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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur autostereoskopischen Darstellung
einer auf einer Displayeinrichtung angezeigten stereoskopischen
Bildvorlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Verfahren
und Vorrichtungen zum Erzeugen und Anzeigen stereoskopischer Bildvorlagen
auf Displayeinrichtungen sind bekannt und bilden einen umfangreichen
Stand der Technik. Zur Erzeugung der stereoskopischen Bildvorlagen,
insbesondere zur Trennung der Bildinformationen für mindestens
zwei Beobachtungsperspektiven, werden die Bildinformationen perspektivisch
abhängig
aufgenommen. Diese werden durch geeignete Anzeigeverfahren an das linke
bzw. rechte Auge getrennt übermittelt.
Dazu existieren bereits eine Vielzahl von Verfahren. Es kann dazu
beispielsweise auf die Polarisation des Lichtesunter Verwendung
von polarisierenden Brillen bzw.Polarisationsarrays auf der Displayoberfläche und
vergleichbare Verfahren zurückgegriffen
werden.
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Bei
Anwendungen im Bereich der Displaytechnik werden dazu u.a. Polarisationsarrays
verwendet, die den Polarisationszustand, insbesondere die Polarisationsrichtung
des von den Bildpunkten des Displays ausgesandten Lichtes entweder
aktiv oder passiv so modifizieren, dass die betreffenden Bildpunkte
durch eine Analysatorbrille entweder vom linken oder rechten Auge
erkannt werden können. Dadurch
werden z.B. zwei kurzzeitig nacheinander übermittelte Bildinformationen
nacheinander unterschiedlich polarisiert, daher getrennt wahrgenommen wobei
diese dann in der Wahrnehmung des Betrachters zu einem räumlichen
Gesamteindruck verschmelzen.
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Die
Aufbringung eines Polarisationsarrays mit unveränderlichen unterschiedlichen
finalen Polarisationsrichtungen, z.B. durch spezielle LC-Displays,
ist technisch sehr aufwändig
und daher mit hohen Fertigungskosten verbunden. Eine breite Anwendung
eines derartigen Verfahrens wird durch diese Umstände verhindert.
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Weiterhin
sind nach dem Stand der Technik Shutterverfahren, insbesondere unter
Verwendung von Shutterbrillen, zur binokularen Trennung der Bildinformationen
gebräuchlich.
Diese Verfahren eignen sich jedoch nur bei Displays mit Bildwiederholraten
ab mindestens 100 Hz und sind für
LC-Displays, die bei wesentlich niedrigeren Wiederholraten arbeiten,
nicht praktikabel.
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Eine
ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Verwendung von Anaglyphenbrillen,
bei denen unterschiedlich farblich kodierte Bildinformationen durch
die ausblendende Wirkung von Farbfiltern binokular an die Augen
des Betrachters bereit gestellt werden, verfälscht die Farbwiedergabe und macht
eine echte vollfarbige Darstellung des angezeigten Bildmotivs schwierig
bis unmöglich.
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Eine
aus dem Stand der Technik bekannte Nutzung von Linsen-, Barriere-
bzw. Beleuchtungssystemen bei vorgegebenen Displays ist notwendigerweise
mit einem massiven Eingriff in die Displaytechnik verbunden und
verursacht eine Abnahme der resultierenden Auflösung bzw. der Bildhelligkeit.
Die resultierende Auflösung
hängt indirekt
proportional von der Anzahl der lateral nebeneinander angeordneten
Perspektivansichten, der so genannten lateralen Perspektivzahl,
ab und ist naturgemäß bei der Verwendung
von zwei Perspektivansichten am größten. Die zusätzliche
Verwendung weiterer lateraler Perspektivansichten verursacht demnach
eine weitere Auflösungsverringerung
der nativen Auflösung
des Displays.
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Allerdings
ist der orthoskopische Betrachtungsraum, d.h. der Raum aller möglichen
Beobachtungswinkel, von denen aus der Betrachter vor der angezeigten
stereoskopischen Bildvorlage einen korrekten räumlichen Bildeindruck wahrnehmen
kann, direkt von der lateralen Perspektivzahl abhängig. Sinkt
also die Perspektivzahl, erhöht
sich die Auflösung
der räumlichen
Darstellung, während
der orthoskopische Betrachtungsraum eingeschränkt wird.
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Bei
einer lateralen Perspektivzahl ab n = 2 berechnet sich die maximale
laterale Bewegungsfreiheit B im orthoskopischen Betrachtungsraum
unter idealen Bedingungen durch die Beziehung B = (n – 1) * A,
wobei A der Augenabstand, ist. Eine Vergrößerung der Bewegungsfreiheit
ist demnach nur durch eine Vergrößerung des
Augenabstandes oder durch eine Erhöhung der Perspektivzahl möglich. Da
der Augenabstand anatomisch und damit praktisch unveränderlich
vorgegeben ist, verbleibt zur Vergrößerung der Bewegungsfreiheit
demnach nur die Erhöhung
der Perspektivzahl, die, wie vorhergehend erwähnt, mit einer Verringerung
der resultierenden Auflösung
einher geht.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein für Displayeinrichtungen, insbesondere
für Flachdisplays,
beispielsweise LCD, Plasma- oder OLE-Displays, oder Displays, für die die
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht oder nur sehr
eingeschränkt
anwendbar sind, geeignetes Verfahren zur autostereoskopischen Bilddarstellung
anzugeben, bei dem insbesondere auch bei einer erhöhten Perspektivzahl
kein weiterer Auflösungsverlust
eintritt, bzw. mit dem die Perspektivzahl eines bestehenden Systems
ohne Auflösungsverminderung
erhöht werden
kann. Das Verfahren soll weiterhin eine weitgehend verzerrungsfreie
und farbechte Bildwiedergabe ermöglichen
und kostengünstig
für konventionelle
Displays implementierbar sein.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren zur autostereoskopischen Darstellung
einer auf einer Displayeinrichtung angezeigten stereoskopischen Bildvorlage
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche mindestens
zweckmäßige und/oder
vorteilhafte Erweiterungen bzw. Ausgestaltungen des Verfahrens beinhalten.
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Das
Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Grundlage einer von der Displayeinrichtung verursachten
und von einer Displayanalyseeinheit vermessenen intrinsischen perspektivabhängigen Leuchtdichte
einer Reihe von aktivierten Displayelementen, insbesondere einzelner
Pixel, Subpixel, Pixelgruppen und/oder dergleichen weiterer perspektivabhängiger Displaystrukturen,
eine selektive Zuordnung einzelner Perspektivansichten der stereoskopischen
Bildvorlage ausgeführt
und eine autostereoskopische Bilddarstellung erzeugt wird.
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Das
Verfahren nutzt die im Grunde nachteilige Eigenschaft gewisser Displaytechniken
aus, dass deren Leuchtdichte technisch bedingt keinesfalls isotrop
für alle
Betrachtungswinkel ist, sondern einer eindeutigen Richtungscharakteristik
unterliegt, die mit der Entfernung bzw. dem Betrachtungswinkel variiert.
Gewisse angeregte Displayabschnitte, beispielsweise Pixel, Pixelgruppen
usw., werden aus unterschiedlichen Perspektiven unterschiedlich
hell oder mit einer unterschiedlichen Färbung wahrgenommen. Ein Beispiel
für eine
extreme Richtungsabhängigkeit
der Bilddarstellung ist das bei LC-Displays als „Kippeffekt" bekannte Verhalten,
bei dem bei einer gewissen, von der orthogonalen stark abweichenden
Perspektive das ganze Bild plötzlich
als Negativ erscheint. Andere Richtungsabhängigkeiten entstehen auch bei
anderen Displaytechniken z.B. durch Fertigungstoleranzen, anisotrope
Beleuchtung oder Abstrahlung, Materialinhomogenitäten, mikrodeformierte
Oberflächen,
insbesondere bei Displaygläsern,
Schichtdickenvarianzen, ungleichmäßige Absorption, Streuung,
Beugung, Brechung oder Reflexion. Die Leuchtdichten der Displayabschnitte
weisen somit unterschiedliche Werte in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel
oder vom Abstand des Betrachters auf.
