem endgültigen Optimum so viele Male wie gewünscht iteriert werden; jedoch schließt der folgende Test alle irrelevanten Filterkombinationen in einer sehr einfachen Weise aus:

– Es werde vorausgesetzt, daß ein Kandidatenfilterpaar getestet werden soll. Man nenne die Filter „den 1-Filter" und „den 2-Filter", wie oben beschrieben. Mit den üblichen Dreibereichsgrundfarben (R,G,B) würde dann eine der Unterteilungen R gegenüber G-und-B, oder G gegenüber B-und-R, oder B gegenüber R-und-G getestet. Allgemeiner werde vorausgesetzt, daß der Anzeigegrundfarbensatz P gegeben ist und in zwei zerlegte Sätze I und II unterteilt wird, d.h. P = I + II, und I und II kein gemeinsames Mitglied haben. Es wird dann eine additive Anzeigevorrichtung gewählt, die im wesentlichen mit der beabsichtigten endgültigen Vorrichtung identisch ist. Wenn die endgültige Anzeige subtraktiv ist (z.B. graphische oder photographische Drucke), werden die Farben gewählt, die als additive Anzeigegrundfarben bestimmt sind, können die Spektraleigenschaften ihrer gedruckten Äquivalente gemessen werden, und der Test unter Verwendung einer additiven Anzeigevorrichtung und der additiven Grundfarben ausgeführt werden, die gewählt worden sind, um ihre gedruckten Gegenstücke zu repräsentieren. Die Hauptgründe für diese umsichtige Herangehensweise sind zwei: die Betrachtungsfilter werden schließlich auf das Licht einwirken, das die Augen des Beobachters erreicht; und die Komplikationen des Druckens, insbesondere des Halbtondrucks, machen es schwierig, einer gedruckten Anzeigefarbe eine einzige Spektralverteilung zuzuweisen, selbst wenn das Licht und die Druckgrundlage bekannt sind.
– Der Ausdruck „Messung des y-Werts" sei eine Kurzschreibweise für „Messung der Spektralverteilung und Berechnung des y-Werts gemäß der 1931 CIE-Farbanpassungsspezifikation". Dies kann in einer standardisierten Weise geschehen. Dann besteht der Test aus: Schritt 1: Zeige ein einheitliches Farbbild in der leuchtendsten Farbe (üblicherweise „weiß"), die auf der Anzeigevorrichtung verfügbar ist, wenn der gewählte volle Satz der Grundfarben verwendet wird. Messe den y-Wert dieses Bildes, wie es durch den 2-Filter zu sehen ist, und nenne das Ergebnis Lu. Schritt 2: Zeige entsprechend die leuchtendste Farbe an, die auf der Anzeigevorrichtung verfügbar ist, wenn Farben aus dem I-Satz verwendet werden. Messe den y-Wert dieses Bildes, wie es durch den 1-Filter zu sehen ist, und nenne das Ergebnis L11. Schritt 3: Messe den y-Wert des Bildes aus Schritt 2, wie es durch den 2-Filter gesehen wird, und nenne das Ergebnis L12. Schritt 4: Erneut dem Schritt 1 entsprechend, zeige die leuchtendste Farbe an, die auf der Anzeigevorrichtung verfügbar ist, wenn der II-Satz verwendet wird. Messe den y-Wert dieses Bildes, wie es durch das 1-Filter zu sehen ist und nenne das Ergebnis L21. Schritt 5: Messe den y-Wert des Bildes aus Schritt 4, wie es durch das 2-Filter zu sehen ist, und nenne das Ergebnis L22. Schritt 6: Berechne die Zahlen R1 = L21/L11, R21 = L21/Lu, R2 = L12/L22. Nenne die Zahlen R1, R21 und R2 das Ergebnis des Tests.

Es sind einige kurze Anmerkungen an dieser Stelle notwendig:
Die Zahl R2 mißt im wesentlichen das Leck und folglich die Möglichkeit, die Vollfarbskala im Stereogramm zu beobachten. Die Zahl R21 mißt die Fähigkeit des 1-Filters, die Grundfarben auszuschließen, die zum komplementären Bild gehören. Folglich ist R21 ein Maß der Sichtbarkeit des 1-Bildes über jedem „Geist" des 2-Bildes, das durch den 1-Filter gesehen wird. Die Schranke von R21, die unten angegeben wird, ist ziemlich eng und drückt in einem gewissen Sinne die Monochromizität des 1-Bildes aus. Die Zahl R1 mißt die Sichtbarkeit des Bildes, das durch das 1-Filter gesehen wird, über jede Geisterbildung hinaus. Der Test bietet folglich Maße des stereoskopischen Übersprechens und des Farbauslaufs, die anzeigen werden, ob und in welchem Ausmaß eine farbcodierte Stereoskopie erhalten werden kann. Um zur Betrachtung von farbcodierten Stereogrammen nützlich zu sein, wird ein Betrachtungsfilterpaar im allgemeinen erfindungsgemäß die folgenden Bedingungen erfüllen müssen:
Bedingung 1: R2 ≥ 0,005
Bedingung 2: R21 ≤ 0,01
Bedingung 3: R1 ≤ 0,05.
Anmerkung 1: Genau genommen sollte es eine obere Schranke für R2 geben, die die „kein Übersprechen"-Obergrenze repräsentiert; jedoch ist dies vielmehr eine allgemeine stereoskopische Bedingung, als eine Bedingung, die mit dem stereoskopischen Kodierungsverfahren der Erfindung verbunden ist.
Anmerkung 2: Ein Betrachtungsfilterpaar, der mit einem Satz von Grundfarben gut arbeitet, kann mit einem anderen schlecht arbeiten und sogar den obigen Test nicht bestehen, was häufig die Folge von differierenden „Farbtemperaturen" der Anzeigevorrichtung ist; und ein Filterpaar, das den Test mit guten Ergebniszahlen besteht, kann immer noch eine erheblichere Farbkorrektur benötigen und folglich weniger nützlich als ein Filterpaar sein, das es kaum schafft. Für einige Zwecke können die Anforderungen an R2 tatsächlich stärker als die oben angegebene Grenze sein.
Anmerkung 3: In einigen Ausführungsformen der Erfindung, wird von Trennfiltern Gebrauch gemacht, die als eine Emulation einer richtigen Farbcodierung in einem Zweikanalaufbau vor den Teilbildern angeordnet werden. Der Test erfordert es dann, daß die Grundfarben ausgewählt und vor den y-Messungen durch die passenden Trennfilter geschickt werden. Der Grund dafür ist, daß der Test das Verhalten der Betrachtungsfilter gegenüber den angezeigten Spektralverteilungen überwacht.
