WO1996027145A1 - Autostereoskopisches bildschirmgerät - Google Patents

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WO1996027145A1
WO1996027145A1 PCT/DE1996/000352 DE9600352W WO9627145A1 WO 1996027145 A1 WO1996027145 A1 WO 1996027145A1 DE 9600352 W DE9600352 W DE 9600352W WO 9627145 A1 WO9627145 A1 WO 9627145A1
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screen
viewer
image
strips
stereo
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PCT/DE1996/000352
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Inventor
Reinhard BÖRNER
Original Assignee
HEINRICH-HERTZ-INSTITUT FüR NACHRICHTENTECHNIK BERLIN GMBH
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Definitions

  • the invention relates to an autostereoscopic screen device with equipment based on: a screen for displaying a stereo image composed of two interlaced fields, each intended for an eye of a viewer and each consisting of essentially vertical, parallel strips, and one between the screen and the viewer arranged optical image separating device, which deflects the strips belonging to the respective field in the horizontal direction at different angles.
  • Stereoscopic - binocular - seeing enables a deep perception of an object space projected in perspective representations and corresponds in this respect to spatial vision, i.e. a direct view of the object space.
  • This effect stems from the fact that the two human eyes are spaced apart and thus perceive the object space from different perspectives.
  • the different images and perspectives perceived by the two eyes are fused in the brain to form an image impression with depth perception.
  • SCHR ⁇ DER, Gottfried: Technische Optik, Vogel-Verlag, 7th edition, p. 132ff describes the so-called raster process, which enables stereoscopic images to be displayed.
  • an image of the object space for the left and the right eye of the viewer is preferably recorded with two cameras which are arranged next to one another.
  • Each of these images corresponds to the direct perception of the object space from the viewer's left or right eye.
  • the depth effect of the recording depends on the distance between the two cameras and increases with increasing distance.
  • the two images are then broken down into vertical, equidistant strips, from which a field is created for each eye.
  • the field for the left eye then consists, for example, of all even-numbered strips of the image intended for the left eye, and accordingly the field for the right eye consists of all odd-numbered strips of the image intended for the right eye.
  • the positional specification of a vertical course of the stripes here - as in the following - relates to the connecting lines of the two eyes of the viewer.
  • the stripes are therefore perpendicular to the line connecting the two eyes.
  • the fields intended for the left eye and the fields intended for the right eye are then superimposed to form a stereo image.
  • this stereo image already contains the depth information, it does not yet enable stereoscopic viewing, since when viewing this stereo image without special means, both eyes of the viewer are identical, and perceive the image information intended for the left eye as well as for the right eye.
  • the lenticular grid consists of several parallel, perpendicular cylindrical lenses, the focal point of which lies in the plane of the stereo image and which each cover a strip of one field and a strip of the other field.
  • the two fields of the stereo image are deflected in the horizontal direction at different angles. At a certain distance and at a certain angle of view, the viewer takes with the left eye only the stripes of the left field and with the right eye only the stripes of the right field true and thus get a spatial image impression.
  • a spatially limited viewing zone can thus be defined, within which the viewer still perceives separate fields and receives the spatial image impression. It is therefore a hindrance that the viewer's freedom of movement is limited by the spatial extent of the viewing zones.
  • the invention is primarily concerned with the task of creating a device which enables autostereoscopic viewing of stereo images with as little loss of resolution as possible - independent of aids such as polarizing glasses.
  • the solution according to the invention provides as equipment for an autostereoscopic screen device of the type mentioned at the beginning: - A first and a second screen for displaying two different stereo images that can be put together by optical superimposition to form a higher-resolution stereoscopic overall image, in an arrangement with screen planes that run essentially perpendicularly and include a substantially right angle, and one each between the first and the second screen and the viewer arranged optical image separation device, and
  • An optical overlay device which is designed as a substantially planar, semi-transparent, perpendicular and the angle between the screen planes substantially halved.
  • the technical teaching is to be regarded as an essential feature of the invention. That two stereo images, each consisting of strips for the left and for the right eye, are superimposed by means of the superimposition device to form a higher-resolution stereoscopic overall image in such a way that the strips of the stereo images to be superimposed are sensibly interlaced in the overall image.
  • the overlay device rasterizes the two stereo images into one another from the perspective of the viewer such that gaps between strips of one stereo image are each filled by strips of the other stereo image. Due to their training as a semi-transparent mirror, which is arranged so that the mirror plane is the screen levels of the two
  • the transmitted stereo image is attenuated in intensity by approx. 50%
  • the reflected stereo image is deflected by approx. 90 ° and thus faded into the beam path of the first stereo image.
  • the order of the stripes of the stereo image displayed on the screen is interchanged and thus the order
  • the stereo image reflected on the superimposition device is therefore displayed pseudoscopically on the associated screen, that is to say with the reversed order of the strips.
  • the The order is then reversed and a correct stereoscopic image is created.
  • the superimposition of the two stereo images results in an increase in the resolution. If one of the two screens fails, the other stereo image remains visible.
  • the first stereo image consists of the even-numbered stripes for the right eye and the odd-numbered stripes for the left eye.
  • the second stereo image consists of the even-numbered stripes for the left eye and the odd-numbered stripes for the right eye.
  • the stripes of the stereo images intended for the left eye and the stripes of the stereo images intended for the right eye are then scanned in pairs to form a stereo image and displayed on the respective screen.
  • the stripes for one eye are adjacent to two stripes for the other eye, with the exception of stripes on the outer edges.
  • An image separating device is arranged in front of each of the two screens, which makes the stripes of the two fields of the stereo image displayed on the respective screen separately visible to each eye by deflecting the stripes belonging to different fields in the horizontal direction at different angles.
  • the image separation devices essentially each consist of a lenticular screen.
  • These lenticular screens contain several parallel equidistant cylindrical lenses, the optical axes of which are perpendicular, and are each arranged in front of the screen in such a way that the surface of the screen lies in the focal plane. The left stripes of the field are then deflected in the horizontal direction at a different angle than the right stripes of the field.
  • the image separation devices can also be designed as strip grids consisting only of blackening strips.
  • an essentially planar, vertically extending deflection mirror is arranged between the superimposition device and the second viewer for the simultaneous visualization of the higher-resolution stereoscopic overall image for an additional second viewer.
  • the deflecting mirror must not obstruct the beam path between the overlay device and the viewer, who perceives the stereo images directly via the overlay device, so it must be installed outside of this beam path. Since this deflecting mirror is also located in a substantially perpendicular plane to the superimposition device, the deflecting mirror catches the portions of the beams that are not guided to the aforementioned beam path and directs them to the second viewer.
  • Further forms of training of the invention are concerned with tracking the viewing zones when the viewer moves. As already mentioned above, at a certain distance from the display device and at a certain angle to the viewer, the latter only takes with the left eye the strips of the stereo images intended for the left eye and with the right eye only the strips intended for the right eye the stereo image is true and thus receives the optimal spatial impression in such a position.
  • the image separating devices follow the movement of the viewer or that the deflecting mirror can be pivoted and / or shifted laterally ('tracking').
  • a detection device that detects the position of the respective viewer, as well as a computing unit that calculates the position of the image separation devices / deflecting mirror required for correct image separation from the detected position of the viewer, and actuating devices that - controlled by the computing unit - the image separation devices / adjusted the deflecting mirror accordingly. If there is only one viewer, only the updates that concern him are to be made.
  • the display device according to the invention can be used particularly advantageously in the medical field.
  • an enlarged representation of the surgical field is often necessary because of the high precision requirements.
