NL8500141A - Werkwijze voor het bij een waarnemer opwekken van een drie-dimensionale indruk vanuit een twee-dimensionale afbeelding. - Google Patents

Description

> -V

VO 6717 -1-

Werkwijze voor het bij een waarnemer opwekken van een drie-dimensionale indruk vanuit een twee-dimensionale afbeelding.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bij een waarnemer opwekken vanuit een driedimensionale indruk van een twee-dimensionale afbeelding.

Er bestaat reeds geruime tijd de wens om twee-5 dimensionale afbeeldingen op een projectiescherm of op een beeldscherm bij een waarnemer een drie-dimen-sionale indruk te doen opwekken. Om dit te realiseren zijn reeds verscheidene oplossingen voorgesteld, die el’k hun eigen specifieke nadelen hebben.

10 Volgens een eerste oplossingsprincipe wordt gebruik gemaakt van de zgn. binoculaire dispariteit.

Het feit dat een mens twee ogen heeft waarvan de pupillen gemiddeld 6,5 cm uit elkaar gelegen zijn, maakt dat het linker netvliesbeeld niet precies gelijk is aan 15 het rechter netvliesbeeld. De twee netvliesbeelden geven, bij het bekijken van een voorwerp, een drie-dimensionale afbeelding van dat voorwerp te zien, waarbij de waargenomen diepte overeenstemt met de graad van dispariteit.

De meeste drie-dimensionale beeldsystemen 20 berusten op het aanbieden van een apart linker en rechter beeld, welke beelden samengesmolten worden tot één ruimtelijk beeld. Dit samensmelten kan ofwel door middel van een speciale bril, zoals een stereoscopische-, anaglyfe-, polarisatie-, of lichtpoortenbril geschieden, ofwel 25 in het beeld zelf door middel van een op het scherm aangebracht stereoscopisch lenzenstelsel.

Bij al deze op de binoculaire dispariteit berustende oplossingen ontstaat een matige tot goede diepte-indruk, maar bij de waarnemer ontstaat vaak na 30 enige tijd een hinderlijke hoofdpijn. Bovendien is hetzij een speciale bril nodig hetzij een kostbare aanpassing van het beeldsysteem.

8500141 w i -2-

Een tweede oplossingsprincipe, het zgn. tri-anglesysteem, berust op het feit dat de convergentie van onze ogen ons afstandsinformatie geeft. De met behulp van dit principe verkregen diepteindruk is vrij zwak, 5 terwijl bovendien een speciale bril nodig is.

Een derde oplossingsprincipe berust op de vorming van een virtueel volume. Hierbij onderscheidt men het varifokaal spiegelsysteem en de holografie, waarbij op verschillende wijzen een virtueel drie-dimen-10 sionaal beeld gevormd wordt.

Bij een varifokaal spiegelsysteem gebeurt dit door een twee-dimensionaal beeld te projecteren op een nauwkeurig gestuurde trillende spiegel. Een beeld dat op een gewone spiegel een cirkel zou zijn, wordt 15 op zo'n trillende spiegel een buis. Het beeld krijgt er virtueel een dimensie bij.

Bij holografie wordt het virtueel volume gevormd door op een speciale fotografische plaat optische interferentiepatronen te registreren die, bij een geschikte 20 belichting, ook de indruk van een virtueel volume geven.

Omdat de technische procedure bij zowel het varifokaal spiegelsysteem als bij de holografie vrij ingewikkeld is, kunnen deze tot nu toe slechts toegepast worden voor het afbeelden van niet bewegende voorwerpen 25 of scenes. Met beide systemen wordt wel een goede diepteindruk verkregen.