Bildtrennung:
Die Bildtrennung im Stand der Technik ist üblicherweise direkt bzw. einfach gewesen: eine „Farbebene" oder „Farbkanal" wurde aus einem der Teilbilder des Stereogramms entfernt und durch die entsprechende Farbebene aus dem anderen Teilbild ersetzt. Dies ergibt im wesentlichen die richtigen Farben im Anaglyph, wie sie ohne Filter zu sehen sind, und kann auch die korrekte stereoskopische Wirkung ergeben, wie sie durch die Filter zu sehen ist. Wie oben erwähnt, werden jedoch die wahrgenommenen Farben im Stereogramm mißraten, wenn herkömmliche Betrachtungsfilter angewendet werden. Überdies wird die stereoskopische Wirkung unter feineren Bedingungen leiden: man betrachte z.B. die Verwendung eines (B,Y)-Betrachtungsfilterpaars und eines Stereogramms, das eine rote Blume auf einem Hintergrund aus grünem Blattwerk zeigt. Der tatsächliche graphische Gehalt der blauen Ebenen der Teilbilder des Stereogramms wird auf Spitzlichter im Bild beschränkt sein, was bedeutet, daß die herkömmliche Anaglyphentrennung ein Teilbild fast leer läßt. Wenn es durch die Betrachtungsfilter betrachtet wird, kann daher das endgültige Bild eine sehr kleine beobachtbare Tiefeninformation aufweisen.
Andererseits wird die Verwendung des herkömmlichen Graustufenbildes, das einem Teilbild entspricht, um die blaue Ebene des anderen zu ersetzen (z.B. elektronisch, indem das Graustufenbild als eine Farbebene behandelt wird, indem es möglicherweise in eine „vollfarbige Darstellung" umgewandelt und die blaue Ebene herausgenommen wird), den beobachtbaren Farbtonkreis grob verformen, obwohl im Mittel eine gleiche Anzahl von Farbtönen zu wenig oder zu viel Blau erhalten wird.
Das Ideal ist es immer noch, eine (0,3)-Darstellung anzunähern, und daher sollte die Bildtrennung ein gewichteter Mittelwert irgendwo zwischen den beiden Extremen sein. Im (B,Y)-Fall entspricht die Verwendung nur der blauen Ebene der Verwendung der Gewichte (0,0,1), die auf die (R,G,B)-Grundfarben angewendet werden, während die Graustufen typischerweise durch die NTSC-Leuchtdichtegewichte (0,3, 0,59, 0,11) gegeben sind. Mögliche Alternativen im (B,Y)-Fall wären (0,11, 0,22, 0,67) oder (0,17, 0,17, 0,66), die natürlich aussehende blaue Farben ergeben (wie sie ohne Filter als auch durch die Filter zu sehen sind) mit der Ausnahme „tiefblauer" Bereiche, wobei jedoch die Tiefeninformationen aus den anderen beiden Farbebenen gerettet werden. Man beachte, daß diese Art der Bildtrennung einen Teil der Farbkorrektur in sich eingebaut hat.
Das „vollfarbige" Bild, das durch den lecken 2-Filter gesehen werden kann, kann einen so großen Betrag seiner dritten Farbe behalten, wie es den Übersprechgrenzen entspricht, die im Test verwendet werden. Alternativ wird die gesamte dritte Farbe entfernt und eine Fleckfarbenkorrektur nach der Bildverschmelzung durchgeführt. Für das beste Gesamtergebnis wird eine Farbkorrektur empfohlen, wie im nächsten Abschnitt beschrieben wird.
In einer verwandten, jedoch unterschiedlichen Technik, werden diese im wesentlichen einkanaligen Bilder auf Zweikanalanzeigen gezeigt, zum Beispiel mittels eines herkömmlichen Stereoprojektors oder zweier Standardprojektoren, die überlagerte Bilder auf einem Bildschirm erzeugen. Dann kann die Farbtrennung optisch als Teil des Anzeigeprozesses durchgeführt werden, und es können Farbtrennfilter verwendet werden, die den Grundfarben verwandte Gewichte geben, obwohl ein optisches Filter keine Lichtenergie von einem Spektralbereich zu einem anderen verschieben kann. Die Farbtrennfilter müssen unter Berücksichtigung der Spektraleigenschaften der Anzeigevorrichtung und des Betrachtungsfilterpaars gewählt werden, oder – sehr viel besser – das Trennfilterpaar, die Anzeigevorrichtung und das Betrachtungsfilterpaar müssen zusammen gewählt werden, d.h. erfindungsgemäß optimiert werden. Insbesondere sind die Trennfilter vorzugsweise „weißabgeglichen", d.h. wenn weißes Licht durch die beiden Filter scheint und die resultierenden Farben auf der Anzeige addiert werden, muß der visuelle Eindruck wieder „weiß" sein. Dies ist bei den Betrachtungsfiltern nicht erforderlich und wird selten erreicht.
Farbkorrektur:
Wie oben erwähnt kann die Verwendung einer Farbkorrektur häufig auf spezifische Bildbereiche oder enge Farbtonbereiche beschränkt werden und dient dazu, die wenigen nachteiligen Wirkungen der Farbcodierung zu lindern. Ganz abgesehen von Fleckfarbenabweichungen wird üblicherweise eine allgemeine Drift von Farbtönen in einem unkorrigierten Stereogramm beobachtet werden. Eine Korrektur der Farbtonänderungen zusammen mit einer Korrektur, die auf die Probleme abzielt, die in der Einleitung erwähnt werden, kann auf allen Ebenen durchgeführt werden: allgemeine Farbtöne (sogar Farbtabellen), Vollfarbraum, einzelne Pixel im verschmolzenen Bild, einzelne Pixel verglichen mit ursprünglichen Pixelwerten, einzelne Pixel verglichen mit homologen Punktpaaren und – wenn man in das absolute Extrem geht – Listen von Pixeln, in denen jeder außer der erste der beobachtete homologe Punkt ist, der zu seinem Vorgänger auf der Liste gehört.
Farbberechnungen und Farbanpassungsexperimente werden im Detail in den oben erwähnten Büchern und deren Verweisquellen beschrieben; um daher ihre Verwendung im Kontext der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, reicht es aus zu zeigen, wie die Erscheinungen zu identifizieren und zu behandeln sind, die für farbcodierte Stereogramme relevant sind. Der Kürze halber werden fast alle Operationen im folgenden daher linear sein und auf einer verhältnismäßig niedrigen spektralen Auflösung beruhen (ein Meßwert pro 25 Nanometern im Bereich von 400 bis 700 Nanometer).
Daher werde zur Bestimmtheit vorausgesetzt, daß ein Anzeigeverfahren gegeben ist, das von RGB-Grundfarben Gebrauch macht, die „weißen" Licht bei 6500 K entsprechen, wie es gemäß der CIE-Formeln berechnet wird und dann durch die Kodak Wratten (R,G,B)-Trennfilter gefiltert wird. Ebenso werde vorausgesetzt, daß das gegebene Betrachtungsfilterpaar ein blaues bzw. ein gelbes mit den spektralen Transmittanzeffekten sind, die in Tabelle 1 aufgelistet sind (im Bereich von 400 nm bis 700 nm mit Schritten von 25 nm und Werten, die mit zwei Dezimalziffern aufgezeichnet werden).