  • the operating field can be recorded by two cameras in almost any magnification and displayed on autostereoscopic screens with depth perception.
  • two people can view the operation field stereoscopically, whereby these two people can face each other, which corresponds to the method of operation in the case of an operation with a chief doctor and assistant doctor.
  • the monitor can be arranged in an ergonomically adapted position.
  • FIG. 1 an exemplary embodiment of the invention as a block diagram
  • Figure 2 an embodiment of the invention with two screens, in supervision
  • Figure 3 an embodiment of the invention with two screens and a deflecting mirror for a second viewer, in supervision
  • Figure 4 an embodiment of the invention with two screens and a movable deflecting mirror to increase freedom of movement for the second viewer, in supervision
  • Figure 5 a lens grid with blackening strips as part of embodiments of the invention, in supervision.
  • two cameras 1, 2 are provided, which are arranged next to one another and thus record two images that are laterally offset from one another, which corresponds to binocular vision of the human being, who also perceives two perspectively offset perspectives with his two eyes, which are in the brain to be merged into a spatial visual impression.
  • the images recorded by the two cameras 1, 2 are each fed to an input amplifier 3, 4, which amplifies the image signals L, R and feeds them to a signal processing unit 5.
  • the signal processing unit 5 first divides the two images into equidistant, parallel, perpendicular strips and mixes a stereo image signal B 1 t B 2 from the image signal L intended for the left eye 14.1 of a viewer and the image signal R intended for the right eye 14.2.
  • Each of the associated stereo images contains both image information for the left eye 14.1 and associated image information for the right eye 14.2 of the viewer.
  • Each stereo image B- ,, B 2 thus consists of a field intended for the left eye 14.1 and a field intended for the right eye 14.2.
  • the even-numbered stripes of the image intended for the left eye 14.1 represent, for example, the first field intended for the left eye 14.1; the odd-numbered stripes accordingly represent the second field intended for the left eye 14.1.
  • the two fields intended for the right eye 14.2 are generated in the same way.
  • the first field intended for the right eye 14.2 consists of the odd-numbered stripes and the second field intended for the right eye 14.2 consists of the even-numbered stripes of the right image.
  • the signal processing unit 5 then combines the signals of the first left field and the second right field to form the signal of the first stereo image B 1 and the second left and the first right field to form the signal B 2 of the second stereo image.
  • the stripes of a left field lie between two adjacent stripes of a right field. Since the strips have the same width and are arranged equidistantly, there is no overlap of strips. This is important in order to enable optical separation of the fields intended for the left eye and for the right eye.
  • the two stereo image signals B., and B 2 are subsequently fed to a transmitter 6, which transmits the two image signals B * and B 2 via a transmission channel 7 to a stereo receiver 8 or a mono receiver 15.
  • the reconstruction of a mono image B ⁇ * from the signals B ⁇ B 2 of the two stereo images is advantageous since only one transmission channel 7 is required. This advantage comes into play particularly when the system is spatially distributed and the transmission channel 7 has to bridge a large distance. If one of the output signals L, R of the two cameras 1, 2 were used to generate the mono image B., *, This signal would also have to be provided and transmitted, which would either require a transmission channel with a larger transmission capacity or a separate transmission channel.
  • the mono receiver 15 enables only a monocular display of the image without depth effect on a screen 16 for both eyes 17.1, 17.2 of a viewer.
  • the momo receiver 15 has a decoder which, for example, uses the stereo image signals B 1 , B 2 to determine the portions intended for the left eye of the viewer separates and then reassembles them into an image B-, * without any depth effect.
  • the stereo receiver 8 on the other hand, enables stereoscopic reproduction of the object space recorded by the two cameras 1, 2, and moreover with a higher than conventional resolution of stereo images.
  • the stereo receiver 8 has a decoder which separates the two stereo image signals B ⁇ and B 2 'from the signal emitted by the transmitter 6 and displays them on a screen 9, 10 in each case.
  • the two screens 9, 10 are arranged so that the screen planes run vertically and enclose a right angle.
  • An image separating device 11, 12 is arranged in front of each screen 9, 10, which images the fields contained in the stereo images in different directions and thereby optically separates them.
  • the two image separation devices 11, 12 each consist of a lenticular screen which is arranged in front of the screens 9, 10 in such a way that the surface of the screens 9, 10 lies in each case in the focal plane of the lenticular screen.
  • Each lenticular grid in turn consists of several cylindrical lenses, the optical axes of which run perpendicularly - that is, parallel to the strips of the fields.
  • the fields L 1 t L 2 , R- ,, R 2 of the two screens 9, 10 are deflected by the image separating devices 11, 12 in the direction of an overlay device 13, which has the task of producing the fields L ,, intended for the left eye 14.1.
  • the superimposition device 13 consists of a vertically running semipermeable mirror which is arranged in such a way that the mirror plane essentially bisects the screen levels.
  • the fields emanating from the first screen 9 pass through the semi-transparent mirror of the superimposition device 13 and are only attenuated in intensity by approx. 50%.
  • Screen 10 outgoing fields are from the semi-transparent mirror deflected by approximately 90 ° and faded into the beam path of the fields emanating from the other screen 9.
  • the order of the stripes of the stereo image is interchanged on the screen 10 and the depth gradation is thus inverted. So, without any special precautions, a stereoscopic image with correct depth grading creates a pseudoscopic image with inverted depth grading.
  • the stereo image from the screen 10, which is subsequently mirrored on the superimposition device 13 is displayed pseudoscopically on the screen 10.
  • the depth graduation is then inverted again and a correct stereoscopic image is thus reproduced.
  • the viewer now sees only the two fields intended for the left eye 14.1 with his left eye 14.1 and only the two fields intended for the right eye 14.2 with his right eye 14.2 and thus receives a spatial image impression.
  • the optical superimposition of the two stereo images doubles the resolution for each eye 14.1, 14.2, so there is no loss of resolution compared to a monoscopic image of the same width that is perceived by both eyes, but which lacks depth information.
  • FIG. 2 shows an arrangement with two screens 19, 20 as an exemplary embodiment of the invention.
  • the two screens 19, 20 are arranged in such a way that the two screen levels - that is to say the levels in which the surfaces of the screens 19, 20 lie - run perpendicularly and enclose a right angle.
  • a stereo image is shown on each screen 19, 20, each consisting of a field intended for the left eye 18.2 and a field intended for the right eye 18.1.
  • Each field in turn consists of equidistant, vertical stripes which were cut out from the images intended for the left eye 18.2 and for the right eye 18.1.
  • the individual strips are equidistant and have the same width, so that adjacent strips connect directly to one another without overlapping or leaving a gap.
  • the prevention of overlaps ensures that the fields intended for the left eye 18.2 and the fields intended for the right eye 18.1 can be optically separated as best as possible. By preventing gaps between adjacent strips, maximum resolution is achieved.
  • a lens grid 21, 22 is arranged in front of each screen 19, 20 such that the screen plane lies in the focal plane of the lens grid 21, 22.
  • the stripes of the stereo images are imaged in the horizontal direction at different angles by the lens grid 21, 22.
  • the stripes of a field intended for the left eye 18.2 are deflected at a different angle than the stripes of a field intended for the right eye 18.1.
  • a vertically running semi-transparent mirror 23 is provided, which is arranged so that the mirror plane halves the angle between the two screen levels.
  • the stereo image emanating from the one screen 19 passes through the semitransparent mirror 23 and is only attenuated in intensity by approximately 50%. That originating from the other screen 20
  • the stereo image is deflected by the mirror 23 by 90 ° and so superimposed on the beam path of the stereo image emanating from the screen 19.
