NL1003960C2 - Inrichting voor het driedimensionaal visualiseren van objecten, alsmede werkwijze voor het vervaardigen van een driedimensionaal visualiseerbare afbeelding van een object. - Google Patents

Description

Inrichting voor het driedimensionaal visualiseren van objecten, alsmede werkwijze voor het vervaardigen van een driedimensionaal visualiseerbare afbeelding van een object.

De uitvinding betreft een inrichting voor het driedimensionaal visualiseren van objecten.

De vraag naar een driedimensionaal weergavesysteem wordt steeds meer prominent. Op dit moment bestaat het enige 5 redelijk werkende driedimensionale visualiseringssysteem uit een paar stereoscopische waarnemingspunten. Deze worden ofwel weergegeven op een kathodestraalbuis of geprojecteerd op een groot scherm. Om het mogelijk te maken met het ene oog een ander beeld te zien dan met het andere oog is het gebruik van 10 bijvoorbeeld een bril met gekleurde of polariserende glazen noodzakelijk. Het probleem van de huidige systemen is het beperkte aantal waarnemingspunten dat wordt gebruikt voor het opbouwen van de driedimensionale representatie. Behalve op het gebied van de holografie waar op traditionele wijze een onbe-15 perkt aantal waarnemingspunten wordt vastgelegd. Dit aantal kan worden verminderd tot 100 è 200 waarnemingspunten waardoor niettemin nog steeds een goede driedimensionale representatie mogelijk is zonder artefacten. Het probleem bij holografie is evenwel de noodzaak van de aanwezigheid van een referentiebun-20 del en de afwezigheid van interactiviteit. Er is enige tijd nodig voor -het vervaardigen van een hologram.

Voor het verschaffen van een acceptabel driedimensionaal visualiseringssysteem is het noodzakelijk dat het systeem geen artefacten vertoont, interactief is, een hoge resolutie 25 bezit, een grote waarnemingshoek bezit en de mogelijkheid bied voor een continue beeld. Om aan alle wensen tegemoet te komen dient een grote hoeveelheid gegevens te worden bewerkt. Om de vereiste snelheid te verkrijgen worden meerdere elektronische processors gebruikt. Zo is er een multi-processorsysteem be-30 kend dat met behulp van meerdere processors grote hoeveelheden gegevens bewerkt die gebruikt worden voor het berekenen van interferentiepatronen van een 3D-object.

10 0 3 9 60 2

De uitvinding heeft tot doel een inrichting en een werkwijze te verschaffen voor het genereren van driedimensionale beelden met een aanmerkelijke diepte en over een aanmerkelijke waarnemingshoek waarbij het beeld bekeken kan worden 5 zonder gebruikmaking van extra middelen en het beeld bij voorkeur zou kunnen worden ververst met een snelheid van minstens tien beelden per seconden.

Ter bereiking van dit doel verschaft de uitvinding een inrichting van de in de aanhef vermelde soort met het ken-10 merk, dat de inrichting omvat: een computer geschikt voor het daarin in uitleesbare vorm opslaan van een driedimensionaal computermodel van het object in een verzameling omvattende a aanzichten overeenkomend met een tevoren bepaalde verzameling omvattende a waarnemingsposities; een multiprocessorsysteem 15 omvattende een verzameling afzonderlijke processoren die ieder dienen voor het berekenen van een tevoren bepaald aantal deel-aanzichten van ieder van de genoemde aanzichten van het genoemde computermodel, waarbij iedere processor is gekoppeld aan een pixel-array voor het zichtbaar weergeven van de door 20 de betreffende processor berekende genoemde deelaanzichten; per pixel een optische vezel voor het transporteren van licht tussen een eerste vezeluiteinde dat is opgesteld bij de bijbehorende pixel voor het opvangen van daaruit tredend licht en een tweede elders opgesteld vezeluiteinde en een gezamenlijk ·: 25 vezeluiteindenoppervlak waarin de tweede uiteinden van de bij de betreffende eerste vezeluiteinden behorende optische vezels zijn gelegen voor het bij de tweede vezeluiteinden uitstralen van het door iedere vezel getransporteerde en van de bijbehorende pixels afkomstige licht; zodanig dat bij het vezeluit-30 eindenoppervlak een beeld weergeefbaar is van alle a aanzichten. De uitvinding gaat dus uit van de gelijktijdige weergave van een alle a aanzichten die met behulp van optische vezels door transport van licht bij een vezeluiteindenoppervlak worden weergegeven.

35 Een uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft tot ken merk dat bij het genoemde gezamenlijke vezeluiteindenoppervlak optische middelen aanwezig zijn met een zodanige optische wer- 10 0 3 9 60 3 king, dat voor een waarnemer met elk oog slechts dat deel van het door het genoemde gezamenlijke vezeluiteindenoppervlak uitgestraalde licht waarneembaar is dat overeenstemt met het met de waarnemingspositie van de waarnemer ten opzichte van 5 het vezeluiteindenoppervlak en het betreffende oog overeenkomende aanzicht uit de genoemde tevoren bepaalde verzameling van aanzichten, zodat door de waarnemer een driedimensionale impressie waarneembaar is van het object die verschillend is voor verschillende waarnemingsposities uit de genoemde tevoren 10 bepaalde verzameling van waarnemingsposities. Bij deze uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van optische middelen die ervoor zorgen dat de beschouwer van het vezeluiteindenoppervlak in elke positie voor het scherm steeds uitsluitend de samenstellende deelaanzichten krijgt te zien die behoren bij het 15 betreffende aanzicht. Deze uitvoeringsvorm kan verder tot kenmerk hebben, dat de genoemde optische middelen cilindrische lenzen omvatten met een longitudinale as en dat elke cilindrische lens zich bevindt tegenover kolommen en rijen van tweede vezeluiteinden met de longitudinale as evenwijdig aan de ko-20 lommen van tweede vezeluiteinden.