Alle bovenstaand beschreven methoden, waarbij een goede drie-dimensionale indruk van een twee-dimensionaal beeld wordt verkregen, zijn beperkt hetzij door 30 het feit dat de realisatie van het systeem kostbaar is, hetzij doordat slechts weergave van stilstaande beelden mogelijk is. Met de eenvoudiger systemen, zoals b.v. het anaglyfe systeem, dat ook gebruikt kan worden bij televisieuitzendingen, wordt slechts een matige •35 dieptewerking verkregen, terwijl de waarnemer een speciale bril met twee verschillend gekleurde glazen moet dragen 8500141 • · -3- en reeds na korte tijd last van hoofdpijn zal krijgen.

Bovendien is kleurenweergave moeilijk.

De uitvinding beoogt te voorzien in een werkwijze die alle voornoemde nadelen niet bezit en waarbij in 5 het bijzonder een zeer goede drie-dimensionale indruk wordt verkregen van een twee-dimensionaal beeld dat hetzij op een projectiescherm, hetzij op een beeldscherm wordt gevormd en waartoe weinig extra kosten gemaakt behoeven te worden.

10 De uitvinding voorziet in het algemeen in een werkwijze waarbij bewegingen van een lichaamsdeel van de waarnemer worden gedetecteerd en dat afhankelijk van deze bewegingen op een scherm een telkens op eenduidige wijze bij iedere stand van het lichaamsdeel behorende 15 twee-dimensionale afbeelding van een waar te nemen tafereel wordt afgeheeld.

De uitvinding voorziet meer in het bijzonder in een werkwijze waarbij de bewegingen van het hoofd van de waarnemer worden gedetecteerd en waarbij afhanke-20 lijk van deze hoofdbewegingen op een scherm een telkens op eenduidige wijze bij iedere stand van het hoofd van de waarnemer behorende twee-dimensionale afbeelding van een waar te nemen tafereel wordt afgebeeld.

De uitvinding berust op het principe dat bewegings-25 parallax wordt genoemd. Aan de hand van fig. 1 is dit principe verduidelijkt. Wanneer een waarnemer C zijn hoofd in een vlak, parallel aan een tafereel, naar rechts beweegt, lijken de voorwerpen voor het met F aangeduide fixatiepunt naar links te bewegen en voorwerpen achter 30 het fixatiepunt naar rechts. Als de waarnemer zijn hoofd naar links beweegt, is de situatie omgekeerd. In deze bewegingen kan men niet alleen richtingen onderscheiden, maar ook snelheden en versnellingen. De verandering in het blikveld onderhouden wetmatige relaties met de 35 afstand van de waarnemer en de voorwerpen tot het fixatiepunt.

Volgens de uitvinding is gevonden dat bij 8500141 » $ -4- een eenduidig verband tussen de hoofdbewegingen van de waarnemer enerzijds en de op een beeldscherm of projectiescherm weergegeven twee-dimensionale afbeeldingen van een tafereel anderzijds een zeer goede drie-dimensio-5 nale indruk van de twee-dimensionale afbeelding van het tafereel wordt verkregen. Zelfs bij waarneming met één oog van de afbeelding wordt een drie-dimensionale indruk verkregen.

Volgens de uitvinding wordt, in tegenstelling 10 tot de eerder beschreven optische systemen, uitsluitend gebruik gemaakt van de bewegingsparallax voor het creëren van een diepteindruk. De werkwijze volgens de uitvinding verschaft een minder dure en kwalitatief betere mogelijkheid tot het opwekken van een drie-dimensionale indruk 15 van een twee-dimensionale afbeelding vergeleken met de bekende systemen. In tegenstelling tot de systemen gebaseerd op de binoculaire dispariteit’, is de werkwijze volgens de uitvinding ook monoculair te gebruiken. Er worden betere resultaten verkregen dan met systemen 20 die gebaseerd zijn op convergentie en ook weergave van bewegende beelden is mogelijk, hetgeen b.v. bij holografie niet mogelijk is. Bovendien is kleurenweergave geen enkel probleem.

Voor de projectie van twee-dimensionale beelden 25 of de weergave op een televisiescherm zijn tenminste twee maar bij voorkeur meerdere uit verschillende hoeken opgenomen beelden nodig. De waarnemer selecteert door zijn bewegingen het getoonde beeld.

