EP1019776A1 - Method and device for producing an image which can be represented in 3-d - Google Patents

Method and device for producing an image which can be represented in 3-d

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EP1019776A1
EP1019776A1 EP98946376A EP98946376A EP1019776A1 EP 1019776 A1 EP1019776 A1 EP 1019776A1 EP 98946376 A EP98946376 A EP 98946376A EP 98946376 A EP98946376 A EP 98946376A EP 1019776 A1 EP1019776 A1 EP 1019776A1
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EP
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images
image
lenses
arrangement according
diverging
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Withdrawn
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EP98946376A
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Inventor
Helmut Würz
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Individual
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    • H04N13/207Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G02B30/27Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
    • GPHYSICS
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Definitions

  • the invention is based on an image that can be recognized by a viewer as a spatial image without additional aids.
  • the impression of spatial depth can be created on a two-dimensional image display medium, for example a printed sheet of paper or a screen, by displaying on the image display medium a so-called parallax panorama diagram, which is then viewed through a lens grid arranged in front of the image plane .
  • the parallax panoramagram is a representation of the three-dimensional object, which consists of several corresponding partial images nested in one another in the lenticular grid.
  • the lenticular grid serves to optically separate the partial images from one another, so that in the
  • the lenticular grid is arranged in front of the panorama diagram in such a way that the focal plane of the lenses essentially coincides with the image plane.
  • the light emanating from a point in the image plane is then refracted by the lenses into a substantially parallel beam which forms a certain angle with the normal to the image.
  • the angle between the viewing direction and the image normal is, according to the laws of geometric optics, the distance between the point under consideration and the optical axis associated lens determined.
  • the desired assignment between the partial images and the viewing direction can thus be achieved in that the partial image elements are arranged in suitable positions with respect to the lenticular grid.
  • a lens grid consisting of vertically extending cylindrical lenses is usually used, and the viewing angle is varied horizontally, so that in particular the different parallaxes for the left and right eyes of the viewer are reproduced, thus giving the impression of spatial depth.
  • DE-OS 21 42 099 Also known is an additional device (DE-OS 21 42 099) that continuously moves a serial camera in an arc around the subject. Here, too, several recordings are made with one camera.
  • a method is known from EP 0 583 766 A1, in which the three-dimensional structure of the object is represented by a sequence of images which were recorded from a plurality of viewing directions varying around a central viewing direction.
  • the image data is entered into a computer that calculates the parallax panoramagram, which is then printed on an image display medium. With the help of the computer, further interim caste images are synthesized that correspond to additional viewing directions.
  • a three-dimensional coordinate system (Cartesian), which is defined by a set of vectors, is used to calculate the panoramagram of an object, the viewer being at a specific location at a finite distance from the object and the gaze always remains on a certain view target point.
  • the calculation here provides that the panoramagram contains several 2-D image elements assigned to each point of the three-dimensional object. This presupposes that sufficiently fine lenticular grids are used and the line elements are in the focal plane of the lenses.
  • the nested partial images or 2D image elements are located in the focal plane of the lenses and are essentially refracted as a parallel beam which forms a certain angle with the image normal. For this reason, it is necessary to use relatively fine lenticular grids in order to achieve adequate resolution.
  • the resolution of the three-dimensional image is determined by the lenticular grid.
  • the resolution of the image display medium used should be a multiple of this resolution, so that nested partial images with corresponding details can still be displayed under a lens. This leads e.g. B. with TV monitors already to major almost unsolvable problems.
  • the horizontal extent of a pixel on a 57-cra screen is approximately 0.6 mm. If one now assumes that for the construction of a parallax panoramagram with four partial images per lens, four image points are used for each partial image, the individual lens should have a width of 9.6 mm. Since the pixels are now in the focal plane of the lenses, the light is deflected by the monitor as a parallel beam in 4 different directions. As a result, the image is only 1/4 of the monitor resolution and can also have gaps in the form of dark stripes.
  • the invention has for its object to provide a simple method and an arrangement for producing a spatially reproducible image, which is small
  • the invention proposes a method with the features mentioned in claim 1.
  • the invention also proposes an arrangement with the features mentioned in claim 15.
  • the invention is based on the idea that the spatial object to be imaged produces several complete images which show the object from several laterally offset directions, each individual lens being assigned a complete image.
  • the position of the image plane relative to the lenticular grid is not, as in the known methods, in the focal plane of the lenses, but, like in the case of a magnifying glass, between the focal point and the lens at a specific distance which is related to the depth and focal length.
  • An actually existing lenticular grid which consists, for example, of several diverging lenses, is used to generate the images.
  • this lenticular grid can also be simulated mathematically.
  • the raster is imaged with the virtual images generated in the diverging lenses as an entire image by a camera, and this imaging can also be carried out arithmetically.
  • the areal complete image of the object generated corresponds to the individual views of the object taken from respectively adjacent starting points at a distance of the lens width of the individual lens of the lenticular screen.
  • Each individual image has the parallax differences in all pixels or pixel sets in relation to its spatial depth compared to its neighboring images, which periodically repeat for each pixel or pixel set of the same depth point at a constant distance from image to image, as long as they can still be found in the respective image section is.
  • the recording of the object from two directions lying side by side is sufficient so that two images of the object are generated.
  • the larger the number of individual images the better the viewing possibility for the viewer, i.e. the greater the angle that enables spatial perception.
  • the spatial image lies behind the lenticular grid.
  • the effect achieved is comparable to a window through which you can look through.
  • the spatial image appears to be in front of the lenticular grid. It gives the impression that the object is floating in the room.
  • the width of the magnifying glasses is equal to the width of the images. Then a magnifying glass is arranged at the appropriate distance before the individual image when viewing the images.
  • the images are produced or generated in a shortened manner in the lateral direction. Then the resulting overall image retains approximately the same ratio of height and width, so that it can be more easily recognized by the viewer.
  • Images of the object from the different directions can be produced optically, in particular in further training, with the help of an optical image.
  • the images of the object are generated by calculation. This is particularly important or useful if the objects to be imaged are of a geometric type, that is to say essentially consist of lines.
  • This type of generation of the images can be carried out, for example, if the objects are also objects which can be determined by calculation, that is to say, for example, in CAD programs. Since the imaging equations of optical systems are known, the images can also be easily calculated. It is also possible, for example, to carry out an optical imaging on an electrically scannable device, for example a CCD sensor, and then to have the effect of the lenses calculated. This is also possible with normal pictures, not only if the objects to be displayed consist of lines.
  • the images are generated simultaneously.
  • the images can be generated, for example, on a photographic film, that is to say in a camera or film camera, or else on a monitor or a screen.
  • the invention also proposes an arrangement with the features mentioned in claim 15.
  • the device for viewing the image can be part of the image, or an additional device that the viewer has with him in a manner similar to a magnifying glass or an enlarger for slides.
  • the width of the magnifying glasses is equal to the width of the images.
  • the recording device is designed such that the images are produced in a shortened manner in the lateral direction.
  • the recording device can have an optical camera or be formed by it. It is also possible that the recording device has a video camera if spatial processes are to be recorded and reproduced.
  • the recording device can also be designed such that it calculates the images mathematically.
  • the mapping equations of optical devices such as lenses, mirrors or the like are known. It is therefore possible to also compute an image of an object. This is especially true if the objects are also in the form of equations or numerical values, such as in CAD programs.
  • the recording device generates all images simultaneously or quasi simultaneously.
  • One way of generating several laterally shortened images is to produce the images using a series of cylindrical diverging lenses lying next to one another.
  • the images are generated and / or reproduced on a screen. This is also to be understood to mean that the images are first generated on an electrically scannable intermediate arrangement and only then are they generated on a screen with visible information.
  • Figure 1 is a schematic representation of the creation of an image from several images.
  • FIG. 2 shows the arrangement for viewing the image generated in FIG. 1;
  • Fig. 3 is a schematic illustration for explaining the composition of several images;
  • 6 - 9 are schematic representations for further explanation.
  • FIG. 1 shows, in a very simple overview, one possibility of how a series of adjacent images can be produced from different directions in an image plane 2 from a spatial object 1 with the aid of an optical system.
  • an optical system is provided, which is implemented by the lens 3 shown schematically.
  • the lens 3 can be a photographic lens.
  • the lens 3 would normally produce a two-dimensional image of the object 1 in the image plane 2.
  • a device 4 for producing a plurality of individual images is arranged in front of the lens 3 in the beam path between the object 1 and the image plane 2. It is a series of cylindrical diffusion lenses 5 lying next to one another, that is to say, for example, a glass body which is provided with concave grooves on one of the two sides.
  • An image of the complete object 1 falls on each of the cylindrical lenses formed thereby, all of the diverging lenses seeing the object 1 from a different direction. These different directions are laterally offset transversely to the cylinder axes of the lenses.