Es werde vorausgesetzt, daß die wahrgenommene Farbe eines einzelnen menschlichen Auges durch RGB-Werte modelliert werden kann, die mittels des „Auges" berechnet werden, das durch die Optical Society of America empfohlen wird:
R = 0, 799X + 0,4194Y – 0, 1648Z
G = –0,4493X + 1,3265Y + 0,0927Z
B = –0,1149X + 0,3394Y + 0,717Z
wobei X, Y und Z die 1964 CIE-Dreibereichs-Farbwerte bei 6500 K sind, wobei wieder die 13 Werte im Bereich von 400 nm bis 700 nm in Schritten von 25 nm genommen werden.
Um das Auge und die Grundfarben „farbtonkonsistent" zu machen, werde eine Kalibrierung eingeführt: die (R,G,B)-zur(R,G,B)-Transmission wird in der vorliegenden Näherung linear sein, was durch die Matrix M = E·(L::[C;C;C])^T angegeben wird, wobei E die 3 mal 13-Matrix der Augenantworten ist, L die 3 mal 13-Matrix der primären Spektralwerte ist und die Operation L::[C;C;C] der Wirkung von L auf die Spektralverteilung von weißem Licht mit 6500 K entspricht – im wesentlichen eine punktweise Multiplikation der spektralen Transmissionswerte. Idealerweise sollte sich die resultierende Matrix M als die Einheitsmatrix herausstellen, jedoch erfordert dies negative Keulen entweder in den Grundfarben oder dem Auge oder beiden. Eine ideale Farbtonkonsistenz (keine Farbtondrift) erfordert es, daß M eine positiv definite, symmetrische zirkulante Matrix ist (Reihen von M mit der Form a b b, b a b, b b a mit a ≥ 1/3); und eine annähernde Farbtonkonsistenz (einheitliche Farbtondrift) erfordert es, daß M zirkulant ist (Reihen von M mit der Form a b c, c a b, b c a). Man führe zwei Diagonalmatrizen D und H ein, und ersetze M durch D·M·H, dem Äquivalent zum Kalibrieren der Einstellungen der Grundfarben gemäß H und der Augemeßwerte gemäß D. Die Bestimmung von D und H durch Ausführung einer nichtlinearen Optimierung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate (wobei ihre ersten Elemente zur Bestimmtheit identisch gleich 1 gehalten werden) mit dem Ziel, daß D·M·H zirkulant ist, führt zu den Kalibrierungsfaktoren: (1, 1,64, 1,044) als Diagonaleinträge für D, und (1, 0,593, 1,017) als die Diagonaleinträge für H. Zur Bestimmtheit kann D·M·H schließlich einer Skalierung unterzogen werden, so daß (R,G,B) = (1,1,1) auf einen Vektor mit dem Maximalelement 1 abgebildet wird.
Als eine Hilfsformel für den Graupegel einer (R,G,B)-Farbe nehme man den Y-Wert (der manchmal auch als Leuchtdichte bezeichnet wird) der offiziellen NTSC-Formel; d.h. wenn r ein Vektor der (R,G,B)-Werte ist, dann repräsentiere das Skalarprodukt y = [0,30 0,59 0,11]r seine NTSC-Leuchtdichte. Der Funktionssatz der Farben werden die (R,G,B)-Werte für 36 Farben mit gleichverteiltem Farbton, maximaler Sättigung und maximalem Wert gemäß des „Hexagonal-Kegel"-HSV-Modells sein. Die folgenden Berechnungen werden unter Verwendung der (R,G,B)-Werte und der zusammengesetzten Matrizen vorgenommen, wie oben beschrieben.
Das Modell für die Farben, die durch ein Auge durch das Filter F1 gesehen werden, wird in einer Matrix M₁ = D·E·(L::[F₁::C;F₁::C;F₁::C])^T·H zusammengefaßt, wobei das Symbol :: wieder eine punktweise Multiplikation, das Berechnungsäquivalent einer Filterkombination bezeichnet. Durch dasselbe Kürzel ist der Effekt von F2 durch M₂ = D·E(L::[F₂::C;F₂::C;F₂::C])^T·H gegeben. Die Reihenvektoren F₁ und F₂ enthalten die in Tabelle 1 mit „B" bzw. „Y" bezeichneten Reihen. Dann kann die angezeigte-zur-wahrgenommenen (R,G,B) Transmission durch den gewichteten Mittelwert P = wM₁ + (1 – w)M₂ modelliert werden. Für die vorliegenden Zwecke nehme man w = 1/5, um eine „Weißadaptation" zu erhalten, die jener des wirklichen menschlichen Auge-Gehirn-Systems sehr ähnlich ist. Sehr viel weiterentwickelte (nicht-lineare) Modelle der wahrgenommenen Farben sind möglich und häufig nützlich; jedoch bleiben die unten beschriebenen Farbkorrekturaktionen qualitativ dieselben. Um schließlich Vergleiche von z.B. der Helligkeit zu vermeiden, die mit und ohne Betrachtungsfilter wahrgenommen wird, werde P so skaliert, daß (wieder) (R,G,B) = (1,1,1) auf einen Vektor mit dem Maximalelement 1 abgebildet wird.
Die resultierenden Matrizen sind:
Eine wahrgenommene Farbe (wo der Betrachter das Filter F1 vor einem Auge und das Filter F2 vor dem anderen hat), die gemäß dieses diskreten, stückweise linearen Modells berechnet wird, ist nun als p = Pr gegeben, wobei r der Vektor der angezeigten (R,G,B)-Werte und p der Vektor der wahrgenommenen (R,G,B)-Werte ist.
Der erste Schritt der allgemeinen Farbkorrektur eines farbcodierten Stereogramms besteht aus einer Verschiebung aller Farbtöne, um die Farbtonabweichungen auszugleichen. Für das vorliegenden Beispiel ergibt eine Verschiebung, die einer Addition von 1/144 zu allen Farbtönen entspricht, eine bessere Verteilung der Farbtonabweichungen, wie in Tabelle 2 zu sehen ist: Bei den angezeigten Farbtönen, die in den Reihen angegeben werden, die mit „H" bezeichnet werden, und den wahrgenommenen Farbtönen in den mit „P" bezeichneten Reihen werden die größten Abweichungen im „G-C"-Bereich, Spalte 5 (0,4571 gegenüber 0,5252) und im „M-R"-Bereich, Spalte 1 (0,8325 gegenüber 0,8074) festgestellt, wobei der Differenzbereich folglich [–0,0681; 0,0251] beträgt. Nach der Verschiebung sind die wahrgenommenen Farbtöne so wie in den mit „Ps" bezeichneten Reihen gestaltet, und die größten Abweichungen sind nun ausgeglichen, wie im „G-C"-Bereich, Spalte 6 (0,4914 gegenüber 0,5410) und im „M-R"-Bereich, Spalte 2 (0,8804 gegenüber 0,8298) zu sehen ist, wobei der Differenzbereich ein nahezu symmetrisches Intervall [–0,0496 0,0506] ist.
Nach der Farbtonverschiebung wird es mindestens einen, und im allgemeinen eine gerade Zahl von Farbtönen geben, die genau wiedergeben werden, die festen Punkte der Farbton-Farbton-Abbildung. Zwischen solchen festen Punkten kann der Farbtonkreis nun weiter neu-parametrisiert werden, um eine genauere Wiedergabe aller Farben zu ergeben. Von einem mathematischen Standpunkt hat eine solche Neu-Parametrisierung den Effekt einer lokalen Inversion, und kann daher sozusagen durch Interpolation durchgeführt werden. (Zur Einfachheit des Vergleichs der Werte findet hier eine solche Neu-Parametrisierung nicht statt).