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Grundgedanke
des Verfahrens ist es nun, diese anisotrope nachteilige Leuchtdichtencharakteristik
dazu zu nutzen, um Perspektivansichten aus einer vorgegebenen stereoskopischen
Bildvorlage so anzuzeigen, dass aufgrund der perspektivabhängigen Leuchtdichtecharakteristik
des Displays jedes Auge des Betrachters mit einer unterschiedlichen Perspektivansicht
der stereoskopischen Bildvorlage versorgt wird. Dabei nimmt das
eine Auge des Betrachters aufgrund der anisotropen Leuchtdichte
ausschließlich
Displaybestandteile wahr, die zu einer ersten Perspektivansicht
gehören,
während
das andere Auge ebenfalls aufgrund der anisotropen Leuchtdichte
ausschließlich
Displayabschnitte wahrnimmt, die zu einer zweiten Perspektivansicht
gehören.
Diese unterschiedlichen Perspektivansichten werden im Bewusstsein
des Betrachters zu einem räumlichen
Bildeindruck zusammengefügt.
Im Ergebnis erscheint somit auf dem konventionellen Display ein
räumliches
Bild, ohne dass das Display dafür
in besonderer Weise verändert
oder hergerichtet zu werden braucht.
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Die
perspektivabhängige
Leuchtdichte des aktivierten Displayelements wird vorab aus einer
Reihe unterschiedlicher Betrachtungspositionen, insbesondere unterschiedlichen
Abständen
zwischen Bildanalyseeinheit und Display und/oder unterschiedlichen
Beobachtungswinkeln, durch eine Bildanalyseeinheit be stimmt. Dabei
wird dem Displayelement eine abstands- und/oder winkelabhängige Leuchtdichteindikatrix
zugeordnet.
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Die
Leuchtdichteindikatrix gibt als Messergebnis die winkel- bzw. abstandsabhängigen Leuchtdichtewerte
des entsprechenden Displaybestandteils an und bildet eine zweckmäßige und
leicht analysierbare Vergleichs- und Auswertemöglichkeit für die von der Displayanalyseeinheit
ermittelten Leuchtdichtewerte des Displaybestandteils. Damit ist
für jeden Displaybestandteil,
d.h. im Prinzip für
jeden Pixel oder Subpixel, dessen winkel- und/oder entfernungsabhängige Leuchtdichte
bekannt, sodass eine Zuordnung jedes Displaybestandteils zu einer
oder mehreren Perspektivansichten der stereoskopischen Bildvorlage
in einer eindeutigen Weise möglich
ist.
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Die
Leuchtdichteindikatrix kann auf verschiedene Arten ermittelt werden.
Bei einer ersten Ausführungsform
wird die Leuchtdichteindikatrix des Displaybestandteils seriell
bestimmt. Dabei wird durch das Display der Displaybestandteil angesteuert
und mindestens eine Kamera definiert über den Bereich der Displayfläche bewegt
und eine Reihe von perspektivabhängigen
Leuchtdichten des angesteuerten Displaybestandteils zeitlich aufeinander
folgend registriert.
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Die
Leuchtdichteindikatrix des Displaybestandteils ergibt sich somit
bei dieser Ausführungsform
durch einen Scan-Vorgang einer mechanisch über das Bildmotiv bewegten
Kamera, wobei die aktuell gemessene Leuchtdichte zusammen mit der
aktuellen Stellung des Betrachtungswinkels während der Verschiebung, dem
aktuellen Abstand zwischen Kameraeinrichtung und Bildmotiv und dem
aktuell angesteuerten Displaybestandteil fortlaufend gespeichert
und dem Displaybestandteil zugeordnet wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
wird die Leuchtdichteindikatrix des Displaybestandteils parallel
bestimmt. Hierbei wird der Displaybestandteil aktiviert, wobei ein
Kameraarray eine Reihe von perspektivabhängigen Leuchtdichten des momentan
aktiven Displaybestandteils im wesentlichen gleichzeitig registriert.
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Die
Leuchtdichteindikatrix ergibt sich bei dieser Ausführungsform
durch die einzelnen Leuchtdichtewerte in jeder Kamera auf dem Array,
wobei die einzelnen Beobachtungswinkel bezüglich des aktivierten Displaybestandteils
für jede
Ka mera bekannt sind. Auch bei dieser Ausführungsform wird die so ermittelte
Leuchtdichteindikatrix dem betreffenden Displaybestandteil zugeordnet.
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Die
serielle Leuchtdichtemessung bietet den Vorteil einer relativ einfachen
Kameraanordnung mit nur einer Kamera, erfordert jedoch eine Verschiebemechanik
mit möglichst
geringer Trägheit
und Einstellzeit und einer vergleichsweise hohen Einstellpräzision.
Die parallele Leuchtdichtemessung erlaubt eine relativ schnelle
Erfassung der Leuchtdichteindikatrix in einer stationären Kameraanordnung
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Natürlich kann
bei einer weiteren Ausführungsform
die Leuchtdichteindikatrix des Displaybestandteils kombiniert sowohl
parallel, als auch seriell bestimmt werden.
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Eine
Gesamtheit von Leuchtdichteindikatrizen für jeden Displaybestandteil
wird vermessen und in einer Speichereinheit gespeichert. Damit liegt
für jeden
Displaybestandteil eine eindeutig bestimmte Leuchtdichteindikatrix
vor, die als eine das Display charakterisierende Datenmenge die
Grundlage für weitere
Verfahrensschritte bildet.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt werden Bildabschnitte der Perspektivansichten
der dreidimensionalen Bildvorlage Displayabschnitten mit abschnittsweise übereinstimmenden
perspektivabhängigen
Leuchtdichteindikatrizen zugewiesen und durch diese Displayabschnitte
angezeigt.
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Damit
legen die Verläufe
der Leuchtdichteindikatrizen fest, welche Perspektivansicht der
stereoskopischen Bildvorlage auf welchem Displayabschnitt zuzuordnen
und anzuzeigen ist. Ein Displayabschnitt, dessen Leuchtdichteindikatrix
zum Beispiel ein Maximum in einer bestimmten Beobachtungsrichtung
aufweist, wird somit einer eindeutigen Perspektivansicht aus der
stereoskopischen Bildvorlage zugewiesen.
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Vorteilhafterweise
wird aufgrund der Parameter der gemessenen Leuchtdichteindikatrizen,
insbesondere deren Leuchtdichte- und Kontrastverhältnisse,
der Beobachtungsabstände,
der Beobachtungswinkel, eines richtungsabhängigen Kontrastes und dergleichen
Größen, wird
durch eine Zuordnungseinheit eine Zuordnungsvorschrift in Form einer
Kombinationstabelle erzeugt. Dabei wird durch die Kombinationstabelle
eine parameterabhängige Zuordnung
der Displayabschnitte zu den einzelnen Perspektivansichten der stereoskopischen
Bildvorlage festgelegt und ausgeführt.
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Dies
ermöglicht
es, zum einen eine Reihe von Auswahl- bzw. Zuordnungskriterien festzulegen und
zum anderen die Zuordnung der betreffenden Displayabschnitte durch
die bestehenden Kombinationstabellen algorithmisch fortlaufend auszuführen, wobei
die Perspektivansichten vollständig
automatisch den Displayabschnitten zugeordnet werden können.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Gesamtheit messpositionsabhängiger Kombinationtstabellen
verwaltet. Dabei kann durch Auswahl einer geeigneten Kombinationstabelle
eine Anpassung auf eine veränderte
Betrachtungsposition ausgeführt werden.
Das bedeutet, dass die autostereoskopische Bilddarstellung nicht
ausschließlich
auf eine bestimmte Entfernung zwischen Betrachter und Display festgelegt
ist, sondern gegebenenfalls auch auf mindestens eine weitere Position
des Betrachters angepasst werden kann.