Deze uitvoeringsvorm kan ook nog zodanig worden uit-gevoerd dat deze het kenmerk bezit, dat het vezeluiteindenoppervlak is gelegen in een in hoofdzaak continu vlak en dat de optische middelen een optisch stelsel omvatten dat losneembaar 1 25 tegen het genoemde gezamenlijke vezeluiteindenoppervlak plaatsbaar is. Bij deze uitvoeringsvorm behoren de optische middelen tot een losneembaar voor het gezamenlijke vezeluiteindenoppervlak plaatsbaar optisch stelsel, hetgeen het moge-lijk maakt om de uitvinding tevens te gebruiken voor het ver-30 vaardigen van een driedimensionaal visualiseerbare afbeelding van het object op een voorwerp zoals een bladvormige drager. Een hiertoe geschikte werkwijze behoort eveneens tot de uitvinding en zal verderop worden behandeld.

Een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft 35 tot kenmerk dat de genoemde optische middelen worden gevormd door de tweede vezeluiteinden van de optische vezels zelf doordat een contour aanwezig is bij de tweede vezeluiteinden 10 0 3 9 60 4 en/of deze in een bepaalde richting wijzen. Bij deze uitvoeringsvorm zijn geen cilindrische lenzen nodig maar wordt aan de tweede vezeluiteinden een zodanige contour aangebracht, bijvoorbeeld door slijpen en polijsten, dat ieder tweede ve-5 zeluiteinde het uittredende licht uitsluitend in de correcte richting uitzendt. Daarbij, of in de plaats daarvan, kan elke vezel bij zijn tweede uiteinde in een bepaalde richting wijzen, met name in de richting van de bijbehorende waarnemings-positie.

10 Een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft tot kenmerk dat de pixels bestaan uit pixels van een of meer LCD-weergavepanelen. Deze uitvoeringsvorm is voor de praktische realiseerbaarheid van de inrichting volgens de uitvinding van belang omdat LCD-weergavepanelen kunnen voldoen aan de 15 eisen van het oplossend vermogen en de verversingssnelheid van het beeld.

Een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft tot kenmerk dat verlichtingsmiddelen aanwezig zijn ten behoeve van het projecteren van elk pixel op het eerste uiteinde van 20 de bijbehorende optische vezel. Door deze uitvoeringsvorm is de uitvinding niet afhankelijk van omgevingslicht.

Een zeer belangrijke volgende uitvoeringsvorm heeft tot kenmerk dat de dwarsdoorsnede van het eerste vezeluiteinde van de optische vezels verschilt van de dwarsdoorsnede van het 25 tweede vezeluiteinde. Door gebruikmaking van deze uitvoeringsvorm kan door verandering van de dwarsdoorsnede van de optische vezel van het eerste uiteinde naar het tweede uiteinde gezorgd worden voor de vereiste aanpassingen van afmeting en/of vorm die veelal gewenst zullen zijn tussen de 30 LCD-schermen of andere gebruikte pixel-arrays en het uiteindelijke beeldweergavescherm.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van driedimensionale visualiseerbare afbeeldingen van een object op een voorwerp met gebruikmaking 35 van de hierboven beschreven inrichting, welke werkwijze het kenmerk heeft, dat een voorwerp wordt gebruikt met een drager voorzien van een stralingsgevoeilige laag, dat de genoemde 10 0 3 9 60 5 stralingsgevoelige laag op het vezeluiteindenoppervlak wordt geplaatst, vervolgens wordt bestraald met uit de tweede vezel-uiteinden afkomstige straling en vervolgens zonodig verder wordt behandeld voor het produceren van een zichtbare afbeel-5 ding van elk door de tweede vezeluiteinden op het stralingsgevoelige oppervlak geprojecteerde beeldpunt van een bijbehorende pixel, zodat een afbeelding ontstaat bestaande uit beeldpunten van pixels en dat daarna tegen de voorzijde van de drager tegenover het met beeldpunten voorziene oppervlak optische 10 middelen worden geplaatst met een zodanige optische werking, dat voor een waarnemer met elk oog slechts dat deel van het van de genoemde beeldpunten afkomstige licht waarneembaar is dat overeenstemt met het met de waarnemingspositie van de waarnemer ten opzichte van het voorwerp en het betreffende oog 15 overeenkomende aanzicht uit de genoemde tevoren bepaalde verzameling van aanzichten, zodat voor de waarnemer een driedimensionale impressie waarneembaar is van het object die verschillend is voor verschillende waarnemingsposities uit de genoemde tevoren bepaalde verzameling van waarnemingsposities. 20 Op deze wijze wordt het mogelijk om bijvoorbeeld een aan een wand te hangen afbeelding van een object te vervaardigen dat, bijvoorbeeld met opvallend licht, uit verschillende waarnemingsposities steeds een correct driedimensionaal beeld van het afgebeelde object oplevert.

25 De genoemde werkwijze kan het verdere kenmerk bezit ten dat de genoemde optische middelen cilindrische lenzen omvatten met een longitudinale as en dat elke cilindrische lens zich bevindt tegenover kolommen en rijen van beeldpunten met de longitudinale as evenwijdig aan de kolommen van beeldpun-30 ten.

De uitvinding zal hieronder worden verduidelijkt aan de hand van de tekening die schematisch een niet-limitatief uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding toont en waarin: figuur 1 een schema toont dat zal worden gebruikt ten 35 behoeve van een verklaring van de principes van de uitvinding, figuur 2 een perspectivisch, schematisch, aanzicht is op het weergavepaneel van de inrichting volgens de uitvinding, 10 0 3 960 6 alsmede de verbinding met behulp van optische vezels tussen een pixel-array en het vezeluiteindenoppervlak, figuur 3 schematisch een deel toont van een pixel-array, een deel van het weergavepaneel volgens de uitvinding 5 en delen van enkele optische vezels en figuur 4 op symbolische wijze perspectivisch de onderlinge electrische en optische verbindingen toont van een aantal basiscomponenten van de inrichting volgens de uitvinding.

