Stereoverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, das
von verschiedenen Betrachtungsstandpunkten dem Betrachter unterschiedliche Parallaaen
sichtbar macht Die Erfindung betrifft ein Stereoverfahren und eine
Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens, das von verschiedenen Betrachtungsstandpunkten
dem Betrachter unterschiedliche Parallazen sichtbar macht, wobei von dem aufzuzeichnenden
Raum in geometrisch-optischer Abbildung eine Vielzahl von rasterförmig angeordneten
Teilaufnahmen hergestellt wird. Die Schwierigkeit bei derartigen Verfahren liegt
darin,
die unterschiedlichen Teilbilder den beiden Augen des
Betrachters
in der richtigen Weise zuzuführen.Stereo Method and apparatus for carrying out the process, makes it different from different viewing points of the viewers Parallaaen visible The invention relates to a stereospecific method and apparatus for performing the method, which makes it visible to the viewer different Parallazen from different viewing positions, wherein geometrical and from the recorded area in optical imaging a plurality of grid-like arranged partial recordings is produced. The difficulty with such methods is to supply the different partial images to the two eyes of the viewer in the correct manner.
Bei einem bekanntgewordenen derartigen Verfahren wird das Bild
schon bei der Aufnahme durch einen Lenticuiar-Raster in winzige stereoskopische
Teilbilder zerlegt,
die bei der Betrachtung durch einen nach dem
Druck des Bildes aufgepreßtenp laminierten Linsenraster wieder so zusammengesetzt
werden, daß ein plastisch wirkendes Gesamtbild entsteht. Bei wechselndem BetrachtuMswinkel
wird auch der Bildeindruck nahezu kontinuierlich verändert. Nachteilig an diesem
Verfahren ist der verhältnismäßig große Aufwand bei der Aufnahme und vor
allem bei der Herstellung von Kopien. Ferner ist eine Veränderung der Parallaxe
bei den bekanntgewordenen Drucken nur in horizontaler Richtung festzustellen.In one such method, which has become known, the image is broken down into tiny stereoscopic partial images during the recording by a lenticular grid, which are reassembled when viewed through a lenticular grid that is pressed on after the image has been printed so that a three-dimensional overall image is created. When the viewing angle changes, the image impression is also changed almost continuously. A disadvantage of this process is the relatively large expenses in receiving and above all in the production of copies. Furthermore, a change in parallax in the known prints can only be determined in the horizontal direction.
Es handelt sich deshalb hier nicht um eine vollständig kontinuierliche
Stereowiedergabe eines Raumes. Eine vollständig kontinuierlich stereoskopische Raumwiedergabe
ist mittels der holografischen Technik möglich. Bei diesem Verfahren wird ein kohärentes
Lichtstrahlenbündel, das z.B. von einem Laser ausgeht, von dem aufzunehmenden Gegenstand
reflektiert und das reflektierte Licht mit einem von derselben Lichtquelle kommenden
®ogenannten Referenzstrahl überlagert. Im Überlagerungsgebiet treten Interferenzen
der beiden Wellenzüge auf, die z.8. durch eine fotografische Platte festgehalten
werden können. Die Aufzeichnung auf der fotografischen
Platte, das
sogenannte Hologramm, gibt dann das in der Schnittebene feststellbare Wellenfeld
vollständig wieder. Aue dieser Aufzeichnung den Wellenfeldee kann durch eine gleichartige
Lichtquelle unter Einfallsrichtung den
Referenzstrahlee ein Bild
des aufgenommenen Gegenstandes
rekonstruiert werden.
Dieses holografische
Verfahren unterliegt jedoch hinsichtlich der Art und der Größe der Aufnahmeobjekte
gewissen Beschränkungen. Einmal ist das Licht, ausreichend starker Zaser nicht monochromatisch
genug, um bei größeren Aufnahmeobjekten und dem dabei auftretenden optischen Weglängenunterschied
zwischen reflektierter Objektwelle und Referenzwelle noch eine ausreichende Kohärenz
zu gewährleisten. Zum anderen reicht die Leistungsabgabe bekannter und hinreichend
monochromatischer Laser zur Zeit nicht aus, um größere Objekte, z.B. Landschaften
oder Häuser, in vertretbarer Zeit auszuleuchten. Aus diesen Gründen sind bisher
nur Hologramme verhältnismäßig kleiner Aufnahmeobjekte, also nur sogenannte Makro-Aufnahmen
bekanntgeworden. Ziel der Erfindung ist es, ein Stereoverfahren zu schaffen, durch
das größere Objekte stereoskopisch wiedergegeben werden können.