  • the fields are blended by the semi-transparent mirror 23 so that the viewer sees only the stripes intended for the left eye 18.2 with the left eye 18.2 and only the stripes intended for the right eye 18.1 with the right eye 18.1 and thus a spatial one Perceives image impression.
  • a viewing zone can be defined for the arrangement shown in FIG. 2, within which the viewer perceives the fields intended for the right eye 18.1 and those for the left eye 18.2 separately and thus has a spatial visual impression. Outside this viewing zone, the images intended for the two eyes 18.1, 18.2 are no longer fed separately to the correct eye, so that the viewer has no spatial visual impression.
  • this viewing zone is so small that only one viewer can be accommodated in it, so that only one person can see the image stereoscopically.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the invention, which provides relief in so far as separate viewing zones are generated for two viewers.
  • Transmitted / reflected light that is not supplied to the eyes 30.1, 30.2 reaches the eyes 31.1, 31.2 of the other viewer via the deflecting mirror 29.
  • the second viewer takes like the first Viewer a stereo image of the same quality is true. With negligible additional effort, he uses the effort for high resolution, which is necessary for the first viewer anyway.
  • the pseudoscopic stereo image emanating from the one screen 25 is deflected with an intensity component of 50% by approximately 90 ° and faded into the beam path of the stereo image emanating from the screen 24.
  • the semitransparent mirror 28 transmits the remaining intensity component of the pseudoscopic stereo image emanating from the screen 25.
  • the stereo image emanating from the screen 24 is transmitted at half intensity by the semi-transparent mirror 28 and deflected by 90 ° at half intensity and faded into the beam path of the pseudoscopic stereo image emanating from the screen 25.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of the invention with two screens 32, 33, two lens grids 34, 35, a semi-transparent mirror 36 and an adjustable deflecting mirror 37 for a second viewer.
  • a first and a second viewer can see stereoscopically.
  • the problem here is that the freedom of movement of these viewers is restricted in their viewing zones.
  • Embodiments of the invention therefore provide means for tracking viewing zones when the viewer moves. Special features of this concern the second viewer in the invention.
  • a deflecting mirror 37 is displaceable for the "second" viewer on the one hand in the horizontal direction and on the other hand rotatable about a vertical axis of rotation lying in the middle of the deflecting mirror 37.
  • the deflection mirror 37 can track him so that he is always in the viewing zone and can thus see stereoscopically.
  • the viewing zone for the first viewer is not shifted by a change in position of the deflection mirror 37.
  • FIG. 5 shows a lenticular screen 41 in front of a screen 40 as part of exemplary embodiments of the invention.
  • the image separating device In the known arrangement with only one screen and one field for each eye, the image separating device must widen the individual strips, since a full image must be generated from each field.
  • the semi-transparent mirror cross-fades the fields intended for one eye in such a way that the stripes of one field lie between the stripes of the other field.
  • the strips do not overlap and, on the other hand, that there is no space between adjacent strips, since otherwise distortions occur in the resulting stereoscopic image. It is therefore necessary to limit the expansion of the individual strips so that adjacent strips do not overlap in the resulting image.
  • opaque blackening strips 42 which run vertically on the side of each cylindrical lens and which act as an aperture and limit the widening of the strips are applied to the surface of the lens grid 41, which consists of a plurality of cylindrical lenses.
  • the embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

Abstract

Ein autostereoskopisches Bildschirmgerät, das hohe Auflösung bietet, ist mit einem ersten Bildschirm (19) und einem zweiten Bildschirm (20) zur Darstellung eines aus zwei Stereobildern durch optische Überlagerung entstehenden Gesamtbildes ausgerüstet. Jedes Stereobild enthält ineinandergerasterte, jeweils für ein Auge (18.1, 18.2) des Betrachters bestimmte und jeweils aus im wesentlichen senkrechten, parallelen Streifen bestehende Halbbilder. Zwischen dem ersten Bildschirm (19) und dem zweiten Bildschirm (20) befindet sich eine Überlagerungsvorrichtung (23) - halbdurchlässiger Spiegel - zur Überlagerung der für das linke Auge (18.2) bestimmten Halbbilder und der für das rechte Auge (18.1) bestimmten Halbbilder zum hochaufgelösten Gesamtbild.

Description

Autostereoskopisches Bildschirmgerät
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein autostereoskopisches Bildschirmgerät mit einer Ausrüstung auf der Basis: eines Bildschirmes zur Darstellung eines aus zwei ineinandergerasterten, jeweils für ein Auge eines Betrachters bestimmten und jeweils aus im wesentlichen senkrechten, parallelen Streifen bestehenden Halbbildern zusammengesetzten Stereobildes und einer zwischen dem Bildschirm und dem Betrachter angeordneten optischen Bildtrennvorrichtung, die die zum jeweiligen Halbbild gehörigen Streifen in waagerechter Richtung mit unterschiedlichen Winkeln ablenkt.
Stereoskopisches - binokulares - Sehen ermöglicht eine Tiefenwahrnehmung eines in perspektivischen Darstellungen projizierten Objektraumes und entspricht insoweit räumlichem Sehen, d.h. einer direkten Betrachtung des Objektraumes. Dieser Effekt rührt daher, daß die beiden Augen des Menschen zueinander beabstandet sind und somit den Objektraum aus unterschiedlichen Perspektiven wahrnehmen. Die von den beiden Augen wahrgenommenen unterschiedlichen Bilder bzw. Perspektiven werden im Gehirn zu einem Bildeindruck mit Tiefenwahrnehmung verschmolzen.
Bei der Darstellung von Bildern auf zweidimensionalen Bildschirmen, Fotografien o.a. geht die Tiefeninformation verloren, wenn das linke und das rechte Auge des Betrachters dasselbe Bild wahrnehmen.
In SCHRÖDER, Gottfried: Technische Optik, Vogel-Verlag, 7.Aufl., S. 132ff ist das sogenannte Rasterverfahren beschrieben, das die Darstellung stereoskopischer Bilder ermöglicht.
Hierbei wird vorzugsweise mit zwei Kameras, die nebeneinander angeordnet sind, je ein Bild des Objektraumes für das linke und das rechte Auge des Betrachters aufgenommen. Jedes dieser Bilder entspricht der direkten Wahrnehmung des Objektraumes vom linken bzw. rechten Auge des Betrachters. Die Tiefenwirkung der Aufnahme ist dabei abhängig vom seit- lichen Abstand der beiden Kameras zueinander und nimmt mit wachsendem Abstand zu.
Die beiden Bilder werden dann in senkrecht verlaufende, äquidistante Streifen zerlegt, aus denen für jedes Auge ein Halbbild erzeugt wird. Das Halbbild für das linke Auge besteht dann beispielsweise aus allen geradzahligen Streifen des für das linke Auge bestimmten Bildes und entsprechend das Halbbild für das rechte Auge aus allen ungeradzahligen Streifen des für das rechte Auge bestimmten Bildes.
Die Lageangabe eines senkrechten Verlaufs der Streifen bezieht sich hier - wie auch im folgenden - auf die Verbindungslinien der beiden Augen des Betrachters. Die Streifen sind also rechtwinklig zur Verbindungslinie der beiden Augen angeordnet.
Die für das linke Auge bestimmten Halbbilder und die für das rechte Auge bestimmten Halbbilder werden dann zu einem Stereobild überlagert.
