DE10001005A1 - Stereoskopische Videoprojektion - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Darstellung von einem oder mehreren ein rechtes und ein linkes Teilbild umfassenden Stereobildern, bei dem DOLLAR A - von einer Signalerzeugungseinheit eine Signalfolge erzeugt wird, die den Teilbildern entsprechende Bildsignale enthält, wobei die Bildsignale eines Teilbildes auf die Bildsignale des anderen Teilbildes folgen, DOLLAR A - die Teilbilder sequentiell über einen digital arbeitenden Projektor dargestellt werden, wobei die Bildsignale eines zu projizierenden Teilbildes in jeweils einem digitalen Bildspeicher des Projektors abgelegt werden, und DOLLAR A - aufeinander folgende Teilbilder durch ein aktives optisches Trennsystem alternierend für jeweils nur ein Auge optisch sichtbar gemacht werden, wobei zur Steuerung des optischen Trennsystems das Bildwechselsignal des Projektors verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung von einem oder mehreren ein rechtes und ein linkes Teilbild umfassenden Stereobildern.

In bezug auf die stereoskopische Darstellung von mindestens zwei Teilbilder umfas­ senden Bildern mit einer Projektionseinrichtung der genannten Art werden bislang im wesentlichen zwei Verfahren, die aktive und die passive stereoskopische Videoprojek­ tion verwendet.

Es sind eine Vielzahl von Verfahren zur aktiven stereoskopischen Projektion bekannt. Dabei werden hintereinander ein linkes und ein rechtes Teilbild eines Stereobildes über einen CRT (Cathod Ray Tube)-Projektor auf eine Leinwand oder über einen CRT- Monitor zur Anzeige gebracht.

Damit für den Betrachter ein räumlicher Bildeindruck entstehen kann, darf jedes Auge des Betrachters nur jeweils ein Teilbild des Stereobildes wahrnehmen, es muß also eine optische Kanaltrennung erfolgen. Diese Kanaltrennung erfolgt bei der aktiven stereoskopischen Projektion zeitlich.

Dies kann entweder über eine vom Betrachter zu verwendende, per Kabel oder Infra­ rot ferngesteuerte, sogenannte Shutter-Brille erfolgen, bei der im Wechsel der hinter­ einander projizierten Teilbilder jeweils eines der beiden Brillenglas "geschlossen" wird, so daß ein Auge nur das rechte Teilbild und das andere Auge nur das linke Teilbild wahrnehmen kann.

Oder aber es besteht die Möglichkeit, die von einem Projektor oder einem Bildschirm abgestrahlten Teilbilder über eine Polarisationsfiltereinrichtung in unterschiedliche Richtungen zu polarisieren. In diesem Fall kann der Betrachter mit einer Polarisations­ brille mit unterschiedlich polarisierenden Brillengläsern ebenso mit dem einen Auge nur das rechte Teilbild und mit dem anderen Auge das linke Teilbild wahrnehmen.

Bei der passiven Stereoprojektion werden die beiden Teilbilder eines Stereobildes über zwei Projektoren gleichzeitig auf eine Projektionsfläche projiziert. Dabei werden das über den einen Projektor projizierte rechte Teilbild und das über den anderen Projek­ tor projizierte linke Teilbild mittels Polarisationsfilter in unterschiedliche Polarisations­ richtungen polarisiert.

Damit der Betrachter einen räumlichen Bildeindruck bekommt, benötigt er lediglich eine Brille mit entsprechend polarisierten Gläsern, so daß jedes Auge nur ein Teilbild wahrnehmen kann.

Aus der WO 95/18511 ist ein System zur Aufnahme und Wiedergabe eines stereosko­ pischen Videosignals bekannt. Dabei werden die stereoskopischen Videodaten eines Bildes auf einem Videoband in Form von zwei Halbbildern synchron gespeichert, wo­ bei das eine (gerade) Halbbild dem einen Bildkanal und das andere (ungerade) Halb­ bild dem anderen Bildkanal zugeordnet ist.

