WO2004098203A1 - Anordnung zur dreidimensionalen darstellung - Google Patents

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WO2004098203A1
WO2004098203A1 PCT/EP2004/004464 EP2004004464W WO2004098203A1 WO 2004098203 A1 WO2004098203 A1 WO 2004098203A1 EP 2004004464 W EP2004004464 W EP 2004004464W WO 2004098203 A1 WO2004098203 A1 WO 2004098203A1
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essentially
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PCT/EP2004/004464
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Inventor
Wolfgang Tzschoppe
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X3D Technologies Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/356—Image reproducers having separate monoscopic and stereoscopic modes
    • H04N13/359—Switching between monoscopic and stereoscopic modes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/31—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using parallax barriers

Definitions

  • the invention relates to arrangements for three-dimensional representation, in particular to those in which one or more viewers can experience a spatial impression without aids such as glasses.
  • At least one wavelength filter array which specifies directions of propagation for light of different picture elements.
  • Said image elements represent partial image information of several views of a scene or of an object. Due to the predetermined directions of light propagation, the eyes of an observer predominantly see a first and a second selection of views, thereby creating a spatial impression on the observer.
  • the invention is based on the object of developing arrangements of the type mentioned in such a way that improved image quality is achieved.
  • an arrangement for spatial representation comprising:
  • At least one filter array arranged in front of or behind the image display device in the viewing direction, consisting of a plurality of in a grid
  • the filter elements ß pq depending on their transmission wavelength range and / or transmittance ⁇ b are arranged according to the following function on the grid of rows q and columns p
  • b an integer which defines one of the intended transmission wavelength ranges and / or transmittances ⁇ b for a filter element ⁇ pq at position p, q and can have values between 1 and b ma ⁇ ,
  • n m is an integer value greater than "zero", which preferably corresponds to the integer n ',
  • the (very many) directions of propagation predetermined for the light emitted by the picture elements ⁇ y intersect at a multiplicity of points, which can each correspond to an eye position of an observer.
  • transmission wavelength ranges or as transmittance ⁇ b e.g. can be selected: the wavelength range of the red, green or blue light as well as for the visible light essentially opaque and transparent light transmittance.
  • largely wavelength-independent transmittances can be specified, for example a transmittance of 75% for essentially all of the visible light.
  • a combination of transmission wavelength ranges and degrees of transmission is also possible, e.g. 50% transparent for red light.
  • Exactly one (or a few) of the 1 ..b m ax provided transmission wavelength ranges or transmittance ⁇ b is preferably selected as transparent for essentially the entire visible spectrum, while the rest Transmission wavelength ranges or transmittance ⁇ b are chosen as opaque for essentially the entire visible spectrum.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that — apart from edge regions of the filter array — each filter element ⁇ pq that is essentially transparent to visible light in at least one line [(q-1) and / or (q + 1)] and / or in at least one column [(p-1) and / or (p + 1)] immediately adjoins at least one further filter element ⁇ pq which is essentially transparent to the visible light.
  • Both the picture elements ⁇ y and the filter elements ⁇ pq have an essentially polygonal, preferably rectangular, outline. Regardless of this, however, it is also possible that at least partially non-angular, approximately rounded outline sections are provided for filter elements ⁇ pq .
  • At least some filter elements ⁇ pq which are adjacent to one another each adjoin one another on one or more edges of the polygonal, preferably rectangular, contour.
  • each image partial information of at least two views A k is made visible, with at least one fifth of all visible image elements ⁇ y being essentially completely visible to the corresponding observer's eye.
  • essentially precise partial image information of a view Ak can be perceived from some first viewing positions, while a mixed image of partial image information of several views Ak is visible from other (second) viewing positions for said viewer eye.
  • This mixed image can result, on the one hand, from the shift from the first to the second viewing positions of the corresponding eye in the plane parallel to the plane of the image reproduction elements and, on the other hand, from a change in position with respect to the distance of the corresponding eye from the plane of the image reproduction elements.
  • Exactly one array of filter elements ⁇ pq is preferably provided, and the distance z between said array and the grid of image elements ⁇ y, measured in the normal direction, is determined according to the following equation:
  • s p denotes the average horizontal distance between two adjacent picture elements ⁇ y. If the filter array lies in the line of sight or normal in front of the grid of picture elements ⁇ y, then z is subtracted from d a ; if the filter array is behind it, z is added to d a , pd is the mean pupil distance for an observer and d a is a selectable viewing distance.
  • a further advantageous embodiment provides that all filter elements ⁇ pq have the same geometric shape and all image elements ⁇ y have the same geometric shape.
  • the filter elements ß pq have a horizontal and / or vertical direction by a correction factor f - for which preferably 0.95 ⁇ f ⁇ 1.05 - the geometric shape of the picture elements ⁇ y is reduced or enlarged.
  • the correction factor f becomes - insofar as the filter array is located in front of the image display device in the viewing direction - as an example according to the equation
  • image elements ⁇ y adjacent to one another in rows and / or in columns preferably emit light of different wavelengths or wavelength ranges, for example red, green or blue light.
  • wavelengths or wavelength ranges for example red, green or blue light.