  • a shortened image of the object 1 is generated in this direction, which with the help of Lens 3 is imaged in the image plane.
  • the device 4 is designed such that the individual images 6 of the object 1 are arranged next to one another with little or no spacing in the image plane 2.
  • a single magnifying glass 8 is arranged in front of each individual image, through which this image can be viewed. The distance between the
  • Image plane 2 and the viewing device 7 are selected such that the image plane 2 lies behind or in front of the focal plane of the magnifying glasses 8. This creates a virtual image that is enlarged when viewing the individual images.
  • the size of the grid i.e. H. the width of the individual figures 6 and the cylindrical magnifying glasses 8 can be relatively large.
  • FIG. 3 schematically shows two adjacent images in the form of an arrow 9, a cylindrical magnifying glass 8 being provided for each arrow 9. Since the images of the object, in this case the arrows 9a, 9b, are taken from different directions, they are also at different locations in relation to their magnifying glasses 8a, 8b. When looking at arrow 9a through magnifying glass 8a, an image b is formed.
  • the following equation applies:
  • the sizes of the grid width b and the focal length f are constant in a given lens system, so that the correction contribution C depends directly on the depth T of the virtual pixel behind the lens grid.
  • the tip of the arrow 9a is shifted upward by the amount C in the lower lens system in FIG. 3 compared to the upper system from the respective optical axes. The following then applies to the distance a of the same depth point from image to image:
  • each individual lens system of the lenticular screen contains a reduced version of the when looking at the overall picture with the corresponding differences in direction in the illustration.
  • the width of the respective image section corresponds to the width of the individual lens of the lenticular screen.
  • the position of the image plane in relation to the lenticular grid is not here in the focal plane of the lenses as in the other methods, but rather, as in the use of a magnifying glass, between the focal point and the lens at a specific distance from the depth and focal length is related.
  • the light rays of an image point are no longer emitted by a lens as a parallel beam, but rather as a diverging bundle, in the form that the image points of an identical spatial point converge under each lens in a rearward extension into a virtual spatial image point.
  • the essential and decisive advantage of the new method proposed by the invention compared to the previous method is that the fine lenticular grid required in the known methods and below the resolution of the eye is no longer necessary here.
  • Grid widths can be selected, which may be relatively large, since even large individual images continuously merge into an overall image without a disturbing transition.
  • the upper limit of the grid width depends on the viewing distance. At least two lenses of the lenticular screen with their partial images and the differences in direction have to be imaged on the retina of the eye in the area of sharp vision.
  • a lenticular grid with positive lenses in the correct size ratio is used for the reproduction and placed in front of the image plane, the recorded object appears as a three-dimensional spatial image.
  • a lenticular grid can, for example, be attached directly to the television set, possibly also subsequently.
  • Another possible application is the three-dimensional representation of CAD drawings on a screen.
  • the individual partial images can be calculated using the known imaging equations and displayed in a grid on the screen, in front of which a front lens with the cylindrical magnifying glasses can then be attached in the correct grid.
  • Image size B 3.97 mm
  • FIG. 9 shows a lenticular grid made up of converging lenses in the arrangement of magnifying glasses, with the same theoretical lens data as above:
  • Image size B 3.97 mm
  • Lens data for the recording grid and the playback grid, the real object and the virtual spatial image are completely identical in size and depth.
  • this consideration led to a lenticular screen with diverging lenses and the resulting advantageous possibility of obtaining finished partial images with all the parallel differences of the three-dimensional object in one go. Since these drawing files are only available virtually, the lenticular grid must be displayed as an entire picture. This is advantageously done with a commercially available camera, regardless of whether a photo, digital or video camera is used.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for producing or generating an image which can be represented in 3-D. According to the invention, several complete pictures of an object being represented are taken from different laterally staggered directions, in a single procedure. The pictures are preferably taken through a series of cylindrical dispersing lenses which are arranged in the beam path in front of the camera objective. The resulting picture, e.g., a paper photograph or a transparency, is viewed through a series of cylindrical magnifying lenses side-by-side, the width of said magnifying lenses being equal to the width of the individual pictures. The inventive method is also suitable for CAD representations and for a 3-D television.

Description

Beschreibung: Description:
Verfahren und Anordnung zum Herstellen eines räumlich wiedergebbaren BildesMethod and arrangement for producing a spatially reproducible image
Die Erfindung geht aus von einem Bild, das von einem Betrachter ohne zusätzliches Hilfsmittel als räumliches Bild erkannt werden kann.The invention is based on an image that can be recognized by a viewer as a spatial image without additional aids.
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen, mit denen Bilder von Gegenständen hergestellt werden können, die dann vom Betrachter als räumliches Bild aufgenommen werden können.There are a number of methods and devices with which images of objects can be produced, which can then be recorded as a spatial image by the viewer.
Es ist bekannt, dass auf einem zweidimensionalen Bildwiedergabemedium, beispielsweise einem bedruckten Blatt Papier oder einem Bildschirm, der Eindruck räumlicher Tiefe hervorgerufen werden kann, indem auf dem Bildwiedergabemedium ein sogenanntes Parallax-Panoramagramm dargestellt wird, das dann durch ein vor der Bildebene angeordnetes Linsenraster betrachtet wird. Bei dem Parallax-Panoramagramm handelt es sich um eine Darstellung des dreidimensionalen Objekts, die aus mehreren entsprechenden dem Linsenraster ineinander verschachtelten Teilbildern besteht. Das Linsenraster dient dazu, die Teil- bilder optisch voneinander zu trennen, so dass bei derIt is known that the impression of spatial depth can be created on a two-dimensional image display medium, for example a printed sheet of paper or a screen, by displaying on the image display medium a so-called parallax panorama diagram, which is then viewed through a lens grid arranged in front of the image plane . The parallax panoramagram is a representation of the three-dimensional object, which consists of several corresponding partial images nested in one another in the lenticular grid. The lenticular grid serves to optically separate the partial images from one another, so that in the
Betrachtung aus einer bestimmten Ansichtsrichtung jeweils nur das zu dieser Ansichtsrichtung gehörende Teilbild erkennbar ist. Hierzu wird das Linsenraster so vor dem Panoramagramm angeordnet, dass die Brennebene der Linsen im wesentlichen mit der Bildebene zusammenfällt. Das von einem Punkt in der Bildebene ausgehende Licht wird dann durch die Linsen in ein im Wesentlichen paralleles Strahlenbündel gebrochen, das mit der Bildnormalen einen bestimmten Winkel bildet. Der Winkel zwischen der Ansichtsrichtung und der Bildnormalen ist nach den Gesetzen der geometrischen Optik durch den Abstand zwischen dem betrachteten Punkt und der optischen Achse der zugehörigen Linse bestimmt. Die gewünschte Zuordnung zwischen den Teilbildern und der Ansichtsrichtung lässt sich somit dadurch erreichen, dass die Teilbildelemente in geeigneten Positionen in Bezug auf das Linsenraster angeordnet werden. In der Praxis wird zumeist mit einem Linsenraster aus vertikal verlaufenden Zylinderlinsen gearbeitet, und der Betrachtungswinkel wird in der Horizontalen variiert, so dass insbesondere die unterschiedlichen Parallaxen für das linke und das rechte Augen des Betrachters wiedergegeben werden und somit der Eindruck räumlicher Tiefe entsteht.Viewing from a certain viewing direction, only the partial image belonging to this viewing direction can be seen. For this purpose, the lenticular grid is arranged in front of the panorama diagram in such a way that the focal plane of the lenses essentially coincides with the image plane. The light emanating from a point in the image plane is then refracted by the lenses into a substantially parallel beam which forms a certain angle with the normal to the image. The angle between the viewing direction and the image normal is, according to the laws of geometric optics, the distance between the point under consideration and the optical axis associated lens determined. The desired assignment between the partial images and the viewing direction can thus be achieved in that the partial image elements are arranged in suitable positions with respect to the lenticular grid. In practice, a lens grid consisting of vertically extending cylindrical lenses is usually used, and the viewing angle is varied horizontally, so that in particular the different parallaxes for the left and right eyes of the viewer are reproduced, thus giving the impression of spatial depth.
Bei einem bekannten Verfahren (DE-OS 23 48 700) wird ein Gegenstand sequentiell mit einer Kamera aufgezeichnet. Zu diesem Zweck muss die Kamera zwischen den einzelnen Aufnahmen verschoben werden.In a known method (DE-OS 23 48 700) an object is recorded sequentially with a camera. For this purpose, the camera must be moved between the individual shots.