Zur Wiedergabe werden die auf dem Videoband gespeicherten Halbbilder wieder ab­ gerufen. Gemäß einer dargestellten Ausführungsform wird jedes Halbbild in einem Halbbildspeicher gespeichert, über einen Framegrabber digitalisiert und zu einem in­ terpolierten Teilbild aufbereitet und in einem Vollbildspeicher abgelegt, bevor die Teilbilder nacheinander über einen Signalkoppler mit einer doppelten Bildfrequenz auf einen CRT-Monitor gebracht werden. Zur optische Trennung der beiden hinterein­ ander dargestellten Teilbilder kann dann ein Shutterbrillensystem verwendet werden. Diese Art der Bildwiedergabe ist aufwendig. So muß zwischen der Signalquelle, hier ein Videorecorder, und dem Projektor eine Steuereinheit vorgesehen sein. In ihr müs­ sen die von der Signalquelle kommenden analogen Bildsignale zunächst digitalisiert und dann in Teildatenströme für das rechte und das linke Teilbild zerlegt und in je­ weils einem Bildspeicher zwischengespeichert werden. Danach werden diese Teilda­ tenströme in analoge Signale zurück gewandelt, so daß sie von dem CRT-Monitor ver­ arbeitet werden können.

Die DE 35 27 653 A1 betrifft eine Röntgenstereoeinrichtung mit einer Steuerungsein­ richtung, in der die Bildsignale zweier ein stereoskopisches Röntgenbild aufnehmender Fernsehkameras kanalweise getrennt voneinander verarbeitet und - um das gleiche Teilbild zur Erhöhung der Bildfrequenz mehrfach hintereinander projizieren zu kön­ nen - zwischengespeichert werden. Die Teilbilder werden über zwei CRT-Monitore dargestellt, wobei sie über einen halbdurchlässigen Spiegel einander überlagert wer­ den.

Im übrigen sind Grafikkarten für Computer bekannt, die zur Ausgabe eines stereosko­ pischen Videosignals einen analogen Signalausgang zur Abgabe von aufeinander fol­ genden rechten und linken Teilbildern eines Stereobildes sowie einen Ausgang zur Steuerung von Shutterbrillen aufweisen.

Alle diese bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, daß sie vergleichsweise auf­ wendig sind. So wird regelmäßig eine Hochleistungselektronik verwendet, die in der Lage ist, das stereoskopische Bild auf einem CRT-Monitor mit einer Bildwiederholrate von 120 Hz darzustellen.

Werden Stereobilder bei der passiven stereoskopischen Projektion rechnergestützt er­ stellt, müssen bislang zwei Graphikkarten zur Ansteuerung von zwei Projektoren bzw. Bildschirmen eingesetzt werden, die untereinander synchronisiert sein müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem im wesentlichen auf herkömmliche Standardelektronik zurückgegriffen werden kann und bei dem gerätetechnische Auf­ wand für die vorgenannten Projektionsverfahren wesentlich vereinfacht ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Darstellung von einem oder meh­ reren ein rechtes und ein linkes Teilbild umfassenden Stereobildern, bei dem

• - von einer Signalerzeugungseinheit eine Signalfolge erzeugt wird, die den Teil­ bildern entsprechende Bildsignale enthält, wobei die Bildsignale eines Teilbildes auf die Bildsignale des anderen Teilbildes folgen,
• - die Teilbilder sequentiell über einen digital arbeitenden Projektor dargestellt werden, wobei die Bildsignale eines zu projizierenden Teilbildes in jeweils ei­ nem digitalen Bildspeicher des Projektors abgelegt werden, und
• - aufeinander folgende Teilbilder durch ein aktives optisches Trennsystem alter­ nierend für jeweils nur ein Auge optisch sichtbar gemacht werden, wobei zur Steuerung des optischen Trennsystems das Bildwechselsignal des Projektors verwendet wird.

Eine Signalerzeugungseinrichtung kann dabei beispielsweise ein Computer mit einer einfachen Graphikkarte sein, der die rechten und linken Teilbilder zunächst berechnet und als analoge Bildsignale hintereinander ausgibt.