Gemäß
der Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art von diesen
Teilaufnahmen nach der Entwicklung
eine entsprechende Anzahl von Teilhologrammen
hergestellt,
die zur holografischen Rekonstruktion dem Aufnahmeraster
ent-
sprechend angeordnet werden.
Durch die erfindungsgemäße Kombination
eines herkömmlichen Aufnahmeverfahrens mit einem holografischen
Wiedergabever-
fahren fallen die eingangs genannten Beschränkungen
der holografischen Aufnahmetechniken weg. Denn die Holografie
bietet
die Möglichkeit, die Stereobilder auf eine Hologrammplatte
räumlich nebeneinander zu übertragen. Hierbei ist die Er-
weiterung
auch in vertikaler Richtung zur Erreichung von
Parallaaeneffekten in beiden
Dimensionen der Betrachtungs-
ebene kein Problem.
Weitere Einzelheiten
und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen
im Zusammenhang mit der
Beschreibung von Ausführungsbeispielen,
die anhand von
Figuren eingehend erläutert sind. Es zeigen
Fig.
1 eine Prinzipskizze für das erfindungs-
gemäße Aufnahmeverfahren,
Fig.
2 eine Anordnung zur Übertragung der
Teilaufnahmen auf ein Hologramm und
Fig.
3 eine prinzipielle Anordnung zur Re-
konstruktion des nach Fig.
2 herge-
stellten Hologramme.It is therefore not a question of a completely continuous stereo reproduction of a room. A completely continuous stereoscopic room reproduction is possible by means of the holographic technology. In this process, a coherent bundle of light rays emanating from a laser, for example, is reflected by the object to be recorded and a so-called reference beam coming from the same light source is superimposed on the reflected light. In the overlay area, interferences between the two wave trains occur, the z.8. can be recorded by a photographic plate. The recording on the photographic plate, the so-called hologram, then completely reproduces the wave field detectable in the cutting plane. Aue of this recording of the wave fields, an image of the recorded object can be reconstructed by a similar light source with the direction of incidence of the reference rays. However, this holographic method is subject to certain restrictions with regard to the type and size of the recording objects. On the one hand, the light, which is sufficiently strong zaser, is not monochromatic enough to guarantee sufficient coherence in the case of larger objects and the optical path length difference that occurs between the reflected object wave and the reference wave. On the other hand, the power output of known and sufficiently monochromatic lasers is currently insufficient to illuminate larger objects, such as landscapes or houses, in a reasonable time. For these reasons, only holograms of relatively small recording objects, that is to say only so-called macro recordings, have so far become known. The aim of the invention is to create a stereo method by means of which larger objects can be reproduced stereoscopically. According to the invention, in a method of the type mentioned at the outset, a corresponding number of partial holograms are produced from these partial recordings after development , which partial holograms are arranged for the holographic reconstruction in accordance with the recording grid. The inventive combination of a conventional recording method with a holographic reproduction method eliminates the restrictions of the holographic recording techniques mentioned at the beginning. Because holography offers the possibility to transfer the stereo images spatially next to each other on a hologram plate. Here, the expansion in the vertical direction to achieve parallel effects in both dimensions of the viewing plane is not a problem. Further details and advantages of the invention emerge from the subclaims in connection with the description of exemplary embodiments, which are explained in detail with reference to figures. In the drawings Fig. 1 is a schematic diagram for the inventiveness proper recording method, Fig. 2 shows an arrangement for transmitting the part images on a hologram and Fig. 3 shows a basic arrangement for the re- construction of the set of FIG. 2 manufactured holograms.