Ebenfalls bekannt ist ein Zusatzgerät (DE-OS 21 42 099) , das eine serienmäßige Kamera kontinuierlich bogenförmig um das Aufnahmeobjekt bewegt. Auch hier werden also mehrere Aufnah- men mit einer Kamera hintereinander angefertigt.Also known is an additional device (DE-OS 21 42 099) that continuously moves a serial camera in an arc around the subject. Here, too, several recordings are made with one camera.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren (DE-PS 26 11 717) werden ebenfalls sequentiell Belichtungen durchgeführt und eine Relativbewegung zwischen dem Original und den Lichtbün- dein durchgeführt.In another known method (DE-PS 26 11 717) exposures are also carried out sequentially and a relative movement between the original and the light beam is carried out.
Aus EP 0 583 766 AI ist ein Verfahren bekannt, bei dem die dreidimensionale Struktur des Objekts durch eine Folge von Bildern repräsentiert wird, die aus mehreren um eine zentrale Ansichtsrichtung herum variierenden Ansichtsrichtungen aufgenommen wurden. Die Bilddaten werden in einem Computer eingegeben, der das Parallax-Panoramagramm berechnet, das dann auf ein Bildwiedergabemedium gedruckt wird. Mit Hilfe des Computers können durch Interpolation noch weitere Zwi- schenbilder synthetisiert werden, die zusätzlichen Ansichtsrichtungen entsprechen.A method is known from EP 0 583 766 A1, in which the three-dimensional structure of the object is represented by a sequence of images which were recorded from a plurality of viewing directions varying around a central viewing direction. The image data is entered into a computer that calculates the parallax panoramagram, which is then printed on an image display medium. With the help of the computer, further interim caste images are synthesized that correspond to additional viewing directions.
In einer anderen Patentschrift DE 44 16 935 C2 wird für die Berechnung des Panoramagramms eines Objekts von einem dreidimensionalen Koordinatensystem (kartesisches) ausgegangen, das durch eine Menge von Vektoren definiert ist, wobei der Betrachter sich an einem bestimmten Ort in endlicher Entfernung zu dem Objekt befindet und der Blick stets auf einen bestimmten Ansichtszielpunkt gerichtet bleibt. Die Berechnung sieht hier vor, dass das Panoramagramm für jeden Punkt des dreidimensionalen Objekts mehrere jeweils unterschiedlichen Ansichtsrichtungen zugeordnete 2-D-Bildelemente enthält. Dies setzt voraus, dass hierfür hinreichend feine Linsenraster verwendet werden und die Linienelemente sich in der Brennebene der Linsen befinden.In another patent DE 44 16 935 C2, a three-dimensional coordinate system (Cartesian), which is defined by a set of vectors, is used to calculate the panoramagram of an object, the viewer being at a specific location at a finite distance from the object and the gaze always remains on a certain view target point. The calculation here provides that the panoramagram contains several 2-D image elements assigned to each point of the three-dimensional object. This presupposes that sufficiently fine lenticular grids are used and the line elements are in the focal plane of the lenses.
In allen bisher bekannten Verfahren befinden sich die ineinander verschachtelten Teilbilder oder 2-D-Bildelemente in der Brennebene der Linsen und werden im Wesentlichen als paralleles Strahlenbündel gebrochen, das mit der Bildnormalen einen bestimmten Winkel bildet. Aus diesem Sachverhalt heraus ist es erforderlich, dass relativ feine Linsenraster verwendet werden, um eine entsprechend ausreichende Auflösung zu erreichen.In all previously known methods, the nested partial images or 2D image elements are located in the focal plane of the lenses and are essentially refracted as a parallel beam which forms a certain angle with the image normal. For this reason, it is necessary to use relatively fine lenticular grids in order to achieve adequate resolution.
Die Auflösung des dreidimensionalen Bildes ist bei diesen Verfahren durch das Linsenraster bestimmt. Das Auflösungsvermögen des verwendeten Bildwiedergabemediums sollte ein Mehrfaches dieser Auflösung betragen, damit verschachtelte Teilbilder mit entsprechenden Details noch unter einer Linse dargestellt werden können. Dies führt z. B. bei Fernsehmonitoren schon zu größeren fast unlösbaren Problemen. Die horizontale Ausdehnung eines Bildpunktes bei einem 57-cra- Bildschirm beträgt in etwa 0,6 mm. Wenn man nun davon ausgeht, dass für den Aufbau eines Parallax-Panoramagramms mit vier Teilbildern pro Linse für jedes Teilbild 4 Bildpunkte verwendet werden, müsste die Einzellinse eine Breite von 9,6 mm haben. Da sich nun die Bildpunkte in der Brennebene der Linsen befinden, wird das Licht vom Monitor als jeweils paralleles Strahlenbündel in 4 verschiedene Richtungen abgelenkt. Dies hat zur Folge, dass das Bild nur noch 1/4 der Monitorauflösung hat und zudem Lücken in Form von dunklen Streifen aufweisen kann.In these methods, the resolution of the three-dimensional image is determined by the lenticular grid. The resolution of the image display medium used should be a multiple of this resolution, so that nested partial images with corresponding details can still be displayed under a lens. This leads e.g. B. with TV monitors already to major almost unsolvable problems. The The horizontal extent of a pixel on a 57-cra screen is approximately 0.6 mm. If one now assumes that for the construction of a parallax panoramagram with four partial images per lens, four image points are used for each partial image, the individual lens should have a width of 9.6 mm. Since the pixels are now in the focal plane of the lenses, the light is deflected by the monitor as a parallel beam in 4 different directions. As a result, the image is only 1/4 of the monitor resolution and can also have gaps in the form of dark stripes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren und eine Anordnung zum Herstellen eines räumlich wiedergebbaren Bildes zu schaffen, die sich mit geringemThe invention has for its object to provide a simple method and an arrangement for producing a spatially reproducible image, which is small
Aufwand durchführen lassen und auch bei grober Rasterung eine streifenfreie unverzerrte Ansicht ergeben.Allow effort and even a coarse screening result in a streak-free undistorted view.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vor.To achieve this object, the invention proposes a method with the features mentioned in claim 1.
Die Erfindung schlägt ebenfalls eine Anordnung mit den im Anspruch 15 genannten Merkmalen vor.The invention also proposes an arrangement with the features mentioned in claim 15.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.Further developments of the invention are the subject of dependent claims.
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass von dem abzubildenden räumlichen Gegenstand mehrere vollständige Abbildungen erzeugt werden, die den Gegenstand aus mehreren seitlich versetzten Richtungen zeigen, wobei jeder einzelnen Linse jeweils eine vollständige Abbildung zugeordnet ist. Die Lage der Bildebene zum Linsenraster befindet sich nicht wie bei den bekannten Verfahren in der Brennebene der Linsen, sondern wie bei der Anwendung einer Lupe zwischen dem Brennpunkt und der Linse in einem ganz bestimmten Abstand, der zur Tiefe und Brennweite in Beziehung steht.The invention is based on the idea that the spatial object to be imaged produces several complete images which show the object from several laterally offset directions, each individual lens being assigned a complete image. The position of the image plane relative to the lenticular grid is not, as in the known methods, in the focal plane of the lenses, but, like in the case of a magnifying glass, between the focal point and the lens at a specific distance which is related to the depth and focal length.
Zur Erzeugung der Bilder wird ein tatsächlich vorhandenes Linsenraster, das beispielsweise aus mehreren Zerstreuungslinsen besteht, verwendet. Dieses Linsenraster kann aller- dings auch rechnerisch nachgebildet werden. Das Raster wird mit den in den Zerstreuungslinsen erzeugten virtuellen Bildern als ein gesamtes Bild von einer Kamera abgebildet, wobei diese Abbildung auch wieder rechnerisch erfolgen kann.An actually existing lenticular grid, which consists, for example, of several diverging lenses, is used to generate the images. However, this lenticular grid can also be simulated mathematically. The raster is imaged with the virtual images generated in the diverging lenses as an entire image by a camera, and this imaging can also be carried out arithmetically.
Das erzeugte flächenhafte vollständige Bild des Gegenstands entspricht den aus jeweils benachbarten Ausgangspunkten im Abstand der Linsenbreite der Einzellinse des Linsenrasters aufgenommenen Einzelansichten des Gegenstands. Jedes Einzelbild besitzt gegenüber seinen Nachbarbildern in allen Bild- punkten oder Bildpunktmengen die parallaxe Unterschiede entsprechend ihrer Raumtiefe, die sich für jeden Bildpunkt oder Bildpunktmenge des gleichen Tiefenpunktes in einem konstanten Abstand von Bild zu Bild periodisch wiederholen, solange er in dem jeweiligen Bildausschnitt noch zu finden ist.The areal complete image of the object generated corresponds to the individual views of the object taken from respectively adjacent starting points at a distance of the lens width of the individual lens of the lenticular screen. Each individual image has the parallax differences in all pixels or pixel sets in relation to its spatial depth compared to its neighboring images, which periodically repeat for each pixel or pixel set of the same depth point at a constant distance from image to image, as long as they can still be found in the respective image section is.