Unter einem Projektor wird hier und im folgenden nicht nur ein Projektionsgerät wie beispielsweise ein mit Digital-Mirror-Device-(DMD-)Elementen arbeitender Digital- Light-Processing-(DLP-)Projektor wie beispielsweise ein NEC LT 80 oder LT100 bzw. ein LCD-Projektor verstanden, sondern auch ein Bildschirmgerät wie beispielsweise ein LCD-Bildschirm oder ein Plasmabildschirm.

Ein aktives optisches Trennsystem kann ein System zur aktiven optischen Kanaltren­ nung sein, wie es eingangs beschrieben wurde.

Es ist eine wesentliche Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die pro­ jektoreigene Elektronik zur Darstellung eines flimmerfreien Stereobildes ausgenutzt wird. So arbeiten die digitalen Projektoren mit einem internen Bildspeicher. Da dieser als Datenpuffer dient, kann die Bilderzeugung von der Bildprojektion zeitlich getrennt werden. Somit ist es möglich, unabhängig von einer Bildwiederholrate des Projektors die Teilbilder zu erzeugen, ohne daß hierfür eine aufwendige externe Logik notwendig ist.

Folglich sind die Anforderungen an eine Signalerzeugungseinrichtung vergleichsweise gering, so daß herkömmliche Standardprodukte, die nicht speziell für eine Stereobild­ projektion ausgelegt sind, verwendet werden können.

Im weiteren besteht der Vorteil, daß der Bildaufbau bei digital arbeitenden Projektoren nicht zeilenweise, sondern über die gesamte Bildfläche gleichzeitig erfolgt. Hierdurch sind zur Darstellung eines im wesentlichen flimmerfreien Bildes wesentlich geringere Bildwiederholraten notwendig als bei CRT-Monitoren. So können auf einem Projektor im Wechsel Teilbilder mit jeweils 30 Hz dargestellt werden, ohne daß der Sehkomfort wesentlich beeinträchtigt ist.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Darstellung von einem oder mehreren ein rechtes und ein linkes Teilbild umfassenden Stereobildern, bei dem

• - von einer Signalerzeugungseinheit eine Signalfolge erzeugt wird, die den Teil­ bildern entsprechende Bildsignale enthält, wobei die Bildsignale eines Teilbildes auf die Bildsignale des anderen Teilbildes folgen und der Beginn der Signalfol­ ge eines Teilbildes durch ein Synchronisationssignal gekennzeichnet ist,
• - die rechten Teilbilder auf mindestens einem ersten digital arbeitenden und die linken Teilbilder auf mindestens einem zweiten digital arbeitenden Projektor dargestellt werden, wobei die Bildsignale der zu projizierenden Teilbilder in ei­ nem digitalen Bildspeicher der Projektoren abgelegt werden,
• - der Datenstrom in einem Verteiler auf den ersten und zweiten Projektor aufge­ teilt wird, wobei die Bildsignale beider Teilbilder sowohl an den ersten als auch an den zweiten Projektor geleitet werden, und wobei das Synchronisations­ signal für das rechte Teilbild ausschließlich an den ersten Projektor und das Synchronisationssignal für das linke Teilbild ausschließlich an den zweiten Pro­ jektor geleitet wird, und
• - das rechte Teilbild die aufeinander folgenden Teilbilder durch ein aktives oder passives optisches Trennsystem für ein Auge und das jeweils linke Teilbild für das andere Auge optisch sichtbar gemacht wird.