10 Figuur 1 toont op symbolische wijze en op willekeuri ge schaal een verzameling van a aanzichten VI tot en met Va die in de tekening zijn weergegeven als een aantal a foto's genomen van een huis vanuit steeds verschillende waarnemings-posities aan de voorzijde van het huis. Het aantal a kan bij-15 voorbeeld bestaan uit 100, zodat een reeks van 100 foto's aanwezig is. De foto's zijn genummerd VI tot en met Va, waarbij een willekeurige foto nabij het midden van de reeks is aangegeven met Vk.

Stel dat ieder van de foto's wordt opgedeeld in een 20 aantal b deelaanzichten, bijvoorbeeld b verticale stroken. De aldus in stroken verdeelde foto's zijn aangegeven beneden de in figuur 1 aangegeven aanzichten VI tot en met Va. Aanzicht VI is op deze wijze verdeeld in deelaanzichten bestaande uit stroken Vlx tot Vlb, waarbij een willekeurige tussengelegen 25 strook Vlj is genoemd. Op dezelfde wijze is aanzicht Vk verdeeld in stroken Vkx tot Vkb en het aanzicht Va in stroken Va! tot Vab. Het bij wijze van illustratie van een mogelijke uitvoeringsvorm in fig. 1 getoonde systeem omvat een aantal b processors PI tot en met Pb, dus in dit geval per deelaanzicht 30 of strook één aparte processor. Zoals in figuur 1 met streep-stiplijnen symbolisch is aangegeven, wordt bij dit voorbeeld de informatie betreffende alle eerste stroken van alle foto's verwerkt door de eerste processor PI. De informatie betreffende alle j-de stroken van alle foto's wordt verwerkt in proces-35 sor Pj, hetgeen is aangegeven door de verbinding van Pj met ieder van de stroken VI, Vkj, Vaj met behulp van gestreept aangegeven pijlen. Op dezelfde wijze is de processor Pb met 10 0 3 9 60 7 gestippeld getekende pijlen verbonden met de stroken Vlb, Vkb en Vab van de in stroken verdeelde foto's respectievelijk VI, Vk en Va. Op soortgelijke wijze bezit ieder van de processors PI tot Pb de informatie betreffende alle overeenkomstige stro-5 ken van alle foto's, dus alle overeenkomstige deelaanzichten. Ieder van de processors staat bij het gegeven voorbeeld in verbinding met een aparte bijbehorende LCD, dus processor PI staat in verbinding met LCD1, processor Pj met LCDj en processor Pb met LCDb. De LCD's vormen pixel-arrays met a kolommen. 10 Zo omvat LCDj dus a stuks kolommen die worden aangestuurd door de processor Pj. LCDl omvat de a stuks kolommen die worden aangestuurd door de processor PI en LCDb bevat alle a kolommen die worden aangestuurd door de processor Pb. Ieder van de LCD's bezit dus een aantal kolommen van pixels dat gelijk is 15 aan het aantal foto's of aanzichten. Bedraagt het aantal a aanzichten bijvoorbeeld 100 en is het aantal b stroken of deelaanzichten bijvoorbeeld gelijk aan 1024, dan zijn er dus 1024 LCD's aanwezig die ieder een pixel-array bezitten met 100 kolommen. Aangezien er in de getoonde opstelling per LCD-20 scherm ook één processor aanwezig is, zijn er uiteraard ook 1024 processors. Wordt aangenomen dat processor Pj de 38ste processor is, dan bevat de LCDj in het gegeven voorbeeld dus 100 pixelkolommen die overeenkomen met de 38ste strook van alle 100 foto's of met andere woorden: het 38ste deelaanzicht 25 van alle 100 aanzichten.

Om het voor een waarnemer mogelijk te maken om bijvoorbeeld foto 38 waar te kunnen nemen, dient ervoor gezorgd te worden dat de waarnemer alle stroken van foto 38 te zien krijgt, op de juiste wijze naast elkaar gerangschikt. Dit komt 30 erop neer dat de waarnemer strook 38 van LCDl moet zien, daarnaast strook 38 van LCD2, daarnaast strook 38 van LCD3, en op deze wijze verder. Dus van ieder van de 1024 LCD's uitsluitend de 38ste strook en wel op de juiste wijze in volgorde naast elkaar geplaatst. Om dit te bereiken wordt volgens de uitvin-35 ding gebruik gemaakt van optische vezels. Figuur 2 toont op symbolische wijze, waarbij ieder van de delen van de tekening op willekeurige schaal is, wederom het LCD-weergavepaneel LCDj 1003960 8 uit figuur 1. Het weergavepaneel bezit aan de voorzijde een aantal pixels l opgesteld in x kolommen en y rijen. Een aantal c naast elkaar gelegen kolommen komt overeen met één enkel deelaanzicht. Bij de bespreking van figuur 1 is ervan uitge-5 gaan dat het aantal pixels per kolom per deelaanzicht gelijk is aan 1 zodat er evenveel pixelkolommen zijn als deelaanzich-ten. Dit is evenwel niet noodzakelijk, per deelaanzicht kunnen meerdere pixelkolommen aanwezig zijn ter vergroting van de horizontale resolutie, in welk geval dus c>l is.

