DE10154976A1

DE10154976A1 - Anordnung und Verfahren zur Darstellung und Aufnahme von Schichtbildern

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Publication number: DE10154976A1
Application number: DE10154976A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Tzschoppe
Original assignee: 4D Vision GmbH
Current assignee: Newsight 07745 Jena De GmbH
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen und Verfahren zur Darstellung von Schichtbildern. In speziellen Ausführungen der Erfindung wird eine hilfsmittelfrei räumlich wahrnembare Darstellung der Schichtbilder erzielt. DOLLAR A Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Darstellung von Schichtbildern besteht aus Mitteln zur Sichtbarmachung von mindestens zwei von verschiedenen Betrachtungspostionen aus aufgenommenen Ansichten eines zweidimensionalen Schichtbildes bzw. von Teilen eines Schichtbildes, wobei ein Schichtbild vorzugsweise Informationen über die Gestalt einer Szene bzw. eines Gegenstandes in einer bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes enthält. In einer besonderen Ausgestaltung ist zur Erzielung einer hilfsmittelfrei räumlich wahrnehmbaren Darstellung vor den sichtbar gemachten Ansichten der Schichtbilder ein Linsenraster angeordnet, auf dem Linsen mit n = 1...n¶max¶ Brennweite(n) als optische Abbildungselemente ausgebildet sind. Unter definierten Bedingungen bilden dann Linsen jeweils ein- und derselben Brennweite die Ansichten der Schichtbilder bzw. von Teilen von Schichtbildern derart ab, daß gleiche Objektpunkte eines Schichtbildes (Teiles) sich jeweils überlagern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen und Verfahren zur Darstellung von Schichtbildern. In speziellen Ausführungen der Erfindung wird eine hilfsmittelfrei räumlich wahrnehmbare Darstellung der Schichtbilder erzielt.

Zur Darstellung von Schichtbildern und zur räumlichen Darstellung sind verschiedene Verfahren erdacht worden.

Bei der Integralfotografie werden beispielsweise dreidimensionale Objekte durch ein Linsenarray mit einer großen Zahl von Mikrolinsen der gleichen Brennweite hindurch auf einen fotografischen Film, der sich auf der Rückseite des Mikrolinsenrasters befindet, registriert. Man erhält dabei auf dem Film bei ausreichender Schärfentiefe der optischen Abbildung eine entsprechende Anzahl ebener Bilder des dreidimensionalen Objektes. Die Bilder sind dabei in ihrer horizontalen und/oder vertikalen Lage vom Objekt etwas verschieden, woraus unterschiedliche Parallaxendifferenzen resultieren. Der horizontale und/oder vertikale Abstand zwischen den Bildpunkten beispielsweise des nächsten und des entferntesten Objektpunktes des dreidimensionalen Objektes ist von Bild zu Bild verschieden; die aufgezeichneten ebenen Bilder sind nicht deckungsgleich.

Nachteilig bei der Integralfotografie ist die Verwendung des Mikrolinsenarrays, weswegen dieses in den 60iger Jahren des 20. Jahrhunderts durch die praktikablere Variante unter Nutzung von Zylinderlinsenrastern ersetzt wurde.

Einen ähnlichen Ansatz zum Erzeugen eines räumlich wirkenden Bildes beschreibt die WO 94/06049. Dabei handelt es sich um ein zeitlich multiplexes System, bei dem verschiedene Ansichten eines dreidimensionalen Objektes zeitlich aufeinanderfolgend auf einem Bildgeber dargestellt werden und wobei korrespondierend ("synchron") zur jeweils dargestellten Ansicht auf einer Anzeigesteuerungsplatte bestimmte Teilflächenelemente durchsichtig gemacht werden, wodurch für den bzw. die Betrachter jede dargestellte "kleine" Ansicht nur aus einem bestimmten Betrachtungswinkel sichtbar ist.

Die Anzeigeansteuerungsplatte ist im Ursprungszustand vollkommen opak und besitzt steuerbare Öffnungen, die nur bei Bedarf entsprechend der obigen Bedingung transparent geschaltet werden. Bevorzugt wird die Anzeigeansteuerungsplatte als LC-Panel ausgestaltet. Die Steuerbarkeit ist zwingend nötig zur Gewährleistung eines Raumeindruckes.

Nachteilig bei dieser Anordnung sind insbesondere die hohen Geschwindigkeitsanforderungen an den Bildgeber und an die Anzeigeansteuerungsplatte. Weiterhin weist das 3D- Bild wegen der Darstellung jeweils nur einer kleinen sichtbaren Ansicht für jedes Betrachterauge auch nur eine geringe Helligkeit auf.