  • Monochrome image generators can also be used.
  • a picture display device e.g. Plasma displays, LC displays, OLEDs, OELDs, laser-based systems and other imaging devices with the most stable and defined pixel position possible.
  • Image display devices with full color pixels e.g. Projection displays can also be used.
  • the directions of light propagation for the light emitted by the picture elements ⁇ y are usually specified as wavelength-dependent directions of propagation.
  • FIG. 1 shows the filter array of a first exemplary embodiment in arrangements according to the invention
  • 3 to 5 show examples of images that are perceptible to a viewer's eye, information in the first embodiment
  • FIG. 6 shows the filter array of a second exemplary embodiment in arrangements according to the invention
  • FIG. 1 shows the filter array of a third exemplary embodiment in arrangements according to the invention
  • FIG. 2 shows the image combination specification for creating the image to be displayed on the image display elements of the image display device in the third embodiment
  • Fig. 1 3 to Fig. 5 view examples of image information perceivable for an observer eye in the third embodiment
  • Fig. 6 shows the filter array of a fourth embodiment in arrangements according to the invention
  • 7 shows the image combination rule for creating the image to be displayed on the image display elements of the image display device in the fourth exemplary embodiment
  • Fig. 8 to Fig. 20 visual examples of image information perceivable for an observer eye in the fourth embodiment
  • Fig. 23 to Fig. 25 view examples of image information perceivable for a viewer eye in the fifth embodiment
  • FIG. 26 shows the filter array of a sixth exemplary embodiment in arrangements according to the invention.
  • the drawings are generally not to scale. They are also cutouts.
  • exactly one filter array is provided, which is located at a distance z in front of the image display device in the viewing direction.
  • Transmission wavelength ranges ⁇ b are provided, the first ( ⁇ i) of which is essentially transparent to visible light and the rest ( ⁇ 2 .. ⁇ ) for the visible light are essentially opaque transmission wavelength ranges.
  • the filter array in question has, for example, an extent of 31 mm (width) x 235 mm (height).
  • the dashed lines shown in FIG. 1 serve only to make the individual filter elements visible in the grid (p, q); they do not exist on the physical filter array.
  • the RGB subpixels are used as picture elements ⁇ y of the picture display device, so that a picture element ⁇ y has, for example, the dimensions 0.1 mm (width) x 0.3 mm height.
  • Each filter element ⁇ pq is essentially the same size as a picture element ⁇ y. The exact dimensions are calculated, for example, according to the equations given earlier.
  • the views Ak are, for example, perspective views of a scene or an object, which were created by means of a camera or a computer, preferably in each case from slightly offset shooting positions.
  • 3 and 4 show two examples of the partial image information that is visible to an observer's eye from certain viewing positions.
  • FIG. 5 A possible composition of image partial information of different views (here the views A 3 and A) which is visible to a viewer's eye is shown in FIG. 5.
  • partial image information of at least two views Ak are inherently made visible from a number of monocular viewing positions in the space in front of the arrangement according to the invention for an observer eye, with at least one fifth of the visible image elements ⁇ y for the corresponding one
  • the observer's eye is essentially completely visible (see Fig. 5, with all visible image elements being fully visible at the same time).
  • partial view information of a view A k is essentially perceptible for a viewer eye from a few first viewing positions, while mixed images from partial view information of several views A are visible from other (second) viewing positions for a viewer eye.
  • FIG. 26 shows the filter array of a sixth exemplary embodiment, which among other things also includes red, blue and green transparency wavelength ranges ⁇ b.
  • a filter array can be produced, for example, as an exposed and developed photographic film, which is laminated onto a carrier substrate (e.g. glass).
  • a carrier substrate e.g. glass
  • Other manufacturing variants are of course conceivable.
  • a component for optional switchability between a 2D mode and a 3D mode can be installed in arrangements according to the invention.
  • the filter array is behind the (translucent) image display device, e.g. an LC display.
  • Other variants for 2D-3D switching can be implemented in arrangements according to the invention. In special applications, the use of multiple filter arrays can also be advantageous.
  • the invention offers the advantage that an improved 3D image quality is achieved, since a good channel separation of the different views for the observer eyes is achieved, in particular, from many viewing positions.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen und Verfahren zur räumlichen Darstellung von Bildern einer Szene oder eines Gegenstandes, bei denen mehrere Betrachter ohne Hilfsmittel einen räumlichen Eindruck erleben können. Erfindungsgemässe Anordnungen umfassen eine Bildwiedergabeeinrichtung und mindestens ein Filterarray mit einer Vielzahl von Filterelementen, wobei charakteristisch auf den Bildelementen der Bildwiedergabeeinrichtung nicht in allen Zeilen (j) und Spalten (i) abwechselnd Bildteilinformation verschiedener Ansichten so dargestellt wird, dass aus mindestens zwei monokularen Betrachtungspositionen für ein Betrachterauge ausschliesslich oder nahezu ausschliesslich Bildteilinformation einer einzigen Ansicht sichtbar ist, und dass von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen aus für beide Betrachteraugen monokular im wesentlichen Bildteilinformationen unterschiedlicher Ansichten sichtbar sind und der Betrachter die dargestellte Szene/ den dargestellten Gegenstand räumlich wahrnimmt.