In Pig. 1 ist vor einer beliebig großen Szene, z.B.
einem
Haus an einer Straße mit einem Kraftfahrzeug, eine
Aufnahmeeinrichtung 1 angeordnet, die aus zwei Stativen 2 und 3, auf denen eine
Verschiebeeinrichtung 4 ruht,sowie einer Kamera 5 auf einem in seiner Höhe einstellbaren
Ständer 6 besteht. Vor der Kamera 5, die in bekannter Technik ausgeführt sein kann,
ist ein Fenster 7 angedeutet, das durch ein im folgenden als Raster bezeichnetes
Netz von Koordinatenlinien in Abschnitte 8 aufgeteilt ist, die rechteckig und höher
als breit sind. Dieses Fenster 7, das bei der Aufnahme nicht gebraucht wird und
nur zum besseren Verständnis der Aufnahmetechnik dargestellt ist, soll das für einen
Betrachter der Aufnahme mögliche Einblicksfeld begrenzen. Die Kamera 5 trägt in
einer geeigneten Ebene des Strahlenganges eine Aperturblende, deren Öffnung in den
Abmessungen den Feldern 8, die jedoch auch kleiner oder größer sein kann, entspricht.
Durch Verschieben des Ständers 6 auf der Verschiebeeinrichtung 4 und durch
Verändern der Höhe des Ständers 6 wird nun von jedem Feld des Rasters eine Aufnahme
in herkömmlicher Weise gemacht. Die Abmessungen der rechteckigen Öffnung der Aperturblende
bzw.
die Rasterschrittweiten richten sich nach den Bildgüteaneprüchen. Je feiner
die Abstufung ist, desto kontinuierlicher ist der Raumeindruck bei einer Veränderung
des Betrachtungsstandpunktes bei Betrachtung des rekonstruierten Bildes.Generell
soll die Rasterschrittweite so klein gewählt werden, daß beim Übergang von einer
auf die benachbarte Aufnahme in der Reproduktion gerade keine Parallaxe mehr visuell
feststellbar ist. Das ist z.B. bei Landschaftsaufnahmen bei einer Schrittweite von
ca. 10mm der Fall. Dagegen muß bei näher liegenden Aufnahmeobjekten mit großer Raumtiefe
die Schrittweite kleiner gewählt werden. Eine Unschärfe aufgrund von Verwaschungen
bei den Weniger häufig vorkommenden horizontalen Linien ist meist geringer
störend, so
daß man zur Verminderung der Anzahl der Einzelaufnahmen die Apertur
höher als breit wählen wird. Der Panoramaeffekt ist jedoch bei großem horizontalen
Bildwinkel eindrucksvoller, so daß man das Bild-fenster 7 breiter als
hoch wählen sollte.
Das Objekt soll so viel Tiefe haben, daß bei der
Betrachtung über den Augenabstand oder über die Breite
bzw. Höhe
den Hologramme die Parallaze erkennbar ist.
Die
Entfernungseinstellung erfolgt zweckmäßigerweise nach den bekannten Tiefenschärfeüberlegungen.
Die
Objektivbrennweite und das Filmformat können nach Geeichtsfeldwinkeln
und technischer Handlichkeit gewählt
werden.
Sofern die durch das
Filmformat gegebene Einrahmung
des Gesichtsfeldes im Hologrammbild
deutlich sichtbar ist,
muß durch die in der klassischen Stereofotografie
üblichen
Methoden für eine Deckung der Rahmen in den verschiedenen
Bildern
gesorgt werden. Dies kann z.B. durch eine Bild-
feldmaske oder durch
Führung der Aperturblende auf einer
Kugelfläche um den Aufnahmegegenstand
oder durch Hellig-
keitsabfall zum Rand hin in der Kopie geschehen.