Schwundfarben sind jene, für die es einen ernsten Helligkeitsverlust von den angezeigten Farben zu den wahrgenommenen Farben gibt. Aufhellungsfarben werden umgekehrt so wahrgenommen, daß sie zu leuchtend sind. Die einfache Abhilfe ist es, die Helligkeit von allen Farbtönen einzustellen, für die die wahrgenommenen Helligkeiten außerhalb gewisser gewählter Grenzen fallen. (Wo die angezeigten Farben völlig gesättigt sind, kann die Helligkeit nur mit dem Verlust einer gewissen Sättigung erhöht werden). Das Verhältnis von NTSC-Leuchtdichten für p = Pr zu r für die 36 r-Werte wird in Tabelle 3 angegeben. Im vorliegenden Fall sind verhältnismäßig sanfte Schwundeffekte in Grün-Cyan-Bereich wahrnehmbar, und es gibt eine isolierte Aufhellung um reines Blau. Es sollte beachtet werden, daß das letztgenannte durch die Farbecodierungstechnik automatisch reduziert wird, die oben unter „Bildtrennung" beschrieben wird.
Die restlichen Erscheinungen werden am besten als „Fleckfarben" behandelt und sollten folglich nur in diesem Stadium identifiziert werden: Leuchtdichte-Glanzfarben sind jene, für die die Helligkeitsdifferenzen zwischen den Farben, die die beiden Augen erreichen, übermäßig sind. Chromatische Glanzfarben sind jene, für die die Differenzen zwischen den Farbtönen der Farben, die die beiden Augen erreichen, übermäßig sind. Als eine Daumenregel ist Leuchtdichteglanz nur tatsächlich wahrnehmbar, wenn der chromatische Glanz niedrig ist und umgekehrt. Eine Tabelle wie die Tabelle 4 hilft, die relevanten Farbbereiche zu finden: wo eine der Zahlen, die mit „L" und „H" bezeichnet sind, numerisch groß und die andere klein ist, kann Glanz beobachtet werden. Im vorliegenden Fall gibt es einen gewissen Leuchtdichteglanz um reines Blau, der wie die Aufhellung durch Farbtrennung abgemildert wird. Chromatischer Glanz kann um reines Cyan und reines Magenta beobachtet werden. Im allgemeinen ist die Abhilfe, die Helligkeit durch die Sättigung zu ersetzen, um chromatischen Glanz abzumildern, und umgekehrt, um Leuchtdichteglanz abzumildern. Außerdem ist eine lokalisierte Farbtonverschiebung zu Farbtönen mit niedrigeren Glanzeffekten für Fleckfarben zulässig, und dieses letztgenannte wäre wahrscheinlich im vorliegenden Fall für den chromatischen Glanz in reinem Cyan und reinem Magenta empfehlenswert, wenn sie als intensive Fleckfarben in einem Bild erscheinen sollten.
Schließlich können Geisterfarben festgestellt werden, indem die beiden Farben berechnet werden, die sich aus der Trennung und dem anschließenden Durchgang durch einen Betrachtungsfilter ergeben, und dann jene gefunden werden, die übermäßige Differenzen verursachen, wenn sie das betreffende Auge erreichen. Geisterfarben müssen für die Augen getrennt gefunden werden, und hinsichtlich des Glanzes kann eine Unterscheidung zwischen einer Leuchtdichtegeisterbildung und chromatischen Geisterbildung getroffen werden. Wiederum ist es die typische Abhilfe, bestimmte Farbtonverschiebungen zuzulassen; jedoch sollte man bei Geisterfarben bedenken, daß der Effekt typischerweise nahe der Grenzen von Szenenobjekten am sichtbarsten ist, so daß die Anwendung solcher Verschiebungen auf solche Gebiete des Bildes lokalisiert werden kann, insbesondere wenn die Farbtonverschiebung allmählich vorgenommen werden kann. Gleichzeitig ist der Farbauslauf, der als Teil der Erfindung benötigt wird, tatsächlich ein geringfügiger (und kontrollierter) chromatischer Geistereffekt und muß als solcher identifiziert werden.
Eine „Fleckfarben"-Korrektur nimmt üblicherweise die Form einer kombinierten Farbtonverschiebung und eines erneuten Helligkeitsausgleichs zwischen den beiden Teilbildern an, entweder vor der Verschmelzung oder im verschmolzenen Bild.
Aspekte der Erfindung
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung daher einen Test oder ein Verfahren zum Identifizieren eines gegebenen oder vorgeschlagenen Betrachtungsfiltersatzes gegen einen gegebenen oder vorgeschlagenen Satz von Anzeigegrundfarben. Das Ergebnis des Tests sind drei Zahlen.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung die Anwendung spezieller Farbkorrekturtechniken auf farbgetrennte Stereogramme oder herkömmliche Farbanaglyphen-Stereogramme, so daß das resultierende wahrgenommene Stereogramm Farben aufweist, die denen der ursprünglichen oder beabsichtigten Szene nahekommen, während durch die Verwendung von Betrachtungsfarbfiltern verursachte Artefakte reduziert werden.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erhalten eines Stereogramms, das als ein farbcodiertes Stereogramm bezeichnet wird, das aus zwei Teilbildern besteht, die in einer solchen Weise miteinander verschmolzen werden, daß wenn das Stereogramm auf einer Vorrichtung mit bekannten Spektraleigenschaften angezeigt wird und durch korrekt gewählte Farbfilterpaare betrachtet wird, sich der Effekt dem einer Betrachtung einer Zweikanal-Anzeige eines Stereogramms nähert, das aus einem vollfarbigen Teilbild besteht, das mit einem Graustufenteilbild kombiniert ist, wobei diese beiden Teilbilder in visuelle Balance gebracht werden.
In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung spezielle Kombinationen von Farbfilterpaaren zur Betrachtung farbcodierter Stereogramme als auch zur Betrachtung herkömmlich getrennter Farbanaglyphen.
In einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wählen oder Konstruieren spezieller Kombinationen von Farbfilterpaaren und optionalen Kombinieren der resultierenden Wahl oder Konstruktion mit der Spezifikation einer Abfolge von Farbkorrekturschritten, die auf die Stereogramme angewendet werden, die mit dem Filterpaar betrachtet werden sollen.
In einem sechsten Aspekt betrifft die Erfindung die Anwendung von Farbfilterpaaren zum Modifizieren jedes der Teilbilder in eine herkömmliche stereoskopische Zweikanal-Anzeige, vor der Verschmelzung der Bilder auf der Anzeigefläche, wobei die Farbfilterpaare so gewählt werden, daß die resultierenden verschmolzenen Stereogramme zur Betrachtung auf der gegebenen Anzeige mit einem ausgewählten Paar von Betrachtungsfarbfiltern, wie die Filter, die oben als ein vierter Aspekt erwähnt werden, oder Filtern geeignet sind, die gemäß des Verfahrens ausgewählt werden, das oben als ein fünfter Aspekt erwähnt wird.