Description

Titel
Anordnung zur dreidimensionalen Darstellung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur dreidimensionalen Darstellung, ins- besondere auf solche, bei denen ein oder mehrere Betrachter ohne Hilfsmittel wie Brillen einen räumlichen Eindruck erleben können.
Stand der Technik
Eine Vielzahl bekannter Verfahren und Anordnungen zur räumlichen Darstellung ba- siert auf der räumlichen oder der räumlich-zeitlichen Aufteilung verschiedener Ansichten einer Szene auf einem Gerät zur Bildwiedergabe. Bei den Ansichten handelt es sich dabei in der Regel entweder um räumlich in der Tiefe gestaffelte Schichtbilder oder um aus verschiedenen Perspektiven aufgenommene Bilder. Als Geräte zur Bildwiedergabe finden z. B. LC-Displays eine immer weiter verbreitete Anwendung. So werden beispielsweise in US 5 936 774 Verfahren und Anordnung zur autostereosko- pischen Darstellung von zwei bis vier Perspektivansichten auf einem LC-Display beschrieben. Auch in EP 0 791 847, EP 0 783 825, JP 8 1 94 1 90 werden auf LC-Displays basierende Anordnungen zur autostereoskopischen Darstellung beschrieben. Eine vorteilhafte Anordnung dieser Art ist in der DE 1 00 03 326 C2 beschrieben. Hierbei kommt mindestens ein Wellenlängenfilterarray zum Einsatz, welches Ausbreitungsrichtungen für Licht verschiedener Bildelemente vorgibt. Besagte Bildelemente stellen Bildteilinformationen mehrerer Ansichten einer Szene bzw. eines Gegenstandes dar. Auf Grund der vorgegebenen Lichtausbreitungsrichtungen sehen die Augen eines Betrachters jeweils überwiegend eine erste und eine zweite Auswahl an Ansichten, wodurch beim Betrachter ein räumlicher Eindruck erzeugt wird.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Anordnungen der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine verbesserte Bildqualität erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Anordnung zur räumlichen Darstellung umfassend:
- eine Bildwiedergabeeinrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen αy in einem Raster aus Spalten i und Zeilen j, auf denen jeweils Bildteilinformation verschiedener Ansichten A (k=l ...n, n>l ) einer Szene/ eines Gegenstandes darstellbar ist,
- mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor- oder hinter der Bildwiedergabeeinrich- tung angeordnetes Filterarray bestehend aus einer Vielzahl von in einem Raster aus
Zeilen q und Spalten p angeordneten, Licht in bestimmten Wellenlängenbereichen und/oder mit bestimmten Transmissionsgraden λb transmittierenden Filterelementen ßpq, wobei jedes Filterelement ßp im wesentlichen die Größe eines Bildelementes αy aufweist und eine Vielzahl von für das sichtbare Licht im wesentlichen opaken und transparenten Filterelementen ßpq vorgesehen sind, so daß für das von den Bildelementen αij abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden, wobei - die Zuordnung von Bildteilinformationen aus den Ansichten A (k=l ...n) zu Bildelementen αy der Position i,j nach der Funktion vorgenommen wird
Figure imgf000005_0001
- k der fortlaufenden Nummer der Ansicht A (k=l ...n), aus der die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement αy wiedergegeben werden soll,
- n der Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten Ak (k=l ...n),
- n' einer wählbaren ganzen Zahl größer „Null",
- CIJ einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der verschiedenen von den Ansichten Ak (k=l ...n) stammenden Teilinformationen auf dem Raster und
- IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt, wobei ferner
- die Filterelemente ßpq in Abhängigkeit von ihrem Transmissionswellenlängenbereich und/oder Transmissionsgrad λb nach folgender Funktion auf dem Raster aus Zeilen q und Spalten p angeordnet werden
b = p - d - q - nm
Figure imgf000005_0002
- b einer ganzen Zahl, die für ein Filterelement ßpq an der Position p,q einen der vorgesehenen Transmissionswellenlängenbereiche und/oder Transmissionsgrade λb fest- legt und Werte zwischen 1 und bmaχ haben kann,
- nm einem ganzzahligen Wert größer „Null", der bevorzugt der ganzen Zahl n' entspricht,
- dpq einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeugung eines Maskenbildes und - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt, wobei erfindungsgemäß
- auf den Bildelementen αy nicht in allen Zeilen j und Spalten i abwechselnd Bildteilinformation verschiedener Ansichten Ak so dargestellt wird, daß aus mindestens zwei monokularen Betrachtungspositionen für ein Betrachterauge ausschließlich oder nahezu ausschließlich Bildteilinformation einer einzigen Ansicht Ak sichtbar ist, und daß von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen aus für beide Betrachteraugen monokular im wesentlichen Bildteilinformationen unterschiedlicher Ansichten Ak sichtbar sind und der Betrachter die dargestellte Szene/ den dargestellten Gegenstand räum- lieh wahrnimmt.
