WO2009036758A1 - Verfahren zur verkürzung oder verlängerung eines betrachtungsabstandes zwischen betrachter und einer anordnung zur räumlich wahrnehmbaren darstellung - Google Patents

Verfahren zur verkürzung oder verlängerung eines betrachtungsabstandes zwischen betrachter und einer anordnung zur räumlich wahrnehmbaren darstellung Download PDF

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WO2009036758A1
WO2009036758A1 PCT/DE2008/050029 DE2008050029W WO2009036758A1 WO 2009036758 A1 WO2009036758 A1 WO 2009036758A1 DE 2008050029 W DE2008050029 W DE 2008050029W WO 2009036758 A1 WO2009036758 A1 WO 2009036758A1
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optical element
screen
picture elements
vertical
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PCT/DE2008/050029
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Stephan Otte
Markus Klippstein
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Visumotion Gmbh
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    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
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    • H04N13/373—Image reproducers using viewer tracking for tracking forward-backward translational head movements, i.e. longitudinal movements

Definitions

  • the invention relates to the field of spatial representation, in particular the spatially perceptible representation without aid for simultaneously multiple viewers, the so-called autostereoscopic visualization.
  • Step barrier in which a transparent barrier element has approximately the dimensions of a color subpixel (R, G or B).
  • lenticular lenses can only be produced consuming and the production process for a 3D display based thereon is not trivial.
  • DE 10133145 C2 teaches to show image part information in more than one view in an image display element. By virtue of this method, it is also possible to change the viewing distance via image manipulation.
  • the disadvantage here is the mixing of the image information in the image display elements, which degrades the 3D channel separation and in the image, both contrast and sharpness greatly greatly reduced.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a way to autostereoscopic display, allowing an adjustment of the viewing distance regardless of constraints on the design of the distance from the image display device to the optical element, such as barrier or lenticular.
  • the object with a method for shortening or
  • the grid of pixels x (i, j) at a distance s at least one optical element with periodically arranged optical structures is preceded or arranged, which for the of the pixels x (i, j) transmitted or emitted light the propagation directions purports
  • the average horizontal and / or vertical smallest period length or a multiple thereof of the optical structures on the at least one optical element an integer multiple of the average horizontal and / or vertical dimension of a picture element x (i, j) multiplied by a correction factor f is,
  • correction factor f is a function of a selectable one
  • Inequality s / ha> w / pa is set, wherein the average distance s between the at least one optical element and the grid of pixels x (i, j) and the average pupillary distance pa are not changed, however, by deliberate change of the correction factor f average horizontal smallest period length of the optical structure is reduced, or that the viewing distance w is lengthened by setting inequality s / ha ⁇ w / pa, wherein the mean distance s between the at least one optical element and the grid of picture elements x (i, j) as well as the mean pupillary distance pa are also not changed, however, by targeted modification of the correction factor f, the average horizontal smallest period length of the optical structure is increased.
  • the horizontal enlargement / reduction of the smallest period length of the optical structure is also accompanied by a vertical enlargement / reduction of the smallest period length of the optical structure caused by the correction factor f.
  • the average horizontal and / or vertical smallest period length of the optical structures on the at least one optical element is defined here as the average horizontal or vertical distance from a point on an optical structure to an identical point in the horizontal and vertical direction, respectively belongs to the next adjacent optical structure.
  • the mean distance s between the at least one optical element and the grid of picture elements x (i, j) is understood in particular as the mean distance between an optically active surface or plane of the optical element and the imaging surface of a grid of picture elements x (i, j).
  • the viewing distance w is to be understood in particular as the distance of the optically effective surface or plane of the optical element to a viewer eye. Although there are several possible viewing distances in the method according to the invention, one of them is the excellent (optimal) viewing distance w.
  • Viewing distance w of one or more observers with respect to the state of Technique can be reduced by setting the inequality s / ha> w / pa, where the average distance s between the at least one optical element and the grid of pixels x (i, j) and the average pupillary distance pa, the nature is known, not changed, but by targeted change of the correction factor f, the average horizontal smallest period length of the optical structure is reduced.
  • the optical element at a relatively large distance s from the grid of picture elements x (i, j), without forcibly taking too large a viewing distance w into account.
  • the embodiment of the correction factor f according to the invention then ensures that a practically acceptable viewing distance w is nevertheless realized, without - as in the prior art necessary - having to make any manipulations on the image content, as described for example in DE 101 33 145 C2.
  • Viewing distance w of one or more observers over the prior art can be increased by setting the inequality s / ha ⁇ w / pa, wherein the mean distance s between the at least one optical element and the grid of picture elements x (i, j) as well as the mean pupillary distance pa are also not changed, however, by targeted change of the correction factor f, the average horizontal smallest period length of the optical structure is increased.
  • This application should find in practice rather rare application, but according to the invention is particularly easy to implement.
  • the picture elements x (i, j) respectively correspond to individual color subpixels (R, G or B) or clusters of color subpixels (eg RG, GB or RGBR or others) or full color pixels, with whitemixing entities comprising full color pixels RGB color subpixels, that is, RGB triplets, as well as-depending on image generation technology-actual full-color pixels-as commonly used in projection screens, for example.
  • the optical element is a parallax barrier screen comprising transparent and opaque sections as optical structures, such as in the form of smooth or wavy strips or stepped stairs, as proposed in some documents mentioned above.
  • the optical element is a lenticular screen comprising cylindrical lenses as optical structures.
  • the views A (k) respectively correspond to different perspectives of a scene / object. But it can also be parallel projections of a scene or differently projected views.
  • the vertical period length is equal to the number n of views shown.
  • the angle should be that of said horizontal and vertical
  • Period length of said two-dimensional periodic pattern as a counter and Ankathete spans substantially the inclination angle of the transparent portions on the parallax barrier screen (if such is the optical element) with respect to the vertical correspond. This achieves the best channel separation in 3D display.
  • the optical element is a parallax barrier screen which comprises transparent and opaque sections as optical structures.
  • the transparent sections preferably correspond to smooth or stepped lines, which are inclined substantially at an angle of inclination ⁇ with respect to the vertical. There is no restriction on the size of the inclination angle ⁇ . It is therefore explicitly not possible to lean towards the vertical.
  • the optical element is a lenticular screen which comprises cylindrical lenses as optical structures. Even then, preferably, the cylindrical lenses are arranged substantially at an angle of inclination a with respect to the vertical.
  • the inclination angle a can also assume all values, so that here too no inclination relative to the vertical is possible.
  • a color LCD screen As the image display device, a color LCD screen, a plasma display, a projection screen, an LED-based screen, an OLED-based screen, an SED screen or a VFD screen may be preferably used.
  • the number n of the views A (k) is equal to 4, 5, 6, 7, 8 or 9, for example, and the said horizontal period length corresponds to n picture elements x (i, j) by way of example.
  • the number n of views A (k) can also be greater or smaller than specified here.
  • the barrier structure is now an exposed and developed photographic film laminated on the backside of the glass substrate, preferably the emulsion layer of the photographic film facing the glass substrate.
  • the opaque regions of the barrier structure are formed by ink printed on the glass substrate.
  • the parallax barrier screen advantageously contains means for reducing flare reflections, preferably at least one interference-optical
  • Antireflective coating But it can also be common anti-glare matting for
  • the parallax barrier screen is advantageously permanently attached by means of a spacer to the image display device, for example, glued or screwed.
  • FIG. 1 the schematic structure for the implementation of the invention
  • FIG. 3 an exemplary image combination of the image part information of various
  • FIG. 4 is an illustration of the effect of the invention, wherein
  • FIG. 5 is an illustration of the effect according to the invention, wherein the
  • Fig. 6a and 6b is a sketch for explaining the increase of the depth impression in the case of reducing the viewing distance;
  • Fig. 7 is a section of a parallax barrier screen showing its essential characteristics. All drawings are not to scale. This also applies in particular
  • Angular dimensions. 1 shows the schematic structure for implementing the method according to the invention. This includes a grid 1 of picture elements x (i, j), on which
  • exactly one optical element 2 is present, which is designed as a parallax barrier screen 2.
  • it can also be several observers 3, who gain a spatial impression due to the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows the section of a parallax barrier screen 2 for exemplary use in the method according to the invention.
  • This parallax barrier screen 2 contains alternating opaque and transparent sections, wherein the transparent sections according to the invention correspond to substantially rectilinearly delimited lines.
  • the transparent and opaque portions are periodically arranged to correspond to the optical structures on the parallax barrier screen 2.
  • their average horizontal and vertical minimum period length is an integer multiple of the average horizontal and vertical dimensions of a picture element x (i, j) multiplied by a correction factor f, the correction factor f being calculated as a function of a selectable viewing distance w and the distance s between the optical element 2 and the grid 1 of picture elements x (i, j).