Die
Abtastung der einzelnen Felder des Rasters erfolgt
bei der Einrichtung
nach Fig. 1 zeitlich nacheinander:
Bei zeitlich veränderlichen Objekten
soll jedoch die
Veränderung des Objektes zwischen dem Aufnehmen zweier
Teilaufnahmen im Bereich eines Augenabstandes noch
nicht auffallen Hierzu
kann entweder eine Kamera mit
schneller Bildfolge verschoben werden
oder eine Batterie
von Kinokameras, die in jeder Richtung um eine oder mehrere
Schrittweiten
gegeneinander versetzt sind, so daß zur Abtastung des gesamten Bildfensters nur
zwei oder entsprechend mehr Aufnahmen einer jeden Kamera erforderlich sind. Schließlich
könnte die Aperturblende selbst die Abtastbewegung ausführen. Es können verschiedene
Techniken des Abtastens, wie modifizierte Nipkowscheiben oder dergleichen verwendet
werden. Die auf die oben beschriebene Weise gewonnenen Einzelaufnahmen der Rasterfelder
8 werden in einer Anordnung gemäß Fig. 2 zu einem Hologramm 9 vereinigt. Mit 10
ist ein Zaser entsprechender Leistungsfähigkeit bezeichnet, dessen Strahl durch
einen teildurchlässigen Spiegel 11 geteilt wird. Der nicht abgelenkte Teil des Strahles
wird durch ein Mikroskopobjektiv 12 auf eine Lochblende, ein sogenanntes Pin-hole
13 gesammelt, das eine Öffnung von einigen "u. aufweist. Hinter dieser Lochblende
13 ist der Laserstrahl divergent, trifft auf einen Kondensor 14 und eine Opalscheibe
15. Diese ist in nicht allzugroßer Entfernung vor dem Film mit den entwickelten
Teilaufnahmen.16 angeordnet. Der Film 16 kann dabei wiederum in der Aufnahmekamera
5 oder in einer dieser Kamera in der Abbildungsgeometrie entsprechenden Kamera eingelegt
sein. Vor dem Objektiv
der Kamera ist wiederum die Aperturblende
17 angeordnet,
die in unmittelbarer Nähe des Schichtträgers für das
Hologramm 9 angeordnet ist. Der Schichtträger 9 sitzt
auf einer geeigneten
Verschiebeanordnung 18, um eine
Portschaltung des Schichtträgers in beiden Richtungen
seiner Ebene um den Abmessungen der Aperturblende 17
entsprechende
Schritte zu ermöglichen. Diese Schritte entsprechen im Normalfall der Rasterteilung
des Auf-
nahmerasters. Zur Erzielung besonderer Effekte, wie Ver-
änderung
der Perspektive und/oder der scheinbaren Objekt-
größe, können sie unter Anpassung
der Abmessungen der
Aperturblenden voneinander abweichen.
Der von dem
teildurchlässigen Spiegel 11 abgelenkte
Referenzatrahl wird durch Oberflächenspiegel
19 und 20 unter einem bestimmten Winkel auf die Rückseite des
Schichtträgers
9 gelenkt. Der Abstand des Spiegels 20 von der Hologrammplatte 9 ist
verhältnismäßig groß zu wählen , da bei punktförmiger Referenzquelle
mit großer
Divergenz bei der Rekonstruktion die relative Zage
der
Quelle zu den einzelnen Rasterfeldern von den Verhält-
nissen
bei der Holografiebelichtung sonst zu weit ab-
weicht.
Die
beschriebene Art der Beleuchtung mit Objektiv 12,
Blende 13, Rondensor
14 und Opalacheibe 15 bringt eine
diffuse, gleichmäßige Ausleuchtung
der Teilaufnahmen
16 in der erforderlichen Größe. In Fig, 3-ist
eine prinzipielle Darstellung zur Re-
konstruktion des holografierten
Bildes gezeigt. Die
Fig. 3 stellt einen Vertikalschnitt durch die Betrachtungsanordnung
dar. Das entwickelte Hologramm 9
steht senkrecht und wird
von einem divergent gemachten
Laserstrahl 21 beleuchtet. Der Einfallswinkel
entspricht
dem des Referenzstrahles bei der Herstellung des
Hologrammen. Der Strahl ist ferner so gerichtet, daß direkt
durch den Schichtträger
hindurchgehende Lichtbündel nicht in das Auge 22 eines Betrachter*
fallen. Bei
dieser Art der Rekonstruktion sieht der Betrachter
ein
Bild des aufgenommenen Raumes im Unendlichen, d.h. eine Akkommodation
ist nicht erforderlich. Gleich-
zeitig lassen sich verhältnismäßig
große Gesiehtsfeldwinkel ausleuchten mit großer Rekonstruktionshelligkeit
in
der Bildtitte. Die Abbildung des Gegenstandes bei
der Wiedergabe im
Unendlichen wird durch das Objektiv
der Kamera 5 bei der Hologrammherstellung
bewirkt. Ohne
dieses Objektiv würde das Bild bei der Rekonstruktion
an der Stelle des Filmes 16 entstehen, d.h. das Auge müßte sehr stark akkommodieren.