Es gilt:The following applies:
b * f a = Abstand von Bild zu Bild a = b - b = Linsenbreite der Einzellinseb * f a = distance from image to image a = b - b = lens width of the single lens
T + f des Linsenrasters f = Brennweite der Einzellinse des Linsenrasters T = Tiefe des virtuellen Bildpunktes im dreidimensionalen RaumbildT + f of the lenticular screen f = focal length of the single lens of the lenticular screen T = depth of the virtual pixel in the three-dimensional spatial image
Grundsätzlich reicht die Aufzeichnung des Gegenstands aus zwei nebeneinander liegenden Richtungen aus, so dass zwei Abbildungen des Gegenstand erzeugt werden. Je größer jedoch die Zahl der einzelnen Abbildungen ist, desto besser ist die Wiedergabemöglichkeit für den Betrachter, d.h. desto größer wird der Winkel, der eine räumliche Wahrnehmung ermöglicht.Basically, the recording of the object from two directions lying side by side is sufficient so that two images of the object are generated. However, the larger the number of individual images, the better the viewing possibility for the viewer, i.e. the greater the angle that enables spatial perception.
Wenn die Abbildungen bei der Betrachtung zwischen der Linse und dem Brennpunkt der Linse liegen, so liegt das Raumbild hinter dem Linsenraster. Die erzielte Wirkung ist mit einem Fenster vergleichbar, durch das man hindurchschauen kann.If the images lie between the lens and the focal point of the lens when viewed, the spatial image lies behind the lenticular grid. The effect achieved is comparable to a window through which you can look through.
Werden die Bilder hinter dem Brennpunkt der Lupen angeordnet, scheint das Raumbild vor dem Linsenraster zu liegen. Es entsteht der Eindruck, als würde der Gegenstand im Raum schweben.If the images are arranged behind the focal point of the magnifying glasses, the spatial image appears to be in front of the lenticular grid. It gives the impression that the object is floating in the room.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Breite der Lupen gleich der Breite der Abbildungen ist. Dann ist beim Betrachten der Abbildungen jeweils eine Lupe in dem entsprechenden Abstand vor der Einzelabbildung angeordnet.In a further development of the invention it can be provided that the width of the magnifying glasses is equal to the width of the images. Then a magnifying glass is arranged at the appropriate distance before the individual image when viewing the images.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abbildungen in der seitlichen Richtung verkürzt hergestellt bzw. erzeugt werden. Dann behält das sich ergebende Gesamtbild etwa das gleiche Verhältnis von Höhe und Breite, so dass es von dem Betrachter leichter erkannt werden kann.In a further development of the invention, it can be provided that the images are produced or generated in a shortened manner in the lateral direction. Then the resulting overall image retains approximately the same ratio of height and width, so that it can be more easily recognized by the viewer.
Abbildungen des Gegenstands aus den verschiedenen Richtungen können insbesondere in Weiterbildung optisch erzeugt werden, also mit Hilfe einer optischen Abbildung. Es ist jedoch ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass die Abbildungen des Gegenstands rechnerisch erzeugt werden. Dies ist insbesondere dann von Wichtigkeit oder sinnvoll, wenn die abzubildenden Gegenstände geometrischer Art sind, also im Wesentlichen aus Linien bestehen. Diese Art der Erzeugung der Abbildungen kann beispielsweise dann vorgenommen werden, wenn es sich bei den Gegenständen um auch rechnerisch bestimmbare Gegenstände handelt, also beispiels- weise in CAD-Programmen. Da die Abbildungsgleichungen optischer Systeme bekannt sind, lassen sich die Abbildungen auch einfach berechnen. Es ist auch möglich, beispielsweise eine optische Abbildung auf einer elektrisch abtastbaren Einrichtung, beispielsweise einem CCD-Sensor, durchzuführen und die Wirkung der Linsen dann berechnen zu lassen. Dies ist auch bei normalen Bildern möglich, also nicht nur, wenn die abzubildenden Gegenstände aus Linien bestehen.Images of the object from the different directions can be produced optically, in particular in further training, with the help of an optical image. However, it is also possible and is proposed by the invention that the images of the object are generated by calculation. This is particularly important or useful if the objects to be imaged are of a geometric type, that is to say essentially consist of lines. This type of generation of the images can be carried out, for example, if the objects are also objects which can be determined by calculation, that is to say, for example, in CAD programs. Since the imaging equations of optical systems are known, the images can also be easily calculated. It is also possible, for example, to carry out an optical imaging on an electrically scannable device, for example a CCD sensor, and then to have the effect of the lenses calculated. This is also possible with normal pictures, not only if the objects to be displayed consist of lines.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abbildungen gleichzeitig erzeugt werden. Dies bedeutet bei der Herstellung der Abbildungen auf optischem Weg, dass für ein stillstehendes Bild nur eine einzige Aufnahme erforderlich ist.In a further development of the invention, it can be provided that the images are generated simultaneously. When producing the images optically, this means that only a single image is required for a still image.
Insbesondere kann bei der Herstellung der Abbildungen vorgesehen sein, dass diese mit Hilfe einer Reihe nebeneinander liegender, insbesondere zylindrischer Zerstreungslinsen hergestellt werden, die in dem Strahlengang zur optischen Erzeugung der Abbildung angeordnet werden. Dies ist die ein- fachste Art, wie eine Vielzahl von Abbildungen des gleichen Gegenstands aus seitlich versetzten Richtungen auf einer ebenen Fläche erzeugt werden können. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Zerstreuungslinsen derart angeordnet und ausgebildet werden, dass die mit ihrer Hilfe erzeugten Abbildungen in einer Ebene mit geringem oder ohne seitlichen Abstand nebeneinander liegen.In particular, it can be provided in the production of the images that these are produced with the aid of a series of adjacent, in particular cylindrical, dispersion lenses which are arranged in the beam path for the optical generation of the image. This is the simplest way to create a large number of images of the same object from laterally offset directions on a flat surface. In particular, it can be provided that the diverging lenses are arranged and designed in such a way that the images produced with their help lie next to one another in a plane with little or no lateral spacing.
Erfindungsgemäß können die Abbildungen beispielsweise auf einem fotografischen Film, also in einem Fotoapparat oder einer Filmkamera erzeugt werden, oder aber auch auf einem Monitor bzw. einem Bildschirm.According to the invention, the images can be generated, for example, on a photographic film, that is to say in a camera or film camera, or else on a monitor or a screen.
Die Erfindung schlägt ebenfalls eine Anordnung mit den im Anspruch 15 genannten Merkmalen vor. Dabei kann die Einrichtung zum Betrachten des Bildes ein Teil des Bildes sein, oder aber ein Zusatzgerät, das der Betrachter in ähnlicher Weise wie eine Lupe oder ein Vergrößerungsgerät für Diapositive bei sich hat.The invention also proposes an arrangement with the features mentioned in claim 15. The device for viewing the image can be part of the image, or an additional device that the viewer has with him in a manner similar to a magnifying glass or an enlarger for slides.
Insbesondere kann auch hier vorgesehen sein, dass die Breite der Lupen gleich der Breite der Abbildungen ist.In particular, it can also be provided here that the width of the magnifying glasses is equal to the width of the images.
In nochmaliger Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Aufzeichnungsgerät derart ausgebildet ist, dass die Abbildungen in der seitlichen Richtung verkürzt hergestellt werden.In a further development it can be provided that the recording device is designed such that the images are produced in a shortened manner in the lateral direction.
Das Aufzeichnungsgerät kann eine optische Kamera aufweisen oder von ihr gebildet sein. Ebenfalls möglich ist es, dass das Aufzeichnungsgerät eine Videokamera aufweist, falls räumliche Abläufe aufgenommen und wiedergegeben werden sollen.The recording device can have an optical camera or be formed by it. It is also possible that the recording device has a video camera if spatial processes are to be recorded and reproduced.
Das Aufzeichnungsgerät kann ebenfalls derartig ausgebildet sein, dass es die Abbildungen rechnerisch ermittelt. Die Abbildungsgleichungen von optischen Einrichtungen wie Linsen, Spiegel oder dergleichen sind bekannt. Es ist daher möglich, eine Abbildung eines Gegenstands auch zu berechnen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Gegenstände ebenfalls in Form von Gleichungen oder nummerischen Werten vorliegen, wie beispielsweise bei CAD-Programmen.The recording device can also be designed such that it calculates the images mathematically. The mapping equations of optical devices such as lenses, mirrors or the like are known. It is therefore possible to also compute an image of an object. This is especially true if the objects are also in the form of equations or numerical values, such as in CAD programs.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Aufzeichnungsgerät alle Abbildungen gleichzeitig oder quasi gleichzeitig erzeugt.According to the invention it can be provided that the recording device generates all images simultaneously or quasi simultaneously.