  • Fig. 3 shows an exemplary image combination of
  • Image part information of exemplary five different views A (k) with k 1, ..., 5 again.
  • the arrangement of the partial image information of different views A (k) on the grid 1 of picture elements x (i, j) advantageously takes place in a strictly two-dimensional periodic pattern.
  • the horizontal period length comprises eight and the vertical period length six picture elements x (i, j), identified as a dashed frame.
  • the image part information for each picture element x (i, j) is derived from the position (i, j) from the corresponding view A (k).
  • one or more observers 3 each see with two eyes substantially different picture elements x (i, j) and / or parts thereof, whereby both eyes each have substantially different views A (k ) and thus create a spatial visual impression. It can to some extent the both eyes of the same observer 3 can see even partial image information of the same view A (k) without destroying the spatial impression.
  • picture elements x (i, j) respectively correspond to individual color subpixels (R, G or B).
  • both quantities w and s are not related to one another by a predetermined value for the eye relief or / and the dimension of a pixel x (i, j), as is conventional in the prior art.
  • the views A (k) respectively correspond to different perspectives of a scene / object. But it can also be parallel projections of a scene or differently projected views.
  • the angle subtending the said horizontal and vertical period length of the said two-dimensional periodic pattern as the counter and adjacent part substantially corresponds to the angle of inclination a (see Fig. 2) of the transparent portions on the parallax barrier screen 2 from the vertical.
  • the opposing catheter could be defined by the lower horizontal dashed line and the adjacent catheter by the right vertical dashed line.
  • the best channel separation is achieved in the 3D display.
  • FIG. 4 shows an illustration of the effect according to the invention, in which the viewing distance w is increased compared with the prior art.
  • FIG. 5 shows an illustration of the effect according to the invention, in which the viewing distance w of one or more observers 3 is reduced compared with the prior art.
  • the distance s between the parallax barrier screen 2 and the grid 1 Picture elements x (i, j), the average pupillary distance pa and the average horizontal dimension ha of a picture element x (i, j) have the inequality s / ha> w / pa.
  • Parallaxenbarrieret 2 at a relatively large distance s from the grid of picture elements x (i, j) may be arranged.
  • the embodiment of the correction factor f according to the invention ensures that a practically acceptable viewing distance w can nevertheless be realized, without having to make any manipulations on the image content.
  • FIGS. 6a and 6b each show a sketch to explain the increase of the
  • a is the angle of inclination of the transparent or opaque sections with respect to the vertical
  • e is the width of said sections in the horizontal direction of the screen with the pixels x (i, j), 1 their height, ze their horizontal period and finally zl their vertical period ,
  • FIG. 1 to FIG. 7 are used.
  • Fig. 1 shows the schematic structure for the implementation of
  • the image display device 1 of pixels x (i, j) is spaced s in
  • Viewing direction of a viewer 3 at least one optical element 2 with substantially periodically arranged optical structures upstream or downstream, which predefines propagation directions for the light transmitted or emitted by the picture elements x (i, j).
  • exactly one optical element 2 is present, which is designed as a parallax barrier screen 2.
  • it can also be several observers 3, who gain a spatial impression due to the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows the detail of a parallax barrier screen 2 for exemplary use in the arrangement according to the invention.
  • This parallax barrier screen 2 contains alternating opaque and transparent sections, wherein the transparent sections preferably correspond to substantially rectilinearly delimited lines.
  • the transparent and opaque sections are arranged periodically recurring, they are the optical structures on the parallax barrier screen 2.
  • the average horizontal and vertical minimum period length is an integer multiple of the average horizontal and vertical dimensions of a picture element x (i, j) multiplied by a correction factor f, wherein the correction factor f is calculated as a function of a selectable viewing distance w and the mean distance s between the parallax barrier screen 2 and the image display device 1 with the pixels x (i, j), such that one or more observers 3 look at the image display device 1 due to the optical effect of the parallax barrier screen 2 with two eyes exclusively or substantially different picture elements x (i, j) and / or parts thereof see or see, whereby both eyes each exclusively or substantially different views n A (k) perceive and thus create a spatial visual impression.
  • Parallax barrier screen 2 preferably from a glass substrate, on which on the back of the barrier structure is applied.
  • the barrier structure is now an exposed and developed photographic film, which is laminated on the rear side of the glass substrate, wherein preferably the emulsion layer of the shows photographic film to the glass substrate.
  • parallax barrier screen 2 advantageously comprises means for
  • the parallax barrier screen 2 is advantageously permanently attached to the image display device by means of a spacer, for example glued or screwed on. In contrast, it may also be necessary to temporarily make the parallax barrier screen 2 detachable from the image display device 1.
  • FIG. 3 shows an exemplary image combination of FIG
  • Image part information of exemplary five different views A (k) with k 1, ..., 5 again.
  • the arrangement of the partial image information of different views A (k) on the grid 1 of picture elements x (i, j) advantageously takes place in a strictly two-dimensional periodic pattern.
  • the horizontal period length comprises eight and the vertical period length six picture elements x (i, j), identified as a dashed frame.
  • the image part information for each picture element x (i, j) is derived from the position (i, j) from the corresponding view A (k).
  • one or more observers 3 each see with two eyes substantially different picture elements x (i, j) and / or parts thereof, whereby both eyes each have substantially different views A (k ) and thus create a spatial visual impression.
  • the two eyes of the same observer 3 can even see partial image information of the same view A (k) without destroying the three-dimensional impression.
  • the picture elements x (i, j) respectively correspond to individual color sub-pixels (R, G or B).
  • both quantities w and s are not related to one another by a predetermined value for the eye relief or / and the dimension of a pixel x (i, j), as is conventional in the prior art.
  • the views A (k) respectively correspond to different perspectives of a scene / object. But it can also Parallel projections of a scene or otherwise projected views.
  • the angle subtending the said horizontal and vertical period length of the said two-dimensional periodic pattern as the counter and adjacent part essentially corresponds to the angle of inclination a (see FIG. 2) of the transparent portions on the parallax barrier screen 2 with respect to the vertical.
  • the opposing catheter could be defined by the lower horizontal dashed line and the adjacent catheter by the right vertical dashed line.
  • the best channel separation is achieved in the 3D display.
  • FIG. 4 shows an illustration of the effect according to the invention, in which the viewing distance w is increased compared with the prior art.
  • the mean distance s between the parallax barrier screen 2 and the grid 1 of pixels x (i, j), the average pupil distance pa, and the average horizontal dimension ha of a picture element x (i, j) has the inequality s / ha ⁇ w / pa.
  • FIG. 5 shows an illustration of the effect according to the invention, in which the viewing distance w of one or more observers 3 is reduced compared with the prior art.
  • the mean distance s between the parallax barrier screen 2 and the grid 1 of picture elements x (i, j), the average pupillary distance pa and the average horizontal dimension ha of the window apply-without this being immediately apparent from the drawing Picture element x (i, j) the inequality s / ha> w / pa.
  • the parallax barrier screen 2 can be arranged at a relatively large distance s from the image display apparatus 1 with the grid of picture elements x (i, j).
  • the embodiment of the correction factor f according to the invention then ensures that a practically acceptable viewing distance w is nevertheless realized, without having to make any manipulations on the image content, for example the mixing of partial image information of several views in a picture element x (i, j).
  • FIGS. 6a and 6b each show a sketch to explain the increase of the
  • a is the angle of inclination of the transparent or opaque sections with respect to the vertical
  • e is the width of said sections in the horizontal direction of the screen with the pixels x (i, j), 1 their height, ze their horizontal period and finally zl their vertical period ,
  • an 8.4 "LCD screen with color subpixels (R, G, B) as picture elements x (i, j) can now be considered as picture display device 1, the height of the picture elements x (i, j) being approximately 0,
  • the vertical period of the transparent sections zl 0.998148 mm
  • the distance s 0.68308 mm, which is technically and practically only very expensive to implement. Thanks to the invention, this is not necessary.
  • the advantages of the invention are versatile.
  • the inventive method and the corresponding arrangements allow an autostereoscopic display, in which the 3D viewing distance can be set as desired despite a certain mechanical constraints for a minimum distance from the optical element to the screen or grid of picture elements. In the case of decreasing the viewing distance, even the relative depth perceptions can be increased.