De werkwijze volgens de uitvinding kan op 30 een zeer groot aantal manieren worden gerealiseerd. Zo kunnen de hoofdbewegingen direkt gekoppeld zijn met de bewegingen van b.v. een televisiecamera, maar deze koppeling kan ook plaatsvinden door middel van infrarode of ultrasone overdracht, door een zender signalen die 35 representatief zijn voor de hoofdbeweging van de waarnemer te doen overdragen naar een ontvanger, die deze bewegingen omzet in bewegingscommando’s voor de camera.

8500141 -5-

Aan vakmensen is reeds een aantal methoden bekend om hoofdbewegingen van een waarnemer te registreren en om te zetten in signalen die geschikt zijn voor besturing van b.v. een camera.

5 De drie-dimensionale waarneming kan behalve in een real-time situatie tevens achteraf plaatsvinden, doordat de waar te nemen twee-dimensionale beelden zijn opgetekend op b.v. twee of meer filmstroken of op een aantal dia's, waarbij tijdens het waarnemen twee of 10 meer film- of diaprojectoren nodig zijn, die afhankelijk van de stand van het hoofd van de waarnemer een bepaald beeld weergeven dat van het waar te nemen tafereel is opgenomen uit een met deze stand van het hoofd van de waarnemer corresponderende hoek. De beelden kunnen ook 15 zijn geregistreerd op een beeldplaat, waarbij slechts één beeldplaatspeler en één televisietoestel nodig zijn en afhankelijk van de stand van het hoofd van de waarnemer een bepaald op de beeldplaat geregistreerd beeld wordt weergegeven op het televisiescherm.

20 Voor de drie-dimensionale waarneming van televisie uitzendingen moeten meerdere beelden tegelijkertijd uitgezonden worden. De bewegingen van de kijker bepalen welk beeld op het scherm komt.

Vooral voor technische en geneeskundige toepas-25 singen is de werkwijze volgens de uitvinding van groot belang. Hierbij is een direkte koppeling mogelijk tussen de bewegingen van de waarnemer en de bewegingen van een videocamera. Er is slechts één camera en één monitor nodig.

30 Door middel van een aanpassing van de gebruike lijke camera's voor endoscopie b.v., kunnen van lichaamsholten drie-dimensionale beelden verkregen worden. Dit vergemakkelijkt het onderzoek en eventuele operaties.

Ook het drie-dimensionaal bekijken van twee-dimensionale 35 röntgenbeelden wordt met deze methode vereenvoudigd.

85 ö 0 1 4 1 -6-

4 W

Het onderzoek van moeilijk toegankelijke ruimten wordt vergemakkelijkt omdat de drie-dimensionale sturing van robotarmen of onbemande voertuigen in voor mensen in verband met explosie- of stralingsgevaar ontoegankelijke 5 ruimten sterk vereenvoudigd wordt. Hetzelfde geldt voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen en bij bewaking van objecten.

Alhoewel met de werkwijze volgens de uitvinding reeds zeer goede resultaten worden verkregen wanneer 10 uitsluitend bewegingen van het hoofd van de waarnemer bepalen welk beeld vertoond wordt/ kan een verdere verfijning van de drie-dimensionale impressie worden verkregen door ook de stand van de ogen van de waarnemer samen met de stand van diens hoofd te laten bepalen welk beeld 15 wordt geprojecteerd of afgebeeld of vanuit welke positie een camera een opname maakt. Ook voor de registratie van de oogbewegingen van een waarnemer zijn reeds een aantal methoden aan vakmensen bekend.

De waarnemer zal in de meeste gevallen een 20 persoon zijn maar het is ook mogelijk om een kijkende robot een drie-dimensionale impressie van een afbeelding te laten waarnemen/ waardoor de door deze robot te verrichten werkzaamheden nauwkeuriger kunnen worden uitgevoerd.