Eine Möglichkeit der Erzeugung mehrerer seitlich verkürzter Abbildungen besteht darin, die Abbildungen mit Hilfe einer Reihe nebeneinander liegender zylindrischer Zerstreuungslinsen herzustellen.One way of generating several laterally shortened images is to produce the images using a series of cylindrical diverging lenses lying next to one another.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Abbildungen auf einem Bildschirm erzeugt und/oder wiedergegeben werden. Darunter ist auch zu verstehen, dass die Abbildungen zunächst auf einer elektrisch abtastbaren Zwischenanordnung erzeugt und erst dann auf einem Bildschirm mit sichtbaren Informatio- nen erzeugt werden.According to the invention, it can be provided that the images are generated and / or reproduced on a screen. This is also to be understood to mean that the images are first generated on an electrically scannable intermediate arrangement and only then are they generated on a screen with visible information.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der fol- genden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:Further features, details and advantages of the invention result from the patent claims, the wording of which is made by reference to the content of the description, the following description of a preferred embodiment of the invention and with reference to the drawing. Here show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erzeugung eines Bildes aus mehreren Abbildungen;Figure 1 is a schematic representation of the creation of an image from several images.
Fig. 2 die Anordnung zur Betrachtung des in Fig. 1 erzeugten Bildes; Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erklärung der Zusammensetzung mehrerer Abbildungen;FIG. 2 shows the arrangement for viewing the image generated in FIG. 1; Fig. 3 is a schematic illustration for explaining the composition of several images;
Fig. 4 den Strahlengang zur Erläuterung des Bilds;4 shows the beam path to explain the image;
Fig. 5 den Strahlengang bei drei nebeneinander liegenden Lupen;5 shows the beam path with three magnifying glasses lying next to one another;
Fig. 6 - 9 schematische Darstellungen zur weiteren Erläuterung.6 - 9 are schematic representations for further explanation.
Fig. 1 zeigt in einer ganz einfachen Übersicht eine Möglichkeit, wie von einem räumlichen Gegenstand 1 mit Hilfe eines optischen Systems eine Reihe von nebeneinander liegenden Ab- bildungen aus unterschiedlichen Richtungen in einer Bildebene 2 hergestellt werden können. Zur Herstellung einer Abbildung des Gegenstandes 1 ist ein optisches System vorhanden, das durch die schematisch dargestellte Linse 3 verwirklicht wird. Bei der Linse 3 kann es sich um ein fotografi- sches Objektiv handeln. Die Linse 3 würde normalerweise in der Bildebene 2 ein zweidimensionales Bild des Gegenstandes 1 herstellen. Vor der Linse 3 ist im Strahlengang zwischen dem Gegenstand 1 und der Bildebene 2 eine Einrichtung 4 zur Herstellung mehrerer einzelner Abbildungen angeordnet. Es han- delt sich um eine Reihe von nebeneinander liegenden zylindrischen Zerstreungslinsen 5, also beispielsweise um einen Glaskörper, der auf einer der beiden Seiten mit konkaven Rillen versehen ist. Auf jede der dadurch gebildeten Zylinderlinsen fällt ein Abbild des vollständigen Gegenstandes 1, wobei alle Zerstreungslinsen den Gegenstand 1 aus einer unterschiedlichen Richtung sehen. Diese unterschiedlichen Richtungen sind quer zur den Zylinderachsen der Linsen seitlich versetzt. Durch die Zerstreungslinsen 5 wird ein in dieser Richtung verkürztes Bild des Gegenstandes 1 erzeugt, das mit Hilfe der Linse 3 in der Bildebene abgebildet wird. Dadurch entstehen in der Bildebene 2 mehrere nebeneinander liegende Abbildungen 6 des Gegenstandes 1. Die Einrichtung 4 ist so ausgebildet, dass in der Bildebene 2 die einzelnen Abbildungen 6 des Gegenstandes 1 mit geringem oder ohne Abstand nebeneinander angeordnet sind.1 shows, in a very simple overview, one possibility of how a series of adjacent images can be produced from different directions in an image plane 2 from a spatial object 1 with the aid of an optical system. To produce an image of the object 1, an optical system is provided, which is implemented by the lens 3 shown schematically. The lens 3 can be a photographic lens. The lens 3 would normally produce a two-dimensional image of the object 1 in the image plane 2. A device 4 for producing a plurality of individual images is arranged in front of the lens 3 in the beam path between the object 1 and the image plane 2. It is a series of cylindrical diffusion lenses 5 lying next to one another, that is to say, for example, a glass body which is provided with concave grooves on one of the two sides. An image of the complete object 1 falls on each of the cylindrical lenses formed thereby, all of the diverging lenses seeing the object 1 from a different direction. These different directions are laterally offset transversely to the cylinder axes of the lenses. Through the diverging lenses 5 a shortened image of the object 1 is generated in this direction, which with the help of Lens 3 is imaged in the image plane. This results in a plurality of images 6 of the object 1 lying side by side in the image plane 2. The device 4 is designed such that the individual images 6 of the object 1 are arranged next to one another with little or no spacing in the image plane 2.
Zum Betrachten der auf diese Weise hergestellten einzelnen Abbildungen 6, beispielsweise Farbfotografien, dient eine Betrachtungseinrichtung 7, die eine Vielzahl von zylindrischen Lupen 8 enthält. Die Breite der Lupen 8, anders ausgedrückt das Raster der Lupen 8 , entspricht exakt der Breite der einzelnen Abbildungen. Dadurch ist vor jeder einzelnen Abbildung eine einzelne Lupe 8 angeordnet, durch die diese Abbildung betrachtet werden kann. Der Abstand zwischen derA viewing device 7, which contains a large number of cylindrical magnifying glasses 8, is used to view the individual images 6 produced in this way, for example color photographs. The width of the magnifying glasses 8, in other words the grid of the magnifying glasses 8, corresponds exactly to the width of the individual images. As a result, a single magnifying glass 8 is arranged in front of each individual image, through which this image can be viewed. The distance between the
Bildebene 2 und der Betrachtungseinrichtung 7 ist so gewählt, dass die Bildebene 2 hinter oder vor der Brennebene der Lupen 8 liegt. Dadurch entsteht beim Betrachten der einzelnen Abbildungen jeweils ein virtuelles Bild, das vergrößert ist.Image plane 2 and the viewing device 7 are selected such that the image plane 2 lies behind or in front of the focal plane of the magnifying glasses 8. This creates a virtual image that is enlarged when viewing the individual images.
Die Größe des Rasters, d. h. die Breite der einzelnen Abbildungen 6 und der zylindrischen Lupen 8, kann dabei relativ groß sein.The size of the grid, i.e. H. the width of the individual figures 6 and the cylindrical magnifying glasses 8 can be relatively large.
Es ist möglich, beispielsweise die Betrachtungseinrichtung 7 als Teil des fertigen Papierbilds auszugestalten, aber auch, die Betrachtungseinrichtung 7 nach Art eines Bildbetrach- tungsgeräts für Diapositive auszubilden.It is possible, for example, to design the viewing device 7 as part of the finished paper image, but also to design the viewing device 7 in the manner of an image viewing device for transparencies.
Das Entstehen des räumlichen Eindrucks durch die Betrachtung mehrerer Einzelabbildungen wird jetzt unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Fig. 3 zeigt schematisch zwei nebeneinander liegende Abbildungen in Form je eines Pfeils 9, wobei für jeden Pfeil 9 eine zylindrische Lupe 8 vorhanden ist. Da die Abbildungen des Gegenstands, im vorliegenden Fall die Pfeile 9a, 9b, aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen sind, liegen sie auch im Verhältnis zu ihren Lupen 8a, 8b an unterschiedlicher Stelle. Beim Betrachten des Pfeils 9a durch die Lupe 8a entsteht ein Bild b. Es gilt folgende Gleichung:The creation of the spatial impression by viewing several individual images is now explained with reference to FIG. 3. 3 schematically shows two adjacent images in the form of an arrow 9, a cylindrical magnifying glass 8 being provided for each arrow 9. Since the images of the object, in this case the arrows 9a, 9b, are taken from different directions, they are also at different locations in relation to their magnifying glasses 8a, 8b. When looking at arrow 9a through magnifying glass 8a, an image b is formed. The following equation applies:
C (= Korrekturfaktor) / f = b / (T + f)C (= correction factor) / f = b / (T + f)
Oder anders ausgedrückt:Or in other words:
C = b * f / ( T + f)C = b * f / (T + f)
Die Größen der Rasterbreite b und die Brennweite f sind in einem gegebenen Linsensystem konstant, so dass der Korrekturbeitrag C direkt von der Tiefe T des virtuellen Bildpunkts hinter dem Linsenraster abhängt. Die Spitze des Pfeils 9a ist in dem in Fig. 3 unteren Linsensystem gegenüber dem oberen System von den jeweiligen optischen Achsen aus gesehen um den Betrag C nach oben verschoben. Für den Abstand a des gleichen Tiefenpunkts von Bild zu Bild gilt dann:The sizes of the grid width b and the focal length f are constant in a given lens system, so that the correction contribution C depends directly on the depth T of the virtual pixel behind the lens grid. The tip of the arrow 9a is shifted upward by the amount C in the lower lens system in FIG. 3 compared to the upper system from the respective optical axes. The following then applies to the distance a of the same depth point from image to image:
a = b - Ca = b - C
Nun zu Fig. 4. Für die Bildgröße B und die Bildweite g gelten folgende Gleichungen:Now to Fig. 4. The following equations apply to image size B and image width g:
B = G * f / ( T + f)B = G * f / (T + f)
g = B * T / Gg = B * T / G
Beim Zusammensetzen der einzelnen Bilder zu einem räumlichen Gesamtbild, siehe hierzu die Fig. 5, enthält jedes einzelne Linsensystem des Linsenrasters eine verkleinerte Version des beim Betrachten erscheinenden Gesamtbilds mit den entsprechenden Unterschieden der Richtung bei der Abbildung. Der jeweilige Bildausschnitt entspricht in seiner Breite der jeweiligen Breite der Einzellinse des Linsenrasters.When assembling the individual images into a spatial overall image, see FIG. 5, each individual lens system of the lenticular screen contains a reduced version of the when looking at the overall picture with the corresponding differences in direction in the illustration. The width of the respective image section corresponds to the width of the individual lens of the lenticular screen.