Es schneiden sich die für das von den Bildelementen αy abgestrahlte Licht vorgegebenen (sehr vielen) Ausbreitungsrichtungen in einer Vielzahl von Punkten, die jeweils einer Augenposition eines Betrachters entsprechen können. Als Transmissionswellenlängenbereiche bzw. als Transmissionsgrade λb können z.B. gewählt werden: der Wellenlängenbereich des roten, grünen oder blauen Lichtes sowie für das sichtbare Licht im wesentlichen opake und transparente Lichttransmissionsgrade. Außerdem können weitestgehend wellenlängenunabhängige Transmissionsgrade vorgegeben werden, beispielsweise ein Transmissionsgrad von 75% für im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht. Eine Kombination aus Transmissionswellenlängenbereichen und Transmissionsgraden ist auch möglich, z.B. zu 50% transparent für rotes Licht.
Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Anordnung so ausgestaltet, daß dpq und CIJ identisch oder aber so gewählt sind, daß für alle Paare (p=i, q=j) jeweils b(p, q) = k (i, j) gilt. Dabei ist vorzugsweise genau einer (oder wenige) der 1 ..bmax vorgesehenen Transmissionswellenlängenbereiche bzw. Transmissionsgrade λb als transparent für im wesentlichen das gesamte sichtbare Spektrum gewählt, während die übrigen Transmissionswellenlängenbereiche bzw. Transmissionsgrade λb als opak für im wesentlichen das gesamte sichtbare Spektrum gewählt sind. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Bildkombinationsstruktur der Bildteilinformation verschiedener Ansichten Ak auf der Bildwiedergabeeinrichtung stark an die Struktur auf dem Filterarray angelehnt ist; genauer gesagt ist hierbei jeweils das Anordnungsmuster derjenigen Bildelemente αij auf der Bildwiedergabeeinrichtung, die jeweils Bildinformation genau einer bestimmten Ansicht A wiedergeben, in äquivalenter Form auf dem Filterarray durch für im wesentlichen das gesamte sichtbare Spektrum transmittierende Filterelemente ßpq vorhanden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß -abgesehen von Randbereichen des Filterarrays- jedes für das sichtbare Licht im wesentlichen transparente Filterelement ßpq in mindestens einer Zeile [(q-1 ) und/oder (q+1 )] und/oder in mindestens einer Spalte [(p-1 ) und/oder (p+1 )] an jeweils minde- stens ein weiteres für das sichtbare Licht im wesentlichen transparente Filterelement ßpq unmittelbar angrenzt.
Sowohl die Bildelemente αy als auch die Filterelemente ßpq weisen einen im wesentlichen vieleckigen, bevorzugt rechteckigen Umriß auf. Ungeachtet dessen ist es jedoch ebenso möglich, daß zumindest teilweise nicht-eckige, etwa abgerundete Umrißabschnitte für Filterelemente ßpq vorgesehen sind.
Weiterhin grenzen in der Regel zumindest einige zueinander benachbarte Filterelemente ßpq jeweils an einer oder mehreren Kanten des vieleckigen, bevorzugt rechtek- kigen Umrisses aneinander an.
Bei einem Großteil der bisher beschriebenen Anordnungen werden inhärent aus einer Anzahl von monokularen Betrachtungspositionen im Betrachtungsraum vor der An- Ordnung für ein Betrachterauge jeweils Bildteilinformationen mindestens zweier Ansichten Ak sichtbar gemacht, wobei mindestens ein Fünftel aller sichtbarer Bildelemente αy für das entsprechende Betrachterauge im wesentlichen vollständig sichtbar ist. Damit ist für ein Betrachterauge aus einigen ersten Betrachtungspositionen im we- sentlichen genau Bildteilinformation einer Ansicht Ak wahrnehmbar, während aus anderen (zweiten) Betrachtungspositionen für besagtes Betrachterauge ein Mischbild aus Bildteilinformationen mehrerer Ansichten Ak sichtbar ist. Dieses Mischbild kann zum einen aus der Verschiebung von den ersten zu den zweiten Betrachtungspositionen des entsprechenden Auges in der Ebene parallel zur Ebene der Bildwiedergabeelemen- te und zum anderen auch von einer Positionsänderung bezüglich des Abstandes des entsprechenden Auges von der Ebene der Bildwiedergabeelemente herrühren.
Bevorzugt ist genau ein Array aus Filterelementen ßpq vorgesehen und der Abstand z zwischen dem besagtem Array und dem Raster aus Bildelementen αy, in Normalen- richtung gemessen, wird nach folgender Gleichung festgelegt:
Figure imgf000008_0001
sp z
Darin bezeichnet sp den mittleren horizontalen Abstand zwischen zwei benachbarten Bildelementen αy. Liegt das Filterarray in Blick- oder Normalenrichtung vor dem Raster aus Bildelementen αy, so wird z von da subtrahiert; liegt das Filterarray dahinter, so wird z zu da addiert, pd ist die mittlere Pupillendistanz bei einem Betrachter und da ein wählbarer Betrachtungsabstand.