  • the invention can be realized with very simple means in which

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der räumlichen Darstellung, im speziellen der ohne Hilfsmittel räumlich wahrnehmbaren Darstellung für gleichzeitig mehrere Betrachter, der so genannten autostereoskopischen Visualisierung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur autostereoskopischen Darstellung zu schaffen, die eine Anpassung des Betrachtungsabstandes unabhängig von Zwängen für die Gestaltung des Abstandes vom Bildwiedergabegerät zum optischen Element, wie etwa Barriere oder Lentikular erlauben. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur räumlichen Darstellung, bei welchem auf einem Raster (1) aus Bildelementen x(i,j) Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,....,n und n> = 2 sichtbar gemacht werden, wobei auf jedem Bildelement x(i,j) ausschließlich die Bildteilinformation genau einer der Ansichten A(k) sichtbar gemacht wird, dem Raster (1) aus Bildelementen x(i,j) mindestens ein optisches Element (2) vor- oder nachgeordnet ist, wobei erfindungsgemäß der Betrachtungsabstand w und der mittlere Abstand s zwischen dem mindestens einen optischen Element (2) und dem Raster (1) aus Bildelementen x(i,j) unabhängig voneinander gewählt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Verkürzung oder Verlängerung eines
Betrachtungsabstandes zwischen Betrachter und einer Anordnung zur räumlich wahrnehmbaren Darstellung
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der räumlichen Darstellung, im speziellen der ohne Hilfsmittel räumlich wahrnehmbaren Darstellung für gleichzeitig mehrere Betrachter, der so genannten autostereoskopischen Visualisierung.
[0002] Seit geraumer Zeit existieren Ansätze zu dem vorgenannten Fachgebiet. Ein Pionier auf diesem Gebiet war Frederic Ives, der in der Schrift GB 190418672 A ein System mit einem „Linienschirm" zur 3D-Darstellung vorstellte. Weiterhin sind in der Schrift von Sam H. Kaplan „Theory of parallax barriers", Journal of SMPTE Vol. 59, No 7, pp 11 - 21, JuIy 1952 grundlegende Erkenntnisse zur Verwendung von Barriereschirmen für die 3D-Darstellung beschrieben.
[0003] Lange Zeit gelang jedoch keine umfassende Verbreitung von autostereoskopischen Systemen. Erst in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts konnte auf Grund der nunmehr zur Verfügung stehenden Rechenleistung und neuartigen Displaytechnologien eine gewisse Renaissance der 3D-Systeme einsetzen. In den 90er Jahren schnellte die Anzahl von Patentanmeldungen und Veröffentlichungen zu brillenfreien 3D- Visualisierungen förmlich in die Höhe. Herausragende Ergebnisse wurden erzielt von den folgenden Erfindern bzw. Anbietern:
[0004] In der JP 8-331605 AA beschreiben Masutani Takeshi et al. (Sanyo) eine
Stufenbarriere, bei der ein transparentes Barriereelement in etwa die Abmaße eines Farbsubpixels (R, G oder B) aufweist. Mit dieser Technik war es erstmals möglich, den bei den meisten autostereoskopischen Systemen auf Grund der Darstellung gleichzeitig mehrerer Ansichten (mindestens zwei, bevorzugt mehr als zwei Ansichten) auftretenden Auflösungsverlust in der horizontalen Richtung teilweise auch auf die vertikale Richtung umzulegen. Nachteilig ist hier wie bei allen Barriere verfahren der hohe Lichtverlust. Außerdem verändert sich der Stereokontrast bei seitlicher Bewegung des Betrachters von nahezu 100% auf etwa 50% und dann wieder ansteigend auf 100%, was eine im Betrachtungsraum schwankende 3D-Bildqualität zur Folge hat.
[0005] Pierre Allio gelang mit der Lehre nach den US 5,808,599 A, US 5,936,607 A und WO 00/10332 Al eine beachtenswerte Weiterentwicklung der Lentikulartechnologie, wobei auch er eine subpixelbasierte Ansichtenaufteilung nutzt.
[0006] Ein weiteres herausragendes Ergebnis wurde von Cees van Berkel mit der EP 791 847 Al zum Patent angemeldet. Dabei liegen gegenüber der Vertikalen geneigte Lentikularlinsen über einem Display, das ebenso verschiedene Perspektivansichten zeigt. Charakteristisch werden hier n Ansichten auf mindestens zwei Bildschirmzeilen aufgeteilt, so dass wiederum der Auflösungsverlust von der Horizontalen teilweise auf die Vertikale umgelegt wird.
[0007] Lentikularlinsen lassen sich jedoch nur aufwendig herstellen und der Produktionsprozess für ein darauf basierendes 3D-Display ist nicht trivial.
[0008] Gleich mehrere Meilensteine für die Autostereoskopie begründete Jesse Eichenlaub mit den Schriften US 6,157,424 A und WO 02/35277 Al sowie etlichen weiteren Erfindungen, die jedoch nahezu alle 3D-Systeme für nur einen Betrachter darstellen und/oder oftmals nicht zu akzeptablen Kosten herstellbar sind.
[0009] Mit der DE 10 003 326 C2 gelang Armin Grasnick et al. eine Weiterentwicklung der Barrieretechnologie in Bezug auf zweidimensional strukturierte wellenlängenselektive Filterarrays zur Erzeugung eines 3D-Eindrucks. Nachteilig ist jedoch auch hier die gegenüber einem 2D-Display stark verminderte Helligkeit derartiger 3D-Systeme.
[0010] Armin Schwerdtner gelang mit der WO 2005/027534 A2 ein neuartiger technologischer Ansatz für eine in allen (in der Regel zwei) Ansichten vollauflösende 3D-Darstellung. Allerdings ist dieser Ansatz mit hohem Justageaufwand verbunden und für größere Bildschirmdiagonalen (ab etwa 25 Zoll) nur extrem schwer implementierbar.
[0011] Schließlich meldeten Wolfgang Tzschoppe et al. die WO 2004/077839 Al an, welche eine in der Helligkeit verbesserte Barrieretechnologie betrifft. Basierend auf dem Ansatz einer Stufenbarriere der JP 08-331605 AA sowie der DE 10 003 326 C2 wird hier ein spezielles Tastverhältnis der transparenten zu den opaken Barrierefilterelementen vorgestellt, welches größer als l/n mit n der Anzahl der dargestellten Ansichten ist. Die in dieser Schrift offenbarten Ausgestaltungen und Lehren erzeugen jedoch in aller Regel unangenehme Moire-Effekte und/oder eine stark eingeschränkte Tiefenwahrnehmung, da der Stereokontrast - verglichen mit etwa der Lehre der JP 08-331605 AA - stark herabgesetzt wird.
[0012] Die DE 10133145 C2 lehrt, in einem Bildwiedergabeelement Bildteilinformationen in mehr als einer Ansicht zu zeigen. Vermöge dieses Verfahrens ist es auch möglich, den Betrachtungsabstand über eine Bildmanipulation zu verändern. Nachteilig ist hier die Vermischung der Bildinformation in den Bildwiedergabeelementen, was die 3D-Kanaltrennung verschlechtert und im Bild sowohl Kontrast als auch Schärfe zum Teil stark herabsetzt.
[0013] Weiterhin ist bei den 3D-Systemen im Stand der Technik nachteilig, dass wegen des engen Zusammenhangs zwischen Pixelgröße, Betrachtungsabstand und Abstand des Parallaxenbarriereschirms zum Bildgeber (siehe hierzu auch die Gleichungen (1) und (2) im eingangs genannten Kaplan- Artikel) oftmals ein zu großer optimaler 3D-Betrachtungsabstand erzeugt wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn einerseits sehr kleine Bildwiedergabeelemente (in der Regel Farbsubpixel) vorliegen und andererseits gleichzeitig die mechanische Bauart eines Bildgebers einen relativ großen Abstand des Bildgebers zum Barriereschirm erfordert, etwa wenn ein LCD- Panel in einem verhältnismäßig dicken Metallrahmen eingefasst ist, auf welchen ein Barriereschirm aufgeklebt werden soll. Zwar ist dann der wahrgenommene 3D-Tiefeneindruck besonders groß, doch die Nutzbarkeit eines solchen Systems ist stark eingeschränkt, weil der minimal einzuhaltende erforderliche 3D-Betrachtungsabstand praktisch deutlich zu groß ist.
[0014] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur autostereoskopischen Darstellung zu schaffen, die eine Anpassung des Betrachtungsabstandes unabhängig von Zwängen für die Gestaltung des Abstandes vom Bildwiedergabegerät zum optischen Element, wie etwa Barriere oder Lentikular erlauben.