Dieses Stereobild enthält zwar bereits die Tiefeninformation, ermöglicht aber ohne weiteres noch kein stereoskopisches Sehen, da bei einer Betrachtung dieses Stereobildes ohne besondere Mittel beide Augen des Betrachters identische, sowohl die für das linke Auge als auch die für das rechte Auge bestimmte Bildinformationen wahrnehmen.
Es sind also noch weitere Mittel für eine Bildtrennung erforderlich, die jedem Auge nur das für dieses Auge bestimmte Bild sichtbar machen und das jeweils andere Bild sperren.
Diese Bildtrennung wird in dem oben genannten, vorbekannten Rasterverfahren durch ein vor dem Stereobild angeordnetes Linsenraster bewirkt. Das Linsenraster besteht aus mehreren parallelen, senkrecht verlaufenden Zylinderlinsen, deren Brennpunkt jeweils in der Ebene des Stereobildes liegt und die jeweils einen Streifen des einen Halbbildes und einen Streifen des anderen Halbbildes überdecken. Durch dieses Linsenraster werden die beiden Halbbilder des Stereobildes in horizontaler Richtung mit unterschiedlichem Winkel abgelenkt. In einer bestimmten Entfernung und bei einem bestimmten Einblickswinkel nimmt der Betrachter mit dem linken Auge nur die Streifen des linken Halbbildes und mit dem rechten Auge nur die Streifen des rechten Halbbildes wahr und erhält somit einen räumlichen Bildeindruck.
Demzufolge existiert eine Position des Betrachters relativ zum Stereobild, in der die beiden Halbbilder optimal getrennt vom Betrachter wahrgenommen werden und somit ein optimaler räumlicher Bildeindruck entsteht. Bei einer Bewegung des Betrachters innerhalb einer Betrachtungszone aus dieser Position heraus bleibt die Bildtrennung und damit der räumliche Bildeindruck nur dann erhalten, wenn die Distanz zu der Position der optimalen Bildtrennung weiterhin ungefähr gleich dem Augenabstand ist. Entfernt sich der Betrachter weiter, so werden die für das linke und das rechte Auge bestimmten Bilder nicht mehr dem jeweils richtigen Auge getrennt zugeführt und der Betrachter verliert den räumlichen Bildeindruck.
Somit läßt sich eine räumlich begrenzte Betrachtungszone definieren, inner¬ halb derer der Betrachter noch getrennte Halbbilder wahrnimmt und den räumlichen Bildeindruck erhält. Hinderlich ist also, daß die Bewegungsfreiheit des Betrachters durch die räumliche Ausdehnung der Betrachtungszonen begrenzt ist.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß in der Breite jedem Halbbild, das der Betrachter mit nur einem Auge - monokular - wahrnimmt, jeweils die Breite für die Streifen des anderen Halbbildes fehlt , so daß im Vergleich zu einem monokularen Vollbild die Auflösung des von dem Betrachter wahrgenommenen stereoskopischen Bildes halbiert ist.
Die Erfindung befaßt sich in erster Linie mit der Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit möglichst geringem Verlust an Auflösung ein autostereoskopisches - von Hilfsmitteln wie beispielsweise Polarisationsbrillen unabhängiges - Betrachten von Stereobildern ermöglicht. Darüber hinaus soll höherer Aufwand für höhere Auflösung gleichzeitig für zwei Betrachter nutzbar sein sowie die räumliche Begrenzung der Betrachtungszonen verändert werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht bei einem autostereoskopischen Bildschirmgerät der eingangs genannten Art als Ausrüstung vor: - einen ersten und einen zweiten Bildschirm zur Darstellung von zwei unterschiedlichen, durch optische Überlagerung zu einem höher aufgelösten stereoskopischen Gesamtbild zusammensetzbaren Stereobildern, in einer Anordnung mit im wesentlichen senkrecht verlaufenden und einen im wesentlichen rechten Winkel einschließenden Bildschirmebenen sowie jeweils einer zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Bildschirm und dem Betrachter angeordneten optischen Bildtrennvorrichtung , und
- eine optische Überlagerungsvorrichtung, die als ein im wesentlichen planer, halbdurchlässiger, senkrecht und den Winkel zwischen den Bildschirmebenen im wesentlichen halbierend angeordneter Spiegel ausgebildet ist.
Als wesentliches Merkmal der Erfindung ist die technische Lehre anzusehen, . daß zwei Stereobilder, die jeweils aus Streifen für das linke und für das rechte Auge bestehen, mittels der Überlagerungsvorrichtung so zu einem höher aufgelösten stereoskopischen Gesamtbild überlagert werden, daß die Streifen der zu überlagernden Stereobilder im Gesamtbild sinnvoll ineinandergerastert sind. Das bedeutet, daß die Reihenfolge der Streifen desjenigen Stereobildes, das an der Überlagerungsvorrichtung reflektiert wird, gegenüber der Reihenfolge des anderen, von der Überlagerungsvorrichtung transmittierten Stereobildes nach Art eines Spiegelbildes umzukehren ist.
Die Überlagerungsvorrichtung rastert die beiden Stereobilder in der Perspektive des Betrachters so ineinander, daß Lücken zwischen Streifen des einen Stereobildes jeweils von Streifen des anderen Stereobildes gefüllt werden. Infolge ihrer Ausbildung als halbdurchlässiger Spiegel, der so angeordnet ist, daß die Spiegelebene die Bildschirmebenen der beiden
Bildschirme im wesentlichen winkelhalbiert, wird das transmittierte Stereobild in der Intensität um ca. 50% abgeschwächt, und das reflektierte Stereobild um ca. 90° abgelenkt und somit in den Strahlengang des ersten Stereobildes eingeblendet. Bei der Spiegelung wird die Reihenfolge der Streifen des auf dem Bildschirm dargestellten Stereobildes vertauscht und damit die
Tiefenwirkung invertiert. Das an der Überlagerungsvorrichtung reflektierte Stereobild wird deshalb auf dem zugehörigen Bildschirm pseudoskopisch, also mit vertauschter Reihenfolge der Streifen dargestellt. Bei der anschließenden Spiegelung an dem halbdurchlässigen Spiegel wird die Reihenfolge dann wieder vertauscht und so ein korrektes stereoskopisches Bild erzeugt.
Die Überlagerung der beiden Stereobilder resultiert in einer Erhöhung der Auflösung. Sollte einer der beiden Bildschirme ausfallen, bleibt das andere Stereobild sichtbar.
Da gleichzeitig zwei Stereobilder herkömmlicher Art bereitstehen sollen, sind für jedes Auge zwei Halbbilder zu erzeugen. Beispielsweise besteht das erste Stereobild aus den geradzahligen Streifen für das rechte Auge und den ungeradzahligen Streifen für das linke Auge. Entsprechend besteht das zweite Stereobild aus den geradzahligen Streifen für das linke Auge und aus den ungeradzahligen Streifen für das rechte Auge.
Die für das linke Auge bestimmten Streifen der Stereobilder und die für das rechte Auge bestimmten Streifen der Stereobilder werden dann paarweise zu jeweils einem Stereobild übereinandergerastert und auf dem jeweiligen Bildschirm dargestellt.
In den resultierenden Stereobildern wie auch in dem durch ihre Überlagerung zusammengesetzten, höher aufgelösten stereoskopischem Gesamtbild sind - bis auf Streifen an den äußeren Rändern - die Streifen für das eine Auge jeweils von zwei Streifen für das andere Auge benachbart. Die für das linke
Auge bestimmten Streifen und die für das rechte Auge bestimmten Streifen wechseln sich also ab.