De werkwijze volgens de uitvinding geeft zeer goede 25 resultaten bij het detecteren van de hoofd- en/of oogbewegingen van de waarnemer. Het is echter na een leerproces ook mogelijk om een waarnemer, wanneer deze diens hoofd en ogen stilhoudt,toch een drie-dimensionale indruk te doen verkrijgen door b.v. door middel van handbewe-30 gingen van de waarnemer een selectie te maken uit een aantal beelden van een tafereel, waarbij ieder beeld weer op eenduidige wijze gekoppeld is met de stand van de hand van de waarnemer. Doordat de handbewegingen door de hersenen van de waarnemer bestuurd worden, kan 35 dankzij het leerproces een gelijke impressie van het tafereel worden verkregen als bij bewegingen van het 85 0 0 1 4 1 -7- hoofd en/of de ogen.

Onderstaand zullen de resultaten worden beschreven die bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding in een proefopstelling werden verkregen.

5 Fig. 2 toont schematisch de proefopstelling; en fig. 3a-d tonen een aantal diagrammen van verkregen meetresultaten.

Fig. 2 toont een waarnemer A die met behulp 10 van de werkwijze volgens de uitvinding een drie-dimen-sionale indruk verkrijgt van een op een televisiescherm in twee dimensies afgebeeld tafereel en een waarnemer B die uitsluitend twee-dimensionale beelden kan waarnemen op een televisiescherm.

15 In de proefopstelling is aan een plateau 1 beweegbaar een arm 2 bevestigd aan de onderzijde van welke arm een vizier 3 en aan de bovenzijde waarvan een televisiecamera 4 is bevestigd. Het hoofd van waarnemer A rust tegen het vizier 3, dat gevormd wordt door 20 een holle koker, zodat hoofdbewegingen van de waarnemer naar links of rechts en naar boven of beneden direkt resulteren in overeenkomstige bewegingen van de camera 4. Op het plateau 1 is een paneel 6 aangebracht, dat een achtergrond vormt voor het met camera 4 opgenomen 25 tafereel en een scherm 7, met daarin een opening. Tussen scherm 7 en paneel 6 kan een draadkruis 5 rechtlijnig heen en weer bewegen. Boven het draadkruis 5 is een als referentiepunt dienend staafje 8 op een vaste positie aangebracht.

30 Door het vizier 3, waarin dus geen enkele speciale voorziening is aangebracht, kijkt waarnemer A naar het beeldscherm van een televisieapparaat 9, waarop het door camera 4 opgenomen tafereel wordt weergegeven. Waarnemer A is geïnstrueerd om een druktoets 35 10 in te drukken op het moment dat hij van mening is dat het draadkruis 5 zich precies onder de referentiestaaf 8 bevindt. De beweging van het draadkruis en de signalen 8500141 -8- die door de waarnemer A wordt afgegeven worden geregistreerd door een schrijver IX. Tijdens het waarnemen kan waarnemer A de positie van het draadkruis ten opzichte van de referen-tiestaaf schatten door zijn hoofd heen en weer te bewegen, 5 waardoor camera 4 overeenkomstig beweegt en dus op het beeldscherm 9 twee-dimensionale afbeeldingen worden gevormd die opgenomen zijn vanuit verschillende posities.

Deze zelfde twee-dimensionale afbeelding wordt ook weergegeven op het beeldscherm van een televisie-10 toestel 12 dat door waarnemer B wordt bekeken. Ook waarnemer B dient op het moment dat hij meent dat het draadkruis 5 zich precies onder de referentiestaaf 8 bevindt een druktoets 13 in te drukken. Het signaal van deze druktoets wordt eveneens door de schrijver 11 geregistreerd. 15 De hoofdbewegingen van waarnemer B zijn vanzelfsprekend op geen enkele wijze gerelateerd aan de bewegingen van camera 4 en waarnemer B kan ook niet zien noch horen wanneer waarnemer A zijn druktoets indrukt.