10 Het aantal rijen van pixels bepaalt de verticale re solutie van het uiteindelijk waargenomen beeld en kan bijvoorbeeld y = 1280 bedragen. In geval één pixel per deelafbeelding aanwezig is, zou dit betekenen dat bij het gegeven voorbeeld er x = 100 kolommen aanwezig zijn en y = 1280 rijen zodat de 15 pixels een rechthoekig x * y = 100 * 1280 array vormen.

Per pixel van de pixel-array LCDj is een optische vezel 2 aanwezig, zie figuur 3, die dient voor het transporteren van licht tussen het eerste vezeluiteinde 3 dat is opgesteld bij de bijbehorende pixel 1 voor het daaruit opvangen 20 van uittredend licht en een tweede elders opgesteld vezeluiteinde 4. Alle bij het LCDj behorende vezels 2 vormen tezamen een verzameling, of een bundel, vezels die in figuur 2 symbolisch is aangegeven met Sj. Deze verzameling vezels bestaat dus in totaal uit x*y optische vezels 2. Nabij het weergavepa- -t 25 neel LCDj vormen de uiteinden 3 van alle vezels 2 uit de verzameling vezels Sj gezamenlijk een eerste vezeluiteinden-array van eerste vezeluiteinden 3 met x kolommen en y rijen van bij elkaar behorende eerste vezeluiteinden 3.

De tweede vezeluiteinden 4 zijn samengevat tot een 30 tweede vezeluiteinde-array met eveneens x kolommen en y rijen van in hoofdzaak in een gezamenlijk vlak 5, zie figuur 3, gelegen tweede uiteinden 4 van de optische vezels 2. Bij de tweede vezeluiteinden 4 wordt het licht uitgestraald dat door iedere vezel 2 wordt getransporteerd en afkomstig is van de 35 bijbehorende pixel-array LCDj. De tweede uiteinden 4 in de tweede vezeluiteinden-array nemen een plaats in die overeenkomt met de eerste uiteinden 3 van de betreffende vezel 2 in 1003960 9 de eerste vezeluiteinden-array.

De tweede vezeluiteinden-arrays zijn naast elkaar gerangschikt tot een gezamenlijk vezeluiteindenoppervlak 5, zie figuur 3, waarin in hoofdzaak het totale aantal van de 5 genoemde tweede vezeluiteinden 4 is gelegen, in het gegeven voorbeeld dus 100x1024x1280 - 131.072.000 tweede vezeluiteinden, behorende bij even zoveel optische vezels.

Bij het genoemde gezamenlijke vezeluiteindenoppervlak 5 zijn meervoudige optische middelen aanwezig met een zodanige 10 optische werking dat een waarnemer die zich opstelt voor de inrichting volgens de uitvinding met elk oog slechts dat deel van de door het genoemde gezamenlijke vezeluiteindenoppervlak dat wordt gevormd door de totaliteit van alle tweede vezeluiteinden 4 uitgestraalde licht waarneemt dat overeenstemt met de 15 waarnemingspositie van de waarnemer ten opzichte daarvan. Zodoende ontstaat voor de waarnemer een driedimensionale impressie die verschillend is voor iedere waarnemingspositie uit de genoemde tevoren bepaalde verzameling van waarnemingsposities, zodat bij verandering van positie steeds het juiste driedimen-20 sionale beeld wordt waargenomen.

In de in de figuren 2, 3 en 4 weergegeven uitvoeringsvorm bestaan de optische middelen uit cilindrische lenzen. Zo behoort bij de in figuur 2 bij de bundel optische vezels Sj behorende tweede-vezeluiteinden-array de lens Lj. Deze •i 25 lens bezit een longitudinale as 6 die evenwijdig loopt aan de kolommen van de vezeluiteinden 4 van de genoemde tweede-vezeluiteinden-array. Er zijn dus in totaal op het voorvlak van het weergavepaneel in het weergegeven voorbeeld 1024 verticale cilindrische lenzen aanwezig, waarbij iedere cilindri-30 sche lens dient voor het afbeelden van alle pixels van een afzonderlijk pixel-array dat in het weergegeven geval via optische vezels afkomstig is van één LCD. Bij het gegeven voorbeeld van afbeeldingen die zijn onderverdeeld in stroken van 1024 deelafbeeldingen bezit het beeldscherm dus een verzame-35 ling van 1024 cilindrische lenzen.

In de getekende uitvoeringsvorm, zie figuur 2 en 3, is het voorvlak 5 van de tweede vezeluiteinden een plat vlak.

1003960 10

De cilindrische lenzen kunnen direct op het voorvlak 5 zijn aangebracht, maar kunnen volgens een andere niet getoonde uitvoeringsvorm behoren tot een apart optisch stelsel dat losneembaar tegen het genoemde gezamenlijke vezeluiteindenopper-5 vlak is geplaatst.

Nog een andere mogelijkheid, eveneens niet in de tekening getoond, is dat de genoemde optische middelen worden gevormd door de tweede vezeluiteinden 4 van de optische vezels 2 zelf doordat een contour is aangebracht bij het oppervlak 10 van de tweede vezeluiteinden-array en/of deze in een bepaalde geschikte richting wijzen. Een dergelijke contour zou bijvoorbeeld kunnen worden aangebracht met behulp van slijpen en po-lij sten.

Aan de zijde van het pixel-array dat is gelegen te-15 genover de bij het pixel-array behorende eerste vezeluiteinden 3 zijn, zie figuur 2, ten behoeve van het projecteren van elke pixel op het eerste uiteinde 3 van de bijbehorende optische vezel 2, verlichtingsmiddelen 7 aangebracht. In de in figuren 2 en 4 getoonde uitvoeringsvorm is per LCD-scherm een gloei- 20 lampje 7 aanwezig. Het zal evenwel duidelijk zijn dat ook andere soorten verlichtingsbronnen kunnen worden gebruikt zoals fluoriserende bronnen, al of niet voor een aantal of voor alle LCD's gezamenlijk.