Vor jedem der beiden Bildschirme ist eine Bildtrennvorrichtung angeordnet, die die Streifen der beiden Halbbilder des auf dem jeweiligen Bildschirm dargestellten Stereobildes für jedes Auge getrennt sichtbar machen, indem die zu unterschiedlichen Halbbildern gehörigen Streifen in horizontaler Richtung mit unterschiedlichen Winkeln abgelenkt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Bildtrennvorrichtungen im wesentlichen jeweils aus einem Linsenraster. Diese Linsenraster enthalten mehrere parallele äquidistante Zylinderlinsen, deren optische Achsen senkrecht verlaufen, und sind jeweils so vor dem Bildschirm angeordnet, daß die Oberfläche des Bildschirms in der Brennebene liegt. Die linken Streifen des Halbbildes werden dann in waagerechter Richtung mit einem anderen Winkel abgelenkt als die rechten Streifen des Halbbildes.
Zur Verhinderung von Überschneidungen der Streifen linker und rechter Halbbilder können zweckmäßig jeweils zwei benachbarte Linsen teilweise durch Schwärzungsstreifen abgedeckt sein. Die Bildtrennvorrichtungen lassen sich auch als nur aus Schwärzungsstreifen bestehende Streifenraster ausbilden.
In einer Weiterbildung der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung ist zur gleichzeitigen Sichtbarmachung des höher aufgelösten stereoskopischen Gesamtbildes für einen zusätzlichen zweiten Betrachter ein im wesentlichen planer, senkrecht verlaufender Umlenkspiegel zwischen der Überlagerungsvorrichtung und dem zweiten Betrachter angeordnet. Der Umlenkspiegel darf nicht den Strahlengang zwischen der Überlagerungsvorrichtung und dem Betrachter behindern, der die Stereobilder direkt über die Überlagerungsvorrichtung wahrnimmt, ist also außerhalb dieses Strahlenganges zu installieren. Da sich dieser Umlenkspiegel zudem in einer im wesentlichen rechtwinkligen Ebene zu der Überlagerungsvorrichtung befindet, fängt der Umlenkspiegel die Anteile der jeweils nicht zum zuvor genannten Strahlengang geführten Strahlen auf und lenkt diese zum zweiten Betrachter.
Weitere Ausbildungsformen der Erfindung befassen sich mit einer Nachführung der Betrachtungszonen bei Bewegungen von Betrachtern. Wie bereits weiter oben schon erwähnt ist, nimmt in einer bestimmten Entfernung vom Bildschirmgerät und in einem bestimmten Winkel zum Betrachter dieser mit dem linken Auge auch nur die für das linke Auge bestimmten Streifen der Stereobilder und mit dem rechten Auge nur die für das rechte Auge bestimmtenStreifen der Stereobilder wahr und erhält somit in einer solchen Position den optimalen räumlichen Eindruck.
Zur Ermöglichung einer über die ansonsten festliegenden Grenzen dieser Betrachtungszone hinausgehenden Bewegung der Betrachter ist deshalb vorgesehen, daß einer Bewegung des Betrachters die Bildtrennvorrichtungen seitlich nachgeführt bzw. der Umlenkspiegel geschwenkt und/oder seitlich verschoben werden können ('Tracking"). Hierzu sind bevorzugte Ausführungsformen in Unteransprüchen angegeben. Dazu gehören auch eine Detektionsvorrichtung, die die Position des jeweiligen Betrachters detektiert, sowie eine Recheneinheit, die aus der detektierten Position des Betrachters die zur korrekten Bildtrennung erforderliche Position der Bildtrennvorrichtungen/des Umlenkspiegels berechnet, und Stellvorrichtungen, die - von der Recheneinheit angesteuert - die Bildtrennvorrichtungen/den Umlenkspiegel entsprechend verstellt. Ist nur ein einziger Betrachter vorhanden, sind auch nur die ihn betreffenden Nachführungen vorzunehmen.
Das erfindungsgemäße Bildschirmgerät ist besonders vorteilhaft im medizinischen Bereich anzuwenden. So ist bei medizinischen Operationen wegen der hohen Präzisionsanforderungen oftmals eine vergrößerte Darstellung des Operationsfeldes erforderlich. Das Operationsfeld kann dabei durch zwei Kameras in nahezu beliebiger Vergrößerung aufgenommen und über autostereoskopische Bildschirme mit Tiefenwahrnehmung wiedergegeben werden. Hierbei können in der Variante mit weiter oben beschriebenem Umlenkspiegel zwei Personen das Operationsfeld stereoskopisch betrachten, wobei diese beiden Personen einander gegenüberstehen können, was der Arbeitsweise bei einer Operation mit Chefarzt und Assistenzarzt entspricht. Das Bildschirmgerät kann dabei in einer ergonomisch angepaßten Position angeordnet werden.
Die Erfindung mit ihren in den Unteransprüchen gekennzeichneten bzw. weiteren Ausführungsformen wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 : ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Blockschaltbild,
Figur 2: ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Bildschirmen, in Aufsicht
Figur 3: ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Bildschirmen und einem Umlenkspiegel für einen zweiten Betrachter, in Aufsicht, sowie Figur 4: ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Bildschirmen und einem beweglichen Umlenkspiegel zur Vergrößerung der Bewegungsfreiheit für den zweiten Betrachter, in Aufsicht, sowie
Figur 5: ein Linsenraster mit Schwärzungsstreifen als Teil von Ausführungsbeispielen der Erfindung, in Aufsicht.
In Figur 1 ist ein generelles Ausführungsbeispiel der Erfindung als Blockschaltbild dargestellt.
Zur Aufnahme stereoskopischer Bilder sind zwei Kameras 1 , 2 vorgesehen, die nebeneinander angeordnet sind und so zwei seitlich gegeneinander versetzte Bilder aufnehmen, was binokularem Sehen des Menschen entspricht, der mit seinen beiden Augen ebenfalls zwei seitlich gegen¬ einander versetzte Perspektiven wahrnimmt, die im Gehirn zu einem räumlichen Seheindruck verschmolzen werden.
Die von den beiden Kameras 1 , 2 aufgenommenen Bilder werden jeweils einem Eingangsverstärker 3, 4 zugeführt, der die Bildsignale L, R verstärkt und einer Signalverarbeitungseinheit 5 zuführt.
Die Signalverarbeitungseinheit 5 unterteilt die beiden Bilder zunächst in äquidistante, parallele, senkrecht verlaufende Streifen und mischt aus dem für das linke Auge 14.1 eines Betrachters bestimmten Bildsignal L und dem für das rechte Auge 14.2 bestimmten Bildsignal R jeweils ein Stereobildsignal B1 t B2 zusammen. In jedem der zugehörigen Stereobilder ist sowohl eine Bildinformation für das linke Auge 14.1 als auch eine zugehörige Bildinformation für das rechte Auge 14.2 des Betrachters enthalten. Jedes Stereobild B-,, B2 besteht also jeweils aus einem für das linke Auge 14.1 bestimmten und einem für das rechte Auge 14.2 bestimmten Halbbild.
Die geradzahligen Streifen des für das linke Auge 14.1 bestimmten Bildes stellen z.B. das erste für das linke Auge 14.1 bestimmte Halbbild dar; die ungeradzahligen Streifen stellen entsprechend das zweite für das linke Auge 14.1 bestimmte Halbbild dar. In gleicher Weise werden die beiden für das rechte Auge 14.2 bestimmten Halbbilder erzeugt. Das erste für das rechte Auge 14.2 bestimmte Halbbild besteht aus den ungeradzahligen Streifen und das zweite für das rechte Auge 14.2 bestimmte Halbbild aus den geradzahligen Streifen des rechten Bildes.