Bei sphärischen Linsen wird eine Abbildung gleichmäßig vergrößert oder verkleinert dargestellt, horizontal und vertikal.In the case of spherical lenses, an image is shown enlarged or reduced evenly, horizontally and vertically.
Bei einer vertikal verlaufenden Zylinderlinse wird das Bild nur horizontal vergrößert oder verkleinert.With a vertical cylindrical lens, the image is only enlarged or reduced horizontally.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Lage der Bildebene zum Linsenraster sich hier nicht wie bei den anderen Verfahren in der Brennebene der Linsen befindet, sondern wie bei der Anwendung einer Lupe zwischen Brennpunkt und Linse in einem ganz bestimmten Abstand, der zur Tiefe und Brennweite in Beziehung steht.It should be pointed out again that the position of the image plane in relation to the lenticular grid is not here in the focal plane of the lenses as in the other methods, but rather, as in the use of a magnifying glass, between the focal point and the lens at a specific distance from the depth and focal length is related.
Dadurch werden die Lichtstrahlen eines Bildpunktes von einer Linse nicht mehr als paralleles Strahlenbündel abgestrahlt, sondern als divergierendes Bündel, in der Form dass die Bildpunkte eines gleichen Raumpunktes unter jeder Linse in rückwärtiger Verlängerung in einem virtuellen Raumbildpunkt konvergieren.As a result, the light rays of an image point are no longer emitted by a lens as a parallel beam, but rather as a diverging bundle, in the form that the image points of an identical spatial point converge under each lens in a rearward extension into a virtual spatial image point.
Folgendes Prinzip liegt dem beschriebenen Verfahren zugrunde:The described principle is based on the following principle:
Alle Punkte in der Bildvorlage, die ein und denselben räumli- chen virtuellen Punkt abbilden sollen, müssen so in der Bildvorlage platziert sein, dass die Strahlen nach der Brechung in rückwärtiger Verlängerung in diesem Raumpunkt konvergieren, d. h. sich in diesem Punkt schneiden. Diese Überlegungen gelten grundsätzlich sowohl für sphärische als auch für Zylinderlinsenraster.All points in the image template that are to represent one and the same spatial virtual point must be placed in the image template in such a way that the rays converge in this spatial point after refraction, ie intersect at this point. This In principle, considerations apply to both spherical and cylindrical lens grids.
Der wesentliche und entscheidende Vorteil bei dem von der Erfindung vorgeschlagenen neuen Verfahren gegenüber dem bisherigen Verfahren besteht darin, dass das bei den bekannten Verfahren notwendige, unterhalb des Auflösungsvermögens des Auges liegende feine Linsenraster hier nicht mehr erforderlich ist. Es können Rasterbreiten gewählt werden, die relativ groß sein dürfen, da auch große Einzelbilder ohne störenden Übergang kontinuierlich zu einem Gesamtbild zusammenfließen. Die obere Grenze der Rasterbreite ist abhängig von dem Betrachtungsabstand. Es müssen sich auf der Netzhaut des Auges im Bereich des Scharfsehens mindestens zwei Linsen des Lin- senrasters mit ihren Teilbildern und den Richtungsunterschieden abbilden.The essential and decisive advantage of the new method proposed by the invention compared to the previous method is that the fine lenticular grid required in the known methods and below the resolution of the eye is no longer necessary here. Grid widths can be selected, which may be relatively large, since even large individual images continuously merge into an overall image without a disturbing transition. The upper limit of the grid width depends on the viewing distance. At least two lenses of the lenticular screen with their partial images and the differences in direction have to be imaged on the retina of the eye in the area of sharp vision.
Beispiel:Example:
In kurzer Form wird nachfolgend unter Verwendung der zuvor entwickelten Gleichungen eine Methode für die Berechnung und zeichnerische Darstellung von 3-D-Bildern gezeigt. Diese Methode kann aber auch als Grundlage für die Berechnung und Darstellung durch entsprechende Computerprogramme genutzt werden. Als Beispiel dient ein Würfel.In a short form, a method for the calculation and graphic representation of 3D images is shown below using the previously developed equations. However, this method can also be used as the basis for the calculation and representation by appropriate computer programs. A cube serves as an example.
1.) Rasterbreite b des Wiedergaberasters festlegen, z. B. 7 mm1.) Define grid width b of the playback grid, e.g. B. 7 mm
2.) Brennweite f des Wiedergaberasters festlegen, z. B.2.) Set the focal length f of the playback grid, e.g. B.
15 mm15 mm
3.) Tiefe T des Raumbildes festlegen, z. B. 30 mm für die vordere Würfelfläche 4. ) Berechnung der Bildgröße B = G * f 12 * 15 = = 43.) Define depth T of the room image, e.g. B. 30 mm for the front cube surface 4.) Calculate the image size B = G * f 12 * 15 = = 4
(T+f) (30+15)(T + f) (30 + 15)
Bei Verwendung von zylindrischen Linsen für das Wiedergaberaster verkürzt sich das Bild nur in der Horizontalen.When using cylindrical lenses for the reproduction grid, the image is only shortened horizontally.
5. ) Berechnung von Korrekturfaktor b * f 7 * 15 c = = = 2,335.) Calculation of correction factor b * f 7 * 15 c = = = 2.33
(T+f) (30+15)(T + f) (30 + 15)
6.) Abstand a des gleichen Tiefenpunkts von Bild zu Bild berechnen a = b - c = 7 - 2,33 = 4,676.) Calculate distance a of the same depth point from image to image a = b - c = 7 - 2.33 = 4.67
7.) Berechnete Bildgröße im Abstand a im Raster in der Bildebene platzieren. Bilddetails, die sich außerhalb des Bildausschnitts befinden, werden in diesem Bild nicht mehr dargestellt.7.) Place the calculated image size at a distance a in the grid in the image plane. Image details that are outside the image section are no longer shown in this image.
Tiefe der vorderen Würfelfläche 30 mm B = 4 mm c = 2,33 mm a = 4,67 mmDepth of the front cube surface 30 mm B = 4 mm c = 2.33 mm a = 4.67 mm
Die beschriebenen Rechenschritte 3 bis 7 für die Berechnung weiterer Tiefenpunkte wiederholen.Repeat the calculation steps 3 to 7 described for the calculation of further depth points.