In einem siebenten Aspekt betrifft das Verfahren eine Anzeige, wobei 2-Kanal-Techniken verwendet werden, eines Stereogramms, das so erstellt ist, daß ein Teilbild vollfarbig, das andere monochrom ist, wobei die visuelle Balance zwischen den beiden geeignet eingestellt wird.
In einem achten Aspekt betrifft die Erfindung die Anbringung spezieller Betrachtungsfilterpaare, die oben als ein vierter Aspekt erwähnt werden, in Brillen, Lorgnetten, Rahmen oder dergleichen.
In einem neunten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, wie eine speziell konstruierte elektronische Kamera, die optional ein Farbfilterpaar enthält und eine Einrichtung zur Trennung und Verschmelzung enthält, die so gewählt sind, daß Bilder, die durch die Kamera aufgezeichnet werden, aus zwei stereoskopisch verschmolzenen Teilbildern bestehen, deren Farbgehalt im wesentlichen aus dem Bild ein farbcodiertes Stereogramm oder ein speziell erstelltes Anaglyph macht, das zur Betrachtung einer gegebenen Anzeige durch ausgewählte Betrachtungsfilterpaare, wie die oben als einen vierten Aspekt erwähnten Filter, oder Filter geeignet ist, die gemäß des Verfahrens ausgewählt werden, das oben als ein fünfter Aspekt erwähnt wird.
In einem zehnten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, wie einen speziell konstruierten optischen Adapter zur Anbringung an eine vorhandene Kamera, wobei der Adapter ein Farbfilterpaar und eine Einrichtung zur Trennung und Verschmelzung enthält, die so gewählt sind, daß Bilder, die durch den Adapter aufgezeichnet werden, aus zwei stereoskopisch verschmolzenen Teilbildern bestehen, wobei deren Farbgehalt im wesentlichen aus dem Bild ein farbcodiertes Stereogramm oder ein speziell erstelltes Anaglyph macht, das zur Betrachtung einer gegebenen Anzeige durch ausgewählte Betrachtungsfilterpaare, wie die oben als einen vierten Aspekt erwähnten Filter, oder Filter geeignet ist, die gemäß des Verfahrens ausgewählt werden, das oben als ein fünfter Aspekt erwähnt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Folglich macht die Erfindung in einer ersten Ausführungsform von einem Spektralphotometer zur Messung der Spektralverteilungen von Filtern kombiniert mit kalorimetrischen Berechnungen des Lichtdurchgangs einer gegebenen Spektralverteilung durch Filter einer gegebenen Spektraleigenschaft Gebrauch, wobei die Berechnungen die numerische Bestimmung der Zahlen R2, R21 und R1 ermöglichen, die oben beschrieben werden.
In einer zweiten Ausführungsform werden die Farbmängel aus den bekannten spektralen Eigenschaften der Anzeigegrundfarben und der gewählten Filter berechnet, wobei die Berechnungen optional durch Beobachtungen einer Reihe von Testbildern ergänzt oder ersetzt werden, woraufhin eine Farbtonverschiebung, eine Farbton-Neuparametrisierung, eine Sättigungsverbesserungsverteilung und eine Helligkeitsverbesserungsverteilung aus Formeln bestimmt werden, die ähnlich zu jenen sind, die oben präsentiert und auf elektronische Bilder auf einer Bildelementebene angewendet werden, und es werden Verfahren und Kriterien für die weitere Anwendung einer Fleckfarbenkorrektur gewählt und angewendet.
In einer dritten Ausführungsform werden die beiden Teilbilder eines herkömmlichen Stereogramms in eine gewisse Form einer digitalen Darstellung gebracht, wobei beim linken Teilbild seine blaue „Ebene" oder „Kanal" entfernt ist, das rechte Teilbild durch ein monochromes Bild ersetzt ist, das sich als ein gewichteter Mittelwert seiner R-, G- und B-Ebenen mit Gewichten (0,15, 0,15, 0,7) ergibt, und das monochrome Bild, das als ein Bild mit einer Ebene betrachtet wird, dann für die fehlende Ebene des linken Teilbildes eingesetzt wird, siehe 18.
In einer vierten Ausführungsform weist die Erfindung ein Paar Farbfilter mit den spektralen Durchlaßeigenschaften auf, die in 2 gezeigt werden, die in einer Brille oder einem Betrachtungsrahmen zur Betrachtung der farbcodierten Stereogramme oder herkömmlich getrennten Farbanaglyphen angebracht sind.
In einer fünften Ausführungsform macht die Erfindung von bekannten Spektralverteilungen der Grundfarben einer Anzeige Gebrauch und wählt aus einem Satz verfügbarer Filter jene Paare aus, die den Farbecodierungstest bestehen, wie oben beschrieben, und wählt ferner aus den so gefundenen Paaren das Paar oder die Paare aus, die die zufriedenstellendste Farbbalance ergeben, die durch einen oder mehrere menschliche Beobachter festgestellt wird, die eine Auswahl von Testbildern betrachten.
In einer sechsten Ausführungsform wird ein stereoskopisches Bild auf einem Bildschirm unter Verwendung eines herkömmlichen stereoskopischen Zweikanalprojektors gezeigt, wobei die Teilbilder durch zwei Farbfilter mit spektralen Durchlaßeigenschaften wie in 9 gefiltert werden.
In einer siebenten Ausführungsform wird ein stereoskopisches Bild auf einem Monitor oder Bildschirm gezeigt, wobei die Teilbilder abwechseln (- sie werden folglich stereoskopisch mittels einer mit der Anzeige synchronisierten Betrachtungsvorrichtung getrennt -), wobei ein Teilbild im wesentlichen vollfarbig, das andere als ein monochromes Bild, optional mit reduzierten Kontrast und Intensität, gezeigt wird.
In einer achten Ausführungsform sind Filter, wie jene der vierten Ausführungsform oder gemäß der fünften Ausführungsform ausgewählte, in einer Brille angebracht.
In einer neunten Ausführungsform sind zwei elektronische Kameras auf z.B. einer Schiene angebracht, um die Variation des Abstands ihrer Linsen zu erleichtern, wobei die Linsen immer in derselben Ebene bleiben, wobei eine oder beide Kameralinsen optional mit Farbfiltern ausgestattet sind, wobei die elektronischen Signale aus den Kameras anschließend gemäß der Techniken der dritten Ausführungsform in das Signal verschmolzen werden, das für die Anzeige eines stereoskopischen Bildes benötigt wird.
In einer zehnten Ausführungsform ist ein Adapter, der einem herkömmlichen Entfernungsmesser sehr ähnlich ist, mit Trennfiltern ausgestattet, die an einem Paar Betrachtungsfilter geprüft werden, wie die Filter, die oben als ein vierter Aspekt erwähnt werden, oder Filter, die gemäß des Verfahrens ausgewählt werden, das oben als fünfter Aspekt erwähnt wird, und in einem Gehäuse angeordnet, das an einem Kameraobjektiv angebracht werden kann, siehe 17.