[0015] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Verkürzung oder
Verlängerung eines Betrachtungsabstandes zwischen Betrachter und Anordnung einer räumlich wahrnehmbaren Darstellung, bei welchem
[0016] - auf einem Raster aus Bildelementen x(i,j) mit Zeilen i und Spalten j
Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,...,n und n> = 2 sichtbar gemacht werden, wobei auf jedem Bildelement x(i,j) ausschließlich eine Bildteilinformation genau einer der Ansichten A(k) sichtbar gemacht wird, und
[0017] - dem Raster aus Bildelementen x(i,j) im Abstand s mindestens ein optisches Element mit periodisch angeordneten optischen Stukturen vor- oder nachgeordnet wird, welches für das von den Bildelementen x(i,j) transmittierte oder ausgestrahlte Licht die Ausbreitungsrichtungen vorgibt,
[0018] - die durchschnittliche horizontale und/oder vertikale kleinste Periodenlänge oder ein Vielfaches davon der optischen Strukturen auf dem mindestens einen optischen Element ein ganzzahliges Vielfaches der durchschnittlichen horizontalen und/oder vertikalen Abmessung eines Bildelementes x(i,j) multipliziert mit einem Korrekturfaktor f beträgt,
[0019] - wobei der Korrekturfaktor f als eine Funktion eines wählbaren
Betrachtungsabstandes w und des mittleren Abstandes s zwischen dem mindestens einen optischen Element und dem Raster aus Bildelementen x(i,j) errechnet wird,
[0020] - so dass ein oder mehrere Betrachter beim Blick auf das Raster auf Grund der optischen Wirkung des mindestens einen optischen Elements jeweils mit beiden Augen ausschließlich oder überwiegend unterschiedliche Bildelemente x(i,j) und/oder Teile davon sieht bzw. sehen, wodurch beide Augen jeweils ausschließlich oder überwiegend unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen und damit ein räumlicher Seheindruck entsteht,
[0021] dadurch gelöst, dass der Betrachtungsabstand w verkürzt wird, indem die
Ungleichung s/ha > w/pa eingestellt wird, wobei der mittlere Abstand s zwischen dem mindestens einen optischen Element und dem Raster aus Bildelementen x(i,j) sowie der mittlere Pupillenabstand pa nicht verändert werden, jedoch durch gezielte Änderung des Korrekturfaktors f die durchschnittliche horizontale kleinste Periodenlänge der optischen Struktur verkleinert wird, oder dass der Betrachtungsabstand w verlängert wird, indem Ungleichung s/ha < w/pa eingestellt wird, wobei der mittlere Abstand s zwischen dem mindestens einen optischen Element und dem Raster aus Bildelementen x(i,j) sowie der mittlere Pupillenabstand pa ebenfalls nicht verändert werden, jedoch durch gezielte Änderung des Korrekturfaktors f die durchschnittliche horizontale kleinste Periodenlänge der optischen Struktur vergrößert wird. Das vorgenannte gilt für den Fall, dass sich das optische Element in Betrachtungsrichtung vor dem Raster aus Bildelementen befindet, anderenfalls würde jeweils die kleinste Periodenlänge der optischen Struktur entsprechend gerade umgekehrt verändert, nämlich vergrößert bzw. verkleinert. Allgemein geht die horizontale Vergrößerung/Verkleinerung der kleinsten Periodenlänge der optischen Struktur auch mit einer durch den Korrekturfaktor f bedingten vertikalen Vergrößerung/Verkleinerung der kleinsten Periodenlänge der optischen Struktur einher.
[0022] Die durchschnittliche horizontale und/oder vertikale kleinste Periodenlänge der optischen Strukturen auf dem mindestens einen optischen Element sei hier definiert als durchschnittlicher horizontaler bzw. vertikaler Abstand von einem Punkt auf einer optischen Struktur zu einem identischen Punkt in horizontaler bzw. vertikaler Richtung, der zur nächstbenachbarten optischen Struktur gehört.
[0023] Der mittlere Abstand s zwischen dem mindestens einen optischen Element und dem Raster aus Bildelementen x(i,j) versteht sich insbesondere als mittlerer Abstand zwischen einer optisch wirksamen Fläche bzw. Ebene des optischen Elements und der bildgebenden Fläche eines Rasters aus Bildelementen x(i,j).
[0024] Der Betrachtungsabstand w ist insbesondere zu verstehen als der Abstand der optisch wirksamen Fläche bzw. Ebene des optischen Elements zu einem Betrachterauge. Zwar gibt es bei erfindungsgemäßen Verfahren gleich mehrere mögliche Betrachtungsabstände, jedoch ist einer davon der ausgezeichnete (optimale) Betrachtungsabstand w.
[0025] Der Korrekturfaktor f wird bevorzugt berechnet nach der Gleichung f = w/(w + s).
[0026] Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der ausgezeichnete
Betrachtungsabstand w eines oder mehrerer Betrachter gegenüber dem Stand der Technik verringert werden kann, indem die Ungleichung s/ha > w/pa eingestellt wird, wobei der mittlere Abstand s zwischen dem mindestens einen optischen Element und dem Raster aus Bildelementen x(i,j) sowie der mittlere Pupillenabstand pa, der von der Natur bekanntermaßen vorgegeben ist, nicht verändert werden, jedoch durch gezielte Änderung des Korrekturfaktors f die durchschnittliche horizontale kleinste Periodenlänge der optischen Struktur verkleinert wird. Somit wird es auch möglich, das optische Element in einem verhältnismäßig großen Abstand s vom Raster aus Bildelementen x(i,j) anzuordnen, ohne damit zwangsweise einen zu großen Betrachtungsabstand w in Kauf zu nehmen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Korrekturfaktors f sorgt dann dafür, dass dennoch ein praktisch akzeptabler Betrachtungsabstand w realisiert wird, und zwar ohne - wie im Stand der Technik nötig - irgendwelche Manipulationen am Bildinhalt vornehmen zu müssen, wie etwa in der DE 101 33 145 C2 beschrieben.
[0027] Es ist selbstverständlich auch möglich, dass der ausgezeichnete
Betrachtungsabstand w eines oder mehrerer Betrachter gegenüber dem Stand der Technik vergrößert werden kann, indem die Ungleichung s/ha < w/pa eingestellt wird, wobei der mittlere Abstand s zwischen dem mindestens einen optischen Element und dem Raster aus Bildelementen x(i,j) sowie der mittlere Pupillenabstand pa ebenfalls nicht verändert werden, jedoch durch gezielte Änderung des Korrekturfaktors f die durchschnittliche horizontale kleinste Periodenlänge der optischen Struktur vergrößert wird. Dieser Anwendungsfall sollte in der Praxis eher seltener Anwendung finden, ist jedoch erfindungsgemäß besonders einfach realisierbar.
[0028] Fernerhin entsprechen die Bildelemente x(i,j) jeweils einzelnen Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z. B. RG, GB oder RGBR oder sonstige) oder Vollfarbpixeln, wobei mit Vollfarbpixeln sowohl weißmischende Gebilde aus RGB-Farbsubpixeln, also RGB-Tripletts, als auch -je nach Bilderzeugungstechnologie - tatsächliche Vollfarbpixel - wie etwa bei Projektionsbildschirmen häufig verbreitet - gemeint sind.
[0029] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist das optische Element ein Parallaxenbarriereschirm, der als optische Strukturen transparente und opake Abschnitte umfasst, etwa in Form von glatten oder wellenförmigen Streifen oder stufenförmigen Treppen, wie in einigen eingangs genannten Dokumenten vorgeschlagen.
[0030] Es ist aber auch möglich, dass das optische Element ein Lentikularschirm ist, der als optische Strukturen Zylinderlinsen umfasst.
[0031] In der Regel entsprechen beim erfindungsgemäßen Verfahren die Ansichten A(k) jeweils verschiedenen Perspektiven einer Szene/eines Gegenstandes. Es können aber auch Parallelprojektionen einer Szene oder andersartig projizierte Ansichten sein. [0032] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Anordnung der
Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster aus Bildelementen x(i,j) vorteilhaft in einem zweidimensionalen periodischen Muster, wobei die Periodenlänge in der horizontalen und der vertikalen Richtung bevorzugt nicht mehr als jeweils 32 Bildelemente x(i,j) umfasst. Ausnahmen von dieser Obergrenze von jeweils 32 Bildelementen x(i,j) sind selbstverständlich zulässig.
[0033] Bevorzugt ist die vertikale Periodenlänge gleich der Anzahl n der dargestellten Ansichten.
[0034] Regelhaft sollte der Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale
Periodenlänge des besagten zweidimensionalen periodischen Musters als Gegen- und Ankathete aufspannt, im Wesentlichen dem Neigungswinkel der transparenten Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm (falls ein solcher das optische Element ist) gegenüber der Vertikalen entsprechen. Damit wird die beste Kanaltrennung bei der 3D-Darstellung erreicht.