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Diese
Ausgestaltung berücksichtigt
somit, dass sich die Zuordnung eines Displayabschnittes zu einer
bestimmten Perspektivansicht bei einer veränderten Betrachtungsposition
verändert
und somit anders vorgenommen werden muss. Dazu wird auf diejenige
Kombinationstabelle zurückgegriffen,
die dieser Betrachtungsposition entspricht und aufgrund dieser neuen
Kombinationstabelle die veränderte
Zuordnung zwischen den Displayabschnitten und den Perspektivansichten
der stereoskopischen Bildvorlage ausgeführt.
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Die
Auswahl der geeigneten Kombinationstabelle kann bei einer vorteilhaften
Ausführungsform interaktiv
erfolgen. Dabei wird die Position des Betrachters, insbesondere
dessen Kopf- und/oder Augenposition, erfasst und die erfasste Position
in einen Auswahlparameter für
die Kombinationstabelle überführt.
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Der
Betrachter kann somit seine Position bezüglich des Bildmotivs verändern, wobei
diese Positionsveränderung
gemessen wird. Daraufhin wird aus der nunmehr gegebenen neuen Position
ein Auswahlparameter gewonnen, der wiederum die Aktivierung einer
bestimmten Kombinationstabelle für
diese Betrachterposition hervorruft. Die Zuordnung zwischen Betrachterposition,
Auswahlparameter und Kombinationstabelle wird dabei selbsttätig ausgeführt; wobei
es da durch dem Betrachter ermöglicht wird,
die autostereoskopische Bilddarstellung auch von einer anderen Betrachtungsposition
aus einwandfrei wahrnehmen zu können.
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In
Verbindung mit den dargestellten Verfahrensschritten bzw. Ausgestaltungen
kann eine optionale Vorgabe eines richtungsselektiven Elementes zu
mindestens einer Perspektivansicht ausgeführt werden. Dabei wird das
richtungsselektive Element an die Struktur der Perspektivansicht,
insbesondere an deren Kontur, Teilabschnitte mit einer gewissen displayspezifisch
unzureichenden Kontrastwirkung und/oder an eine vorgegebene Betrachtungsposition angepasst.
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Das
richtungsselektive Element dient dazu, für gewisse Bestandteile, die
in mehr als einer Perspektivansicht auftreten, eine stereoskopische
Darstellung zu ermöglichen.
Dabei werden gewisse Bildabschnitte oder Teilabschnitte der Perspektivansichten,
die eigentlich Displayabschnitten zuzuordnen sind, deren Leuchtdichteindikatrizen
keine eindeutige Perspektivenabhängigkeit
zeigen, teilweise anderen Displayabschnitten mit einer stärker strukturierten
Leuchtdichteindikatrix zugeordnet.
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Für Displayabschnitte,
deren Leuchtdichteindikatrizen keine ausreichende Perspektivenabhängigkeiten
zeigen, kann durch Verwendung eines zusätzlichen, dem jeweiligen Displayabschnitt
zugeordnetem, richtungsselektiven Elementes eine Richtungsabhängigkeit
erzeugt werden Die erwähnte
perspektivabhängige
Leuchtdichte kann entweder eine Helligkeit eines Displayabschnittes,
oder einen Farbwert eines Displayabschnittes umfassen. Weiterhin kann
die perspektivabhängige
Leuchtdichte sowohl die Helligkeit als auch den perspektivabhängigen Farbwert
des Displayabschnittes umfassen.
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Es
ist somit zweckmäßig, die
perspektivabhängige
Displaycharakteristik hinsichtlich eines möglichst umfassenden Parametersatzes
zu erfassen, auszuwerten und für
das Verfahren nutzbar zu machen.
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Eine
Anordnung zum Ausführen
des Verfahrens zur autostereoskopischen Darstellung einer auf einer
Displayeinrichtung angezeigten stereoskopischen Bildvorlage ist
durch mindestens folgende Systemkomponenten gekennzeichnet: Die
Anordnung enthält
mindestens eine Displayeinheit mit einer entfernungs- und winkelabhängigen Leuchtdichtecharakteristik,
eine Bildanalyseeinheit zum Registrieren winkel- bzw. abstandsabhängiger Leuchtdichtewerte
der Displayeinheit, eine Speichereinheit für gemessene Leuchtdichteindikatrizen,
eine Vergleichs- und Zuordnungseinheit für die gespeicherten Leuchtdichteindikatrizen
und Bildabschnitte und eine Speichereinheit für stereographische Bildvorlagen.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
umfasst die Displayanalyseeinheit mindestens eine in einem definierten
Abstand zur Displayoberfläche
angeordnete und zwischen mindestens zwei vorgegebene Positionen
verschiebbare und das Licht von einem momentan aktivierten Abschnitt
des Displays seriell empfangende Kamera.
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Die
Kamera führt
in diesem Fall Bewegungen zwischen mindestens zwei Stellungen aus
und registriert von einem momentanen aktiven Abschnitt des Displays
dessen Leuchtdichte und bestimmt so perspektivenabhängig die
Leuchtdichteindikatrix dieses momentanen aktiven Displayabschnitts.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
besteht die Displayanalyseeinheit aus einem Kameraarray mit mindestens
zwei ortsfesten Kameras. Damit können
aus mindestens zwei Perspektiven Leuchtdichtemessungen des jeweils
aktiven Displayabschnitts parallel vorgenommen werden.
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Das
Verfahren bzw. die Anordnung sollen nun anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Es werden für
gleiche oder gleichwirkende Teile bzw. Verfahrensbestandteile die
selben Bezugszeichen verwendet. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten 1 bis 8.
Es zeigt:
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1 eine
beispielhafte Darstellung einer aus vier Perspektivansichten bestehenden
stereoskopischen Bildvorlage,
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2 eine
beispielhafte Darstellung einer anisotropen Leuchtdichtecharakteristik
eines Displays,
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3 eine
beispielhafte Displayanalyse in einer ersten Ausführungsform,
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4 eine
beispielhafte Displayanalyse in einer zweiten Ausführungsform,
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5 eine
beispielhafte Kombinationstabelle,
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6a eine
beispielhafte Zuordnung einer Reihe von Perspektivansichten zu einer
Gesamtheit von Displayabschnitten,
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6b eine
schematische Darstellung des durch die Zuordnung aus 6a gebildeten
orthoskopischen Betrachtungsraums,
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7 eine
schematische Darstellung einer barrierekorrigierten Kombinationstabelle,
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8 eine
beispielhafte Darstellung einer Gerätekonfiguration zum Ausführen des
Verfahrens
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Wie
aus der Theorie stereoskopischer Darstellungen bekannt ist, sind
mindestens zwei Perspektivansichten notwendig, die in geeigneter
Weise so kodiert und aufbereitet werden müssen, dass unter Verwendung
entsprechender Darstellungsmittel beide Perspektivansichten jedem
Auge des Betrachters getrennt präsentiert
werden können.
Beide Perspektivansichten werden im Bewusstsein des Betrachters
zu einem stereoskopischen, d.h. räumlich erscheinenden Bild zusammengefügt. Werden
mehr als zwei Perspektivansichten verwendet, so können jeweils
zwei Perspektivansichten aus dieser Gesamtheit geeignet kombiniert
werden, wodurch sich unterschiedliche räumliche Bildeindrücke ergeben.
Die Gesamtheit der, gegebenenfalls bereits zweckmäßig aufbereiteten,
Perspektivansichten bildet die stereoskopische Bildvorlage. Bei
der folgenden Beschreibung wird zunächst von einer bereits fertig
vorgegebenen stereoskopischen Bildvorlage ausgegangen. Weiterhin
wird beispielhaft gezeigt, auf welche Weise die gegebene stereoskopische
Bildvorlage auf einem Display mit intrinsischer anisotroper Leuchtdichtecharakteristik
dargestellt wird, sodass auf dem Display ein räumlicher Bildeindruck erscheint.