Liste der Tabellen
Tabelle 1 zeigt die spektralen Transmittanzen zweier Farbfilter, die mit „B" und „Y" bezeichnet sind, im Spektralbereich von 400 nm bis 700 nm mit einem Meßwert pro 25 nm, wobei die maximale theoretische Transmittanz auf 1 skaliert ist, und der Meßwert mit zwei Dezimalziffern angegeben wird.
Tabelle 2 zeigt die Farbtöne gemäß des „Hexagonal-Kegel"-Modells der berechneten (R,G,B)-Werte von 36 Farben. Die mit „H" bezeichneten Reihen stammen von Vielfachen der Form Mr, die mit „P" bezeichneten Reihen aus Vielfachen der Form Pr und die mit „Ps" bezeichneten Reihen von Vielfachen der Form Ps. Hier sind M und P die Matrizen, die vorhergehend unter „Farbkorrektur" definiert wurden; jeder Vektor r wird aus 36 farbtonäquidistanten Vektoren auf dem Umfang des „Hexagonal-Kegels" entnommen, wobei sich der erste Vektor bei reinem Rot befindet; und jeder Vektor s wird ebenso vom Umfang des „Hexagonal-Kegels" entnommen, wobei jedoch 1/144 zu den Farbton-Werten verglichen mit denen der r-Vektoren addiert wird.
Tabelle 3 zeigt Verhältnisse von NTSC-Leuchtdichten, Lm/Lp. Die Lm-Werte wurden aus den Mr-Werten, die Lp-Werte aus den Ps-Werten berechnet, siehe die Beschreibung der Tabelle 2 oben.
Tabelle 4 zeigt NTSC-Leuchtdichtedifferenzen (mit „L" bezeichnete Reihen) gegen skalierte Farbtondifferenzen (mit „H" bezeichnete Reihen) zwischen den (R,G,B)- Werten, die für jedes Auge berechnet werden, gemäß der Modelle, die oben unter „Farbkorrektur" beschrieben werden. Die Leuchtdichtedifferenzen werden so auf das Intervall [–1;1] beschränkt. Die Farbtondifferenzen wurden modulo-0,5 berechnet, dann mit einem Faktor 2 skaliert, um sie in das Intervall [0;1] fallen zu lassen, was die Beobachtungen erleichtert.
Liste der Figuren
In den 1 bis 15 werden Paare spektraler Transmittanzkurven für Filterpaare gezeigt, die in den folgenden Ansprüchen erwähnt werden. Die Transmittanzen wurden mit einem Spektralphotometer gemessen, wobei der relevante Spektralmeßbereich 400 nm bis 700 nm beträgt und der Bereich der Transmittanzmessungen als 0% bis 100 gegeben ist. In jeder dieser Figuren ist eine Kurve mit „xx1" und die andere mit „xx2" bezeichnet, wobei „xx" die Nummer der Figur ist.
1 bis 10 zeigen die spektralen Durchlaßeigenschaften eines Farbfilterpaares, die mit einem Spektralphotometer gemessen werden, wobei das mit „xx1" bezeichnete Filter im wesentlichen blau ist, und das mit „xx2" bezeichnete Filter im wesentlichen gelb ist.
11 bis 15 zeigen jeweils die spektralen Durchlaßeigenschaften eines Farbfilterpaares, die mit einem Spektralphotometer gemessen werden, wobei das mit „xx1" bezeichnete Filter im wesentlichen rot ist, und das mit „xx2" bezeichnete Filter im wesentlichen cyan-farbig ist.
16 zeigt in einer schematischen Form eine Kamera oder ähnliche Einrichtung zur Aufzeichnung eines Stereogramms in einer solchen Weise, daß ein wesentlicher Teil der Bildtrennung und optionalen Farbkorrektur, die die Erfindung kennzeichnet, als ein integraler Teil der Aufzeichnung durchgeführt wird. Die Kamera, die im wesentlichen aus zwei Kameras besteht, die hintereinander zusammen mit einer Einrichtung zur Stereogrammverschmelzung arbeiten, weist optionale optische Filter 1601 und 1610, Linsensysteme 1602 und 1620, eine Einrichtung 1630 zur Einstellung des Abstands zwischen den Linsensystemen, Einrichtungen 1604 und 1640 zur Umwandlung der Bilder, die durch die Linsensysteme 1602 und 1620 eingegeben werden, in eine elektronische Form, Einrichtungen 1605 und 1650 zur weiteren Verarbeitung dieser elektronischen Signale und eine Einrichtung 1660 zu ihrer Verschmelzung in ein Stereogramm auf.
17 zeigt in einer schematischen Form einen Adapter oder eine ähnliche Einrichtung, um es einer Kamera zu ermöglichen, ein Bild aufzuzeichnen, das ein farbcodiertes Stereogramm emuliert, wobei der Adapter optische Filter 1701 und 1710, Einrichtungen 1706 und 1760, wie einen Spiegel und einen halbdurchlässigen Spiegel, zum Verschmelzen der Bilder in ein Stereogramm, und eine Einrichtung 1770 zum Anbringen des Adapters an die Kamera aufweist.
18 zeigt in einer schematischen Form, wie die beiden Teilbilder eines herkömmlichen Stereogramms (beide Bilder sind in eine gewisse Form einer digitalen Darstellung gebracht) in ein farbcodiertes Stereogramm 1830 umge wandelt werden können. Beim linken Teilbild 1810 ist seine blaue „Ebene" oder „Kanal" 1814 entfernt, das rechte Teilbild 1820 ist durch ein monochromes Bild ersetzt, das sich als ein gewichteter Mittelwert seiner R- 1821, G- 1822 und B- 1823-Ebenen mit Gewichten (0,15, 0,15, 0,7) ergibt, und das monochrome Bild 1824, das als ein Bild mit einer Ebene betrachtet wird, wird dann für die fehlende Ebene des linken Teilbildes 1815 eingesetzt.