Die WO 99/66356 beschreibt eine Anordnung, bei der Teile von Schichtbildern Abbildungselementen unterliegen, die sie in verschiedene Ebenen abbilden. Während diese Anordnung hervorragend dazu geeignet ist, den bei Anordnungen zur räumlichen Darstellung mitunter auftretenden Entkopplungszwang, d. h. den Konflikt zwischen Akkomodation und Konvergenz, auszuschließen, wird dort für eine einwandfreie Wahrnehmung vorausgesetzt, daß der binokulare Blick auf jeden einzelnen Bildpunkt bereits an einer Einzellinse des Arrays möglich ist. Jeder fixierte Bildpunkt entsteht somit durch die Abbildung nur eines einzigen Objektpunktes. Unter dieser Voraussetzung ist allerdings nur eine geringe Tiefendifferenz zwischen den wahrgenommenen Ebenen und/oder nur ein kleiner Betrachtungsbereich und/oder nur ein großer Linsendurchmesser möglich.

Die "Dreidimensionale Anzeigevorrichtung" nach JP 62-77794A besteht aus einer Bildanzeigevorrichtung, einer Gruppe von vielen feinen konvexen Linsen mit veränderbarer Brennweite sowie einer der Gruppe feiner konvexer Linsen gegenüberstehenden weiteren konvexen Linse. Als feine konvexe Linsen sind z. B. bezüglich ihrer Brennweite veränderbare Flüssigkristall-Linsen vorgesehen, an die Steuersignale gelegt werden, die auf Bildtiefeninformationen basieren. Beim Betreiben dieser Anordnung werden auf der Bildanzeigevorrichtung verschiedene zweidimensionale, nämlich in horizontaler und vertikaler Richtung ausgedehnte Bilder angezeigt, die bei entsprechender Ansteuerung der Flüssigkristall-Linsen bzw. Einstellung von den Bildern zugeordneten Brennweiten durch die weitere konvexe Linse betrachtet werden können, wobei ein dreidimensional wahrnehmbares Bild entsteht.

Nachteilig hierbei ist allerdings der verhältnismäßig aufwendige optisch-mechanische und optisch-elektronische Aufbau und die sich mit 90 cm ergebende recht große Bautiefe. Auch ist hier das Auftreten eines unerwünschten Effektes derart zu erwarten, daß das auf große Entfernungen akkomodierte Auge bevorzugt das Raster der feinen konvexen Linsen bzw. das Raster der Zwischenräume zwischen diesen Linsen sieht und nicht, wie eigentlich wünschenswert, eine ungestörte dreidimensionale Darstellung wahrnimmt. Weiterhin dürften der beabsichtigten Anwendung auf TFT-Displays (zur Miniaturisierung) Probleme entgegenstehen, z. B. aufgrund eines nicht realisierbaren Abbildungsmaßstabes des optischen Systems aus den feinen konvexen Linsen und der weiteren konvexen Linse.

Weiterhin ist in JP 07-64 020A ein "Dreidimensionales Display sowie Anzeigeverfahren mittels dieses Displays" beschrieben. Damit sollen dreidimensionale bewegte Bilder schnell und einfach angezeigt und ohne Brille in einem großen Raumbereich betrachtet werden können.

Zu diesem Zweck sind mehrere, mit einer konvexen Linse kurzer Brennweite, einer Lichtquelle und einem zwischen der Linse und der Lichtquelle befindlichen Streckmechanismus ausgestattete Anzeigeelemente vorhanden und auf einer Anzeigefläche angeordnet. Ein dreidimensionales Bild wird erzeugt, indem durch Betätigung des Streckmechanismus die Distanz zwischen den konvexen Linsen und den Lichtquellen verändert wird, wodurch sich die Position des mittels der konvexen Linse entstehenden Abbildes der Lichtquelle verschiebt. Mit der gezielten Veränderung der Positionen der virtuellen und der reellen Abbilder der Lichtquellen entsteht ein dreidimensionales Bild.

Abgesehen von dem hier ebenfalls recht aufwendigen Aufbau besteht ein weiterer Nachteil darin, daß der Öffnungsfehler der bloßen konvexen Linsen nicht korrigiert ist, weswegen die Güte der Abbildung und die Unterschiede in den Abbildungstiefen gering sind.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Anordnungen und Verfahren zur Wiedergabe von Schichtbildern von Szenen und/oder Gegenständen zu schaffen, bei der eine projektionsflächenlose Abbildung ohne Verwendung von bewegten Baugruppen erfolgt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Anordnungen und Verfahren derart weiterzubilden, daß ein Betrachter ohne zusätzliche Hilfsmittel ein räumlich wahrnehmbares Bild sehen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zur Darstellung von Schichtbildern bestehend aus Mitteln zur Sichtbarmachung von mindestens zwei von verschiedenen Betrachtungspositionen aus aufgenommenen Ansichten eines zweidimensionalen Schichtbildes bzw. von Teilen eines Schichtbildes, wobei ein Schichtbild vorzugsweise Informationen über die Gestalt einer Szene bzw. eines Gegenstandes in einer bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes enthält. Die Betrachtungsposition ist hier im Sinne einer "Aufnahmeposition" zu verstehen.