Es ist demgegenüber auch möglich, andere (optische) Abstände z zwischen dem Array aus Filterelementen ßpq und dem Raster aus Bildelementen αy zu wählen. Für die mei- sten Displays (LCD, Plasmadisplay etc.) ist der typische, aber nicht ausschließliche Wertebereich für z etwa 0,4 mm ... 25 mm. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß jeweils alle Filterelemente ßpq dieselbe geometrische Form und jeweils alle Bildelemente αy dieselbe geometrische Form aufweisen. Dabei besitzen die Filterelemente ßpq eine in horizontaler und/oder vertikaler Richtung um einen Korrekturfaktor f -für den bevorzugt gilt 0,95 < f < 1 ,05- verkleinerte bzw. vergrößerte geometrische Form der Bildelemente αy. Der Korrekturfaktor f wird -insofern sich das Filterarray in Betrachtungsrichtung vor der Bildwiedergabeeinrichtung befindet- beispielhaft nach der Gleichung
ä. gewählt, worin z wie weiter oben definiert eingesetzt oder aber als fester Wert (z.B. z=2 mm) angesetzt werden kann.
Für eine farbige Bildwiedergabe strahlen in Zeilen oder/und in Spalten benachbarte Bildelemente αy vorzugsweise Licht unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Wellenlän- genbereiche ab, beispielsweise rotes, grünes oder blaues Licht. Dies schließt selbstverständlich ein, daß es sich auch um RRGB-Bildgeber handeln kann. Außerdem können monochrome Biidgeber verwendet werden.
Als Bildwiedergabeeinrichtung kommen z.B. Plasma-Displays, LC-Displays, OLEDs, OELDs, laserbasierte Systeme und weitere Bildgeber mit möglichst fester und definier- ter Pixelposition in Frage. Bildwiedergabeeinrichtungen mit Vollfarbpixeln, z.B. Projektionsdisplays, sind ebenfalls einsetzbar.
Regelhaft werden die Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen αy abgestrahlte Licht als wellenlängenabhängige Ausbreitungsrichtungen vorgegeben. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
Fig.l das Filterarray eines ersten Ausführungsbeispiels in erfindungsgemäßen An- Ordnungen,
Fig.2 die Bildkombinationsvorschrift zur Erstellung des auf den Bildwiedergabeelementen der Bildwiedergabeeinrichtung darzustellenden Bildes beim ersten Ausführungsbeispiel,
Fig.3 bis Fig.5 Sichtbeispiele von jeweils für ein Betrachterauge wahrnehmbaren Bild— Informationen beim ersten Ausführungsbeispiel,
Fig.6 das Filterarray eines zweiten Ausführungsbeispiels in erfindungsgemäßen Anordnungen,
Fig.7 die Bildkombinationsvorschrift zur Erstellung des auf den Bildwiedergabeelementen der Bildwiedergabeeinrichtung darzustellenden Bildes beim zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig.8 bis Fig.l 0 Sichtbeispiele von jeweils für ein Betrachterauge wahrnehmbaren Bildinformationen beim zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig.l 1 das Filterarray eines dritten Ausführungsbeispiels in erfindungsgemäßen Anordnungen, Fig.l 2 die Bildkombinationsvorschrift zur Erstellung des auf den Bildwiedergabeelementen der Bildwiedergabeeinrichtung darzustellenden Bildes beim dritten Ausführungsbeispiei,
Fig.l 3 bis Fig.l 5 Sichtbeispiele von jeweils für ein Betrachterauge wahrnehmbaren Bildinformationen beim dritten Ausführungsbeispiel, Fig.l 6 das Filterarray eines vierten Ausführungsbeispiels in erfindungsgemäßen Anordnungen, Fig.l 7 die Bildkombinationsvorschrift zur Erstellung des auf den Bildwiedergabeelementen der Bildwiedergabeeinrichtung darzustellenden Bildes beim vierten Ausführungsbeispiel,
Fig.l 8 bis Fig.20 Sichtbeispiele von jeweils für ein Betrachterauge wahrnehmbaren Bildinformationen beim vierten Ausführungsbeispiel,
Fig.21 das Filterarray eines fünften Ausführungsbeispiels in erfindungsgemäßen Anordnungen,
Fig.22 die Bildkombinationsvorschrift zur Erstellung des auf den Bildwiedergabeelementen der Bildwiedergabeeinrichtung darzustellenden Bildes beim fünften Ausführungsbeispiel,
Fig.23 bis Fig.25 Sichtbeispiele von jeweils für ein Betrachterauge wahrnehmbaren Bildinformationen beim fünften Ausführungsbeispiel, sowie
Fig.26 das Filterarray eines sechsten Ausführungsbeispiels in erfindungsgemäßen Anordnungen. Die Zeichnungen sind in der Regel der Übersicht halber nicht maßstäblich. Es handelt sich ferner um Ausschnittdarstellungen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Bei allen Ausführungsbeispielen sei genau ein Filterarray vorgesehen, welches sich in Betrachtungsrichtung im Abstand z vor der Bildwiedergabeeinrichtung befindet. Als Bildwiedergabeeinrichtung sei in allen Ausführungen beispielhaft ein 1 5"-TFT-LCD vom Hersteller LG vorgesehen, welches einen Pixel-Pitch von 0,3 mm x 0,3 mm (RGB- Triplett) aufweist.