[0035] In einer ersten Ausgestaltung der beim Verfahren verwendeten Anordnung ist das optische Element ein Parallaxenbarriereschirm, der als optische Strukturen transparente und opake Abschnitte umfasst. Bevorzugt entsprechen dabei die transparenten Abschnitte glatten oder stufenförmigen Linien, die im Wesentlichen mit einem Neigungswinkel a gegenüber der Vertikalen geneigt sind. Für die Größe des Neigungswinkels a gibt es keinerlei Einschränkung. Es ist also explizit auch keine Neigung gegenüber der Vertikalen möglich.
[0036] Ferner ist es in einer zweiten Ausgestaltung möglich, dass das optische Element ein Lentikularschirm ist, der als optische Strukturen Zylinderlinsen umfasst. Auch dann sind bevorzugt die Zylinderlinsen im Wesentlichen mit einem Neigungswinkel a gegenüber der Vertikalen angeordnet. Der Neigungswinkel a kann auch hier alle Werte annehmen, so dass auch hier keine Neigung gegenüber der Vertikalen möglich ist.
[0037] Weitere Ausgestaltungen der Anordnung hinsichtlich der optischen Elemente, etwa mit holografisch-optischen Elementen, sind denkbar.
[0038] Als Bildwiedergabegerät kann bevorzugt ein Farb-LCD-Bildschirm, ein Plasma- Display, ein Projektionsschirm, ein LED-basierter Bildschirm, ein OLED-basierter Bildschirm, ein SED-Bildschirm oder ein VFD-Bildschirm verwendet werden.
[0039] Weiterhin ist die Anzahl n der Ansichten A(k) beispielsweise gleich 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 und die besagte horizontale Periodenlänge entspricht beispielhaft n Bildelementen x(i,j). Die Anzahl n der Ansichten A(k) kann aber auch größer oder kleiner sein als hier angegeben.
[0040] Für die Ausgestaltung des optischen Elements als Parallaxenbarriereschirm sind noch folgende Details günstig:
[0041] Um zu praktisch gut herstellbaren Anordnungen zu gelangen, besteht der Parallaxenbarriereschirm bevorzugt aus einem Glassubstrat, auf welches an der
Rückseite die Barrierestruktur aufgebracht ist. Andere Ausgestaltungen sind möglich, wie etwa Substrate, die nicht aus Glas bestehen (z. B. aus Kunststoff). [0042] Vorzugsweise ist nun die Barrierestruktur ein belichteter und entwickelter fotografischer Film, der rückseitig auf das Glassubstrat auflaminiert ist, wobei bevorzugt die Emulsionsschicht des fotografisches Films zum Glassubstrat zeigt.
Demgegenüber ist es auch möglich, dass die opaken Bereiche der Barrierestruktur durch auf das Glassubstrat aufgedruckte Farbe gebildet werden. [0043] Fernerhin enthält der Parallaxenbarriereschirm vorteilhaft Mittel zur Verminderung von Störlichtreflexen, bevorzugt mindestens eine interferenzoptische
Entspiegelungs schicht. Es können aber auch übliche Antiglare-Mattierungen zum
Einsatz kommen. [0044] Der Parallaxenbarriereschirm ist vorteilhaft mittels eines Abstandshalters dauerhaft an dem Bildwiedergabegerät angebracht, beispielsweise angeklebt oder angeschraubt.
Demgegenüber kann es aber auch notwendig sein, den Parallaxenbarriereschirm zeitweise von dem Bildwiedergabegerät abnehmbar zu gestalten. [0045] Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen: [0046] Fig. 1 den schematischen Aufbau zur Umsetzung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, [0047] Fig. 2 eine Skizze zu einem Parallaxenbarriereschirm zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren, [0048] Fig. 3 eine beispielhafte Bildkombination der Bildteilinformationen verschiedener
Ansichten [0049] Fig. 4 eine Illustration der erfindungsgemäßen Wirkung, wobei der
Betrachtungsabstand erhöht ist, [0050] Fig. 5 eine Illustration der erfindungsgemäßen Wirkung, wobei der
Betrachtungsabstand verringert ist, [0051] Fig. 6a und 6b eine Skizze zur Erläuterung der Erhöhung des Tiefeneindrucks für den Fall der Verringerung des Betrachtungsabstandes, [0052] Fig. 7 ein Ausschnitt eines Parallaxenbarriereschirmes zur Darstellung seiner wesentlichen Kenngrößen. [0053] Sämtliche Zeichnungen sind nicht maßstäblich. Dies betrifft insbesondere auch
Winkelmaße. [0054] Zunächst zeigt also Fig.1 den schematischen Aufbau zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. [0055] Darin enthalten sind ein Raster 1 aus Bildelementen x(i,j), auf welchem
Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,...,n und n> = 2 sichtbar gemacht werden, wobei auf jedem Bildelement x(i,j) ausschließlich die Bildteilinformation genau einer der Ansichten A(k) sichtbar gemacht wird.
[0056] Dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,j) ist im Abstand s in Betrachtungsrichtung eines Betrachters 3 mindestens ein optisches Element 2 mit im Wesentlichen periodisch angeordneten optischen Stukturen vorgeordnet, welches für das von den Bildelementen x(i,j) transmittierte oder ausgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgibt. In diesem Beispiel ist genau ein optisches Element 2 vorhanden, welches als Parallaxenbarriereschirm 2 ausgeführt ist. Selbstredend können es auch mehrere Betrachter 3 sein, die auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens einen räumlichen Eindruck gewinnen.
[0057] Weiterhin zeigt Fig. 2 den Ausschnitt eines Parallaxenbarriereschirms 2 zur beispielhaften Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren. Dieser Parallaxenbarriereschirm 2 enthält abwechselnd opake und transparente Abschnitte, wobei die transparenten Abschnitte erfindungsgemäß im Wesentlichen geradlinig begrenzten Linien entsprechen. Die transparenten und opaken Abschnitte sind periodisch wiederkehrend angeordnet, sie entsprechen den optischen Strukturen auf dem Parallaxenbarriereschirm 2. Nun ist deren durchschnittliche horizontale und vertikale kleinste Periodenlänge ein ganzzahliges Vielfaches der durchschnittlichen horizontalen und vertikalen Abmessungen eines Bildelementes x(i,j) multipliziert mit einem Korrekturfaktor f , wobei der Korrekturfaktor f als eine Funktion eines wählbaren Betrachtungsabstandes w und des Abstandes s zwischen dem optischen Element 2 und dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,j) errechnet wird.
[0058] Des Weiteren gibt Fig. 3 eine beispielhafte Bildkombination der
Bildteilinformationen von beispielhaft fünf verschiedenen Ansichten A(k) mit k = 1,...,5 wieder. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Anordnung der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,j) vorteilhaft in einem streng zweidimensionalen periodischen Muster. Im Beispiel gemäß Fig. 3 umfasst die horizontale Periodenlänge acht und die vertikale Periodenlänge sechs Bildelemente x(i,j), als gestrichelter Rahmen gekennzeichnet. Dabei rührt die Bildteilinformation für jedes Bildelement x(i,j) jeweils von der Position (i,j) aus der entsprechenden Ansicht A(k) her.
[0059] In dem hier vorgestellten Ausgestaltungsbeispiel entspricht die vertikale Periodenlänge also nicht der Anzahl n = 5 der dargestellten Ansichten.
[0060] Auf Grund der Sichtbeschränkungswirkung des Parallaxenbarriereschirms 2 sieht bzw. sehen ein oder mehrere Betrachter 3 jeweils mit beiden Augen im Wesentlichen unterschiedliche Bildelemente x(i,j) und/oder Teile davon, wodurch beide Augen jeweils im Wesentlichen unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen und damit ein räumlicher Seheindruck entsteht. Dabei können bis zu einem gewissen Grade die beiden Augen ein- und desselben Betrachters 3 sogar Bildteilinformationen derselben Ansicht A(k) sehen, ohne dass der räumliche Eindruck zerstört wird.
[0061] Fernerhin entsprechen die Bildelemente x(i,j) jeweils einzelnen Farbsubpixeln (R, G oder B).
[0062] Die Verhältnisse nach den Figuren 1 bis 3 vorausgesetzt, sind nun erfindungsgemäß der (optimale oder ausgewählte) Betrachtungsabstand w und der Abstand s zwischen dem optischen Element 2, also dem Parallaxenbarriereschirm, und dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,j) unabhängig voneinander gewählt. Beide Größen w und s stehen insbesondere nicht über einen vorgegebenen Wert für den Augenabstand oder/und die Abmessung eines Bildelements x(i,j) miteinander in Beziehung, wie im Stand der Technik üblich.
[0063] Der Korrekturfaktor f wird berechnet nach der Gleichung f = w/(w + s).