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In 1 ist
eine beispielhafte stereoskopische Bildvorlage BV dargestellt, die
aus vier Perspektivansichten PA1, PA2, PA3 und PA4 besteht. In der
linken Spalte sind die Perspektivansichten untereinander bildlich
dargestellt. Das abgebildete Objekt 0 besteht in diesem Beispiel
aus einem Hai im Vordergrund und einem dahinter angeordneten Löwen. Diese
sind bei unterschiedlichen Standorten vSt gegeneinander verschoben.
Die rechte Spalte zeigt die jeweiligen damit verbundenen Betrachtungspositionen
BP schematisch. Die erste Perspektivansicht PA1 entspricht in diesem
Falle einem linken Standort, die Perspektivansicht PA2 einem mittig-linken,
die Perspektivansicht PA3 einem mittig-rechten und die Perspektivansicht
PA4 einem rechten Standort.
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In 2 ist
schematisch ein Display D mit einer ausgesprochen eindeutigen anisotropen
Leuchtdichtecharakteristik dargestellt. Im Folgenden wird bei der
Verwendung des Begriffes der Leuchtdichte sowohl von der reinen
perspektivabhängigen
Helligkeit des Displayabschnittes im engeren Sinne, als auch von
dessen perspektivabhängigen
Farbwert ausgegangen. Die Vermessung der perspektivabhängigen Leuchtdichte
bzw. der Leuchtdichteindikatrix beschreibt somit gleichermaßen eine
Helligkeits- und eine Farbwertmessung. Diese können kombiniert oder getrennt
ausgeführt
werden und es können entweder
nur Helligkeits- oder nur Farbwertmessungen ausgeführt werden.
Die für
den Einzelfall zweckmäßige Vorgehensweise
richtet sich nach den jeweils vorliegenden und zu beachtenden Anwendungsbedingungen.
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Bei
einer Betrachtung des ansonsten definiert angesteuerten Displays
erscheinen dessen Pixel oder Subpixel bei einer unterschiedlichen
Perspektive unterschiedlich hell und/oder unterschiedlich farbig.
Dieser anisotrope Effekt ergibt sich aus der für das Display jeweils verwendeten
Technologie bzw. den bereits oben genannten fertigungsbedingten
Unregelmäßigkeiten.
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So
bestehen flüssigkristalline
Displays aus einer zwischen zwei transparenten Elektroden sandwichartig
eingeschlossenen flüssigkristallinen Schicht.
Die Grund- und/oder die Deckfläche
der flüssigkristallinen
Schicht, bzw. die transparenten Elektroden, bewirken eine Vororientierung
der flüssigkristallinen
Ordnung, die für
rückwärtig eingestrahltes Licht
entweder undurchlässig
oder transparent ist. Über
eine Anregung der transparenten Elektroden orientiert sich die innere
molekulare Ordnung der flüssigkristallinen
Schicht so um, dass die Transparenz der flüssigkristallinen Schicht verändert wird. Die
von der Perspektive abhängige
Leuchtdichte der Pixel ergibt sich dadurch, dass das durch die jeweilige
molekulare Ordnung modifizierte Licht eines Pixels im Grunde nur
in einer Raumrichtung oder einem mehr oder weniger beschränkten Raumbe reich
ordnungsgemäß wahrgenommen
werden kann, für
die die Länge
des Lichtweges, die Direktororientierung des Flüssigkristalls und die Durchlassrichtung
der polarisierenden Deckfläche
gerade so übereinstimmen,
dass der Pixel für
den Betrachter den notwendigen Helligkeits- oder Farbwert zeigt.
Befindet sich der Betrachter außerhalb
dieses Raumbereichs erscheint der Pixel dunkel oder verfärbt. Ein
solcher Effekt zeigt sich bei derartigen Flüssigkristalldisplays als „Kippeffekt", bei dem in einer
bestimmten Displaystellung unter Umständen die Helligkeitswerte der
Pixel für
den Betrachter so umschlagen können,
dass das abgebildete Motiv in einer Negativdarstellung erscheint.
Billige und in ihrem Aufbau einfache Flüssigkristalldisplays, die beispielsweise
als Farbdisplays für
Mobiltelefone eingesetzt werden, zeigen diesen eigentlich unerwünschten
Effekt außerordentlich deutlich.
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Bei
Lumineszenzdisplays, insbesondere Plasmadisplays, ergibt sich der
anisotrope Leuchtdichteneffekt durch die Gestaltung der Lumineszenzzellen.
Diese bestehen jeweils aus einer Vertiefung, die mit einem Gas angefüllt ist,
das über
eine Ansteuerungselektronik angeregt und zur Emission zunächst unsichtbarer
Lumineszenzstrahlung angeregt wird. Die Vertiefungen sind mit einer
Beschichtung ausgekleidet, die die von dem Gas emittierte Lumineszenzstrahlung
in sichtbares Licht umwandeln. Bedingt durch die geometrische Gestalt
der Vertiefungen kann das erzeugte sichtbare Licht nur aus einem
entsprechenden Raumbereich wahrgenommen werden, der nicht durch
die Tiefe der Lumineszenzzelle verdeckt wird.
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Bei
beiden Ausführungsformen
der Displays wird somit die anisotrope Leuchtdichte nicht zusätzlich hervorgerufen,
sondern ist technisch bedingt und somit intrinsisch vorhanden. Es
ist zu betonen, dass es für
das erfindungsgemäße Verfahren
und die nachfolgenden Ausführungsbeispiele
nicht wesentlich ist, auf welche Weise der anisotrope Leuchtdichteneffekt
zustande kommt. Vielmehr ist ganz allein der Umstand ausschlaggebend,
dass dieser Effekt bei dem betreffenden Display ganz unabhängig von der
konkret vorliegenden Technologie des Displays auftritt und nachweisbar
ist.
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2 zeigt
diesen anisotropen Leichtdichteeffekt schematisch. Ire der linken
Spalte der Figur ist eine Abfolge verschiedener Ansichten eines
Displays D und des jeweils bei der betreffenden Ansicht wahrnehmbaren
Displayabschnitts aD1, aD2, aD3, aD4 usw, gezeigt. In der rechten
Spalte der Figur sind die dazugehö rigen Kamerapositionen K1,
K2, K3 und K4 zugeordnet. Die Figur zeigt, dass aus der Kameraposition
K1 ein rechts lokalisierter Displayabschnitt aD1 zu erkennen ist,
der sich bei den Kamerapositionen K2 und K3 zu den Positionen aD2
und aD3 verschiebt, bis bei der Kameraposition K4 nur ein links angeordneter
Displayabschnitt aD4 erkennbar ist. Das hier schematische Display
würde somit
bei binokularer frontaler Betrachtung nur die Vereinigung der Displayabschnitte
aD2 und aD3 zeigen. Bei den monokularen Kamerapositionen K1 bis
K4 sind die wahrnehmbaren Displaybereiche jeweils einzeln auf die
Bereiche aD1 bis aD4 beschränkt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zielt im wesentlichen darauf ab, den jeweils bei bestimmten Kamerapositionen
Kn erkennbaren Displaybereichen aDn verschiedene Perspektivansichten
Pn der gegebenen stereoskopischen Bildvorlage BV zuzuordnen. In
diesem Fall nimmt das rechte Auge des Betrachters eine erste Perspektivansicht
und das linke Auge eine zweite Perspektivansicht wahr und es entsteht auf
dem Display ein räumliche
Bildeindruck.
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Je
nach Displaytyp können
unterschiedliche Anzahlen einzelner Perspektivansichten dargestellt werden.
Dazu muss die anisotrope Leuchtdichtecharakteristik jedes einzelnen
Pixels bekannt sein oder-vorab ermittelt werden. Nachfolgend können dann
die jeweiligen Perspektivansichten auf die so vermessenen Pixel
verteilt werden.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 zunächst der
Verfahrenschritt zum Bestimmen der anisotropen Displaycharakteristik
beschrieben. Aus Gründen
der Einfachheit wird dieser Verfahrensschritt beispielhaft anhand
der Analyse einer Displayzeile und insbesondere an einem einzelnen
Pixel P gezeigt. Dabei ist klar, dass diese Art der Informations-
und Bildverarbeitung in der entsprechenden Weise für jede Displayzeile
und jeden Pixel oder dem entsprechenden Displayabschnitt auszuführen ist. 3 zeigt
ein Beispiel einer einfachen binokularen Leuchtdichtedetektion mit
einer zunächst
stationären,
fest installierten Kameraanordnung aus zwei Kameras, 4 zeigt
eine verbesserte Variante der Leuchtdichteerfassung mittels eines Kameraarrays
aus n Kameras.