In Fig.l ist nun das Filterarray des ersten Ausführungsbeispiels erfindungsgemäßer Anordnungen zeigt. Dabei sind Transmissionswellenlängenbereiche λb vorgesehen, von denen der erste (λi) für das sichtbare Licht im wesentlichen transparent ist und die restlichen (λ2 .. λ ) für das sichtbare Licht im wesentlichen opake Transmissionswellenlängenbereiche sind. Das in Rede stehende Filterarray hat beispielweise eine Ausdehnung von 31 0 mm (Breite) x 235 mm (Höhe). Die in Fig.l gezeigten gestrichelten Linien dienen lediglich der Sichtbarmachung der einzelnen Filterelemente im Ra- ster (p,q); sie sind auf dem physischen Filterarray nicht vorhanden.
Als Bildelemente αy der Bildwiedergabeeinrichtung werden die RGB-Subpixel verwendet, so daß ein Bildelement αy beispielhaft die Abmaße 0,1 mm (Breite) x 0,3 mm Höhe hat. Jedes Filterelement ßpq ist im wesentlichen genauso groß wie ein Bildelement αy. Die exakten Abmaße werden beispielsweise nach den weiter vorn gegebenen Gleichungen berechnet. Unter Zugrundelegung der Parameter pd=65 mm, da=700 mm und s =0,l mm ergibt sich dann für z= 1 ,0786 mm (optischer Abstand Bildwiedergabeeinrichtung - Filterarray) und für den Korrekturfaktor f=0, 9984592. Damit ist jedes Filterelement 0,1 mm * f = 0,09984592 mm breit und 0,3 mm * f = 0,2995377 mm hoch. Der Fig.l liegt die Matrix
_ p - (lntegerPart(fe + §)- l)mod4 + 1) m ~ ~a y sowie der Wert nm=8 zu Grunde.
Bezugnehmend auf Fig.2, die die Bildkombinationsstruktur zur Darstellung von Bildteilinformationen der verschiedenen Ansichten Ak (k=l ..n, n=4) auf der Bildwiedergabeeinrichtung zeigt, ist festzuhalten, daß diese nach der vorstehend beschrieben gewählten Matrix cy = d q für (p=i und q=j) sowie dem Parameter n'=8 erstellbar ist. Die Ansichten Ak sind beispielsweise Perspektivansichten einer Szene oder eines Gegenstandes, die mittels einer Kamera oder einem Computer -vorzugsweise jeweils aus leicht versetzten Aufnahmepositionen- erstellt worden sind. Die Fig.3 und Fig.4 zeigen zwei Beispiele für die aus bestimmten Betrachtungspositionen für ein Betrachterauge jeweils sichtbaren Bildteilinformationen. Es sind also aus mindestens zwei monokularen Betrachtungspositionen für ein Betrachterauge ausschließlich (oder nahezu ausschließlich) Bildteilinformationen einer einzigen Ansicht Ak sichtbar. Handelt es sich bei den Augenpositionen um die Positionen der beiden Betrachteraugen, nimmt der Betrachter ein räumliches Bild mit verbesserter SD- Bildqualität (Tiefe) wahr.
Weiterhin existieren eine Vielzahl von Betrachtungspositionen, aus denen für beide Betrachteraugen jeweils monokular im wesentlichen Bildteilinformationen (gleichzeitig) mehrerer unterschiedlicher Ansichten Ak sichtbar sind und beide Augen überwiegend Bildteilinformationen unterschiedlicher Ansichten sehen, so daß der Betrachter die dargestellte Szene/ den dargestellten Gegenstand ebenfalls räumlich wahrnimmt. Eine mögliche für ein Betrachterauge sichtbare Zusammensetzung aus Bildteilinformationen verschiedener Ansichten (hier der Ansichten A3 und A ) ist in Fig.5 gezeigt. Bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel mit 4 Ansichten (n=4) werden inhärent aus einer Anzahl von monokularen Betrachtungspositionen im Raum vor der erfindungsgemäßen Anordnung für ein Betrachterauge jeweils Bildteilinformationen mindestens zweier Ansichten Ak sichtbar gemacht, wobei mindestens ein Fünftel der sichtbaren Bildelemente αy für das entsprechende Betrachterauge im wesentlichen vollständig sichtbar ist (siehe Fig.5, wobei hier alle sichtbaren Bildelemente auch gleichzeitig vollständig sichtbar sind). Damit ist für ein Betrachterauge aus einigen ersten Betrachtungspositionen im wesentlichen genau Bildteilinformation einer Ansicht Ak wahrnehmbar, während aus anderen (zweiten) Betrachtungspositionen für ein Betrachterauge Mischbilder aus Bildteilinformationen mehrerer Ansichten A sichtbar sind. Diese Mischbilder können zum einen aus der Verschiebung von den ersten zu den zweiten Betrachtungspositionen des entsprechenden Auges in der Ebene parallel zur Ebene der Bildwiedergabeelemente herrühren (in Fig.5 wurde beispielsweise die Augenposition -verglichen mit Fig.4- um etwa einen halben Augenabstand horizontal verschoben) und zum anderen auch aus einer Positionsänderung bezüglich des Abstandes des entsprechenden Auges von der Ebene der Bildwiedergabeelemente resultieren.