Anschließend fügt die Signalverarbeitungseinheit 5 die Signale des ersten linken Halbbildes und des zweiten rechten Halbbildes zum Signal des ersten Stereobildes B^ und des zweiten linken und des ersten rechten Halbbildes zum Signal B2 des zweiten Stereobildes zusammen.
In den beiden Stereobildern B^ B2 liegen die Streifen eines linken Halbbildes also jeweils zwischen zwei benachbarten Streifen eines rechten Halbbildes. Da die Streifen die gleiche Breite aufweisen und jeweils äquidistant angeordnet sind, treten hierbei keine Überschneidungen von Streifen auf. Dies ist wichtig, um eine optische Trennung der für das linke und der für das rechte Auge bestimmten Halbbilder zu ermöglichen.
Die beiden Stereobildsignale B., und B2 werden nachfolgend einem Sender 6 zugeführt, der die beiden Bildsignale B* und B2 über einen Übertragungskanal 7 an einen Stereoempfänger 8 oder einen Monoempfänger 15 überträgt.
Die Rekonstruktion eines Monobildes B^* aus den Signalen B^ B2 der beiden Stereobilder ist vorteilhaft, da so nur ein Übertragungskanal 7 erforderlich ist. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn das System räumlich verteilt ist und der Übertragungskanal 7 eine große Strecke überbrücken muß. Würde man zur Generierung des Monobildes B.,* eines der Ausgangssignale L, R der beiden Kameras 1 , 2 verwenden, so müßte dieses Signal zusätzlich bereitgestellt und übertragen werden, was entweder einen Übertragungskanal mit größerer Übertragungskapazität oder einen separaten Übertragungskanal erforderlich machen würde.
Der Monoempfänger 15 ermöglicht ausschließlich eine monokulare Wiedergabe des Bildes ohne Tiefenwirkung auf einem Bildschirm 16 für beide Augen 17.1, 17.2 eines Betrachters. Hierzu verfügt der Momoempfänger 15 über einen Dekodierer, der aus den Stereobildsignalen B-,, B2 z.B. die für das linke Auge des Betrachters bestimmten Anteile heraustrennt und diese anschließend wieder zu einem Bild B-,* ohne Tiefenwirkung zusammensetzt.
Der Stereoempfänger 8 dagegen ermöglicht eine stereoskopische Wiedergabe des von den beiden Kameras 1 , 2 aufgenommenen Objektraumes, und dies zudem mit höherer als herkömmlicher Auflösung von Stereobildern. Hierzu verfügt der Stereoempfänger 8 über einen Dekodierer, der aus dem von dem Sender 6 abgegebenen Signal die beiden Stereobildsignale B^ und B2' heraustrennt und diese auf jeweils einem Bildschirm 9, 10 wiedergibt.
Die beiden Bildschirme 9, 10 sind dabei so angeordnet, daß die Bildschirmebenen senkrecht verlaufen und einen rechten Winkel einschließen.
Vor jedem Bildschirm 9, 10 ist jeweils eine Bildtrennvorrichtung 11 , 12 angeordnet, die die in den Stereobildern enthaltenen Halbbilder jeweils in unterschiedliche Richtungen abbildet und dadurch optisch trennt. Die beiden Bildtrennvorrichtungen 11 , 12 bestehen jeweils aus einem Linsenraster, das so vor den Bildschirmen 9, 10 angeordnet ist, daß die Oberfläche der Bildschirme 9, 10 jeweils in der Brennebene des Linsenrasters liegt. Jedes Linsenraster seinerseits besteht aus mehreren Zylinderlinsen, deren optische Achsen senkrecht - also parallel zu den Streifen der Halbbilder - verlaufen.
Die Halbbilder L1 t L2, R-,, R2 der beiden Bildschirme 9, 10 werden von den Bildtrennvorrichtungen 11 , 12 in Richtung einer Überlagerungsvorrichtung 13 abgelenkt, die die Aufgabe hat, die für das linke Auge 14.1 bestimmten Halbbilder L,, L2 zu einem einheitlichen linken Bild L' und die für das rechte Auge 14.2 bestimmten Halbbilder R R2 zu einem einheitlichen rechten Bild R' zu überlagern. Die Überlagerungsvorrichtung 13 besteht aus einem senkrecht verlaufenden halbdurchlässigen Spiegel, der so angeordnet ist, daß die Spiegelebene die Bildschirmebenen im wesentlichen winkelhalbiert.
Die von dem ersten Bildschirm 9 ausgehenden Halbbilder passieren den halbdurchlässigen Spiegel der Überlagerungsvorrichtung 13 und werden dabei nur in der Intensität um ca. 50 % abgeschwächt. Die von dem anderen
Bildschirm 10 ausgehenden Halbbilder dagegen werden von dem halbdurchlässigen Spiegel um ca. 90° abgelenkt und in den Strahlengang der von dem anderen Bildschirm 9 ausgehenden Halbbilder eingeblendet. Bei der Spiegelung wird die Reihenfolge der Streifen des Stereobildes vom Bildschirm 10 vertauscht und damit die Tiefenstaffelung invertiert. Es entsteht also - ohne besondere Vorkehrungen - durch die Spiegelung aus einem stereoskopischen Bild mit korrekter Tiefenstaffelung ein pseudoskopisches Bild mit invertierter Tiefenstaffelung.
Deshalb wird das Stereobild vom Bildschirm 10, das anschließend an der Überlagerungsvorrichtung 13 gespiegelt wird, auf dem Bildschirm 10 pseudoskopisch dargestellt. Bei der Spiegelung an der Überlagerungsvorrichtung 13 wird dann die Tiefenstaffelung wieder invertiert und damit ein korrektes stereoskopisches Bild wiedergegeben.
Der Betrachter sieht nun mit seinem linken Auge 14.1 nur die für das linke Auge 14.1 bestimmten beiden Halbbilder und mit seinem rechten Auge 14.2 nur die für das rechte Auge 14.2 bestimmten beiden Halbbilder und erhält damit einen räumlichen Bildeindruck. Durch die optische Überlagerung der beiden Stereobilder wird für jedes Auge 14.1 , 14.2 die Auflösung verdoppelt, es tritt also dabei kein Verlust an Auflösung im Vergleich zu einem von beiden Augen gleichzeitig wahrgenommen monoskopischen Bild gleicher Breite auf, dem allerdings die Tiefeninformation fehlt.
Figur 2 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Anordnung mit zwei Bildschirmen 19, 20.
Die beiden Bildschirme 19, 20 sind so angeordnet, daß die beiden Bildschirmebenen - also die Ebenen, in denen die Oberflächen der Bildschirme 19, 20 liegen - senkrecht verlaufen und einen rechten Winkel einschließen.
Auf jedem Bildschirm 19, 20 wird dabei jeweils ein Stereobild dargestellt, daß jeweils aus einem für das linke Auge 18.2 und einem für das rechte Auge 18.1 bestimmten Halbbild besteht. Jedes Halbbild seinerseits besteht aus äquidistanten, senkrecht verlaufenden Streifen, die aus den für das linke Auge 18.2 bzw. für das rechte Auge 18.1 bestimmten Bildern ausgeschnitten wurden.
Auf dem einen Bildschirm 19 werden die geradzahligen Streifen L2, L4, L6, L8, L10 des für das linke Auge 18.2 bestimmten Bildes und die ungeradzahligen Streifen R1 ( R3, R5, R7, R9 des für das rechte Auge 18.1 bestimmten Bildes dargestellt.