Tiefe der hinteren Würfelfläche 40 mm B = 3,27 nun c = 1,9 mm a = 5,1 mmDepth of the rear cube surface 40 mm B = 3.27 now c = 1.9 mm a = 5.1 mm
8.) Alle Eckpunkte der vorderen Würfelfläche mit den Eckpunkten der hinteren Würfelfläche durch Linien verbinden. Der Abstand g der Bildebene zum Linsenraster wird so berechnet, dass die mittlere Tiefe zwischen vorderer und hinterer Würfelfläche zugrunde gelegt wird.8.) Connect all corner points of the front cube surface with the corner points of the rear cube surface by lines. The distance g of the image plane to the lenticular grid is calculated so that the average depth between the front and rear cube surface is used.
f * Tf * T
(T + f)(T + f)
Anwendungsgebieteapplication areas
Neben der bereits erwähnten Erzeugung von Papierbildern, die mit Hilfe der Zylinderlupen betrachtet werden können, kann auch das Fernsehen mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens verbessert werden. Die Aufnahme mit optisch abbildenden Bauelementen bzw. Instrumenten und die Speicherung auf einer Photoschicht oder auf elektronischem Weg über Bildwandler kann mit Hilfe des Linsenrasters erfolgen. Für die Aufnahme wird ein Linsenraster mit Zerstreuungslinsen verwendet, und die verkleinerten virtuellen Teilbilder des Objekts im Linsenraster werden über das Kameraobjektiv auf der Speicherschicht abgebildet. In diesen Teilbildern sind die Richtungsunterschiede, die den jeweiligen Tiefen des Gegenstands entsprechen, schon vorhanden. Man erhält also eine komplett ge- rasterte Bildvorlage aus aus jeweils benachbarten Ausgangspunkten aufgenommenen Einzelabbildungen eines Gegenstands mit allen Informationen über den Raum, die Helligkeit und Farbe in einem einzigen Vorgang. Wenn nun für die Wiedergabe ein Linsenraster mit positiven Linsen im richtigen Größenverhält- nis verwendet und vor die Bildebene angebracht wird, erscheint das aufgenommene Objekt als dreidimensionales Raumbild. Ein solches Linsenraster kann beispielsweise direkt an dem Fernsehgerät angebracht werden, gegebenenfalls auch nachträglich. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die dreidimensionale Darstellung von CAD-Zeichnungen auf einem Bildschirm. In diesem Fall lassen sich die einzelnen Teilabbildungen mit Hilfe der bekannten Abbildungsgleichungen berechnen und in einem Raster auf dem Bildschirm darstellen, vor dem dann eine Vorsatzscheibe mit den zylindrischen Lupen in dem richtigen Raster angebracht werden kann.In addition to the already mentioned generation of paper images, which can be viewed with the aid of the magnifying glasses, television can also be improved with the aid of the described method. Recording with optically imaging components or instruments and storage on a photo layer or electronically via image converter can be carried out with the aid of the lens grid. A lens grid with diverging lenses is used for the picture, and the reduced virtual partial images of the object in the lens grid are imaged on the storage layer via the camera lens. In these partial images, the differences in direction, which correspond to the respective depths of the object, already exist. A completely rastered image template is thus obtained from individual images of an object, taken from neighboring starting points, with all information about the room, the brightness and color in a single process. If a lenticular grid with positive lenses in the correct size ratio is used for the reproduction and placed in front of the image plane, the recorded object appears as a three-dimensional spatial image. Such a lenticular grid can, for example, be attached directly to the television set, possibly also subsequently. Another possible application is the three-dimensional representation of CAD drawings on a screen. In this case, the individual partial images can be calculated using the known imaging equations and displayed in a grid on the screen, in front of which a front lens with the cylindrical magnifying glasses can then be attached in the correct grid.
Anhand der nachfolgenden paraxialen Bildkontruktionen (CAD- Zeichnungen mit einer Genauigkeit von 16 Stellen hinter dem Komma) kann zwischen den eingangs beschriebenen Gleichungen und der zeichnerischen Methode eine völlige Übereinstimmung festgestellt werden, die für eine Berechnung der Bilder als Grundlage erforderlich sind.Using the subsequent paraxial image controls (CAD drawings with an accuracy of 16 decimal places), a complete correspondence can be determined between the equations described at the beginning and the drawing method, which are necessary for the calculation of the images as a basis.
Bei einer theoretischen Zerstreuungslinse (Fig. 6) mit der Brennweite f = 20 mm wird ein Gegenstand mit der Größe G = 20 mm (großer Pfeil) der in einer Tiefe von T = 60 mm von den Hauptpunkten der Linse entfernt ist, als virtuelles Bild (kleiner Pfeil) mit der Größe B = 5 mm im Abstand g = 15 mm von den Hauptpunkten der Linse dargestellt.In the case of a theoretical diverging lens (FIG. 6) with the focal length f = 20 mm, an object with the size G = 20 mm (large arrow), which is at a depth of T = 60 mm from the main points of the lens, becomes a virtual image (small arrow) with the size B = 5 mm at a distance g = 15 mm from the main points of the lens.
Bei einer theoretischen Sammellinse (Fig. 7) mit der Brennweite f = 20 mm wird ein Bild mit der Größe B = 5 mm (kleiner Pfeil) im Abstand g = 15 mm von den Hauptpunkten der Linse als virtuelles Bild (großer Pfeil) mit der Größe G = 20 mm in einer Tiefe von T = 60 mm von den Hauptpunkten der Linse dargestellt.In the case of a theoretical converging lens (FIG. 7) with the focal length f = 20 mm, an image with the size B = 5 mm (small arrow) at a distance g = 15 mm from the main points of the lens as a virtual image (large arrow) with the Size G = 20 mm at a depth of T = 60 mm from the main points of the lens.
Aus diesem Sachverhalt ist zu ersehen, dass wenn das von einem Objekt durch eine Zerstreuungslinse entstehende virtuelle Bild mit einer Sammellinse in der Anordnung als Lupe betrachtet wid, man das Bild wieder exakt als räumliches Objekt sieht. In der folgenden Darstellung wird anhand der zeichnerischen Methode überprüft, ob diese Erkenntnis auch auf ein Linsenraster mit insgesamt 5 Linsen übertragbar ist.From this fact it can be seen that if the virtual image created by an object through a diverging lens is viewed with a converging lens in the arrangement as a magnifying glass, the image can again be seen exactly as a spatial object. The following illustration uses the drawing method to check whether this knowledge can also be transferred to a lenticular grid with a total of 5 lenses.
In Fig. 8 ist ein Linsenraster aus Zerstreuungslinsen und eine paraxiale Bildkonstruktion dargestellt, mit folgenden theoretischen Linsendaten:8 shows a lenticular grid made of diverging lenses and a paraxial image construction, with the following theoretical lens data:
Rasterbreite b = 22 mm Brennweite f = 22 mmGrid width b = 22 mm focal length f = 22 mm
Werte:Values:
Gegenstandsgröße G = 22 mm Tiefe T = 88 mmItem size G = 22 mm depth T = 88 mm
Bildgröße B = 3,97 mmImage size B = 3.97 mm
Abstand a = 17,6 mmDistance a = 17.6 mm
Korrekturfaktor c = 4 , 4 mmCorrection factor c = 4.4 mm
Bildabstand zum Raster g = 18,03 mmImage distance to the grid g = 18.03 mm
Die berechneten Werte und die gezeichneten Werte stimmen völlig überein.The calculated values and the drawn values correspond completely.
In Fig. 9 ist ein Linsenraster aus Sammellinsen in der Anordnung von Lupen dargestellt, mit den gleichen theoretischen Linsendaten wie oben:FIG. 9 shows a lenticular grid made up of converging lenses in the arrangement of magnifying glasses, with the same theoretical lens data as above:
Rasterbreite b = 22 mm Brennweite f = 22 mmGrid width b = 22 mm focal length f = 22 mm
Mit den oben berechneten und gezeichneten Werten wurde die paraxiale Bildkonstruktion des virtuellen Raumbilds durchgeführt . Werte:The paraxial image construction of the virtual spatial image was carried out with the values calculated and drawn above. Values:
Bildgröße B = 3,97 mmImage size B = 3.97 mm
Abstand a = 17,6 mmDistance a = 17.6 mm
Korrekturfaktor c = 4 , 4 mm Bildabstand zum Raster g = 18,03 mmCorrection factor c = 4.4 mm image distance to the grid g = 18.03 mm
virtuelle Raumbildgröße G = 22 mm Tiefe T = 88 mmvirtual room size G = 22 mm depth T = 88 mm
Aus diesem Ergebnis ist zu ersehen, dass bei identischenFrom this result it can be seen that with identical
Linsendaten für das Aufnahmeraster und das Wiedergaberaster das reelle Objekt und das virtuelle Raumbild in Größe und Raumtiefe völlig identisch sind.Lens data for the recording grid and the playback grid, the real object and the virtual spatial image are completely identical in size and depth.
Es vermittelt dem Betrachter den gleichen Raumeindruck wie das reale räumliche Objekt und wird wie in diesem Fall 1:1 wiedergegeben. Es berücksichtigt dabei die natürliche Sehensweise der menschlichen Anatomie (Physiologie) wie Augenabstand, Blicktiefe und Konvergenz der Sehachsen. Deshalb kann praktisch jeder die 3-D-Szene sehen und empfindet auch bei längerer Betrachtung keine Anstrengung. Dabei ist es möglich, die Augen auf nahe und entfernte Objekte zu fokussieren.It gives the viewer the same spatial impression as the real spatial object and is reproduced 1: 1 as in this case. It takes into account the natural way of seeing the human anatomy (physiology) such as eye relief, viewing depth and convergence of the visual axes. Therefore, practically everyone can see the 3-D scene and feels no effort even when viewed for a long time. It is possible to focus the eyes on nearby and distant objects.