Figuur 3 toont dat de dwarsdoorsnede van het eerste 25 vezeluiteinde 3 van de optische vezel 2 verschillend kan zijn van de dwarsdoorsnede van het tweede vezeluiteinde 4. In figuur 3 is de diameter van het eerste vezeluiteinde 3 groter dan de diameter van het tweede vezeluiteinde 4. Het is op zich bekend om optische vezels toe te passen waarvan de dwarsafme-30 ting over de lengte van de vezel varieert. Bij de onderhavige uitvinding kan van een dergelijke maatregel met voordeel gebruik worden gemaakt ter aanpassing van de vorm van de eerste vezeluiteinde-array aan de vorm van de tweede vezeluiteinde-narray of andersom. Behalve dat de optische vezels in 35 doorsnede-afmeting kunnen variëren, kan ook de vorm in principe variëren, bijvoorbeeld van rond naar vierkant of rechthoekig, hoewel dat technologisch gecompliceerder is.

10 0 3 9 60 11

Zoals figuur 4 toont, kan de inrichting worden opgebouwd met gebruikmaking van een databus 8 die is verbonden met een eveneens tot de inrichting volgens de uitvinding behorende maar niet getoonde computer. De betreffende computer kan uit 5 een willekeurige geschikte computer bestaan volgens de bekende stand van de techniek zodat bespreking daarvan achterwege kan blijven. De databus 8 staat via aftakkingen 9 in verbinding met een aantal dedicated processors waarvan er in figuur 4 drie worden getoond, namelijk Pj-1, Pj en Pj+1. De processors 10 zijn schematisch aangegeven als printplaten waarop eenvoudig-heidshalve geen componenten zijn aangegeven aangezien het ontwerp van de processor als zodanig niet tot de uitvinding behoort . Elk van de processors is via een flexibele kabel 10 verbonden met een bijbehorende LCD-driver, waarbij de proces-15 sor Pj-1 is verbonden met de driver Dj-1, de processor Pj met de driver Dj, etc. Ook de drivers zijn eenvoudigheidshalve afgebeeld als een printplaat zonder componenten, aangezien ook de drivers als zodanig niet tot de uitvinding en tot de stand van de techniek behoren.

20 Iedere driver is via een aantal flexibele kabels 11, 12 en 13 verbonden met de bijbehorende LCD-panelen respectievelijk LCDj-1, LCDj en LCDj+1. Het licht dat door de lampjes 7 op de achterzijde van de LCD-panelen wordt geworpen, wordt door de pixels van het LCD-paneel gemoduleerd in intensiteit 25 en eventueel in kleur en via de optische vezels behorende tot de bijbehorende verzamelingen van optische vezels Sj-1, Sj en Sj+1 van de LCD-panelen naar voren geleid en treedt via de cilindrische lenzen respectievelijk Lj-1, Lj en Lj+1 naar buiten.

30 In het voorgaande is de uitvinding besproken aan de hand van een enkel uitvoeringsvoorbeeld. De uitvinding is daartoe evenwel in het geheel niet beperkt en kan na te zijn begrepen door een vakman op een belangrijk aantal manieren worden aangepast en gewijzigd. Zo zijn de aanzichten VI tot Va 35 niet beperkt tot 100 aanzichten, maar er kunnen ook meer of minder aanzichten aanwezig zijn. Het systeem heeft een veelvoud aan aanzichten van het te visualiseren object nodig, bij 10 0 3 9 60 12 wijze van voorbeeld het in figuur 1 als voorbeeld gebruikte huis. De aanzichten kunnen bijvoorbeeld afkomstig zijn van een aantal camera's. De relatie tussen de camera's en de waarne-mingsposities moet beschreven zijn. De afstand tussen de came-5 ra's, en/of de waarnemingsposities zijn bij voorkeur aan elkaar gelijk. Om het geheel niet onnodig te compliceren bevinden de camera's/waarnemingspunten zich op een rechte lijn of eventueel op een gekromde eventueel cirkelvormige lijn. De oriëntatie van de camera's kan zijn gericht op het object of 10 loodrecht op de lijn tussen de camera's en de waarnemingsposities. Het is ook mogelijk om de positie van de cameralens ten opzichte van de sensor van de camera te variëren. Dit op zodanige wijze dat wanneer de camera's op een rechte lijn zijn geplaatst en de optische as van het object recht vooruit is 15 gericht, de afbeelding altijd wordt gecentreerd op de camera-sensor. De totale lengte van de gehele array aan camera's/waar- nemingspunten is gelijk aan het aantal aanzichten maal de afstand tussen de waarnemingspunten en kan "opna-mepadlengte" worden genoemd. De verhouding tussen de opname-20 padlengte en de afstand tot het object is systeemafhankelijk. Dit wordt hoofdzakelijk bepaald door de werking van de cilindrische lenzen van het weergavepaneel van de uitvinding. De camera's kunnen bestaan uit normale videocamera's, eventueel met CCD-sensor, voor het opnemen van beelden van stoffelijke 25 objecten. De camera's kunnen evenwel ook bestaan uit softwarematige "camera's" voor het renderen van computermodellen.

De volgende parameters zijn voor de inrichting van de uitvinding van belang: de afmeting van het pixel-array x*y, het aantal aanzichten a, de afstand tussen het object en de 30 camera, de tussenafstand tussen verschillende camera's/waarnemingspunten, de hoek van waaruit de camera het object ziet en de vorm van het opnamepad. Er kunnen natuurlijk bijvoorbeeld 100 camera's worden gebruikt, maar het is ook mogelijk een kleiner aantal camera's te gebruiken, eventueel slechts 35 een enkele camera en deze op rails te plaatsen voor het opnemen van het benodigde aantal aanzichten vanuit de tevoren bepaalde waarnemingsposities. Dit laatste is natuurlijk alleen 10 0 3 9 60 13 zinvol voor het afbeelden van stationaire objecten. Bestaat de wens om bewegende beelden weer te geven, dan kunnen meerdere camera's worden ingezet.