Bei der Rekonstruktion lassen sich auch Veränderungen im scheinbaren Abstand erreichen,
wenn bei der Aufnahme der Teilbilder und bei der Hologrammbelichtung Objektive unterschiedlicher
Brennweite verwendet werden. Eine längere Brennweite bei der Hologrammbelichtung
rückt die Szene weiter weg. Da das Auge über eine Pupille von mehreren mm Durchmesser
mittelt, ist der AnschluB der Elementaraperturen aneinander unkritisch, wenn die
rekonstruierten Aperturen nicht weit von der Betrachtungsebene liegen. Bei einer
Rekonstruktion mit einem Strahlenbündel, das gegenüber dem Referenzstrahl bei der
Aufnahme spiegelbildlich zur Hologrammebene einfällt, ist es möglich, die
Aperturen der Rekonstruktion in den Betrachtungsraum zu verlegen. Da die Einzelbilder
zweidimensional sind, verursacht die dadurch entstehende Pseudoskopie keine Änderung
in der Tiefenstaffelung des 'abgebildeten Gegenstandsraumes.
Die
erfindungsgemäße Kombination der konventionellen Stereoaufnahmetechnik mit der holografisehen
Wiedergabetechnik bringt eine Reihe von Möglichkeiten, die jedem der beiden Verfahren
für sich verschlossen sind. So können z.B. durch Übereinanderlegen und gleichzeitiges
Rekonstruieren zweier Hologramme die aufgenommenen Räume unabhängig von der Größe
der Gegenstände überlagert werden. Sollen sich überdeckende Gegenstände sich nicht
gegenseitig durchschneiden, so kann man für die Teilaufnahmen alle in der Tricktechnik
bekannten Verfahren zur Kombination von Szenen, insbesondere Maskenverfahren, anwenden
und die auf diese Weise erhaltenen Trickaufnahmen als Hologramme wiedergeben. Damit
ist es z.B. möglich, eine echte dreidimensionale Aussicht auf geplante, als Modell
vorhandene Bauwerke im Raumbild der Landschaft zu erhalten. In Pig. 1, a recording device 1 is arranged in front of a scene of any size, e.g. a house on a street with a motor vehicle, which consists of two stands 2 and 3 on which a displacement device 4 rests, as well as a camera 5 on a height-adjustable stand 6 consists. In front of the camera 5, which can be implemented using known technology, a window 7 is indicated which is divided into sections 8 by a network of coordinate lines, referred to below as a grid, which are rectangular and higher than wide. This window 7, which is not needed during the recording and is only shown for better understanding of the recording technology, is intended to limit the field of view possible for a viewer of the recording. The camera 5 carries an aperture diaphragm in a suitable plane of the beam path, the dimensions of which correspond to the dimensions of the fields 8, which, however, can also be smaller or larger. By moving the stand 6 on the displacement device 4 and by changing the height of the stand 6, a recording is now made in a conventional manner from each field of the grid. The dimensions of the rectangular opening of the aperture diaphragm or the grid increments are based on the image quality requirements. The finer the gradation, the more continuous the spatial impression when the viewing position changes when viewing the reconstructed image. Generally, the grid increment should be selected so small that when the transition from one to the adjacent image in the reproduction, no more parallax can be visually ascertained . This is the case, for example, with landscape shots with a step size of approx. 10mm. On the other hand, the step size must be selected to be smaller in the case of recording objects that are closer together and have a large spatial depth. A blurring due to blurring in the less frequently occurring horizontal lines is usually less disturbing, so that the aperture is chosen to be higher than wide in order to reduce the number of individual exposures. The panorama effect, however, is more impressive with a large horizontal angle of view, so that the image window 7 should be selected to be wider than it is high. The object should have so much depth that when viewed from the eye relief or from the width or height of the holograms, the parallelism can be recognized . The distance setting is expediently carried out according to the known depth of field considerations. The focal length of the lens and the film format can be selected according to the angle of calibration and technical handiness . If the framing of the field of view given by the film format is clearly visible in the hologram image, the methods customary in classic stereo photography must ensure that the frames in the various images are covered. This can be done, for example, by means of an image field mask or by guiding the aperture diaphragm on a spherical surface around the subject or by decreasing the brightness towards the edge in the copy. The sampling of the individual fields of the grid is carried out at the apparatus of Figure 1 sequentially in time. In the case of time-varying objects, however, the change of the object between the receiving of two partial images in the range of a distance between the eyes should not notice this purpose may be either a camera to be moved with a fast sequence or a battery of cinema cameras which are offset from one another by one