Auf dem anderen Bildschirm 20 dagegen werden die ungeradzahligen Streifen L1 t L3, L5, L7, Lg des für das linke Auge 18.2 bestimmten Bildes und die geradzahligen Streifen R2 R4, R6, R8, R10 des für das rechte Auge 18.1 bestimmten Bildes dargestellt.
Die einzelnen Streifen sind dabei äquidistant und haben die gleiche Breite, so daß benachbarte Streifen unmittelbar aneinander anschließen, ohne sich zu überschneiden oder einen Zwischenraum zu lassen. Durch die Verhinderung von Überschneidungen wird sichergestellt, daß die für das linke Auge 18.2 bestimmten Halbbilder und die für das rechte Auge 18.1 bestimmten Halbbilder optisch bestmöglich getrennt werden können. Durch die Verhinderung von Zwischenräumen zwischen benachbarten Streifen wird eine maximale Auflösung erreicht.
Vor jedem Bildschirm 19, 20 ist jeweils ein Linsenraster 21 , 22 so angeordnet, daß die Bildschirmebene in der Brennebene des Linsenrasters 21 , 22 liegt. Durch das Linsenraster 21 , 22 werden die Streifen der Stereobilder in waagerechter Richtung in unterschiedlichem Winkel abgebildet. Die Streifen eines für das linke Auge 18.2 bestimmten Halbbildes werden dabei in einem anderen Winkel abgelenkt als die Streifen eines für das rechte Auge 18.1 bestimmten Halbbildes.
Zur Überlagerung der Stereobilder ist ein senkrecht verlaufender halbdurchlässiger Spiegel 23 vorgesehen, der so angeordnet ist, daß die Spiegelebene den Winkel zwischen beiden Bildschirmebenen halbiert. Das von dem einen Bildschirm 19 ausgehende Stereobild passiert den halbdurchlässigen Spiegel 23 und wird dabei nur in der Intensität um ca. 50 % abgeschwächt. Das von dem anderen Bildschirm 20 ausgehende Stereobild dagegen wird von dem Spiegel 23 um 90° abgelenkt und so in den Strahlengang des von dem Bildschirm 19 ausgehenden Stereobildes eingeblendet.
Bei Spiegelung wird die Reihenfolge der Streifen des Stereobildes umgekehrt und damit die Tiefenstaffelung invertiert. Auf dem Bildschirm 20 wird deshalb ein pseudoskopisches Bild wiedergegeben. Dieses pseudoskopische Stereobild wird sodann durch die Spiegelung an dem halbdurchlässigen Spiegel 23 in ein stereoskopisches Bild mit korrekter Tiefenstaffelung invertiert.
Die Überblendung der Halbbilder durch den halbdurchlässigen Spiegel 23 erfolgt dabei so, daß der Betrachter mit dem linken Auge 18.2 nur die für das linke Auge 18.2 bestimmten Streifen und mit dem rechten Auge 18.1 nur die für das rechte Auge 18.1 bestimmten Streifen sieht und somit einen räumlichen Bildeindruck wahrnimmt.
Für die in Figur 2 dargestellte Anordnung läßt sich eine Betrachtungszone definieren, innerhalb derer der Betrachter die für das rechte Auge 18.1 bestimmten und die für das linke Auge 18.2 bestimmten Halbbilder getrennt wahrnimmt und somit einen räumlichen Seheindruck hat. Außerhalb dieser Betrachtungszone werden die für die beiden Augen 18.1, 18.2 bestimmten Bilder nicht mehr dem jeweils richtigen Auge getrennt zugeführt, so daß der Betrachter keinen räumlichen Seheindruck hat.
Diese Betrachtungszone ist in der Regel so klein, daß nur ein Betrachter darin Platz findet, so daß auch nur eine Person das Bild stereoskopisch sehen kann.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das insoweit Abhilfe schafft, als für zwei Betrachter jeweils eigene Betrachtungszonen generiert werden. Es sind zwei Bildschirme 24, 25 und ein halbdurchlässiger Spiegel 28 vorhanden - wie bereits in Figur 2 dargestellt - sowie ein Umlenkspiegel 29, um das stereoskopische Bild für den zweiten Betrachter sichtbar zu machen. Transmittiertes/reflektiertes Licht, das nicht den Augen 30.1 , 30.2 zugeführt wird, gelangt über den Umlenkspiegel 29 in die Augen 31.1, 31.2 des anderen Betrachters. Der zweite Betrachter nimmt wie der erste Betrachter ein Stereobild gleicher Qualität wahr. Er nutzt mit vernachlässigbarem Zusatzaufwand den Aufwand für hohe Auflösung, welcher für den ersten Betrachter ohnehin notwendig ist.
Das von dem einen Bildschirm 25 ausgehende pseudoskopische Stereobild wird mit einem Intensitätsanteil von 50 % um ungefähr 90° abgelenkt und in den Strahlengang des von dem Bildschirm 24 ausgehenden Stereobildes eingeblendet.
Den restlichen Intensitätsanteil des von dem Bildschirm 25 ausgehenden pseudoskopischen Stereobildes transmittiert der halbdurchlässigen Spiegel 28.
In gleicher Weise wird das von dem Bildschirm 24 ausgehende Stereobild von dem halbdurchlässigen Spiegel 28 mit halber Intensität transmittiert und mit halber Intensität um 90° abgelenkt und in den Strahlengang des von dem Bildschirm 25 ausgehenden pseudoskopischen Stereobildes eingeblendet.
Durch die Reflexion des von dem Bildschirm 24 ausgehenden Stereobildes an dem halbdurchlässigen Spiegel 28 wird die Reihenfolge der Streifen in dem Stereobild umgekehrt und damit die Tiefenstaffelung invertiert.
Auf den Umlenkspiegel 29 trifft also die Überlagerung zweier pseudoskopischer Stereobilder mit invertierter Tiefenstaffelung. Durch die Reflexion dieser beiden pseudoskopischen Stereobilder an dem Umlenkspiegel 29 wird die Reihenfolge der Streifen erneut umgekehrt und damit die normale Tiefenstaffelung wiederhergestellt und ein korrektes stereoskopisches Bild erzeugt.
Beide Betrachter sehen nun mit dem linken Auge 30.1 , 31.1 nur die für das linke Auge 30.1 , 31.1 bestimmten Halbbilder und mit dem rechten Auge 30.2, 31.2 nur die für das rechte Auge 30.2, 31.2 bestimmten Halbbilder und erhalten somit einen korrekten stereoskopischen Seheindruck.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Bildschirmen 32, 33, zwei Linsenrastern 34, 35, einem halbdurchlässigen Spiegel 36 sowie einem verstellbaren Umlenkspiegel 37 für einen zweiten Betrachter. Bei den in Figur 3 und Figur 4 dargestellten Anordnungen können ein erster und ein zweiter Betrachter stereoskopisch sehen. Hinderlich hierbei ist, daß die Bewegungsfreiheit dieser Betrachter in ihren Betrachtungszonen einge¬ schränkt ist. Ausführungsformen der Erfindung sehen deshalb Mittel für die Nachführung von Betrachtungszonen bei Bewegungen des Betrachters vor. Besonderheiten hierzu betreffen bei der Erfindung den zweiten Betrachter.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist für den "zweiten" Betrachter ein Umlenkspiegel 37 zum einen in waagerechter Richtung verschiebbar und zum anderen um eine senkrecht verlaufende, in der Mitte des Umlenkspiegels 37 liegende Drehachse drehbar. Bei einer Bewegung dieses zweiten Betrachters kann ihm der Umlenkspiegel 37 nachgeführt werden, so daß er sich stets in der Betrachtungszone befindet und somit stereoskopisch sehen kann.