Gewissermaßen werden mit einer solchen Anordnung verschiedene "Perspektivansichten" zweidimensionaler Schichtbilder nebeneinander dargestellt. Dabei entspricht jede dieser Ansichten einem kompletten Abbild eines zweidimensionalen Schichtbildes bzw. von Teilen eines Schichtbildes; die verschiedenen Ansichten ein- und desselben Schichtbildes weisen allerdings keinerlei parallaktische Information auf.

Selbstredend besteht eine Äquivalenz derlei Ansichten mit künstlich erzeugten Ansichten. Beispielsweise müssen die Ansichten der Schichtbilder nicht zwingend erst physisch ausgenommen werden, sie können vielmehr in einer Recheneinrichtung auf der Basis einfacher geometrischer Zusammenhänge generiert werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß jeweils eine Anzahl m_max von von verschiedenen Betrachtungspositionen aus aufgenommenen Ansichten für jedes von n_max verschiedenen Schichtbildern bzw. Teilen von Schichtbildern sichtbar gemacht wird, wobei n_max ≥ 1 und m_max ≥ 2 gilt und wodurch insgesamt n_max.m_max solcher Ansichten sichtbar gemacht werden. Mit derartigen Anordnungen ist es nunmehr möglich, ein Vielzahl von Schichtbildern n_max in jeweils einer Vielzahl von Ansichten m_max darzustellen.

Von Vorteil erweist sich in diesem Zusammenhang ein Raster zur Bildwiedergabe aus Zeilen j und Spalten i, welches die Mittel zur Sichtbarmachung bildet. Vorzugsweise ist das Raster als fotografischer Film, LC-Display oder als Plasma-Display ausgebildet. Das Raster (i,j) muß dabei nicht zwingend mit der Rastereinteilung der Bildelemente des entsprechenden Displays übereinstimmen.

Andere Ausführungen sind selbstverständlich denkbar; es muß dabei lediglich gewährleistet werden, daß die Auflösung des Rasters eine Sichtbarmachung der n_max.m_max Ansichten in suffizienter Güte gewährleistet.

Weiterhin wird bevorzugt jeweils einem Teil t_xy (x = 1 . . . x_max, y = 1 . . . y_max, wobei bevorzugt gilt x_max.y_max = n_max..m_max, d. h. es existieren genauso viele Teile des Rasters, wie Ansichten von Schichtbildern) des Rasters genau eine Ansicht der n_max.m_max aus verschiedenen Betrachtungspositionen aufgenommenen Ansichten der zweidimensionalen Schichtbilder bzw. der Teile von Schichtbildern zugeordnet. Die Teile t_xy bilden dabei quasi ein Raster (x, y) aus Bildbereichen.

Eine davon ausgehend modifizierte Anordnung weist in Betrachtungsrichtung vor dem Raster zur Bildwiedergabe ein weiteres Raster mit optischen Abbildungselementen auf. Damit wird eine optische Abbildung der verschiedenen Ansichten des einen bzw. der mehreren Schichtbilder oder ihrer Teile gewährleistet.

Bevorzugt ist das Raster mit optischen Abbildungselementen ein Linsenraster, auf dem Linsen mit n = 1 . . . n_max Brennweite(n) als optische Abbildungselemente ausgebildet sind. Mit dieser Ausprägung ist es möglich, die verschiedenen Ansichten in unterschiedliche Ebenen abzubilden.

Besonders bevorzugt sind allen Teilen t_xy des Rasters, die jeweils ausschließlich Ansichten des gleichen Schichtbildes zeigen, jeweils eine oder mehrere Linse(n) ein- und derselben Brennweite zugeordnet, während anderen Teilbereichen t_xy, die jeweils Ansichten anderer Schichtbilder zeigen, eine oder mehrere Linse(n) davon abweichender Brennweiten zugeordnet sind.