De datatransmissie van de camera's naar de computer 5 en vanuit de computer naar het multi-processorsysteem kan op velerlei wijzen plaatsvinden. Mede hierdoor wordt de functie van de processors bepaald. De output van het multi-processorsysteem bestaat uit a aanzichten van het af te beelden driedimensionale object en wel op een specifieke wijze gerangschikt. 10 Bij het in de voorgaande beschrijving van een uitvoeringsvorm besproken geval is een rangschikking in rijen en kolommen besproken, dit is op zich evenwel niet noodzakelijk. Het re-ar-rangeren van de a aanzichten is noodzakelijk om het uit optische vezels bestaande deel van het systeem te kunnen realise-15 ren.

Indien de aanzichten worden afgebeeld op een overeenkomstig aantal LCD-schermen, wordt het gedeelte van het systeem bestaande uit de optische vezels uiterst gecompliceerd. In het eerder gegeven voorbeeld gaat het om 131.072.000 20 optische vezels. Dit illustreert dat het uit optische vezels bestaande deel van het systeem van de uitvinding liefst moet worden opgebouwd als een veelvoud van op zichzelf eenvoudige deelsystemen van optische vezels. De uitvinding biedt hiertoe een mogelijkheid, bijvoorbeeld op de in het voorgaand beschre-25 ven voorbeeld getoonde wijze, waarbij het uiteindelijke beeldscherm 1024 verticale cilindrische lenzen omvat. Achter iedere lens moeten alle pixels aanwezig zijn die betrekking hebben op overeenkomstige deelaanzichten van alle aanzichten. Het gegeven voorbeeld van de uitvinding maakt het mogelijk om iedere 30 cilindrische lens toe te voegen aan één enkel pixel-array doordat alle pixels behorende bij de met elkaar corresponderende deelaanzichten van de verschillende aanzichten zijn bijeengebracht op één LCD-display. Op deze wijze is het deel van het systeem omvattende de optische vezels teruggebracht tot 35 een meervoud aan deelsystemen die ieder voor zich kunnen worden gefabriceerd en vervolgens kunnen worden samengesteld tot het uiteindelijke totale systeem.

100 3 9 60 ( 14

De verschillende pixel-arrays kunnen in principe aanwezig zijn op meer of op minder LCD's, maar ook op andere inrichtingen dan LCD's, zoals één of meer CRT's.

Wanneer videocamera's worden gebruikt, bijvoorbeeld 5 een aantal videocamera's gelijk aan het aantal gebruikte aanzichten of een geringer aantal bewegende videocamera's, dan moet door middel van een synchronisatiesysteem ervoor worden gezorgd dat van ieder aanzicht alle deelaanzichten op gesynchroniseerde wijze worden verdeeld over alle processors. De 10 processors kunnen in dat geval worden opgevat als een soort framebuffers. De framebuffers moeten videosignalen ontvangen, alsmede synchronisatiesignalen om het videosignaal geschikt te maken voor de LCD-panelen. Indien een host-computer echte aanzicht lichten levert in de vorm van bitmaps, geldt hetzelfde 15 als hierboven geschreven.

Het is natuurlijk ook mogelijk dat de host-computer op enigerlei wijze de aanzichten uitrekent en deze tevens herrangschikt, in dat geval kan elke herrangschikte afbeelding worden opgeslagen in de corresponderende processor. Dit is 20 evenwel een zware belasting voor de host-computer zodat het gunstig is om de taak van het herrangschikken van deelafbeel-dingen over te laten aan speciaal daarvoor ingerichte processors .

Een derde mogelijkheid is dat de host-computer 25 slechts een beschrijving levert van het 3D-computermodel. In dat geval krijgt elke processor dezelfde informatie. Elke processor rendered dan van alle aanzichten slechts een aantal deelaanzichten en maakt deze geschikt voor bijvoorbeeld een bijbehorend LCD-scherm. In deze situatie moet elke processor 30 beschikken over de nodige rekenkracht en over een uitgebreid softwareprogramma.

Het aantal processoren of framebuffers behoeft niet gelijk te zijn aan het aantal deelaanzichten. Bij het gegeven voorbeeld van 1024 deelafbeeldingen zouden bijvoorbeeld 128 35 processoren kunnen worden gebruikt die eerder 8 deelaanzichten berekenen. Stel dat iedere processor weer zou worden gekoppeld met één enkele aparte LCD, dan zou iedere LCD van ieder aan- 10 0 3 9 60 15 zicht 8 kolommen weergeven, bijvoorbeeld het zesentwintigste achttal deelaanzichten van ieder van de aanzichten. Daarbij dient er door een juiste wijze van "interleaven" voor te worden gezorgd dat in het vezeluiteinden (het beeldweergave-5 scherm) de kolommen tweede vezeluiteinden die gezamenlijk dienen voor het weergeven van één enkele afbeelding althans bij benadering op gelijke afstanden van elkaar zijn gelegen.

De koppeling tussen het multi-processorsysteem en de pixelarrays kan op verschillende wijzen tot stand komen. Het 10 oplossen hiervan is evenwel een taak die moet worden gerekend tot de normale vakkennis van de desbetreffende vakman. Behalve een LCD-scherm of een aantal LCD-schermen zijn in principe ook andere middelen mogelijk voor het verkrijgen van een pixel-array. Gedacht kan worden aan lichtbronnen zoals LED's of nog 15 andere lichtgevende en/of reflecterende middelen.