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3 verdeutlicht
einige grundlegende Verfahrensschritte und Prozessgrößen. In
der Figur ist eine beispielhafte Displayzeile DZ dargestellt, wobei in
diesem Beispiel momentan ein Pixel P definiert aktiviert ist. In
einem Abstand a befindet sich eine Anordnung K aus einzelnen Kameras
K1 und K2, die auf einer im wesentlichen parallel zur Displayzeile
DZ gerichteten Strecke b angeordnet sind. Der Ort der Kameras ist
hierbei eindeutig durch die Angabe des Abstandes a zwischen der
Displayzeile DZ und der Strecke b sowie durch die Position b(i)
der gesamten Kameraanordnung bestimmt. Die Kameras selbst befinden
sich auf den Positionen b(i2) und b(i2) in einem Abstand A zueinander.
Dieser kann insbesondere dem natürlichen
Augenabstand entsprechen. Mit einer derartigen besonders einfachen
Anordnung lassen sich mindestens zwei Perspektiven finden, bei denen
das Display, bzw. dessen Abschnitte und Pixel, mit einer unterschiedlichen
auf den jeweiligen Kamerastandort bezogenen Leuchtdichte erscheinen.
In diesem Fall wäre
somit die Zuordnung von zwei Perspektivansichten auf die Pixel des
Displays möglich.
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Der
aktivierte Pixel P weist eine displaytechnisch bedingte anisotrope
Leuchtdichtecharakteristik auf, die von dem Abstand a und den Positionen
auf der Strecke b abhängt.
Bei einem fest vorgegebenen Abstand a variiert die von dem Pixel
P erzeugte Leuchtdichte L nur entlang der Strecke b und hängt somit
in guter Näherung
nur von den Detektionswinkeln α(a;b(i1))
bzw. α(a;(b(i2))
ab. Die somit im wesentlichen nur winkelabhängige Leuchtdichte L entlang
der Strecke b wird als Leuchtdichteindikatrix LI bezeichnet. Jeder
Punkt der Leuchtdichteindikatrix beschreibt dabei die von der Stellung
der Kameraanordnung abhängige
Leuchtdichte. In dem Beispiel aus 2 sind dies
die Leuchtdichten L(a;b(i1)) und L(a;b(i2) für jede der beiden Kameras.
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Diese
Leuchtdichtewerte werden durch beide Kameras K1 und K2 und somit
aus unterschiedlichen Ansichten registriert. In dem Beispiel aus 3 ist
auch eine kombinierte Registrierung aus einer seriellen und einer
parallelen Messwerterfassung möglich.
Dies geschieht dadurch, indem die Kameras K1 und K2 nicht ortsfest
montiert sind, sondern zunächst als
Gesamtheit in Form der Kameraanordnung K entlang der Strecke b mechanisch
an eine Reihe von Positionen definierter Punkten b(i) verschoben
werden und dort im wesentlichen gleichzeitig die Leuchtdichten L(a;
b(i1)) bzw. L(a; b(i2)) messen. Diese Vorgehensweise der Erfassung
der Leuchtdichten vollzieht somit eine laterale Bewegung eines Betrachters mit
dem Augenabstand A gegenüber
der Displayzeile, also insbesondere dem aktiven Pixel P nach. Eine derartige
serielle Leuchtdichteerfassung des Pixels kann natürlich auch
durch eine einzelne Kamera ausgeführt werden, die auf der Strecke
b mit im Grunde beliebigen Schrittweiten bewegt wird.
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Im
Ergebnis dieser Leuchtdichteerfassung wird die Leuchtdichteindikatrix
LI punktweise, d.h. in Abhängigkeit
von den veränderlichen
Stellungen der Kameras K1 und K2 aufgenommen und gespeichert. Die
Erfassung der Leuchtdichten wird zweckmäßigerweise mit einer Bildwiederholrate
des Displays synchronisiert, sodass die registrierte Leuchtdichteindikatrix
LI eindeutig dem Pixel P zugeordnet ist. Alternativ dazu kann das
Display natürlich
auch durch eine Messsoftware definiert angesteuert werden, wobei
der jeweils angesteuerte Pixel in seinen Parametern Ort, Helligkeit
und/oder Farbwert definiert und bekannt ist. Es versteht sich, dass
in Abhängigkeit
vom Öffnungswinkel
der Kameras K1 bzw. K2 auch größere oder
kleinere Bildbestandteile als der aktive Pixel P erfasst werden
können.
Dies stellt im Falle der gezielten Ansteuerung des Pixels prinzipiell kein
Problem dar. Die Kamera muss den Pixel nicht unbedingt bildmäßig erfassen,
sondern es genügt eine
Intensitätsmessung
des Pixels durch der Kamera. Sofern sich das Display mitsamt der
Kameraeinrichtung innerhalb eines von der Umgebung abgetrennten
und abgedunkelten Raumbereichs befindet, bildet der angesteuerte
Pixel für
die Kameraanordnung die einzige Lichtquelle und der Öffnungswinkel der
Kamera kann aus diesem Grunde vernachlässigt werden.
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Im
Falle einer freistehenden Anordnung aus Kamera und Display ist die
Leuchtdichteerfassung durch die Kameras K1 und K2 mit der Bildwiederholrate
des Displays geeignet zu synchronisieren, sodass alle Pixel aus
dem Areal eines Bildabschnittes erfasst werden, die durch die Öffnungswinkel
der Kameras K1 bzw. K2 gegeben sind. Dies lässt sich beispielsweise in
der Weise lösen,
dass die Leuchtdichteindikatrizen jedes durch die Kameras erfassten Bildabschnittes
fortlaufend aufgenommen und sortiert werden, wobei die Leuchtdichteindikatrix
jedes Bildabschnitts nach und nach durch das Zusammenspiel von Bildwiederholrate
und Kamerabewegung vervollständigt
wird.
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Aus
diesem Grund ist eine durchgehend parallele Erfassung der Leuchtdichteindikatrix
eines Bildabschnittes, insbesondere des Pixels P, weitaus vorteilhafter. 4 zeigt
ein diesbezügliches
Beispiel. Die Kameraanordnung ist in diesem Fall als ein stationäres, im
Abstand a bezüglich
der Displayzeile DZ angeordnetes lineares Kameraarray KA aus n im wesentlichen äquidistanten
Kameras an Positionen K1, K2, K3,..., Kn ausgebildet. Die jeweiligen
Abstände
zwischen den Kamerapositionen K1 bis Kn können den durchschnittlichen
Augenabständen
entsprechen. Zweckmäßiger ist
jedoch ein Kameraarray, bei dem die Kamerapositionen ganzzahlige
Bruchteile des durchschnittlichen menschlichen Augenabstandes, beispielsweise
1/2, 1/3, 1/4 usw. betragen, oder hinreichend fein sind, um eine
gewisse Variabilität
des Augenabstandes nachzuvollziehen. Der aktive Pixel P wird im
wesentlichen gleichzeitig von allen n Kameras des Arrays aus den
entsprechenden n Kamerasperspektiven erfasst, wobei die Leuchtdichteindikatrix
LI des Pixels P sofort ausgelesen und gespeichert wird. Bei dieser
Vorgehensweise wird die Leuchtdichtemessung durch das Kameraarray
KA günstigstenfalls
mit der Abtastrate jedes Pixels P synchronisiert oder der Pixel
durch eine Messsoftware gezielt angesteuert, wobei dessen Eigenschaften, insbesondere
Helligkeitwert und Farbwert, objektiv vorgegeben werden können.