Mittels einer solchen Zuordnung wird jede einem Teil t_xy zugeordnete Ansicht eines Schichtbildes in eine bestimmte Tiefe abgebildet. Überdies bilden dann Linsen jeweils ein- und derselben Brennweite die Ansichten der Schichtbilder bzw. von Teilen von Schichtbildern derart ab, daß gleiche Objektpunkte eines Schichtbildes (Teiles eines Schichtbildes) sich jeweils überlagern. Der Betrachter nimmt in angenehmer Weise ein räumliches Bild wahr, wobei sich der räumliche Eindruck aus der Wahrnehmung tiefengestaffelter Schichtbilder ergibt.

Ein besonders charakteristisches Merkmal für diese Art der räumlichen Darstellung ist fernerhin, daß der Betrachter durch jede Gesamtzahl von Linsen jeweils gleicher Brennweite in etwa das gesamte zugeordnete Schichtbild sieht. Dies ergibt sich daraus, daß der Betrachter durch jede Linse einer jeden Gesamtheit gleichbrennweitiger Linsen jeweils einen Teil des entsprechenden Schichtbildes sieht und sich diese Teile zu dem entsprechenden Schichtbild ergänzen. Grund dafür ist, daß unter Linsen gleicher Brennweite die verschiedenen, jedoch kompletten "Ansichten" von zweidimensionalen Schichtbildern dargestellt sind.

Neben der rechnergestützten Erzeugung können die Ansichten der beschriebenen Art bzw. die sie sichtbar machenden Anordnungen ebenso vermittels eines speziellen Aufnahmeverfahrens erzeugt werden.

Hierzu geeignet ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung eines aus verschiedenen Ansichten zusammengesetzten Bildes, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Vorgabe einer Anzahl n_max.m_max paarweise verschiedener Betrachtungspositionen,
b) Sichtbarmachung genau eines Schichtbildes aus n_max Schichtbildern bzw. eines Teiles eines Schichtbildes, wobei ein Schichtbild vorzugsweise Informationen über die Gestalt einer Szene bzw. eines Gegenstandes in einer bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes enthält,
c) gleichzeitige oder sequentielle Aufnahme des sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. der sichtbar gemachten Teile eines Schichtbildes aus genau m_max der n_max.m_max verschiedenen Betrachtungspositionen auf einem Aufnahmemedium,
d) (n_max-1)-faches Wiederholen der Schritte b) und c) zur Aufnahme von insgesamt n_max.m_max Ansichten von Schichtbildern bzw. Schichtbilderteilen.

Vermöge dieses Verfahrens werden jeweils m_max Ansichten von jedem der n_max Schichtbilder bzw. Teile von Schichtbildern aufgezeichnet. Die zweidimensionalen Schichtbilder sollten nicht zwingend, aber bevorzugt eben sein.

Vorzugsweise werden bei der Ausführung des Verfahrens die verschiedenen Schichtbilder bzw. Teile verschiedener Schichtbildes bei jeder Ausführung des Schrittes b) in einer jeweils anderen Ebene sichtbar gemacht, günstigenfalls jedoch in einer Ebene, die der bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes, aus der die Informationen des sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. der sichtbar gemachten Teile eines Schichtbildes über die Gestalt die Szene bzw. eines Gegenstandes herrühren, korrespondiert.

Jede der in Schritt a) vorgegebenen Betrachtungspositionen, d. h. Aufnahmepositionen, kommt bei allen Ausführungen in Schritt c) insgesamt nur genau einmal zur Anwendung.

Weiterhin findet bei jeder Ausführung des Schrittes c) die Aufnahme unter Verwendung mindestens eines optischen Abbildungselementes statt. Bevorzugt ist nun für jede Ausführung des gesamten Schrittes c) jeweils ein in mindestens einem optisch relevanten Parameter abweichendes Abbildungselement vorgesehen.

Bei einer günstigen Ausgestaltung wird ein multifokales Linsenarray verwendet, welches die optischen Abbildungselemente enthält, wobei vorzugsweise eine Anzahl n_max.m_max optischer Abbildungselemente auf dem Linsenarray vorgesehen ist. Bei einer solchen Ausbildung ist jedem der n_max.m_max Teile des Rasters genau ein Abbildungselement zuweisbar.

Die Erzeugung eines aus verschiedenen Ansichten zusammengesetzten Bildes im Sinne der Erfindung ist auch möglich mit einer Anordnung, umfassend

- Mittel zur sequentiellen Sichtbarmachung jeweils eines Schichtbildes bzw. eines Teiles eines Schichtbildes, wobei ein Schichtbild vorzugsweise Informationen über die Gestalt einer Szene bzw. eines Gegenstandes in einer bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes enthält, und
- Mittel zur gleichzeitigen oder sequentiellen Aufnahme des jeweils sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. des sichtbar gemachten Teiles eines Schichtbildes aus jeweils genau mmax paarweise verschiedenen Betrachtungspositionen.