Ein zweites Ausführungsbeispiel auf der Basis von n=6 Ansichten ist in den Fig.6 bis Fig.1 0 beschrieben, wobei die Beschreibung zu Fig.l in ähnlicher Weise für Fig.6, die Beschreibung für Fig.2 in ähnlicher Weise für Fig.7 usw. gilt. Die Unterschiede sind hierbei insbesondere, daß auf dem Filterarray nach Fig.6 nicht jedes für das sichtbare Licht im wesentlichen transparente Filterelement ßpq in mindestens einer Zeile [(q-1 ) und/oder (q+ 1 )] und/oder in mindestens einer Spalte [(p-1 ) und/oder (p+1 )] an jeweils mindestens ein weiteres für das sichtbare Licht im wesentlichen transparente Filterelement ßpq unmittelbar angrenzt und daß nicht dpq und cy identisch oder aber so gewählt sind, daß für alle Paare (p=i, q=j) jeweils b(p, q) = k (i, j) gelten würde. Die Matrizen dpq und cy sind hier nicht explizit angegeben. Weiterhin sind in Fig.6 nicht die einzelnen Filterelemente mit Strichlinien angedeutet.
Für die Zeichnungsserien Fig.l 1 bis Fig.l 5 (drittes Ausführungsbeispiel), Fig.l 6 bis Fig.20 (viertes Ausgestaltungsbeispiel) sowie Fig.21 bis Fig.25 (fünftes Ausgestal- tungsbeispiel) ist wiederum jeweils die Beschreibung zu den Fig.l bis Fig.5 (in dieser Reihenfolge) relevant.
Die Matrizen dpq und cy sind hier wiederum nicht explizit angegeben; sie sind auch nicht mit denen zum ersten Ausführungsbeispiel identisch. In den Fig.l 1 , 16 und 21 sind ebenso die einzelnen Filterelemente nicht mit Strichlinien angedeutet. Die Fig.26 zeigt das Filterarray eines sechsten Ausführungsbeispiels, welches unter anderem zusätzlich auch rote, blaue und grüne Transparenzwellenlängenbereiche λb umfaßt.
Ein Filterarray läßt sich beispielsweise als belichtete und entwickelte fotografische Folie herstellen, die auf einem Trägersubstrat (z.B. Glas) auflaminiert ist. Andere Herstellungsvarianten sind selbstverständlich denkbar.
Zusätzlich kann noch eine Komponente zur wahlweisen Umschaltbarkeit zwischen einem 2D-Modus und einem 3D-Modus in erfindungsgemäße Anordnungen eingebaut werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn das Filterarray in Blickrichtung hinter der (transluzenten) Bildwiedergabeeinrichtung, wie z.B. einem LC-Display, eingebaut wird. Hinter dem Filterarray befindet sich eine Beleuchtungsquelle und zwischen LC-Display und Filterarray befindet sich eine elektrisch schaltbare Streuscheibe, die für den 3D-Modus transparent, für den 2D-Modus hingegen streuend geschaltet wird. Durch die Streuung wird die Vorgabe der Lichtausbreitungsrichtungen aufgehoben, so daß im 2D-Modus eine weitestgehend homogene Beleuchtung des LC-Displays erzielt wird. Andere Varianten zur 2D-3D-Umschaltung können in erfindungsgemäßen Anordnungen realisiert werden. In besonderen Anwendungsfällen kann auch die Verwendung mehrerer Filterarrays von Vorteil sein.