Praktisch altijd is de afstand tussen de pixels van mogelijke pixel-arrays niet geschikt om een driedimensionaal beeld te genereren. Ook de bedrading van afzonderlijke arrays maakt dit onmogelijk. Ook is de optische informatie niet in 20 geschikte vorm, er is namelijk geen hoekafhankelijkheid. Al deze problemen zijn alleen op te lossen met een geschikt project iesysteem. Normale projectie maakt het scherm en het volume van het systeem evenwel zeer groot. Lenzen en spiegels maken het systeem te gecompliceerd om te bouwen. De uitvinding 25 biedt een oplossing door voor iedere pixel een optische vezel, zoals een glasvezel of een uit kunststof bestaande vezel, te voorzien. Het op afstand van de pixel gelegen tweede uiteinde van de vezel kan een andere afmeting en/of vorm hebben dan het eerste vezeluiteinde. Hierdoor is het mogelijk om het uitein-30 delijke beeldscherm de gewenste resolutie te verschaffen. Bij LCD-panelen is de afmeting van een pixel meestal niet kleiner dan 0,125 mm. Bij de 100 afbeeldingen van het gegeven voorbeeld bestaat een enkel tweede-vezeluiteinden-array uit 100 kolommen van naast elkaar geplaatse vezeluiteinden. Bij een 35 weergavescherm van monitorafmetingen dienen deze 100 pixels te worden weergegeven in een rij van beeldpunten 0,6 mm. Dit . houdt in dat de tweede uiteinden een diameter dienen te bezit- 1003 9 60 16 ten in de orde van grote van 6 //m. De optische vezels dienen dus vanaf het eerste uiteinde naar het tweede uiteinde te ver-randeren van een diameter van 100 μια naar een diameter van 6 μτα.

5 De tweede vezeluiteinden van de vezels kunnen op ver schillende manieren worden geplaatst in het totale voorvlak van de tweede vezeluiteinden. Wat van belang is, is dat het licht dat uit de glasvezels treedt onder specifieke hoeken het beeldscherm verlaat. Bijvoorbeeld dienen alle tweede vezeluit-10 einden die tezamen het aanzicht k vormen licht te geleiden dat onder een specifieke hoek het scherm verlaat, zodat vanuit een overeenkomstige waarnemingspositie voor het beeldscherm de gehele afbeelding k valt waar te nemen. Hierbij wordt ervan uit gegaan dat de afstand van een waarnemer ten opzichte van 15 het scherm zeer groot is ten opzichte van de afmetingen van de rijen van de tweede vezeluiteinden-arrays, en dus ook van de eventuele aanwezige cilindrische lenzen of dergelijke.

In principe is het niet nodig dat de tweede vezeluiteinden die aanwezig zijn in een tweede-vezeluiteinden-array, 20 zijn gerangschikt in de vorm van x kolommen en y rijen, waarbij x gelijk is aan het aantal aanzichten vermenigvuldigd met het aantal pixels per deelaanzicht. Met andere woorden, bij 100 aanzichten, 1 pixel per deelaanzicht en een verticale resolutie van 1280 rijen is het niet nodig om de tweede vezel-'£ 25 uiteinden te plaatsen in een tweede vezeluiteinden-array bestaande uit 100 kolommen en 1280 rijen. Wel dient ervoor gezorgd te worden dat, zoals eerder gezegd, in een bepaalde waarnemingspositie een waarnemer de juiste verzameling van deelaanzichten in de juiste rangschikking waarneemt. Door de 30 grote verhouding van waarnemingsafstanden ten opzichte van het beeldscherm en de afmeting van de afzonderlijke tweede vezeluiteinden zullen kleine variaties in hoogte tussen verschillende afbeeldingen verwaarloosbaar kunnen zijn.

In plaats van gebruik te maken van lenzen of andere 35 toegevoegde optische middelen zouden ook de vezels onder een bepaalde hoek in het vooroppervlak van het beeldscherm kunnen worden geplaatst zodat ze ieder het licht in de gewenste rich- 10 0 3 9 60 17 ting werpen. Ook zouden de uiteinden, zoals gezegd, door slijpen en polijsten in een bepaalde contour kunnen worden gebracht .

Het systeëm kan zo gemaakt worden dat wanneer een 5 waarnemer met het linker oog een afbeelding Vk waarneemt, tegelijkertijd met het rechter oog een afbeelding Vk+1 wordt waargenomen, waarbij de afbeeldingen Vk en Vk+1 tezamen een stereopaar vormen.

Afhankelijk van de toepassing kunnen met gebruikma-10 king van de uitvinding weergaveschermen worden gerealiseerd van eventueel zeer grote afmetingen, bijvoorbeeld in de orde van grootte van enkele meters. Ook is het mogelijk veel meer aanzichten dan 100 toe te passen. Het weergavescherm behoeft niet vlak te zijn, maar zou bijvoorbeeld ook een deel van een 15 holle cilinder kunnen vormen of zelfs een complete holle cilinder.

Bij aanwezigheid van een losneembaar optisch systeem aan de voorzijde van het uit tweede vezeluiteinden bestaande oppervlak kan het losneembare optische systeem worden verwij-20 derd en vervolgens op het uit tweede vezeluiteinden bestaande oppervlak een fotografisch papier of een film kunnen worden geplaatst. De resolutie van de film of het papier zal altijd groter zijn dan die van het genoemde oppervlak. Er kan op deze wijze een contactkopie worden gemaakt van het voorvlak van 25 tweede vezeluiteinden. Na ontwikkelen van de film of het fotopapier kan op de voorzijde weer een optisch systeem worden geplaatst waardoor een kopie van het driedimensionale beeld driedimensionaal uit verschillende hoeken kan worden waargenomen.