Favorisiert wird hier eine Ausgestaltung, die vorsieht, daß die Mittel zur sequentiellen Sichtbarmachung so ausgelegt sind, daß die Schichtbilder bzw. Teile eines Schichtbildes in einer jeweils anderen Ebene sichtbar gemacht werden, vorzugsweise in einer Ebene, die der bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes, aus der die Informationen des sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. der sichtbar gemachten Teile eines Schichtbildes über die Gestalt die Szene bzw. eines Gegenstandes herrühren, korrespondiert.

Dabei können die Mittel zur Sichtbarmachung mindestens ein Bildwiedergabegerät, vorzugsweise ein LC-Display, umfassen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Mittel zur gleichzeitigen oder sequentiellen Aufnahme mindestens ein lichtempfindliches Medium, vorzugsweise einen fotografischen Film oder ein CCD-Array, umfassen. Selbstverständlich sind auch hier andere Ausbildungsformen denkbar.

Fernerhin kann die Relativposition zwischen den Mitteln zur Sichtbarmachung und den Mitteln zur gleichzeitigen oder sequentiellen Aufnahme variierbar sein, etwa durch die Anordnung beider Mittel auf einer Schiene. Dadurch kann die Korrelation der Herkunftsebene eines Schichtbildes zur Ebene der Sichtbarmachung bei der Aufnahme in einfacher Weise berücksichtigt werden, indem die Relativposition geeignet verändert wird. Der Justieraufwand wird begrenzt gehalten.

Die Mittel zur gleichzeitigen oder sequentiellen Aufnahme des jeweils sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. des sichtbar gemachten Teiles eines Schichtbildes verfügen weiterhin korrespondierend zu jeder einzelnen Betrachtungsposition über mindestens ein optisches Abbildungselement, welches sich im Abbildungsstrahlengang befindet. Bei dem optischen Abbildungselement kann es sich beispielsweise um eine Linse handeln.

Bevorzugt sind für die verschiedenen Aufnahmen jeweils ein- und desselben Schichtbildes bzw. eines Teiles ein- und desselben Schichtbildes optische Abbildungselemente vorgesehen, die im wesentlichen gleiche optische Eigenschaften aufweisen, während die optischen Abbildungselemente für die Aufnahmen paarweise verschiedener Schichtbilder bzw. Teile paarweise verschiedener Schichtbilder in jeweils mindestens einem optischen Parameter voneinander abweichen. Ein einfach zu realisierender abweichender Parameter ist in diesem Zusammenhang bevorrechtet die Brennweite.

Damit ergibt sich ein multifokales Linsenarray, welches die optischen Abbildungselemente (Linsen teilweise verschiedener Brennweiten) enthält.

Um die Handhabung der Anordnung zu erleichtern, hat es sich bewährt, einen segmentweise ansteuerbaren Shutter im Strahlengang zwischen den Mitteln zur Aufnahme und den Mitteln zur Sichtbarmachung anzuordnen. Der jeweilige Teilbereich des Strahlenganges, der zu genau einer Ansicht eines Schichtbildes bzw. eines Teiles eines Schichtbildes korrespondiert, wird nun durch die Segmente des Shutters je nach Ansteuerung freigegeben oder gesperrt. Damit wird erreicht, daß die verschiedenen Ansichten eines Schichtbildes bzw. Ansichten von Teilen eines Schichtbildes ohne Eile nacheinander aufgenommen werden können.

Im Rahmen der Erfindung liegt weiterhin ein Verfahren zur Darstellung von räumlich wahrnehmbaren Schichtbildern. Das Verfahren basiert insbesondere auf den eingangs beschriebenen Anordnungen zur Darstellung von Schichtbildern. Es umfaßt die folgenden Verfahrensschritte:

a) gleichzeitige Sichtbarmachung jeweils einer Anzahl m_max von von verschiedenen Betrachtungspositionen aus aufgenommenen Ansichten von jedem von n_max zweidimensionalen Schichtbildern bzw. Teilen von Schichtbildern, wobei ein Schichtbild vorzugsweise Informationen über die Gestalt einer Szene bzw. eines Gegenstandes in einer bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes enthält, und wobei n_max _≥ 2 und m_max ≥ 2 gilt,
b) Abbildung dieser Ansichten durch eine Anzahl n_max.m_max optischer Abbildungselemente, wobei die Abbildungselemente in eine Anzahl von n_max Gruppen aufteilbar sind, jede Gruppe genau m_max Abbildungselemente - bis auf die jeweilige Position - im wesentlichen gleicher optischer Parameter enthält, wobei die Abbildungselemente paarweise verschiedener Gruppen jeweils in mindestens einem optischen Parameter voneinander verschieden sind, und wobei alle Abbildungselemente einer der Gruppen jeweils den Ansichten genau eines Schichtbildes bzw. den Ansichten von Teilen eines Schichtbildes zugeordnet sind.