Die Betrachtungszone für den ersten Betrachter wird durch eine Positionsänderung des Umlenkspiegels 37 nicht verschoben.
Figur 5 zeigt ein Linsenraster 41 vor einem Bildschirm 40 als Teil für Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Bei der vorbekannten Anordnung mit nur einem Bildschirm und je einem Halbbild für jedes Auge muß die Bildtrennvorrichtung die einzelnen Streifen aufweiten, da aus je einem Halbbild jeweils ein volles Bild erzeugt werden muß.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung mit zwei Bildschirmen und einem halbdurchlässigen Spiegel, der zwei Stereobilder überlagert, ist jedoch gerade dieser Effekt zu vermeiden.
Der halbdurchlässige Spiegel überblendet jeweils die für ein Auge bestimmten Halbbilder so, daß die Streifen des einen Halbbildes jeweils zwischen den Streifen des anderen Halbbildes liegen. Hierbei ist es zum einen wichtig, daß die Streifen nicht überlappen und zum anderen, daß zwischen benachbarten Streifen kein Zwischenraum bleibt, da sonst Verzeichnungen in dem resultierenden stereoskopischen Bild auftreten. Es ist also erforderlich, die Aufweitung der einzelnen Streifen so zu begrenzen, daß benachbarte Streifen in dem resultierenden Bild nicht überlappen.
Hierzu sind auf die Oberfläche des aus mehreren Zylinderlinsen bestehenden Linsenrasters 41 jeweils an der Seite jeder Zylinderlinse senkrecht verlaufende, lichtundurchlässige Schwärzungsstreifen 42 aufgebracht, die als Blende wirken und die Aufweitung der Streifen begrenzen.
Die Erfindung beschrankt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Patentansprüche:
1. Autostereoskopisches Bildschirmgerät mit einer Ausrüstung auf der Basis: eines Bildschirmes zur Darstellung eines aus zwei ineinandergerasterten, jeweils für ein Auge eines Betrachters bestimmten und jeweils aus im wesentlichen senkrechten, parallelen Streifen bestehenden Halbbildern zusammengesetzten Stereobildes und einer zwischen dem Bildschirm und dem Betrachter angeordneten optischen Bildtrennvorrichtung, die die zum jeweiligen Halbbild gehörigen Streifen in waagerechter Richtung mit unterschiedlichen Winkeln ablenkt, gekennzeichnet durch
- einen ersten und einen zweiten Bildschirm (9, 10; 19, 20; 24, 25; 32, 33) zur Darstellung von zwei unterschiedlichen, durch optische Überlagerung zu einem höher aufgelösten stereoskopischen Gesamtbild zusammensetzbaren Stereobildern, in einer Anordnung mit im wesentlichen senkrecht verlaufenden und einen im wesentlichen rechten Winkel einschließenden Bildschirmebenen sowie jeweils einer zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Bildschirm (9, 10; 19, 20; 24, 25; 32, 33) und dem Betrachter angeordneten optischen Bildtrennvorrichtung (11 , 12; 21 , 22; 26, 27; 34, 35), und
- eine optische Überlagerungsvorrichtung (13; 23; 28; 36), die als ein im wesentlichen planer, halbdurchlässiger, senkrecht und den Winkel zwischen den Bildschirmebenen im wesentlichen halbierend angeordneter Spiegel ausgebildet ist.
2. Bildschirmgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bildtrennvorrichtung (11 , 12; 21 , 22; 26, 27; 34, 35) im wesentlichen aus einem Linsenraster (41 ) mehrerer Zylinderlinsen besteht, wobei die Oberfläche des Bildschirms (9, 10; 19, 20; 24, 25; 32, 33) im wesentlichen in der Brennebene des Linsenrasters (41 ) liegt.
3. Bildschirmgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsenraster (41 ) zur Verhinderung einer Überschneidung der Streifen linker oder rechter Halbbilder im wesentlichen senkrecht verlaufende, äquidistante, lichtundurchlässige und zwei benachbarte Linsen teilweise abdeckende Schwärzungsstreifen (42) aufweist.
4. Bildschirmgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bildtrennvorrichtung (11 , 12; 21 , 22; 26, 27; 34, 35) ein aus mehreren, im wesentlichen senkrecht verlaufenden, parallelen Schwärzungsstreifen bestehendes Streifenraster aufweist.
5. Bildschirmgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Sichtbarmachung des höher aufgelösten stereoskopischen Gesamtbildes für einen zusätzlichen zweiten Betrachter ein im wesentlichen planer, senkrecht verlaufender Umlenkspiegel (29; 37) zwischen der Überlagerungsvorrichtung (28; 36) und dem zweiten Betrachter angeordnet ist.
6. Bildschirmgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildtrennvorrichtungen (21, 22; 26, 27; 34, 35) zur Nachführung des höher aufgelösten Stereoskop ischen Gesamtbildes bei einer Bewegung eines dieses Gesamtbild unmittelbar über die Überlagerungsvorrichtung (23; 28; 36) wahrnehmenden - ersten - Betrachters in im wesentlichen waagerechter Richtung verschiebbar sind.
7. Bildschirmgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachführung des höher aufgelösten stereoskopischen Gesamtbildes bei einer Bewegung des zweiten Betrachters der Umlenkspiegel (29; 37) um eine im wesentlichen senkrechte Drehachse drehbar und zur Kompensation einer Nachführung für den ersten Betrachter in im wesentlichen waagerechter Richtung verschiebbar ist.
8. Bildschirmgerät nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch
- eine Detektionsvorrichtung zur Detektion der Position des ersten und/oder des zweiten Betrachters,
- eine Recheneinheit zur Berechnung der Position der Bildtrennvorrichtungen (21 , 22; 26, 27; 34, 35) und/oder des Umlenkspiegels (29; 37) aus der Position des ersten und/oder des zweiten Betrachters,
- Stellvorrichtungen zur Einstellung des Umlenkspiegels (29; 37) und/oder der Bildtrennvorrichtung (21 , 22; 26, 27; 34, 35) in Abhängigkeit von der Position des ersten und/oder des zweiten Betrachters.
9. Bildschirmgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Halbbild gehörenden Streifen äquidistant sind und die Breite der Streifen im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen benachbarten Streifen ist.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19736158A1 (de) * 1997-08-20 1999-02-25 Helmut Wuerz Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines räumlich wiedergebbaren Bildes
DE102011112620B3 (de) * 2011-09-08 2013-02-21 Eads Deutschland Gmbh Abgewinkeltes Display zur dreidimensionalen Darstellung eines Szenarios
FR3087986A1 (fr) * 2018-10-26 2020-05-01 Psa Automobiles Sa Dispositif d’affichage avec superposition d’image autostereoscopique sur une image reelle

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993019394A2 (en) * 1992-03-20 1993-09-30 Delta Systems Design Limited Twin screen imaging system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993019394A2 (en) * 1992-03-20 1993-09-30 Delta Systems Design Limited Twin screen imaging system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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R. BÖRNER: "3D-Bildprojektion in Linsenrasterschirmen", FERNSEH UND KINOTECHNIK, vol. 39, no. 8, August 1985 (1985-08-01), BERLIN DE, pages 383 - 387, XP002005175 *

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DE19608306A1 (de) 1996-08-29

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