or more increments in each direction, so that only two or correspondingly more recordings from each camera are required to scan the entire picture window. Finally, the aperture diaphragm itself could perform the scanning movement. Various scanning techniques, such as modified Nipkow disks or the like, can be used. The individual recordings of the grid fields 8 obtained in the manner described above are combined in an arrangement according to FIG. 2 to form a hologram 9. A Zaser with a corresponding capacity is designated by 10, the beam of which is divided by a partially transparent mirror 11. The undeflected part of the beam is collected by a microscope objective 12 onto a pinhole 13, which has an opening of a few inches. Behind this pinhole 13 the laser beam is divergent, hits a condenser 14 and an opal disk 15. this is arranged in a not too far upstream of the film with the developed Teilaufnahmen.16. the film 16 may turn in the recording camera 5 or one of those camera be placed in the imaging geometry corresponding camera. is again the front of the lens of the camera Aperture diaphragm 17 is arranged, which is arranged in the immediate vicinity of the layer support for the hologram 9. The layer support 9 sits on a suitable displacement arrangement 18 in order to enable a port connection of the layer support in both directions of its plane by steps corresponding to the dimensions of the aperture diaphragm 17. These steps normally correspond to the grid division of the receptor asters. To achieve special effects, such as changing the perspective and / or the apparent object size, they can differ from one another by adapting the dimensions of the aperture diaphragms. The reference beam deflected by the partially transparent mirror 11 is directed by surface mirrors 19 and 20 at a certain angle onto the rear side of the layer carrier 9. The distance between the mirror 20 and the hologram plate 9 is to be chosen to be relatively large, since in the case of a point-shaped reference source with great divergence during the reconstruction, the relative magnitude of the source to the individual raster fields deviates too far from the relationships in the holographic exposure. The type of illumination described with objective 12, diaphragm 13, round sensor 14 and opal lens 15 provides diffuse, uniform illumination of the partial recordings 16 in the required size. In Fig, 3 is a conceptual diagram for re- construction of the holographed image is. Fig. 3 illustrates a vertical section through the viewing assembly. The developed hologram 9 stands vertically and is illuminated by a divergent laser beam 21 made. The angle of incidence corresponds to that of the reference beam during the production of the hologram. The beam is also directed in such a way that light bundles passing directly through the layer support do not fall into the eye 22 of an observer * . This type of reconstruction, the viewer sees an image of the captured space at infinity, that an accommodation is required. At the same time, relatively large angles of the field of view can be illuminated with high reconstruction brightness in the center of the image. The image of the object in the reproduction at infinity is brought about by the lens of the camera 5 during the production of the hologram. Without this lens, the image would arise at the point of the film 16 during the reconstruction, ie the eye would have to accommodate very strongly. During the reconstruction, changes in the apparent distance can also be achieved if objectives of different focal lengths are used for the recording of the partial images and for the hologram exposure. A longer focal length in the hologram exposure moves the scene further away. Since the eye averages over a pupil several mm in diameter, the connection of the elementary apertures to one another is not critical if the reconstructed apertures are not far from the plane of observation. In the case of a reconstruction with a bundle of rays that is a mirror image of the hologram plane with respect to the reference beam during the recording, it is possible to move the apertures of the reconstruction into the viewing area. Since the individual images are two-dimensional, the resulting pseudoscopy does not cause any change in the graduation of the depths of the object space shown. The combination according to the invention of conventional stereo recording technology with holographic playback technology brings a number of possibilities that are closed to either of the two methods. For example, by superimposing and simultaneously reconstructing two holograms, the recorded spaces can be superimposed regardless of the size of the objects. If overlapping objects are not intended to cut through each other, all methods known in trick technology for combining scenes, in particular masking methods, can be used for the partial shots and the trick shots obtained in this way can be reproduced as holograms. This makes it possible, for example, to get a real three-dimensional view of planned structures that are available as models in the spatial image of the landscape.