[0064] In der Regel entsprechen beim erfindungsgemäßen Verfahren die Ansichten A(k) jeweils verschiedenen Perspektiven einer Szene/eines Gegenstandes. Es können aber auch Parallelprojektionen einer Szene oder andersartig projizierte Ansichten sein.
[0065] Der Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale Periodenlänge des besagten zweidimensionalen periodischen Musters als Gegen- und Ankathete aufspannt, entspricht im Wesentlichen dem Neigungswinkel a (siehe Fig. 2) der transparenten Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 gegenüber der Vertikalen. In Fig. 3 könnte die Gegenkathete zum Beispiel über die untere horizontale gestrichelte Linie und die Ankathete über die rechte vertikale gestrichelte Linie definiert werden.
[0066] Damit wird in der Regel die beste Kanaltrennung bei der 3D-Darstellung erreicht.
[0067] In Fig. 4 ist eine Illustration der erfindungsgemäßen Wirkung zu sehen, bei welcher der Betrachtungsabstand w gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist.
[0068] Dabei gilt - ohne dass dies aus der Zeichnung unmittelbar erkennbar ist - für den
Betrachtungsabstand w eines oder mehrerer Betrachter 3, den Abstand s zwischen dem Parallaxenbarriereschirm 2 und dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,j), den mittleren Pupillenabstand pa sowie die durchschnittliche horizontale Abmessung ha eines Bildelementes x(i,j) die Ungleichung s/ha < w/pa. Die Strichlinien zeigen deutlich auf, wie die Verhältnisse im Stand der Technik lägen. Dort gilt die Ungleichung gerade nicht.
[0069] Demgegenüber ist in Fig. 5 eine Illustration der erfindungsgemäßen Wirkung zu sehen, bei welcher der Betrachtungsabstand w eines oder mehrerer Betrachter 3 gegenüber dem Stand der Technik verringert ist.
[0070] Dabei ergeben sich besondere Vorteile der Erfindung. Hierbei gilt - ohne dass dies aus der Zeichnung unmittelbar erkennbar ist - für den Betrachtungsabstand w, den Abstand s zwischen dem Parallaxenbarriereschirm 2 und dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,j), den mittleren Pupillenabstand pa sowie die durchschnittliche horizontale Abmessung ha eines Bildelementes x(i,j) die Ungleichung s/ha > w/pa.
[0071] Bei diesem Anwendungsfall kann nämlich das optische Element respektive der
Parallaxenbarriereschirm 2 in einem verhältnismäßig großen Abstand s vom Raster aus Bildelementen x(i,j) angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Korrekturfaktors f sorgt gerade dafür, dass dennoch ein praktisch akzeptabler Betrachtungsabstand w realisiert werden kann, und zwar ohne irgendwelche Manipulationen am Bildinhalt vornehmen zu müssen.
[0072] Auch hier deuten die Strichlinien an, wie die Verhältnisse im Stand der Technik lägen. Es ist klar zu erkennen, dass das erfindungsgemäße Verfahren den Betrachtungsabstand w in einen praktisch relevanten Bereich herabsetzt.
[0073] Die Fig. 6a und Fig. 6b zeigen je eine Skizze zur Erläuterung der Erhöhung des
Tiefeneindrucks für den Fall der Verringerung des Betrachtungsabstandes. Dabei ist in Fig. 6a zu sehen, wie bei einem im Stand der Technik durch einen Abstand s 1 bedingten Betrachtungsabstand wl eine große wahrgenommene Tiefe tl erzielt wird. Die Betrachteraugen eines Betrachters 3 im Abstand pa sind hier als kleine Kreise angedeutet.
[0074] Der Vergleich mit Fig. 6b, bei dem ein im Stand der Technik durch einen kleineren Abstand s2 bedingter kleinerer Betrachtungsabstand w2 eine kleinere wahrgenommene Tiefe t2 erzeugt, macht deutlich, wie wichtig der physische Abstand s ist, um einen möglichst großen Tiefeneindruck zu erhalten. Die Durchstoßpunkte der eingezeichneten Sehstrahlen 6 jeweils auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 und dem Raster 1 von Bildelementen x(i,j) sind in beiden Zeichnungen Fig. 6a und 6b an der jeweils gleichen Stelle, d. h. an den gleichen Bildelementen x(i,j) und an den exakt gleichen Positionen der transparenten Abschnitte. Demgegenüber ist es nun vermöge der erfinderischen Lösung möglich, den Zusammenhang zwischen w und s aufzulösen und trotz eines großen Abstandes s den Betrachtungsabstand w zu verringern, wie mit Fig. 5 illustriert wurde. Dabei bleibt aber der verhältnismäßig große Tiefeneindruck erhalten.
[0075] In Fig. 7 ist ein Schema zur Bemaßung des Parallaxenbarriereschirmes 2 dargestellt. Darin sind a der Neigungswinkel der transparenten bzw. opaken Abschnitte gegenüber der Vertikalen, e die Breite der besagten Abschnitte in horizontaler Richtung des Rasters mit den Bildelementen x(i,j), 1 deren Höhe, ze deren horizontale Periode und schließlich zl deren vertikale Periode.
[0076] Zur weiteren Illustration einer beispielhaften Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen wiederum die Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 7.
[0077] Zunächst zeigt also Fig. 1 den schematischen Aufbau zur Umsetzung der
Anordnung. Darin enthalten sind Bildwiedergabegerät 1 mit Bildelementen x(i,j) in einem Raster (i,j) mit Zeilen i und Spalten j, auf welchen Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,...,n und n> = 2 sichtbar gemacht werden können, wobei auf jedem Bildelement x(i,j) ausschließlich die Bildteilinformation genau einer der Ansichten A(k) sichtbar gemacht wird.
[0078] Dem Bildwiedergabegerät 1 aus Bildelementen x(i,j) ist im Abstand s in
Betrachtungsrichtung eines Betrachters 3 mindestens ein optisches Element 2 mit im Wesentlichen periodisch angeordneten optischen Stukturen vor- oder nachgeordnet, welches für das von den Bildelementen x(i,j) transmittierte oder ausgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgibt. In diesem Beispiel ist genau ein optisches Element 2 vorhanden, welches als Parallaxenbarriereschirm 2 ausgeführt ist. Selbstredend können es auch mehrere Betrachter 3 sein, die auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens einen räumlichen Eindruck gewinnen.
[0079] Weiterhin zeigt Fig. 2 den Ausschnitt eines Parallaxenbarriereschirms 2 zur beispielhaften Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung. Dieser Parallaxenbarriereschirm 2 enthält abwechselnd opake und transparente Abschnitte, wobei die transparenten Abschnitte bevorzugt im Wesentlichen geradlinig begrenzten Linien entsprechen. Die transparenten und opaken Abschnitte sind periodisch wiederkehrend angeordnet, sie sind die optischen Strukturen auf dem Parallaxenbarriereschirm 2. Nun ist deren durchschnittliche horizontale und vertikale kleinste Periodenlänge ein ganzzahliges Vielfaches der durchschnittlichen horizontalen und vertikalen Abmessungen eines Bildelementes x(i,j) multipliziert mit einem Korrekturfaktor f, wobei der Korrekturfaktor f als eine Funktion eines wählbaren Betrachtungsabstandes w und des mittleren Abstandes s zwischen dem Parallaxenbarriereschirm 2 und dem Bildwiedergabegerät 1 mit den Bildelementen x(i,j) errechnet wird, so dass ein oder mehrere Betrachter 3 beim Blick auf das Bildwiedergabegerät 1 auf Grund der optischen Wirkung des Parallaxenbarriereschirms 2 jeweils mit beiden Augen ausschließlich oder im Wesentlichen unterschiedliche Bildelemente x(i,j) und/oder Teile davon sieht bzw. sehen, wodurch beide Augen jeweils ausschließlich oder im Wesentlichen unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen und damit ein räumlicher Seheindruck entsteht.
[0080] Für die Ausgestaltung des optischen Elements als Parallaxenbarriereschirm 2 sind noch folgende Details günstig:
[0081] Um zu praktisch gut herstellbaren Anordnungen zu gelangen, besteht der
Parallaxenbarriereschirm 2 bevorzugt aus einem Glassubstrat, auf welches an der Rückseite die Barrierestruktur aufgebracht ist. Vorzugsweise ist nun die Barrierestruktur ein belichteter und entwickelter fotografischer Film, der rückseitig auf das Glassubstrat auflaminiert ist, wobei bevorzugt die Emulsionsschicht des fotografisches Films zum Glassubstrat zeigt.