Es ist übrigens auch denkbar, die bei optischen Systemen mitunter auftretende Bildfeldwölbung hier als Vorteil auszunutzen: Insofern die zweidimensionalen Schichtbilder, die räumlich wahrnehmbar in verschiedenen Tiefen dargestellt werden, aus entsprechenden gekrümmten Schichten herrühren, wird deren Bildinformation positionsgerecht wahrnehmbar dargestellt, d. h. Bildinformation einer "krummen" Schicht wird auch als "krumme" Schicht dargestellt.

In Ausführung dieses Verfahrens wird ein räumlicher Eindruck in der weiter oben beschriebenen Art und Weise erzielt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird die Wirkungsweise hier nicht noch einmal detailliert erläutert.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung von verschiedenen Ansichten eines zweidimensionalen Schichtbildes,

Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung von Betrachtungspositionen für verschiedene Schichtbilder,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, auf der mehrere Ansichten mehrerer verschiedener Schichtbilder dargestellt sind, sowie Fig. 4 eine Prinzipskizze zu einem multifokalen Linsenarray.

Die Fig. 1 veranschaulicht trivial die Zuordnung von verschiedenen Ansichten eines zweidimensionalen Schichtbildes. Dabei zeigt das größere Rechteck schematisch ein zweidimensionales, in diesem Fall ebenes Schichtbild. Die vier verschiedenen Ansichten, die von unterschiedlichen Betrachtungs- bzw. Aufnahmepositionen aufgenommen sind, werden durch die kleineren Rechtecke B', B'', B''' und B"" schematisiert.
Fernerhin zeigt Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung von Betrachtungspositionen für verschiedene Schichtbilder. Die Zahlen 1-16 stehen für Betrachtungspositionen der vier verschiedenen Schichtbilder B, C, D und E. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufnahme wird von diesen vier Schichtbildern jeweils nur eines in der entsprechenden Ebene sichtbar gemacht. Beispielweise wird dann durch ein multifokales Linsenarray hindurch, welches in Fig. 4 dargestellt ist und in dessen unmittelbarer Nähe sich ein lichtempfindliches Medium, z. B. ein fotografischer Film befindet, jeweils an diesen Betrachtungspositionen eine entsprechende Aufnahme einer Ansicht getätigt. Ein für diesen Aufnahmevorgang eventuell nötiger elementweise ansteuerbarer Shutter ist zeichnerisch nicht dargestellt. Wie eingangs beschrieben wird bei der Darstellung jedes einzelnen Schichtbildes eine Anzahl mmax von Ansichten aufgezeichnet. Beispielsweise wird das Schichtbild B von den Positionen 1, 3, 9 und 11 aus aufgezeichnet, während des Schichtbild C von den Positionen 5, 7, 13 und 15 aus aufgezeichnet wird. Entsprechend korrespondieren auch die Betrachtungspositionen 2, 4, 10 und 12 bzw. 6, 8, 14 und 16 mit den Schichtbildern D bzw. E.
Das Ergebnis ist ein Film, auf dem jeweils m_max = 4 Ansichten (B', B", B''', B"" bzw. C', C", C''', C"" bzw. D', D", D''', D"" bzw. E', E", E''', E"") zu jedem der n_max = 4 Schichtbilder B bzw. C bzw. D bzw. E dargestellt sind. Gegebenenfalls kann noch eine Farbinvertierung des Fotonegativs durchgeführt werden.
Demnach existieren also n_max.m_max = 16 Ansichten der Schichtbilder, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind.
Die Fig. 3 zeigt inhärent eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, auf der je 4 Ansichten von je 4 verschiedenen Schichtbildern dargestellt sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine erfindungsgemäße Darstellung von Schichtbildern nach Fig. 3 erweitert um ein multifokales Linsenarray, welches in einer Prinzipskizze in Fig. 4 gezeigt ist. In Fig. 4 stehen die Zahlen in Klammern jeweils für eine bestimmte Brennweite. Daher bildet eine Linse mit der Brennweite (1), die beispielsweise einem Wert von f = 60 mm entspricht, eine der Ansichten (B', B", B''', B"") des Schichtbildes B ab. Beispielhaft können die Werte für die anderen Brennweiten betragen: bei (2) f = 75 mm, bei (3) f = 85 mm und bei (4) f = 100 mm.
Auf diese Weise kann wie oben beschrieben ein räumlicher Eindruck für mehrere Betrachter ohne Sehhilfe erzielt werden.
Die Erfindung bietet einige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Insbesondere bietet sie die Möglichkeit, verschiedene Ansichten zweidimensionaler Schichtbilder zu erzeugen bzw. darzustellen und diese im Zusammenhang mit einer hilfsmittelfrei räumlich wahrnehmbaren Darstellung zu nutzen. Bei einer solchen räumlichen Darstellung existiert der Konflikt aus Akkomodation und Konvergenz ("Entkopplungszwang") nicht mehr. Da für die Generation des räumlichen Eindrucks Linsen fester Brennweite eingesetzt werden, muß die Anordnung nicht mit teuren varifokalen Linsenarrays ausgestattet werden.