1003 960

Claims (10)

1. Inrichting voor het driedimensionaal visualiseren van objecten, met het kenmerk, dat de inrichting omvat: - een computer geschikt voor het daarin in uitleesbare vorm opslaan van een driedimensionaal computermodel van het 5 object in een verzameling omvattende a aanzichten (vl, v2, ...... v(k-l), vk, v(k+l), ...... va) overeenkomend met een tevoren bepaalde verzameling omvattende a waarnemingsposities, - een multiprocessorsysteem omvattende een verzameling afzonderlijke processoren (pl, p2, .....,p(j-l), pj, 10 p(j+i), ...... pe) die ieder dienen voor het berekenen van een tevoren bepaald aantal deelaanzichten van ieder van de genoemde aanzichten van het genoemde computermodel, waarbij iedere processor is gekoppeld aan een pixel-array (LCD1, ... LCDj, ... LCDb) voor het zichtbaar weergeven van de door de betref- 15 fende processor berekende genoemde deelaanzichten (vlj - vaj). - per pixel (1) een optische vezel (2) voor het transporteren van licht tussen een eerste vezeluiteinde (3) dat is opgesteld bij de bijbehorende pixel voor het opvangen van daaruit tredend licht en een tweede elders opgesteld ve- 20 zeluiteinde (4) en - een gezamenlijk vezeluiteindenoppervlak (5) waarin de tweede uiteinden (4) van de bij de betreffende eerste ve-zeluiteinden behorende optische vezels (2) zijn gelegen voor het bij de tweede vezeluiteinden uitstralen van het door iede- 25 re vezel (2) getransporteerde en van de bijbehorende pixels afkomstige licht, zodanig dat bij het vezeluiteindenoppervlak een beeld weergeefbaar is van alle a aanzichten.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij het genoemde gezamenlijke vezeluiteindenoppervlak (5) 30 optische middelen aanwezig zijn met een zodanige optische werking, dat voor een waarnemer met elk oog slechts dat deel van het door het genoemde gezamenlijke vezeluiteindenoppervlak uitgestraalde licht waarneembaar is dat overeenstemt met het, met de waarnemingspositie van de waarnemer ten opzichte van 10 0 3 9 60 het vezeluiteindenoppervlak en het betreffende oog overeenkomende, aanzicht (vk) uit de genoemde tevoren bepaalde verzameling van aanzichten (vl, ..., vk, ..., va), zodat door de waarnemer een driedimensionale impressie waarneembaar is van 5 het object die verschillend is voor verschillende waarnemings-posities uit de genoemde tevoren bepaalde verzameling van waarnemingsposities.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, - dat de genoemde optische middelen cilindrische len- 10 zen (LI, ..., Lj, ..., La) omvatten met een longitudinale as en - dat elke cilindrische lens (Lj) zich bevindt tegenover kolommen en rijen van tweede vezeluiteinden met de longitudinale as (6) evenwijdig aan de kolommen van tweede 15 vezeluiteinden.

4. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, - dat het vezeluiteindenoppervlak (5) is gelegen in een in hoofdzaak continu vlak en - dat de optische middelen een optisch stelsel omvat-20 ten dat losneembaar tegen het genoemde gezamenlijke vezeluiteindenoppervlak plaatsbaar is.

5. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de genoemde optische middelen worden gevormd door de tweede vezeluiteinden van de optische vezels zelf doordat 25 een contour aanwezig is bij de tweede vezeluiteinden en/of deze in een bepaalde richting wijzen.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de pixels bestaan uit pixels van een of meer LCD-weergave-panelen.

7. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat verlichtingsmiddelen (7) aanwezig zijn ten behoeve van het projecteren van elk pixel (1) op het eerste uiteinde (3) van de bijbehorende optische vezel (2) .

8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, 35 dat de dwarsdoorsnede van het eerste vezeluiteinde (3) van de optische vezels (2) verschilt van de dwarsdoorsnede van het tweede vezeluiteinde (4). 100 3 9 60

9. Werkwijze voor het vervaardigen van een driedimensionaal visualiseerbare afbeelding van een object op een voorwerp met gebruikmaking van de inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, 5. dat een voorwerp wordt gebruikt met een drager voorzien van een stralingsgevoeilige laag, - dat de genoemde stralingsgevoelige laag op het ve-zeluiteindenoppervlak (5) wordt geplaatst, vervolgens wordt bestraald met uit de tweede vezeluiteinden (4) afkomstige 10 straling en vervolgens zonodig verder wordt behandeld voor het produceren van een zichtbare afbeelding van elk door de tweede vezeluiteinden (4) op het stralingsgevoelige oppervlak geprojecteerde beeldpunt van een bijbehorende pixel (1), zodat een afbeelding ontstaat bestaande uit beeldpunten van pixels (1) 15 en - dat daarna tegen de voorzijde van de drager tegenover het van beeldpunten voorziene oppervlak optische middelen worden geplaatst met een zodanige optische werking, dat voor een waarnemer met elk oog slechts dat deel van het van de ge- 20 noemde beeldpunten afkomstige licht waarneembaar is dat overeenstemt met het met de waarnemingspositie van de waarnemer ten opzichte van het voorwerp en het betreffende oog overeenkomende aanzicht (vk) uit de genoemde tevoren bepaalde verzameling van aanzichten (vl, ..., vk, . . ., va), zodat voor de 25 waarnemer een driedimensionale impressie waarneembaar is van het object die verschillend is voor verschillende waarnemings-posities uit de genoemde tevoren bepaalde verzameling van waarnemingsposities.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, 30. dat de genoemde optische middelen cilindrische len zen omvatten met een longitudinale as en - dat elke cilindrische lens zich bevindt tegenover kolommen en rijen van beeldpunten met de longitudinale as evenwijdig aan de kolommen van beeldpunten. 35 100 3 9 60