[0082] Fernerhin enthält der Parallaxenbarriereschirm 2 vorteilhaft Mittel zur
Verminderung von Störlichtreflexen, bevorzugt mindestens eine interferenzoptische Entspiegelungs schicht. Der Parallaxenbarriereschirm 2 ist vorteilhaft mittels eines Abstandshalters dauerhaft an dem Bildwiedergabegerät angebracht, beispielsweise angeklebt oder angeschraubt. Demgegenüber kann es aber auch notwendig sein, den Parallaxenbarriereschirm 2 zeitweise von dem Bildwiedergabegerät 1 abnehmbar zu gestalten.
[0083] Des Weiteren gibt Fig. 3 eine beispielhafte Bildkombination der
Bildteilinformationen von beispielhaft fünf verschiedenen Ansichten A(k) mit k = 1,...,5 wieder. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt die Anordnung der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) auf dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,j) vorteilhaft in einem streng zweidimensionalen periodischen Muster. Im Beispiel gemäß Fig. 3 umfasst die horizontale Periodenlänge acht und die vertikale Periodenlänge sechs Bildelemente x(i,j), als gestrichelter Rahmen gekennzeichnet. Dabei rührt die Bildteilinformation für jedes Bildelement x(i,j) jeweils von der Position (i,j) aus der entsprechenden Ansicht A(k) her.
[0084] In dem hier vorgestellten Ausgestaltungsbeispiel entspricht die vertikale Periodenlänge also nicht der Anzahl n = 5 der dargestellten Ansichten.
[0085] Auf Grund der Sichtbeschränkungswirkung des Parallaxenbarriereschirms 2 sieht bzw. sehen ein oder mehrere Betrachter 3 jeweils mit beiden Augen im Wesentlichen unterschiedliche Bildelemente x(i,j) und/oder Teile davon, wodurch beide Augen jeweils im Wesentlichen unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen und damit ein räumlicher Seheindruck entsteht. Dabei können bis zu einem gewissen Grade die beiden Augen ein- und desselben Betrachters 3 sogar Bildteilinformationen derselben Ansicht A(k) sehen, ohne dass der räumliche Eindruck zerstört wird.
[0086] Fernerhin entsprechen die Bildelemente x(i,j) in diesem Beispiel jeweils einzelnen Farbsubpixeln (R, G oder B).
[0087] Die Verhältnisse nach den Figuren 1 bis 3 vorausgesetzt, sind nun erfindungsgemäß der (optimale oder ausgewählte) Betrachtungsabstand w und der mittlere Abstand s zwischen dem optischen Element 2, also dem Parallaxenbarriereschirm 2, und dem Bildwiedergabegerät 1 mit dem Raster aus Bildelementen x(i,j) unabhängig voneinander gewählt. Beide Größen w und s stehen insbesondere nicht über einen vorgegebenen Wert für den Augenabstand oder/und die Abmessung eines Bildelements x(i,j) miteinander in Beziehung, wie im Stand der Technik üblich.
[0088] Der Korrekturfaktor f wird dabei berechnet nach der Gleichung f = w/(w + s).
[0089] In der Regel entsprechen in der Erfindung die Ansichten A(k) jeweils verschiedenen Perspektiven einer Szene/eines Gegenstandes. Es können aber auch Parallelprojektionen einer Szene oder andersartig projizierte Ansichten sein.
[0090] Der Winkel, welcher die besagte horizontale und vertikale Periodenlänge des besagten zweidimensionalen periodischen Musters als Gegen- und Ankathete aufspannt, entspricht im Wesentlichen dem Neigungswinkel a (siehe Fig. 2) der transparenten Abschnitte auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 gegenüber der Vertikalen. In Fig. 3 könnte die Gegenkathete zum Beispiel über die untere horizontale gestrichelte Linie und die Ankathete über die rechte vertikale gestrichelte Linie definiert werden.
[0091] Damit wird in der Regel die beste Kanaltrennung bei der 3D-Darstellung erreicht.
[0092] In Fig. 4 ist eine Illustration der erfindungsgemäßen Wirkung zu sehen, bei welcher der Betrachtungsabstand w gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist.
[0093] Dabei gilt - ohne dass dies aus der Zeichnung unmittelbar erkennbar ist - für den Betrachtungsabstand w eines oder mehrerer Betrachter 3, den mittleren Abstand s zwischen dem Parallaxenbarriereschirm 2 und dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,j), den mittleren Pupillenabstand pa, sowie die durchschnittliche horizontale Abmessung ha eines Bildelementes x(i,j) die Ungleichung s/ha < w/pa. Vermittels der Strichlinien ist angedeutet, wie die Verhältnisse im Stand der Technik lägen. Dort würde die Ungleichung nicht gelten, und der Betrachtungsabstand wäre kleiner.
[0094] Demgegenüber ist in Fig. 5 eine Illustration der erfindungsgemäßen Wirkung zu sehen, bei welcher der Betrachtungsabstand w eines oder mehrerer Betrachter 3 gegenüber dem Stand der Technik verringert ist.
[0095] Dabei ergeben sich besondere Vorteile der Erfindung. Hierbei gilt - ohne dass dies aus der Zeichnung unmittelbar erkennbar ist - für den Betrachtungsabstand w, den mittleren Abstand s zwischen dem Parallaxenbarriereschirm 2 und dem Raster 1 aus Bildelementen x(i,j), den mittleren Pupillenabstand pa sowie die durchschnittliche horizontale Abmessung ha eines Bildelementes x(i,j) die Ungleichung s/ha > w/pa.
[0096] Bei diesem Anwendungsfall kann nämlich der Parallaxenbarriereschirm 2 in einem verhältnismäßig großen Abstand s vom Bildwiedergabegerät 1 mit dem Raster aus Bildelementen x(i,j) angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Korrekturfaktors f sorgt dann dafür, dass dennoch ein praktisch akzeptabler Betrachtungsabstand w realisiert wird, und zwar ohne irgendwelche Manipulationen am Bildinhalt vornehmen zu müssen, etwa die Vermischung von Bildteilinformationen mehrerer Ansichten in einem Bildelement x(i,j).
[0097] Auch hier ist vermittels der Strichlinien angedeutet, wie die Verhältnisse im Stand der Technik lägen. Es ist klar zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Anordnung den Betrachtungsabstand w in einen praktisch relevanten Bereich herabsetzt.
[0098] Die Fig. 6a und Fig. 6b zeigen je eine Skizze zur Erläuterung der Erhöhung des
Tiefeneindrucks für den Fall der Verringerung des Betrachtungsabstandes. Dabei ist in Fig. 6a zu sehen, wie bei einem im Stand der Technik durch einen Abstand s 1 bedingten Betrachtungsabstand wl eine große wahrgenommene Tiefe tl erzielt wird. Die Betrachteraugen eines Betrachters 3 im Abstand pa sind hier als kleine Kreise angedeutet.
[0099] Der Vergleich mit Fig. 6b, bei dem ein im Stand der Technik durch einen kleineren Abstand s2 bedingter kleinerer Betrachtungsabstand w2 eine kleinere wahrgenommene Tiefe t2 erzeugt, macht deutlich, wie wichtig der physische Abstand s ist, um einen möglichst großen Tiefeneindruck zu erhalten. Die Durchstoßpunkte der eingezeichneten Sehstrahlen 6 jeweils auf dem Parallaxenbarriereschirm 2 und dem Raster 1 von Bildelementen x(i,j) sind in beiden Zeichnungen Fig. 6a und 6b an der jeweils gleichen Stelle, d. h. an den gleichen Bildelementen x(i,j) und an den exakt gleichen Positionen der transparenten Abschnitte. Demgegenüber ist es nun vermöge der erfinderischen Lösung möglich, den Zusammenhang zwischen w und s aufzulösen und trotz eines großen Abstandes s den Betrachtungsabstand w zu verringern, wie in Fig. 5 illustriert wurde. Dabei bleibt dennoch wunschgemäß der verhältnismäßig große Tiefeneindruck erhalten.
[0100] In Fig. 7 ist ein Schema zur Bemaßung des Parallaxenbarriereschirmes dargestellt. Darin sind a der Neigungswinkel der transparenten bzw. opaken Abschnitte gegenüber der Vertikalen, e die Breite der besagten Abschnitte in horizontaler Richtung des Rasters mit den Bildelementen x(i,j), 1 deren Höhe, ze deren horizontale Periode und schließlich zl deren vertikale Periode.