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Das
Kameraarray KA kann sowohl als ein eindimensionales lineares, als
auch als ein zweidimensionales Array ausgebildet sein. Ein flächiges Array
erlaubt die Registrierung einer räumlichen Leuchtdichteindikatrix
für des
Pixel bzw. jeden Displayabschnitt und die Ermittlung zusätzlicher
Indikatrixinformationen, bringt aber hinsichtlich der Perspektivzahl
im wesentlichen keinen Vorteil, da die stereographische Bildvorlage
immer auf die natürliche
lineare Augenanordnung des Betrachters angepasst werden muss. Im
Falle eines flächigen
Arrays können jedoch
die zu den einzelnen Kamerapositionen K1 bis Kn gehörenden vertikalen
Array-Spalten zu einer Kameraspalte verschaltet sein, wobei jede
Einzelkamera aus dieser Spalte die Leuchtdichte eines Pixels auf
dem Display aus einem möglichst
minimalen Abstand und in einer möglichst
horizontalen Richtung detektieren kann.
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Wie
erwähnt,
müssen
die Kameras aus den 3 und 4 im Grunde
nur eine Leuchtdichtemessung ausführen und nicht notwendigerweise
bildgebend ausgeführt
sein. Dadurch reduzieren sich die zu erfassende Datenmenge und die
Anforderungen an die Kameras erheblich.
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Als
Resultat der so ausgeführten
Displayanalyse wird jedem einzelnen Pixel eine Leuchtdichteindikatrix
zugeordnet. Diese besteht aus punktweise den einzelnen Kameraperspektiven
K1 bis Kn zugeordneten Leuchtdichtewerten. Die Leuchtdichteindikatrizen
weisen im allgemeinen für
jeden Pixel an einer bestimmten Kameraposition Kn mindestens einen
maximalen Leuchtdichtewert auf, während der Pixel an allen anderen
Kamerapositionen nicht oder nur schwach erscheint. Infolgedessen
kann der Pixel dieser Kameraposition und damit auch einer betreffenden
Perspektivansicht zugeordnet werden. Diese Zuordnung kann durch
eine Kombinationstabelle veranschaulicht, ausgeführt und gespeichert werden.
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5 zeigt
eine beispielhafte Kombinationstabelle. In der linken Spalte Pn
sind mit einer laufenden Nummer von P1 bis PN sämtliche Pixel des vermessenen
Displays aufgeführt.
Die Nummerierung ist prinzipiell willkürlich und kann im Rahmen zweckmäßiger Überlegungen
beliebig abgeändert
werden. In einer Kopfspalte Kn sind sämtliche, während der Displayanalyse verwendeten
Kamerapositionen K1 bis Kn aufgeführt. In dem hier dargestellten
Beispiel handelt es sich um vier Kamerapositionen K1 bis K4. Die
von der Kn-Zeile und der Pn-Spalte
aufgespannte Tabellenfläche
zeigt die Positionen der Maxima der gemessenen Leuchtdichteindikatrizen
jedes Pixels Pn und die sich daraus ergebenden Zuordnungen an. Beispielsweise
weist der Pixel P1 in seiner Leuchtdichteindikatrix ein Maximum
an der Kameraposition K2 auf. Es ist ebenfalls möglich, dass ein Pixel mehrere
Maxima zeigen kann. So weist beispielsweise der Pixel P5 ein Leuchtdichtemaximum
sowohl an der Kameraposition K1, als auch an der Kameraposition
K4 auf. Bei der Kombinationstabelle aus 5 zeigt
sich, dass bei diesem Beispiel die jeweils den Pixel und Kamerapositionen
zugeordneten Leuchtdichtemaxima ein periodisches Verhalten zeigen.
Unter diesen Umständen
liegt es für
diesen Einzelfall nahe, den einzelnen Kamerapositionen Kn und damit den
Pixeln Pn verschiedene Perspektivansichten PAn, beispielsweise die
Perspektivansichten aus 1, zuzuordnen. In der Kombinationstabelle
aus 5 ist diese beispielhafte Zuordnungsvorschrift
im oberen Teil, von der Kn-Zeile und einer PA-Spalte aufgespannten
Tabellenfläche
aufgeführt.
Es ist ersichtlich, dass in diesem Beispiel die Kameraposition K1
der Perspektivansicht PA1, die Kameraposition K2 der Perspektivansicht
PA2 usw. eindeutig zugeordnet ist. Damit ist auch festgelegt, dass
in diesem Fall beispielsweise die zur Kameraposition K1 gehörenden Pixel
P3, P5, P8 und P12 der Perspektivansicht PA1 zuzuordnen sind, während zum
Beispiel Pixel P6 ein Bestandteil der Perspektivansicht PA3 und Pixel
11 ein Bestandteil der Perspektivansicht PA2 wird.
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6a verdeutlicht
diese Zuordnung anhand eines schematischen Displays. Das Display
ist in diesem Fall spaltenartig unterteilt, wobei die Spaltenstruktur
im Ergebnis der vorhergehend beschriebenen Displayanalyse ermittelt
worden ist.
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Im
Ergebnis der in 5 gezeigten Zuordnung zwischen
den Kamerapositionen K1 bis K4 und den Perspektivansichten PA1 bis
PA4, entsprechen die in 6a gezeigten
Spalten jeweils den Perspektivansichten PA1 bis PA4. Aus 6a geht
hervor, dass in diesem Fall die Folge der Perspektivansichten PA1
bis PA4 periodisch ist, sodass die gesamte Displayfläche in diesem
Fall durch eine periodische Folge von Spalten unterteilt ist. Die
aus der Kombinationstabelle in 5 bekannte
Pixelnummerierung ist in 6a eingetragen.
Man erkennt, dass die Spalte der Perspektivansicht PA1 durch die
Pixel P2, P5, P8 und P12 ausgefüllt
wird. Die darauf folgende Spalte der Perspektivansicht PA2 ergibt
sich durch die Pixel P1, P4, P7 und P11, während die nachfolgenden Spalten
in einer entsprechenden Weise aufgebaut werden. Auch hier ist die
Pixelnummerierung willkürlich,
ausschließlich
auf die Kombinationstabelle aus 5 bezogen
und folgt ausschließlich
dem Zweck einer möglichst
einfachen Beschreibung des Verfahrens. Im Rahmen einer konkreten
Anwendung auf ein Display mit beispielsweise 1024 × 768 Bildpunkten, ist
es natürlich
zweckmäßig, die
Pixelnummerierung anders zu gestalten. Zweckmäßigerweise werden die Pixel
der ersten Displayzeile komplett durchnummeriert und dann die Nummerierung
mit den Pixeln der zweiten Displayzeile fortgesetzt. Natürlich ist
auch eine andere Form der Pixelkennzeichnung bzw. -adressierung,
beispielsweise durch ein zweistelliges Indexsystem, möglich, bzw.
unter Umständen
zwingend erforderlich.
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6b zeigt
skizzenhaft den sich aus einer derartigen Aufteilung mit vier Perspektivansichten
ergebenden orthoskopischen Betrachtungsraum. Der orthoskopische
Betrachtungsraum ist die Menge aller Punkte, von denen aus bei binokularer
Betrachtung des Displays jeweils zwei Perspektivansichten in der richtigen
Reihenfolge wahrgenommen werden kann. In 6b sind
diese Punkte als gefüllte
Kreise dargestellt. Die offenen Kreise markieren sogenannte pseudoskopischen
Punkte, bei denen jeweils zwei Perspektivansichten in einer falschen
Lage zueinander wahrgenommen werden. Der Vollständigkeit halber sind in 6b mit
offenen Quadraten Standorte markiert, von denen aus jeweils gleiche
Perspektivansichten sowohl von dem linken, als auch dem rechten
Auge gesehen werden und an denen somit keine stereoskopische Betrachtung
möglich
ist.
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Im
allgemeinen müssen
als Punkte des orthoskopischen Betrachtungsraums nur die in einem Mindestabstand
a1 bezüglich
des Displays lokalisierten Standorte berücksichtigt werden, bei denen
jeweils zwei unmittelbar benachbarte Perspektivansichten, beispielsweise
die Perspektivansichten PA1 und PA2 bzw. PA2 und PA3 oder PA3 und
PA4 gleichzeitig und in der richtigen Lage zueinander wahrgenommen
werden können.