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß eine verbesserte 3D-Bildqualität erreicht wird, da insbesondere von vielen Betrachtungspositionen aus eine gute Kanaltrennung der ver- schiedenen Ansichten für die Betrachteraugen erzielt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur räumlichen Darstellung umfassend:
- eine Bildwiedergabeeinrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen (αy) in ei- nem Raster aus Spalten (i) und Zeilen (j), auf denen jeweils Bildteilinformation verschiedener Ansichten (Ak) mit (k=l ...n, n>l) einer Szene/ eines Gegenstandes darstellbar ist,
- mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor oder hinter der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnetes Filterarray bestehend aus einer Vielzahl von in einem Ra- ster aus Zeilen (q) und Spalten (p) angeordneten, Licht in bestimmten Wellenlängenbereichen und/oder mit bestimmten Transmissionsgraden (λb) transmittie- renden Filterelementen (ßpq), wobei jedes Filterelement (ßpq) im wesentlichen die Größe eines Bildelementes (αy) aufweist und eine Vielzahl von für das sichtbare Licht im wesentlichen opaken und transparenten Filterelementen (ßpq) vorgese- hen sind, so daß für das von den Bildelementen αy abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden, wobei
- die Zuordnung von Bildteilinformationen aus den Ansichten (Ak) (k=l ...n) zu Bildelementen (αy) der Position (i,j) nach der Funktion vorgenommen wird
Figure imgf000016_0001
- (k) der fortlaufenden Nummer der Ansicht (Ak) (k=l ...n), aus der die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement αy wiedergegeben werden soll,
- (n) der Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten (Ak) (k=l ...n),
- (n') einer wählbaren ganzen Zahl größer „Null", - (cy) einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der verschiedenen von den Ansichten (Ak) mit (k=l ...n) stammenden Teilinformationen auf dem Raster und
- IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt, wobei ferner
- die Filterelemente (ßpq) in Abhängigkeit von ihrem Transmissionswellenlängenbereich und/oder Transmissionsgrad (λb) nach folgender Funktion auf dem Raster aus Zeilen (q) und Spalten (p) angeordnet werden
b = p - d - q - nm -
Figure imgf000017_0001
- (b) einer ganzen Zahl, die für ein Filterelement (ßpq) an der Position (p,q) einen der vorgesehenen Transmissionswellenlängenbereiche und/oder Transmissionsgrade (λb) festlegt und Werte zwischen 1 und (bmaχ) haben kann,
- (nm) einem ganzzahligen Wert größer „Null", der bevorzugt der ganzen Zahl (n') entspricht,
- (dpq) einer wählbaren Maskenkoeffizientenmatrix zur Variation der Erzeugung eines Maskenbildes und
- IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß
- auf den Bildelementen (αy) nicht in allen Zeilen (j) und Spalten (i) abwechselnd Bildteilinformation verschiedener Ansichten (Ak) so dargestellt wird, daß aus mindestens zwei monokularen Betrachtungspositionen für ein Betrachterauge ausschließlich oder nahezu ausschließlich Bildteilinformation einer einzigen An- sieht (Ak) sichtbar ist, und daß von einer Vielzahl von Betrachtungspositionen aus für beide Betrachteraugen monokular im wesentlichen Bildteilinformationen un- terschiedlicher Ansichten (Ak) sichtbar sind und der Betrachter die dargestellte Szene/ den dargestellten Gegenstand räumlich wahrnimmt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß (dpq) und (cy) iden- tisch oder aber so gewählt sind, daß für alle Paare (p=i, q=j) jeweils b(p, q) = k
(i, j) gilt, wobei vorzugsweise genau einer der 1 ..(bmax) vorgesehenen Transmissionswellenlängenbereiche bzw. Transmissionsgrade (λb) als transparent für im wesentlichen das gesamte sichtbare Spektrum gewählt ist, während die übrigen Transmissionswellenlängenbereiche bzw. Transmissionsgrade (λb) als opak für im wesentlichen das gesamte sichtbare Spektrum gewählt sind.
3. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß -abgesehen von Randbereichen des Filterarrays- jedes für das sichtbare Licht im wesentlichen transparente Filterelement (ßpq) in mindestens einer Zeile [(q-1 ) und/oder (q+1 )] oder in mindestens einer Spalte [(p-1 ) und/oder (p+1 )] an jeweils mindestens ein weiteres für das sichtbare Licht im wesentlichen transparente Filterelement (ß q) unmittelbar angrenzt.
4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Bildelemente (αy) als auch die Filterelemente (ßpq) einen im wesentlichen vieleckigen, bevorzugt rechteckigen Umriß aufweisen.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige zueinander benachbarte Filterelemente (ßpq) jeweils an einer oder mehreren Kan- ten des vieleckigen, bevorzugt rechteckigen Umrisses aneinander angrenzen.
6. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Anzahl von monokularen Betrachtungspositionen für ein Betrachterauge jeweils Bildteilinformationen mindestens zweier Ansichten (Ak) sichtbar gemacht werden, wobei mindestens ein Fünftel aller sichtbaren Bildelemente (αy) für das entsprechende Betrachterauge im wesentlichen vollständig sichtbar ist.
7. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß genau ein Array aus Filterelementen (ßpq) vorgesehen ist und der (optische) Abstand (z) zwischen dem besagtem Array und dem Raster aus Bildelementen (αy), in Normalenrichtung gemessen, nach folgender Gleichung festgelegt wird:
Pd ^ da ± z sp z worin bedeuten
- (sp) den mittleren horizontalen Abstand zwischen zwei benachbarten Bildelementen (αy), - (pd) die mittlere Pupillendistanz bei einem Betrachter und
- (da) einen wählbaren Betrachtungsabstand.
8. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils alle Filterelemente (ßpq) dieselbe geometrische Form und jeweils alle Bildelemente (αy) dieselbe geometrische Form aufweisen und daß die Filterelemente (ßpq) eine in horizontaler und/oder vertikaler Richtung um einen Korrekturfaktor (f) -für den bevorzugt gilt 0,95 < f < 1 ,05- verkleinerte bzw. vergrößerte geometrische Form der Bildelemente (αy) aufweisen.
9. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Zeilen oder/und in Spalten benachbarte Bildelemente (αy) Licht unter- schiedlicher Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche abstrahlen, vorzugsweise rotes, grünes oder blaues Licht.
10. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabe der Lichtausbreitungsrichtungen für das von den Bildelementen
(α,j) abgestrahlte Licht wellenlängenabhängige Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden.
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