In fig. 3 is langs de horizontale as de tijd 20 aangegeven, terwijl fig. 3a de heen en weergaande beweging van het draadkruis 5 aangeeft. Fig. 3b toont een aantal pulsen die de tijdstippen aangeven waarop het draadkruis 5 zich exact onder de referentiestaaf 8 bevindt. Fig.

3c toont de signalen die afgegeven worden door waarnemer 25 B en fig. 3 de signalen van waarnemer A.

üit fig. 3 blijkt dat de schattingen van waarnemer A, die van de twee-dimensionale beelden op het televisiescherm overeenkomstig de uitvinding een driedimensionale indruk verkrijgt, omtrent de onderlinge 30 positie van het draadkruis 5 en de referentiestaaf 8 aanzienlijk nauwkeuriger zijn dan die van waarnemer B,die uitsluitend twee-dimensionale beelden waarneemt.

Met behulp van de bovenbeschreven testopstelling is aan de hand van een langdurig onderzoek vastgesteld 35 dat met de werkwijze volgens de uitvinding een zeer goede drie-dimensionale indruk van twee-dimensionale 8500141 -9- beelden van een tafereel verkregen kan worden, zonder dat hiervoor grote investeringen nodig zijn.

1 Het aantal toepassingsmogelijkheden van de werkwijze volgens de uitvinding is vanzelfsprekend bij-5 zonder groot en de in het voorgaande gegeven voorbeelden dienen uitsluitend ter illustratie van een aantal van die toepassingsmogelijkheden en vormen geenszins een limitatieve opsomming.

* ÖS P Ï i, i

V W V »i *t I

Claims (9)

1. Werkwijze voor het bij een waarnemer opwekken van een drie-dimensionale indruk vanuit een twee-dimensio-nale afbeelding, met het kenmerk, dat de bewegingen van het hoofd van de waarnemer worden gedetecteerd en 5 dat afhankelijk van deze hoofdbewegingen ook een scherm een telkens op eenduidige wijze bij iedere stand van het hoofd van de waarnemer behorende twee-dimensionale afbeelding van een waar te nemen tafereel wordt afgeheeld.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tevens de bewegingen van het oog of de ogen van de waarnemer worden gedetecteerd en dat de afgeheelde afbeelding telkens op eenduidige wijze behoort bij zowel de stand van het hoofd als de stand van het oog of de 15 ogen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de hoofd en/of oogbewegingen van de waarnemer rechtstreeks gekoppeld zijn met een beweegbaar opgestelde camera om deze overeenkomstig de hoofd en/of 20 oogbewegingen te doen bewegen.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de hoofd en/of oogbewegingen van de waarnemer draadloos worden overgedragen naar middelen voor het doen bewegen van een camera.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de hoofd en/of oogbewegingen van de waarnemer draadloos worden overgedragen naar middelen voor het selecteren en afbeelden van één uit een aantal geregistreerde beelden.

6. Werkwijze voor het bij een waarnemer opwekken van een drie-dimensionale indruk vanuit een twee-dimensionale afbeelding, met het kenmerk, dat bewegingen van een lichaamsdeel van de waarnemer worden gedetecteerd en dat afhankelijk van deze bewegingen op een scherm 8500141 * '* -11- een telkens op eenduidige wijze bij iedere stand van het lichaamsdeel behorende twee-dimensionale afbeelding van een waar te nemen tafereel wordt afgebeeld.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, 5 dat de bewegingen van de waarnemer rechtstreeks gekoppeld zijn met een beweegbaar opgestelde camera om deze overeenkomstig de bewegingen van het lichaamsdeel van de waarnemer te doen bewegen.

8. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, 10 dat de bewegingen van de waarnemer draadloos worden overgedragen naar middelen voor het doen bewegen van een camera.

9. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de bewegingen van de waarnemer draadloos worden 15 overgedragen naar middelen voor het selecteren en afbeelden van één uit een aantal geregistreerde beelden. 8500141