[0101] Beispielhaft kommt nun als Bildwiedergabegerät 1 ein 8.4"-LCD-Bildschirm mit Farbsubpixeln (R, G, B) als Bildelemente x(i,j) in Frage, wobei die Höhe der Bildelemente x(i,j) etwa 0,1665 mm und die Breite ha etwa 0,0555 mm beträgt. Die transparenten Abschnitte des Parallaxenbarriereschirms 2 weisen gegenüber der Vertikalen einen Neigungswinkel a = 23,96248897° auf. Die Breite e der besagten Abschnitte in horizontaler Richtung des Rasters mit den Bildelementen x(i,j) beträgt jeweils 0,1109054 mm und ihre Höhe 1 = 0,249537 mm. Ferner beträgt die horizontale Periode ze = 0,4436216 mm und der Abstand s = 1,91 mm, der Betrachtungsabstand beträgt w = 800 mm. Schließlich ist die vertikale Periode der transparenten Abschnitte zl = 0,998148 mm. Das bedeutet, dass hier eine Verkürzung des Betrachtungsabstandes durchgeführt wurde, weil die Ungleichung s/ha > w/pa erfüllt ist, wobei mit einem durchschnittlichen Pupillenabstand pa beim Menschen zwischen regelhaft 55 mm und 70 mm in die Ungleichung zu rechnen ist.
[0102] Im Stand der Technik müsste bei den vorgenannten Bedingungen für einen Betrachtungsabstand von w = 800 mm der Abstand s = 0,68308 mm umgesetzt werden, was technisch und praktisch nur sehr aufwendig zu realisieren ist. Dank der Erfindung ist das nicht nötig. [0103] Die Vorteile der Erfindung sind vielseitig. Insbesondere erlauben das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechenden Anordnungen eine autostereoskopische Darstellung, bei der hardwaremäßig der 3D-Betrachtungsabstand trotz bestimmter mechanischer Zwänge für einen Mindestabstand von optischem Element zum Bildschirm bzw. Raster aus Bildelementen wunschgemäß eingestellt werden kann. Im Falle der Verringerung des Betrachtungsabstandes können sogar die relativen Tiefenwahrnehmungen gesteigert werden.
[0104] Die Erfindung kann mit sehr einfachen Mitteln realisiert werden, bei der
Verwendung von Parallaxenbarriereschirmen muss lediglich die Barrierestruktur leicht verändert werden, am Produktionsprozess für einen entsprechenden 3D-Bildschirm ändert sich gar nichts.

Claims

Ansprüche Verfahren zur Verkürzung oder Verlängerung eines Betrachtungsabstandes zwischen Betrachter und Anordnung einer räumlich wahrnehmbaren Darstellung, bei welchem - auf einem Raster (1) aus Bildelementen x(i,j) mit Zeilen i und Spalten j Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) mit k = 1,...,n und n> = 2 sichtbar gemacht werden, wobei auf jedem Bildelement x(i,j) ausschließlich eine Bildteilinformation genau einer der Ansichten A(k) sichtbar gemacht wird, und - dem Raster (1) aus Bildelementen x(i,j) im Abstand s mindestens ein optisches Element (2) mit periodisch angeordneten optischen Stukturen vor- oder nachgeordnet wird, welches für das von den Bildelementen x(i,j) transmittierte oder ausgestrahlte Licht die Ausbreitungsrichtungen vorgibt, - die durchschnittliche horizontale und/oder vertikale kleinste Periodenlänge oder ein Vielfaches davon der optischen Strukturen auf dem mindestens einen optischen Element (2) ein ganzzahliges Vielfaches der durchschnittlichen horizontalen und/oder vertikalen Abmessung eines Bildelementes x(i,j) multipliziert mit einem Korrekturfaktor f beträgt, - wobei der Korrekturfaktor f als eine Funktion eines wählbaren Betrachtungsabstandes w und des mittleren Abstandes s zwischen dem mindestens einen optischen Element (2) und dem Raster (1) aus Bildelementen x(i,j) errechnet wird, - so dass ein oder mehrere Betrachter (3) beim Blick auf das Raster (1) auf Grund der optischen Wirkung des mindestens einen optischen Elements (2) jeweils mit beiden Augen ausschließlich oder überwiegend unterschiedliche Bildelemente x(i,j) und/oder Teile davon sieht bzw. sehen, wodurch beide Augen jeweils ausschließlich oder überwiegend unterschiedliche Ansichten A(k) wahrnehmen und damit ein räumlicher Seheindruck entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass - der Betrachtungsabstand w verkürzt wird, indem die Ungleichung s/ha > w/pa eingestellt wird, wobei der mittlere Abstand s zwischen dem mindestens einen optischen Element (2) und dem Raster (1) aus Bildelementen x(i,j) sowie der mittlere Pupillenabstand pa nicht verändert werden, jedoch durch gezielte Änderung des Korrekturfaktors f die durchschnittliche horizontale kleinste Periodenlänge der optischen Struktur verkleinert wird oder - der Betrachtungsabstand w verlängert wird, indem die Ungleichung s/ha < w/pa eingestellt wird, wobei der mittlere Abstand s zwischen dem mindestens einen optischen Element (2) und dem Raster (1) aus Bildelementen x(i,j) sowie der mittlere Pupillenabstand pa ebenfalls nicht verändert werden, jedoch durch gezielte Änderung des Korrekturfaktors f die durchschnittliche horizontale kleinste Periodenlänge der optischen Struktur vergrößert wird. [0002] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor f berechnet wird nach der Gleichung f = w/(w + s).
[0003] Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente x(i,j) Farbsubpixeln (R, G oder B) oder Clustern von Farbsubpixeln (z. B. RG oder GB) oder Vollfarbpixeln entsprechen.
[0004] Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als optisches Element (2) ein Parallaxenbarriereschirm verwendet wird, der als optische Strukturen transparente und opake Abschnitte umfasst.
[0005] Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als optisches Element (2) ein Lentikularschirm verwendet wird, wobei die optischen Strukturen durch entsprechende Anordnung der Zylinderlinsen realisiert werden.
[0006] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten
Abschnitte glatten, wellenförmigen oder stufenförmigen Linien entsprechen, die im Wesentlichen mit einem Neigungswinkel a gegenüber der Vertikalen geneigt sind.
[0007] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlinsen im
Wesentlichen mit einem Neigungswinkel a gegenüber der Vertikalen geneigt angeordnet werden.
[0008] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) zu den Bildelementen x(i,j) in einem zweidimensionalen periodischen Muster erfolgt, wobei bevorzugt die Periodenlänge in der horizontalen und der vertikalen Richtung nicht mehr als jeweils 32 Bildelemente x(i,j) umfasst.
[0009] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale
Periodenlänge gleich der Anzahl n der dargestellten Ansichten ist.
[0010] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bildwiedergabegerät (1) ein Farb-LCD-Bildschirm, ein Plasma-Display, ein Projektionsschirm, ein LED-basierter Bildschirm, ein OLED-basierter Bildschirm, ein SED-Bildschirm oder ein VFD-Bildschirm verwendet wird.
[0011] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der Ansichten A(k) gleich 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 ist und die besagte horizontale Periodenlänge n Bildelementen x(i,j) entspricht.
[0012] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als
Bildwiedergabegerät (1) ein 8.4"-LCD-Bildschirm mit Farbsubpixeln (R, G, B) als Bildelemente x(i,j) verwendet wird, wobei die Höhe der Bildelemente x(i,j) etwa 0,1665 mm und die Breite etwa 0,0555 mm beträgt, die Bildteilinformationen verschiedener Ansichten A(k) wie folgt angeordnet werden, x(ij) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 A(1) A(1) A(2) A(3) A(3) A(4) A(5) A(5) A(1)
2 A(2) A(2) A(3) A(4) A(4) A(5) A(5) A(1) A(2)
3 A(2) A(3) A(4) A(4) A(5) A(1) A(1) A(2) A(2)
4 A(3) A(4) A(5) A(5) A(1) A(1) A(2) A(3) A(3)
5 A(4) A(5) A(5) A(1) A(2) A(2) A(3) A(4) A(4)
6 A(5) A(1) A(1) A(2) A(2) A(3) A(4) A(4) A(5)
7 A(1) A(1) A(2) A(3) A(3) A(4) A(5) A(5) A(1)
, wobei die folgenden Größen derart festgelegt werden, dass die transparenten Abschnitte des Parallaxenbarriereschirms (2) gegenüber der Vertikalen einen Neigungswinkel a = 23,96248897° aufweisen, die Breite e der besagten Abschnitte in horizontaler Richtung des Rasters mit den Bildelementen x(i,j) jeweils 0,1109054 mm und ihre Höhe 1 = 0,249537 mm beträgt und schließlich die horizontale Periode ze = 0,4436216 mm, der Abstand s = 1,91 mm beträgt, der Betrachtungsabstand w = 800 mm beträgt sowie die vertikale Periode zl = 0,998148 mm der transparenten Abschnitte beträgt.
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