Beachte: Mehrere der folgenden Ansprüche beziehen sich auf Filterpaare, die durch die Kurvenpaare definiert werden, die in den Figuren gezeigt werden. Diese Kurven werden unter Verwendung von Spektralphotometrie gemessen und sind daher bis zu den Grenzen der Vorrichtung genau, wobei diese Grenzen im allgemeinen sehr viel genauer als die Genauigkeit der Herstellung sind, so daß die Kurven in einem gewissen Sinne unangemessen genau sind. Außerdem werden viele Filterpaare genau so gut arbeiten, wenn sie einer Dämpfung durch neutralgraues Filter unterliegen, oder als eine Art einer entgegengesetzten Arbeitsweise mit einer höheren Transmittanz hergestellt werden, was äquivalent zum Abziehen von Effekten eines neutralgrauen Filters ist. Daher, und um unnötig lange Formulierungen zu vermeiden, wird überall eine vereinfachende Konvention verwendet. Wenn eine Filterkurve gegeben ist, soll ihre Einhüllende ein Kurvenpaar sein, das die gegebene Kurve umgibt: wo auch immer die gegebene Kurve eine erheblichen Wert repräsentiert, der so gewählt wird, daß er eine absolute Transmittanz von 20 Prozent oder mehr aufweist, wird das Einhüllendenkurvenpaar aus der gegebenen Kurve erhalten, indem ein Relativwert von 10 Prozent des Wertes addiert und subtrahiert wird, der durch die gegebene Kurve repräsentiert wird. Wo auch immer die gegebene Kurve eine absolute Transmittanz von weniger als 20 Prozent repräsentiert, wird das Einhüllendenkurvenpaar erhalten, indem ein Absolutwert von 2 Prozent addiert und subtrahiert wird. Falls eine der so erhaltenen Einhüllendenkurven außerhalb der Grenze von 0 Prozent bis 100 Prozent der absoluten Transmittanz fällt, ist sie so ver formt, daß sie auf der Grenze über dem fraglichen Bereich liegt. Nun sollen zwei unterschiedliche Kurven spektral äquivalent sein, wenn irgendein Vielfaches (punktweise Multiplikation mit einem einzigen numerischen Faktor) einer Kurve in die Einhüllende der anderen über einen Gesamtbereich fällt, der möglicherweise in zwei oder mehr Teile von 260 Nanometern oder mehr des Bereichs von 400 Nanometern bis 700 Nanometern unterteilt ist. Ebenso wird ein Kurvenpaar (wie es in den Figuren erscheint) als spektral äquivalent mit einem anderen, Versuchskurvenpaar genannt, wenn eine Kurve des gegebenen Paar mit einer der Kurven des Versuchspaars spektral äquivalent ist und die andere Kurve des gegebenen Paars mit der anderen Kurve des Versuchspaars spektral äquivalent ist.
Tabellen
Tabelle 1:
Tabelle 2:
Tabelle 3:
Tabelle 4:

Claims

Verfahren zum Identifizieren eines Paares optischer Farbfilter zur Betrachtung von Stereogrammen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die Schritte aufweist: – Auswählen einer Anzeigevorrichtung, – Auswählen eines Satzes P von Farben, die auf der Anzeigevorrichtung darstellbar sind, und Nennen der Mitglieder von P die Grundfarben, – Benennen der Filters als „den 1-Filter" und „den 2-Filter", – Unterteilen des Anzeigen-Grundfarbensatzes P in zwei getrennte Sätze I und II, so daß P = I + II, während I und II kein gemeinsames Mitglied aufweisen, – Anzeigen eines ersten Bildes, das einheitlich in der leuchtendsten Farbe gefärbt ist, die auf der Anzeigevorrichtung verfügbar ist, wenn der vollständige Satz P verwendet wird, – Messen der spektralen Durchlaßeigenschaften und Berechnen des y-Werts Lu gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbvergleichsfunktionen des ersten Bildes, das durch den 2-Filter betrachtet wird, – Anzeigen eines zweiten Bildes, das einheitlich in der leuchtendsten Farbe gefärbt ist, die verfügbar ist, wenn der I-Satz verwendet wird, – Messen der spektralen Durchlaßeigenschaften und Berechnen des y-Werts L11 gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbvergleichsfunktionen des zweiten Bildes, das durch den 1-Filter betrachtet wird, – Messen der spektralen Durchlaßeigenschaften und Berechnen des y-Wertes L12 gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbver gleichsfunktionen des zweiten Bildes, das durch den 2-Filter betrachtet wird, – Anzeigen eines dritten einheitlich gefärbten Bildes in der leuchtendsten Farbe, die verfügbar ist, wenn der II- Satz verwendet wird, – Messen der spektralen Durchlaßeigenschaften und Berechnen des y-Wertes L21 gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbvergleichsfunktionen des dritten Bildes, das durch den 1-Filter betrachtet wird, – Messen der spektralen Durchlaßeigenschaften und Berechnen des y-Wertes L22 gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbvergleichsfunktionen des dritten Bildes, das durch den 2-Filter betrachtet wird, – Berechnen der Zahlen R1 = L21/L11, R21 = L21/Lu und R2 = L12/L22, – Akzeptieren des 1-Filters und des 2-Filters als ein gültiges Filterpaar, wenn: R1 ≤ 0,05, R21≤ 0,01 und R2 ≥ 0,01.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung mit optischen Farbfiltern zur Farbtrennung ausgestattet ist, die angepaßt sind, P in I und II zu unterteilen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner ein Abgleichen der beiden Filter mittels eines neutralgrauen Filters aufweist, der mit dem einem oder dem anderen Filter kombiniert wird.
Verfahren zur Stereogramm-Herstellung, in der zwei Teilbilder, die mindestens im wesentlichen vollfarbig sind, und zusammen ein herkömmliches Stereogramm bilden, zu einem Bild kombiniert werden, wobei die Kombination eine Wahl eines Satzes P von Grundfarben und eine Unterteilung von P in zwei getrennte Sätze I und II umfaßt, und das aufweist: – Ersetzen eines der beiden Teilbilder durch ein Teilbild, in dem bei jedem Punkt oder jeder Fläche sein Farbgehalt relativ zu seinem ursprünglichen Farbgehalt gemäß den Beträgen des ursprünglichen Farbgehalts reduziert wird, die die Verwendung der Grundfarben aus dem Satz I erfordern, Ersetzen des anderen Teilbildes durch ein monochromes Teilbild, wobei die monochromen Werte Punkt für Punkt oder Fläche für Fläche als gewichtete Mittelwerte des ursprünglichen Farbgehalts erhalten werden, der unter Verwendung des vollständigen Satzes P spezifiziert wird, wobei die Mittelwertbildungsgewichte positiv sind, sich zu eins summieren und keines von ihnen kleiner als 0,05 ist, wobei die beiden resultierenden Teilbilder schließlich zu einem verschmolzen werden.
Filterpaar zur Betrachtung von Stereogrammen oder herkömmlich hergestellten Farbanaglyphen-Stereogrammen, wobei das Filterpaar zwei Filter aufweist, einen 1-Filter und einen 2-Filter, wobei die Filter solche Spektraleigenschaften aufweisen, daß: – wenn ein erstes Bild durch den 2-Filter angezeigt wird, wobei das erste Bild einheitlich in der leuchtendsten Farbe gefärbt ist, die auf der Anzeigevorrichtung verfügbar ist, wenn ein vollständiger Satz P Grundfarben verwendet wird, und die spektralen Durchlaßeigenschaften gemessen werden, ein y-Wert Lu erhalten wird, der gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbvergleichsfunktionen berechnet wird, wobei der Satz P auf einer Anzeigevorrichtung darstellbar ist, wobei eine additive Farbmischung verwendet wird, und in zwei getrennte Sätze I und II zerlegt wird, so daß P = I + II, während I und II kein gemeinsames Mitglied aufweisen, – wenn ein zweites Bild, das einheitlich in der leuchtendsten Farbe gefärbt ist, die verfügbar ist, wenn der I-Satz verwendet wird, durch den 2-Filter angezeigt wird, und die spektralen Durchlaßeigenschaften gemessen werden, ein y- Wert L12 erhalten wird, der gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbvergleichsfunktionen berechnet wird, – wenn ein drittes Bild, das einheitlich in der leuchtendsten Farbe gefärbt ist, die verfügbar ist, wenn der II-Satz verwendet wird, durch den 2-Filter angezeigt wird, und die spektralen Durchlaßeigenschaften gemessen werden, ein y-Wert L22 erhalten wird, der gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbvergleichsfunktionen berechnet wird, – wenn das zweite Bild durch den 1-Filter angezeigt wird und die spektralen Durchlaßeigenschaften gemessen werden, ein y-Wert L11 erhalten wird, der gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbvergleichsfunktionen berechnet wird, und – wenn das dritte Bild durch den 1-Filter angezeigt wird und die spektralen Durchlaßeigenschaften gemessen werden, ein y-Wert L21 erhalten wird, der gemäß den 1931-CIE-Dreibereichs-Farbvergleichsfunktionen berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß L21/L11 ≤ 0,05, L21/Lu ≤ 0,01 und L12/L22 ≥ 0,005.