Claims

1. Anordnung zur Darstellung von Schichtbildern bestehend aus Mitteln zur Sichtbarmachung von mindestens zwei von verschiedenen Betrachtungspositionen aus aufgenommenen Ansichten eines zweidimensionalen Schichtbildes bzw. von Teilen eines Schichtbildes, wobei ein Schichtbild vorzugsweise Informationen über die Gestalt einer Szene bzw. eines Gegenstandes in einer bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Anzahl mmax von von verschiedenen Betrachtungspositionen aus aufgenommenen Ansichten für jedes von n_max verschiedenen Schichtbildern bzw. Teilen von Schichtbildern sichtbar gemacht wird, wobei n_max ≥ 1 und m_max ≥ 2 gilt und wodurch insgesamt n_max.m_max solcher Ansichten sichtbar gemacht werden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Sichtbarmachung ein Raster zur Bildwiedergabe aus Zeilen j und Spalten i beinhalten, wobei das Raster vorzugsweise als fotografischer Film, LC-Display oder als Plasma-Display ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einem Teil t_xy (x = 1 . . . x_max, y = 1 . . . y_max, wobei bevorzugt gilt x_max.y_max = n_max.m_max, d. h. es existieren genauso viele Teile des Rasters, wie Ansichten von Schichtbildern) des Rasters genau eine Ansicht der n_max.m_max aus verschiedenen Betrachtungspositionen aufgenommenen Ansichten der zweidimensionalen Schichtbilder bzw. der Teile von Schichtbildern zugeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Betrachtungsrichtung vor dem Raster zur Bildwiedergabe ein weiteres Raster mit optischen Abbildungselementen angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster mit optischen Abbildungselementen ein Linsenraster ist, auf dem Linsen mit n = 1 . . . n_max Brennweite(n) als optische Abbildungselemente ausgebildet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß allen Teilen t_xy des Rasters, auf denen jeweils ausschließlich Ansichten des gleichen Schichtbildes sichtbar gemacht werden, jeweils eine oder mehrere Linse(n) ein- und derselben Brennweite zugeordnet sind, während anderen Teilbereichen t_xy, auf denen jeweils Ansichten anderer Schichtbilder sichtbar gemacht werden, eine oder mehrere Linse(n) davon abweichender Brennweiten zugeordnet sind.

8. Verfahren zur Erzeugung eines aus verschiedenen Ansichten zusammengesetzten Bildes, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Vorgabe einer Anzahl n_max.m_max paarweise verschiedener Betrachtungspositionen,

b) Sichtbarmachung genau eines Schichtbildes bzw. eines Teiles eines Schichtbildes, wobei ein Schichtbild vorzugsweise Informationen über die Gestalt einer Szene bzw. eines Gegenstandes in einer bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes enthält,

c) gleichzeitige oder sequentielle Aufnahme des sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. der sichtbar gemachten Teile eines Schichtbildes aus genau m_max der n_max.m_max verschiedenen Betrachtungspositionen auf einem Aufnahmemedium,

d) (n_max-1)-faches Wiederholen der Schritte b) und c) zur Aufnahme von insgesamt n_max.m_max Ansichten von Schichtbildern bzw. Schichtbilderteilen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Schichtbilder bzw. Teile verschiedener Schichtbildes bei jeder Ausführung des Schrittes b) in einer jeweils anderen Ebene sichtbar gemacht werden, vorzugsweise jedoch in einer Ebene, die der bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes, aus der die Informationen des sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. der sichtbar gemachten Teile eines Schichtbildes über die Gestalt die Szene bzw. eines Gegenstandes herrühren, korrespondiert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der in Schritt a) vorgegebenen Betrachtungspositionen bei allen Ausführungen in Schritt c) insgesamt genau einmal zur Anwendung kommt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Ausführung des Schrittes c) die Aufnahme unter Verwendung mindestens eines optischen Abbildungselementes stattfindet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Ausführung des gesamten Schrittes c) jeweils ein in mindestens einem optisch relevanten Parameter abweichendes Abbildungselement vorgesehen ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein multifokales Linsenarray verwendet wird, welches die optischen Abbildungselemente enthält, wobei vorzugsweise eine Anzahl n_max.m_max optischer Abbildungselemente auf dem Linsenarray vorgesehen ist.