Diese Überlegung führte erfindungsgemäß zu einem Linsenraster mit Zerstreuungslinsen und die dadurch sich ergebende vorteilhafte Möglichkeit, fertige Teilbilder mit allen paralla- xen Unterschieden des dreidimensionalen Objekts in einem Zuge zu erhalten. Da diese Teilbilder nur virtuell vorhanden sind, muss das Linsenraster als gesamtes Bild abgebildet werden. Dies geschieht vorteilhaft mit einer handelsüblichen Kamera, dabei spielt es keine Rolle, ob dazu eine Foto-, Digitaloder Videokamera verwendet wird. According to the invention, this consideration led to a lenticular screen with diverging lenses and the resulting advantageous possibility of obtaining finished partial images with all the parallel differences of the three-dimensional object in one go. Since these drawing files are only available virtually, the lenticular grid must be displayed as an entire picture. This is advantageously done with a commercially available camera, regardless of whether a photo, digital or video camera is used.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Verfahren zum Herstellen bzw. Erzeugen eines räumlich wiedergebbaren Bilds, bei dem 1.1 von dem abzubildenden Gegenstand (1) mehrere vollständige Abbildungen (6) erzeugt werden, die1. A method for producing or generating a spatially reproducible image in which 1.1 several complete images (6) are generated from the object to be imaged (1)
1.2 den Gegenstand (1) aus mehreren seitlich versetzten Richtungen zeigen und1.2 show the object (1) from several laterally offset directions and
1.3 die in einer Ebene (2) nebeneinander mit geringem seitlichem Abstand angeordnet werden, und bei dem1.3 which are arranged in a plane (2) next to each other with a small lateral distance, and in which
1.4 vor den Abbildungen (6) eine Reihe nebeneinander liegender Lupen (8) angeordnet wird, die1.4 in front of the illustrations (6) a series of magnifying glasses (8) are arranged next to each other
1.5 von den Abbildungen (6) einen Abstand von mehr oder weniger als die Brennweite aufweisen und 1.6 von denen jede Lupe (8) einer Abbildung (6) zugeordnet wird.1.5 have a distance of more or less than the focal length from the illustrations (6) and 1.6 of which each magnifying glass (8) is assigned to an illustration (6).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Breite der Lupen (8) gleich der Breite der Abbildungen (6) ist.2. The method of claim 1, wherein the width of the magnifying glasses (8) is equal to the width of the images (6).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Abbildungen (6) in der seitlichen Richtung verkürzt hergestellt bzw. erzeugt werden.3. The method of claim 1 or 2, wherein the images (6) are produced shortened in the lateral direction.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Lupen Zylinderlupen (8) verwendet werden.4. The method according to any one of the preceding claims, in which magnifying glasses (8) are used as magnifying glasses.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abbildungen (6) optisch erzeugt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the images (6) are generated optically.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abbildungen (6) rechnerisch erzeugt werden.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the images (6) are generated by calculation.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abbildungen (6) gleichzeitig erzeugt werden. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the images (6) are generated simultaneously.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abbildungen (6) mit Hilfe einer Reihe nebeneinander liegender Zerstreungslinsen (5) hergestellt bzw. erzeugt werden, die in den Strahlengang zur optischen8. The method according to any one of the preceding claims, in which the images (6) are produced or produced with the aid of a series of scattering lenses (5) lying next to one another, which are in the beam path to the optical
Erzeugung der Abbildungen (6) angeordnet werden und die in seitlicher Richtung zerstreuend wirken.Generation of the illustrations (6) are arranged and have a diverging effect in the lateral direction.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Zerstreuungslin- sen (5) derart angeordnet und ausgebildet werden, dass die mit ihrer Hilfe erzeugten Abbildungen (6) in einer Ebene (2) mit geringem oder ohne Abstand nebeneinander liegen.9. The method as claimed in claim 8, in which the diverging lenses (5) are arranged and designed in such a way that the images (6) produced with their help lie next to one another in a plane (2) with little or no spacing.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Zerstreuungslinsen (5) zylindrische Linsen sind.10. The method according to claim 8 or 9, wherein the diverging lenses (5) are cylindrical lenses.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Zerstreuungslinsen (5) in der Richtung quer zu ihrer Zerstreu- ungsrichtung als Sammellinsen wirken.11. The method according to claim 8 or 9, in which the diverging lenses (5) act in the direction transverse to their direction of diverging as converging lenses.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Abbildung mindestens zwei übereinander angeordnete Reihen von Streuungslinsen und/oder zur Wiedergabe mindestens zwei übereinander angeordnete Reihen von Sammellinsen verwendet werden.12. The method according to any one of the preceding claims, in which at least two rows of scattering lenses arranged one above the other and / or at least two rows of collecting lenses arranged one above the other are used for imaging.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12 , bei dem die Zerstreuungslinsen (5) rechnerisch simuliert werden.13. The method according to any one of claims 8 to 12, in which the diverging lenses (5) are simulated by computer.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abbildungen (6) auf einem Bildschirm erzeugt und/oder wiedergegeben werden. 14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the images (6) are generated and / or reproduced on a screen.
15. Anordnung zur Herstellung bzw. Erzeugung eines räumlich wiedergebbaren Bildes, mit15. Arrangement for producing or generating a spatially reproducible image, with
15.1 einem Bildaufzeichnungsgerät (4), das15.1 an image recording device (4), the
15.2 mehrere Abbildungen (6) eines Gegenstandes (1) aus seitlich versetzten Richtungen in einer Ebene (2) aufzeichnet, sowie mit15.2 records several images (6) of an object (1) from laterally offset directions in one plane (2), as well as with
15.3 einer Bildbetrachtungseinrichtung (7), die15.3 an image viewing device (7), the
15.4 eine Reihe von nebeneinander angeordneten Lupen (8) aufweist, 15.5 von denen jede einer der Abbildungen (6) zugeordnet ist und 15.6 von dieser einen Abstand von weniger oder mehr als die Brennweite aufweist.15.4 has a series of magnifying glasses (8) arranged next to one another, 15.5 each of which is assigned to one of the illustrations (6) and 15.6 is at a distance of less or more than the focal length from this.
16. Anordnung nach Anspruch 15, bei der die Breite der Lupen (8) gleich der Breite der Abbildungen (6) ist.16. The arrangement according to claim 15, wherein the width of the magnifying glasses (8) is equal to the width of the images (6).
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, bei der die Lupen Zylinderlupen (8) sind.17. Arrangement according to one of claims 15 to 16, wherein the magnifiers are cylindrical magnifiers (8).
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der das Aufzeichnungsgerät (14) derart ausgebildet ist, dass die Abbildungen (6) in der seitlichen Richtung verkürzt hergestellt werden.18. Arrangement according to one of claims 15 to 17, wherein the recording device (14) is designed such that the images (6) are produced shortened in the lateral direction.
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei der das Aufzeichnungsgerät eine optische Kamera aufweist.19. Arrangement according to one of claims 15 to 18, wherein the recording device comprises an optical camera.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei der das Aufzeichnungsgerät eine Videokamera aufweist.20. Arrangement according to one of claims 15 to 19, wherein the recording device comprises a video camera.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei der das Aufzeichnungsgerät die Abbildungen (6) rechnerisch ermittelt. 21. Arrangement according to one of claims 15 to 20, wherein the recording device calculates the images (6) by calculation.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei der das Aufzeichnungsgerät alle Abbildungen (6) gleichzeitig erzeugt.22. Arrangement according to one of claims 15 to 21, wherein the recording device generates all images (6) simultaneously.
23. Anordnung nach einem der Anspruch 15 bis 22, bei der die Abbildungen mit Hilfe einer Reihe nebeneinander liegender Zerstreuungslinsen (5) hergestellt werden, die in den Strahlengang zur Erzeugung der Abbildungen (6) ange- ordnet sind.23. Arrangement according to one of claims 15 to 22, in which the images are produced with the aid of a row of diverging lenses (5) which are arranged next to one another and are arranged in the beam path for producing the images (6).
24. Anordnung nach Anspruch 23, bei der die Zerstreuungslinsen (5) Zylinderlinsen sind.24. The arrangement according to claim 23, wherein the diverging lenses (5) are cylindrical lenses.
25. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, bei der die zylindrischen Zerstreuungslinsen (5) derart angeordnet und ausgebildet sind, daß die mit ihrer Hilfe erzeugten Abbildungen (6) in einer Ebene (2) mit geringem oder ohne Abstand nebeneinander liegen.25. Arrangement according to one of claims 15 to 24, in which the cylindrical diverging lenses (5) are arranged and designed in such a way that the images (6) generated with their help lie next to one another in a plane (2) with little or no distance.
26. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, bei der die Abbildungen (6) auf einem Bildschirm erzeugt und/ oder wiedergegeben werden.26. Arrangement according to one of claims 15 to 25, in which the images (6) are generated and / or reproduced on a screen.
27. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, bei der der Gegenstand (1) als rechnerisches Modell vorliegt. 27. Arrangement according to one of claims 15 to 26, in which the object (1) is present as a computational model.
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