Farbfilterpaar nach Anspruch 5, das die Anforderungen erfüllt: L21/L11 ≤ 0,05, L21/Lu ≤ 0,01 und L12/L22 ≥ 0,01.
Filterpaar nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Paar die Anforderungen erfüllt: L21/L11 ≤ 0,05, L21/Lu ≤ 0,01 und L12/L22 ≥ 0,05.
Filterpaar nach einem der Ansprüche 5–7, das ferner ein neutralgraues Filter aufweist, das mit dem 1-Filter oder dem 2-Filter kombiniert ist.
Filterpaar nach einem der Ansprüche 5–7, wobei das Filterpaar einen ersten Filter, der als einen nächstgelegenen Farbton in den RGB-Grundfarben eine blaue Farbe aufweist, und einen zweiten Filter aufweist, der als einen nächstgelegenen Farbton in den CMY-Grundfarben eine gelbe Farbe aufweist.
Filterpaar nach einem der Ansprüche 5–7, wobei das Filterpaar einen ersten Filter, der als einen nächstgelegenen Farbton in den RGB-Grundfarben eine rote Farbe aufweist, und einen zweiten Filter aufweist, der als einen nächstgelegenen Farbton in den CMY-Grundfarben eine Cyan-Farbe aufweist.
Filterpaar nach einem der Ansprüche 5–7, wobei das Filterpaar einen ersten Filter, der als einen nächstgelegenen Farbton in den RGB-Grundfarben eine grüne Farbe aufweist, und einen zweiten Filter aufweist, der als einen nächstgelegenen Farbton in den CMY-Grundfarben eine Magenta-Farbe aufweist.
Filterpaar nach einem der Ansprüche 5–11 zur Erzeugung zweier Teilbilder zur stereoskopischen Betrachtung.
Filterpaar nach Anspruch 12, wobei das Filterpaar einen ersten Filter, der als einen nächstgelegenen Farbton in den RGB-Grundfarben eine blaue Farbe aufweist, und einen zweiten Filter aufweist, der als einen nächstgelegenen Farbton in den CMY-Grundfarben eine gelbe Farbe aufweist.
Filterpaar nach Anspruch 12, wobei das Filterpaar einen ersten Filter, der als einen nächstgelegenen Farbton in den RGB-Grundfarben eine rote Farbe aufweist, und einen zweiten Filter aufweist, der als einen nächstgelegenen Farbton in den CMY-Grundfarben eine Cyan-Farbe aufweist.
Filterpaar nach Anspruch 12, wobei das Filterpaar einen ersten Filter, der als einen nächstgelegenen Farbton in den RGB-Grundfarben eine grüne Farbe aufweist, und einen zweiten Filter aufweist, der als einen nächstgelegenen Farbton in den CMY-Grundfarben eine Magenta-Farbe aufweist.
Brille, die ein Filterpaar nach einem der Ansprüche 5-11 aufweist.
Lorgnette, die ein Filterpaar nach einem der Ansprüche 5–11 aufweist.
Betrachtungsrahmen, der ein Paar Filter nach einem der Ansprüche 5–11 aufweist.
Vorrichtung zur Aufzeichnung eines Stereogramms, wobei die Vorrichtung aufweist: – zwei Linsensysteme (1602, 1620), – eine Einrichtung (1630) zur Einstellung eines Abstands zwischen den Linsensystemen (1602, 1620), – eine Einrichtung (1604, 1640) zur Umwandlung der Bilder, die durch die Linsensysteme (1602, 1620) gebildet werden, in eine elektronische Form, – eine Einrichtung (1660) zum Verschmelzen der aufgezeichneten Bilder in ein Stereogramm gemäß dem Verfahren nach Anspruch 4.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei ein oder beide Linsensystem(e) (1602, 1620) einen optischen Farbfilter (1601, 1610) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei beide Linsensysteme (1602, 1620) mit einem optischen Farbfilter (1601, 1610) versehen sind, wobei die optischen Filter (1601, ,1610) Filter nach Anspruch 12 sind.
Vorrichtung zur Aufzeichnung eines Stereogramms, wobei die Vorrichtung aufweist: – eine Kamera mit einem Linsensystem, – einen Adapter, der an der Kamera anzubringen ist, wobei der Adapter zwei optische Farbfilter (1701, 1710) nach Anspruch 5 aufweist, – eine Einrichtung (1706, 1760) zum Verschmelzen der Teilbilder, nachdem sie durch die Farbfilter (1701, 1710) gefiltert worden sind und vor ihrem Durchgang durch das Linsensystem der Kamera.
Adapter zur Verwendung in der Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Adapter zwei optische Farbfilter (1701, 1710) nach Anspruch 5 aufweist.
Farbkorrekturverfahren zur Modifikation eines Stereogramms, das angepaßt ist, durch ein Filterpaar nach einem der Ansprüche 5–11 betrachtet zu werden, wobei die Korrektur die Schritte aufweist: – Bereitstellen eines Stereogramms, – einheitliches Verschieben des gesamten Farbtonkreises, – Identifizieren mindestens eines Farbtons als (einen) feste(n) Farbtonpunkt(e) und Verschieben der Farbtonwerte zwischen dem (den) festen Punkt(en) um variierende Beträge, – eine Helligkeitskalibrierung, die über alle Farben entsprechend ihres Farbtons verteilt ist, wobei diese Modifikationen angewendet werden: – auf den Pegel allgemeiner Farbtöne im Bild, – auf den ganzen Farbraum, der durch die Aufzeichnungsvorrichtung oder das Speichermedium oder die Anzeigevorrichtung angesprochen wird, – auf den Pegel einzelner Bildelemente vor einer Verschmelzung oder im verschmolzenen Bild, – auf den Pegel einzelner Bildelemente im verschmolzenen Bild, die mit ursprünglichen Bildelementwerten verglichen werden, – auf den Pegel einzelner Bildelemente im verschmolzenen Bild, die mit homologen Punktpaaren in den beiden Teilbildern des Stereogramms verglichen werden, oder – auf den Pegel von Listen homologisch verknüpfter Bildelemente.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei eine gerade Zahl von Farbtönen als feste Farbtonpunkte identifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 24, die ferner eine Farbton- oder Helligkeitskorrektur gewählter einzelner Farben oder Farbbereiche aufweist.