Der Abstand a1 markiert dann den zweckmäßigen Betrachtungsabstand
des Betrachters zum Display. Wie aus 6b hervorgeht,
sind bei dem Abstand a1 mehrheitlich orthoskopische
Standorte vorhanden. Zweckmäßigerweise wird
die vorhergehend beschriebene Displayanalyse mit einer Kameraanordnung
in diesem Betrachtungsabstand a1 ausgeführt und
das Verfahren gewissermaßen
auf diesen Betrachtungsabstand a1 geeicht. Als
Betrachtungsabstand kann beispielsweise die übliche Leseentfernung eines
Betrachters bezüglich eines
Displays vorgegebener Größe gewählt werden. Für Computermonitore
oder Flachdisplays mit den üblichen
Bildschirmdiagonalen von 17 bis 22 Zoll beträgt a1 beispielsweise
30 bis 50cm. Größere Displays,
beispielsweise Großbildschirme,
erfordern dementsprechend eine Entfernung a1 im
Bereich von mindestens 2 Metern, vorzugsweise 5 bis 10 Metern.
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Es
ist anzumerken, dass auch Vereinigungen der Einzelpixel zu Pixelgruppen
vorgenommen werden können,
die das Kriterium eines im wesentlichen ortsgleichen Maximums der
entsprechenden Leuchtdichteindikatrizen erfüllen. In diesem Fall bilden
diese Pixelgruppen spezielle Untereinheiten zur Zuordnung einzelner
Perspektivansichten oder deren Einzelheiten. Es können auch
Pixel aufgrund anderer Kriterien zu einer oder mehreren Pixelgruppen
zusammengefasst werden, beispielsweise Pixel, deren Leuchtdichteindikatrizen
Maxima vornehmlich an den Rändern
der in 4 bezeichneten Strecke b aufweisen, oder deren
Leuchtdichteindikatrizen im wesentlichen kein Maximum besitzen.
Diese so gebildete beispielhafte Pixelgruppe kann durch eine anders
gestaltete spezielle Kombinationstabelle auf eine davon abweichende
Weise den Perspektivansichten zugeordnet werden. Die Zuordnungsvorschrift
zum Erstellen der Kombinationstabelle, bzw. die entsprechende Kombinationstabelle
selbst ist somit in einer fast beliebigen Form variierbar, wobei
dadurch Displaycharakteristiken berücksichtigt werden können.
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Die
Kombinationstabelle ist weitgehend abhängig von der Messposition bei
der Displayanalyse, insbesondere vom jeweils verwendeten Betrachtungsabstand.
Strenggenommen entspricht jeder Mess- oder Betrachtungsposition
a eine gesonderte Kombinationstabelle. In dem Beispiel aus 5 und dem
daraus abgeleiteten Beispiel aus den 6a und 6b ist
dies die Kombinationstabelle KT(a1) für den Abstand
a1 bezüglich
des Displays. Diese Kombinationstabelle kann durch mindestens eine weitere
Kombinationstabelle ergänzt
werden, in dem die Displayanalyse in mindestens einem weiteren kleineren
oder größeren Abstand
ax wiederholt und die Zuordnung der vermessenen
Pixel oder Pixelgruppen zu den Perspektivansichten in einer dazu entsprechenden
Weise neu ausgeführt
wird. Durch eine softwareartige Auswahl einer bestimmten und vorab
gespeicherten Kombinationstabelle sowie einer neu ausgeführten Zuordnung
aus Pixeln und Perspektivansichten kann das auf den definierten
ersten Betrachtungsabstand a1 ausgerichtete
Display auf den mindestens einen weiteren Betrachtungsabstand ax angepasst werden. Dies kann auch interaktiv
durch Ausmessen der Kopf- und Augenposition des Betrachters erfolgen.
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Die
in der Kombinationstabelle aus 5 enthaltene
Zuordnungsinformation kann gegebenenfalls modifiziert, insbesondere
korrigiert werden. Die Modifikation bzw. Korrektur kann dabei sowohl
aus Richtung der anzuzeigenden Perspektivansichten PA1 bis PA4 erfolgen
und sich auf die Menge der Pixel P1 bis PN auswirken, oder sie kann
von der Menge der vermessenen Pixel P1 bis PN ausgehen und sich
auf die Perspektivansichten PA1 bis PA4 auswirken und diese verändern. Im
ersten Fall können
gewisse Eigenheiten der Perspektivansichten oder des darzustellenden
stereoskopischen Bildes berücksichtigt,
korrigiert oder abgeändert
werden. Im zweiten Fall lassen sich gewisse Unregelmäßigkeiten oder
individuelle Eigenschaften des Displays auf die vorliegenden Perspektivansichten
anpassen. In beiden Fällen
werden diese Korrekturen bzw. Modifikationen dadurch vorgenommen,
indem in der Kn/Pn-Ebene der Tabelle die Zuordnungspunkte neu verteilt,
verschoben, gelöscht
oder neu gesetzt werden. Dadurch lassen sich insbesondere zweckmäßige Kompromisse
zwischen den Eigenheiten des Displays und der stereoskopischen Bildvorlage
erzielen. Eine Schlüsselrolle
spielen in diesem Zusammenhang logische richtungsselektive Elemente.
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7 zeigt
eine weitere beispielhafte Kombinationstabelle mit einer größeren Menge
irregulärer und
damit nachteiliger Zuordnungspunkte auf der Kn/Pn-Zuordnungsebene.
Die in 7 gezeigte Zuordnungstabelle kann als eine irreguläre Version
der Zuordnungstabelle aus 5 angesehen
werden. Bei der Kombinationstabelle aus 5 fällt auf,
dass sich die Zuordnungspunkte im wesentlichen entlang diagonaler
Linien gruppieren. Diese Linien ergeben sich im wesentlichen aus
den technischen Charakteristiken des vermessenen Displays. Sie stellen
damit eine intrinsische, technisch bedingte Disparationsfunktion
des Displays dar. Je deutlicher sich derartige Strukturen innerhalb
der Kombinationstabelle abzeichnen oder finden lassen, umso besser
ist das Display zur erfindungsgemäßen Darstellung einer stereoskopischen
Bildvorlage geeignet.
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Das
Korrektur- und Modifikationsverfahren der Kombinationstabelle aus 7 geht
nun von der Idee aus, zum einen derartige intrinsische richtungsselektive
Strukturen aufzufinden bzw. zu identifizieren und zum anderen die
Zuordnungspunkte in der Kn/Pn-Ebene so umzugruppieren, dass diese
richtungsselektiven Strukturen optimal wiedergegeben bzw. verstärkt werden.
In der Kombinationstabelle aus 7 sind beispielhafte
richtungsselektive Elemente BE auf einer Zuordnungsmenge bereits
identifiziert. Zur Identifikation dieser Strukturen kann auf die üblichen
mathematischen Regressions- oder Analyseverfahren, insbesondere
lineare Regressionen oder Fourieranalysen, zurückgegriffen werden. Derartige
disparative Strukturen, die entweder intrinsisch vorgegeben, oder
nachträglich
eingeführt
werden, verringern im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik
bekannten Barrierestrukturen die Bildhelligkeit nicht, denn sie
erwachsen zum einen aus den Charakteristiken des vorgegebenen und
unbeeinflussten Displays oder ergeben sich durch eine bloße Neusortierung
gegebener Zuordnungen in der Kn/Pn-Ebene.
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In 7 ist
die Leuchtdichtevarianz beispielsweise der Pixelmenge aus den Pixeln
P6 bis P9 bzw. des aus ihnen gebildeten Displayabschnitts gegenüber den
Kameraposition K1 bis K4 zu gering, oder die betreffenden Pixel
bilden gleiche Abschnitte der Perspektivansichten PA1 bis PA4. In
dem hier gezeigten Fall soll durch eine gezielte Vorgabe der Zuordnung
von Pixel und Kameraposition und damit der Betrachtungsposition
bzw. der Perspektivansichten erreicht werden dass prinzipiell jedem
Pixel oder jeder Pixelgruppe möglichst
eindeutig ein richtungsselektives Element zugeordnet werden kann.
Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten, in Form von
Hardware realisierten Barrieresystemen können die hier verwendeten richtungsselektiven Elemente
ohne weiteres nur einer im Vergleich zur gesamten Menge der Pixel
gegebenenfalls kleinen Pixelgruppe oder sogar einzelnen Pixeln oder
auch Subpixeln zugeordnet werden. Es können optional ohne weiteres
Bereiche, die über
eine ausreichende Leuchtdichtevarianz verfügen, von der Überdeckung mit
einem richtungsselektiven Element ausgenommen bleiben. Es versteht
sich, dass das spezielle richtungsselektive Element im Prinzip immer
auf einen speziellen Monitor, ein spezielles Display oder dergleichen
oder dessen Messwerte angepasst ist, sofern keine globalen, mit
einer gewissen Displaytechnologie oder einer Produktions reihe verbundenen
Displaycharakteristiken identifiziert werden können. Es ist somit ein Verfahren
zum Setzen der Barriereelemente vorteilhaft, welches bei Einzelstückzahlen,
d.h. bei individuellen Displays, ökonomisch ist.
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Bei
dem in der Kombinationstabelle in 7 ausgeführten Verfahren
werden verschiedene Zuordnungspunkte in der Nähe oder auf den richtungsselektiven
Elementen BE mindestens abschnittsweise gesammelt. Dies kann durch
Verschiebungen in an sich beliebigen Richtungen oder durch Löschungen von
Zuordnungspunkten ausgeführt
werden. So wird beispielsweise der Zuordnungspunkt K4;P6 von seiner
ursprünglichen
Position in der Kombinationstabelle entfernt und entlang einer Zeile
auf die Position K3;P6 verschoben. Befindet sich auf dieser Position bereits
ein Zuordnungspunkt, ist diese Verschiebung zu einer Löschung der
ursprünglichen
Zuordnung äquivalent.
In Bezug auf die autostereoskopische Darstellung auf dem Display
bedeutet dies, dass ein Teil einer Perspektivansicht auf eine andere
Perspektivansicht übertragen
wird.
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Spaltenartige
Verschiebungen werden beispielsweise an den Zuordnungspunkten K3;P10
oder K4;P13 ausgeführt.
Bei der autostereoskopischen Darstellung auf dem Display bedeutet
dies im Endeffekt eine Verschiebung eines Bildbestandteils innerhalb
einer Perspektivansicht. Eine Reihe von Zuordnungspunkten, beispielsweise
die Zuordnungspunkte K1;P7 oder K2;P8, werden gelöscht und
verschwinden aus den entsprechenden Perspektivansichten, indem beispielsweise
diese Pixel auf dem Display schwarz oder in einer neutralen Hintergrundfarbe
dargestellt werden. Diese Operation führt zu einem gewissen Auflösungsverlust
der Perspektivansichten.
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Alle
diese Operationen können
in einem zum Teil erheblichen Maße ausgeführt werden, sofern das Display
eine ausreichend hohe Anzahl von Pixeln enthält. Physiologisch werden Auflösungsverluste durch
den Wahrnehmungsapparat des Betrachters durch den weiterhin bestehenden
Gesamteindruck des Bildes vernachlässigt und nicht bewusst wahrgenommen,
bzw. unbewusst ergänzt.
Als ungefähre Faustregel
für Korrekturen
innerhalb der Zuordnungstabelle gilt somit, dass mit sehr vielen,
aber im Einzelfall möglichst
geringen Lösch-
oder Verschiebungsoperationen der Zuordnungspunkte die Güte der Darstellung
des autostereoskopischen Bildes auf dem Display nachhaltiger verbessert
werden kann, als mit wenigen, aber sehr großen Korrekturen. Daher kann
prinzipiell jeder dieser kleinen Optimierungsoperationen durch im
Grunde sehr einfache Al gorithmen formalisiert werden, wobei die übergreifende
Bildinformation, d.h. das Bildmotiv, praktisch keine Rolle zu spielen
braucht.
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8 zeigt
eine beispielhafte Anordnung zum Ausführen der vorhergehend beschriebenen Verfahrensschritte.
Vor einem Display 10, das insbesondere ein LC-Display sein kann,
befindet sich in einem zunächst
konstanten Abstand a eine Displayanalyseeinrichtung 20,
die über
eine Synchronisationseinrichtung 30 mit der Ansteuerung
des Displays verbunden ist. Die Bildanalyseeinrichtung führt die Messungen
der Leuchtdichteindikatrizen LI nach den vorhergehend beschriebenen
Verfahrensschritten aus. Zusätzlich
dazu kann die Displayanalyseeinrichtung 20 eine Abstandsmesseinrichtung
zum Bestimmen des Abstandes a enthalten, die einen Abstandsparameter
AP ausgibt. Die von der Bildanalyseeinrichtung 20 gelieferten
Messdaten werden an eine Speichereinheit 35 übermittelt,
die sowohl die Leuchtdichteindikatrizen LI, als auch den Ort des
aktivierten Pixels bzw. des Displayabschnittes speichert und den
Leuchtdichteindikatrizen LI jeweils zuordnet. Die Speichereinheit 35 steht
weiterhin mit einer Auswahleinheit 36 in Verbindung, die
aus einer vorhandenen Gesamtheit KG gespeicherter Kombinationstabellen
KT(a1), KT(a2), KT(a3) usw. die dem jeweiligen Abstand a entsprechende
Kombinationstabelle insbesondere auswählt. Die Leuchtdichteindikatrizen LI
und ausgewählte
Kombinationstabelle KT werden an eine Vergleichs- und Zuordnungseinheit 40 übergeben.
Eine Speichereinheit 45 für eine stereoskopische Bildvorlage 50 stellt
die Bildinformationen zur Erzeugung des autostereoskopischen Bildes
bereit.
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In
dem in 8 dargestellten Beispiel wird das Display durch
die Displayanalyseeinheit 20 in mindestens zwei Perspektiven
analysiert, wobei die Pixelgruppen auf dem Display 10 unterschiedliche Leuchtdichtecharakteristiken
aus zwei Perspektiven aufweisen. Die bereits vorliegende stereographische Bildvorlage 50 besteht
in diesem Fall aus zwei Einzelbildern. Diese werden durch die Zuordnungseinheit 40 unter
Verwendung der in der Speichereinheit 35 gespeicherten
Leuchtdichteindikatrizen und der Auswahleinheit 36 für die Gesamtheit
der Kombinationstabellen KG auf die Pixel des Displays entsprechend
der vorgenannten Verfahrensschritte verteilt. Nach Abschluss dieser
Operationen kann die so aufbereitete Bildinformation auf das Display
gegeben werden und es erscheint auf dem Display eine autostereoskopische
Bildwiedergabe der stereoskopischen Bildvorlage.
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- 10
- Displayeinheit
- 20
- Displayanalyseeinheit
- 30
- Synchronisationseinheit
- 35
- Speichereinheit
- 40
- Zuordnungseinheit
- 45
- Speichereinheit
für autostereoskopische
Bildvorlage
- 50
- stereoskopische
Bildvorlage
- α
- Betrachtungswinkel
- A
- Augenabstand,
Kameraabstand
- a
- Betrachtungsabstand
- b
- laterale
Strecke
- BE
- richtungsselektives
Element
- DZ
- Displayzeile
- K
- Kameraanordnung
- KA
- Kameraarray
- K1,
- K2,..., Kn Positionen
der Einzelkameras
- KG
- Gesamtheit
aus Kombinationstabellen
- KT
- Kombinationstabelle
- KT(a1),...,
KT(a3)
- Abstandszugeordnete
Kombinationstabelle
- L
- Leuchtdichte
- LI
- Leuchtdichteindikatrix
- M
- lokales
Indikatrixmaximum
- P
- Pixel
- PG
- Pixelgruppe
- SP
- Subpixel