14. Anordnung zur Erzeugung eines aus verschiedenen Ansichten zusammengesetzten Bildes, umfassend
Mittel zur sequentiellen Sichtbarmachung jeweils eines Schichtbildes bzw. eines Teiles eines Schichtbildes, wobei ein Schichtbild vorzugsweise Informationen über die Gestalt einer Szene bzw. eines Gegenstandes in einer bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes enthält, und
Mittel zur gleichzeitigen oder sequentiellen Aufnahme des jeweils sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. des sichtbar gemachten Teiles eines Schichtbildes aus genau mmax paarweise verschiedenen Betrachtungspositionen.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur sequentiellen Sichtbarmachung so ausgelegt sind, daß die Schichtbilder bzw. Teile eines Schichtbildes in einer jeweils anderen Ebene sichtbar gemacht werden, vorzugsweise in einer Ebene, die der bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes, aus der die Informationen des sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. der sichtbar gemachten Teile eines Schichtbildes über die Gestalt die Szene bzw. eines Gegenstandes herrühren, korrespondiert.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Sichtbarmachung mindestens ein Bildwiedergabegerät, vorzugsweise ein LC-Display, umfassen und daß die Mittel zur gleichzeitigen oder sequentiellen Aufnahme mindestens ein lichtempfindliches Medium, vorzugsweise einen fotografischen Film oder ein CCD-Array, umfassen.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativposition zwischen den Mitteln zur Sichtbarmachung und den Mitteln zur gleichzeitigen oder sequentiellen Aufnahme variierbar ist, etwa durch die Anordnung beider Mittel auf einer Schiene.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 14-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur gleichzeitigen oder sequentiellen Aufnahme des jeweils sichtbar gemachten Schichtbildes bzw. des sichtbar gemachten Teiles eines Schichtbildes korrespondierend zu jeder einzelnen Betrachtungsposition über mindestens ein optisches Abbildungselement verfügen, welches sich im Abbildungsstrahlengang befindet.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß für die verschiedenen Aufnahmen jeweils ein- und desselben Schichtbildes bzw. eines Teiles ein- und desselben Schichtbildes optische Abbildungselemente vorgesehen sind, die im wesentlichen gleiche optische Eigenschaften aufweisen, während die optischen Abbildungselemente für die Aufnahmen paarweise verschiedener Schichtbilder bzw. Teile paarweise verschiedener Schichtbilder in jeweils mindestens einem optischen Parameter voneinander abweichen.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein multifokales Linsenarray enthält, welches die optischen Abbildungselemente enthält.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 14-20, dadurch gekennzeichnet, daß ein segmentweise ansteuerbarer Shutter im Strahlengang zwischen den Mitteln zur Aufnahme und den Mitteln zur Sichtbarmachung vorgesehen ist, dessen Segmente den jeweiligen Teilbereich des Strahlenganges, der zu genau einer Ansicht eines Schichtbildes bzw. eines Teiles eines Schichtbildes korrespondiert, je nach Ansteuerung freigeben oder sperren.

22. Verfahren zur Darstellung von räumlich wahrnehmbaren Schichtbildern, insbesondere unter Verwendung der Anordnungen nach den Ansprüchen 1 und 2, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

a) gleichzeitige Sichtbarmachung jeweils einer Anzahl m_max von von verschiedenen Betrachtungspositionen aus aufgenommenen Ansichten von jedem von n_max zweidimensionalen Schichtbildern bzw. Teilen von Schichtbildern, wobei ein Schichtbild vorzugsweise Informationen über die Gestalt einer Szene bzw. eines Gegenstandes in einer bestimmten Schicht der Szene bzw. des Gegenstandes enthält, und wobei n_max ≥ 2 und m_max ≥ 2 gilt,

b) Abbildung dieser Ansichten durch eine Anzahl n_max.m_max optischer Abbildungselemente, wobei die Abbildungselemente in eine Anzahl von n_max Gruppen aufteilbar sind, jede Gruppe genau m_max Abbildungselemente - bis auf die jeweilige Position - im wesentlichen gleicher optischer Parameter enthält, wobei die Abbildungselemente paarweise verschiedener Gruppen jeweils in mindestens einem optischen Parameter voneinander verschieden sind, und wobei alle Abbildungselemente einer der Gruppen jeweils den Ansichten genau eines Schichtbildes bzw. den Ansichten von Teilen eines Schichtbildes zugeordnet sind.