Dieses Verfahren unterscheidet sich gegenüber dem vorherigen dadurch, daß zur Dar­ stellung des Stereobildes zwei digital arbeitende Projektoren verwendet werden. Der Bildsignalstrom wird über den Verteiler an beide Projektoren geleitet mit der ein­ zigen Maßgabe, daß das Synchronisationssignal, daß den Beginn der Signale der rechten Teilbilder kennzeichnet, ausschließlich an den ersten Projektor weitergeleitet wird und das folgende Synchronisationssignal, daß den Beginn der Signale der linken Teilbilder kennzeichnet, ausschließlich an den zweiten Projektor weitergeleitet wird. Sobald der Projektor ein Synchronisationssignal erhält, wird der projektorinterne Bild­ speicher mit den nachfolgenden Daten überschrieben. Die dem jeweiligen Teilbild nachfolgenden Daten des anderen Teilbildes werden im Projektor nicht verarbeitet, da der Bildspeicher bereits mit den Daten des darzustellenden Teilbildes gefüllt ist. Somit ist gewährleistet, daß der erste Projektor lediglich rechte Teilbilder und der zweite Projektor lediglich linke Teilbilder darstellt.

Wird eine passive Kanaltrennung eingesetzt, ist zur Darstellung eines stereoskopi­ schen Bildes neben der Verwendung herkömmlicher Geräte lediglich ein aus elektro­ nischer Sicht äußerst einfacher Verteiler notwendig.

Wird ein aktives optisches Trennsystem verwendet, ist es von Vorteil, wenn zu seiner Steuerung ein Bildwechselsignal eines der Projektoren verwendet wird, und die ande­ ren Projektoren mit diesem Bildwechselsignal synchronisiert werden.

Hierzu sollte mindestens ein Projektor einen Signalausgang zum Abgriff eines projekto­ rinternen Bildwechselsignals aufweisen. Mit diesem Bildwechselsignal ist nicht nur die Steuerung von Shutter-Brillen oder anderen Mitteln zur optischen Kanaltrennung mög­ lich, sondern auch die Synchronisation mehrerer Projektoren.

Dementsprechend ist es ebenso ist es sinnvoll, wenn jeder Projektor einen Signalein­ gang zur Steuerung des Bildwechsels aufweist.

Hiermit wird es grundsätzlich auch möglich, den Bildwechsel aller verwendeten Pro­ jektoren von außen zu steuern. Über eine externe Bildwechselsteuerung können auch mehrere Projektorgruppen synchron angesteuert werden, so daß Mehrprojektionssy­ steme mit mehreren Leinwänden, beispielsweise Kuppelleinwänden, verwirklicht wer­ den können.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Projektionseinrichtung mit genau einem Projektor oder Bildschirm ist mit einer Polarisationseinrichtung versehen, die synchron zum internen Bildwechsel die Polarisationsrichtung des abgestrahlten Teilbildes ändert. Hiermit ist eine stereoskopische Darstellung eines Bildes über einen Bildschirm oder Projektor möglich. Hierzu werden zwei Teilbilder eines stereoskopischen Gesamtbildes hintereinander von dem Projektor oder Bildschirm projiziert. Dabei wird das abge­ strahlte erste Teilbild in eine Richtung und das danach abgestrahlte andere Teilbild in eine andere Richtung polarisiert. Damit der Betrachter einen stereoskopischen Bildein­ druck bekommt, muß er somit eine herkömmliche Polarisationsbrille mit entsprechen­ den Polarisationsfiltergläsern aufsetzen, so daß eine Kanaltrennung stattfindet. Wie bereits erwähnt können als Projektoren bevorzugt DLP- oder LCD-Projektoren bzw. ein LCD-Bildschirm verwendet werden.

Neben dem projektorinternen Bildspeicher haben sie den weiteren Vorteil, daß sie im Vergleich zu CRT-Projektoren eine vergleichsweise kleine Bauart haben, so daß sie in kompakter Form nah nebeneinander angeordnet werden können. Vorteilhaft hieran ist, daß die optischen Achsen näher beieinander liegen können als bei CRT- Projektoren, so daß Bildfehler an den Bildübergängen kleiner ausfallen.

Da sie auch leichter als CRT-Projektoren sind, können sie einfacher aufgehängt werden oder durch ein Steuerungssystem positioniert werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Polarisationsfilter bei Einsatz von DLP- oder LCD-Projektoren vergleichsweise klein sein können. So beträgt der Durchmesser eines Polarisationsfilters für einen herkömmlichen DLP- oder LCD-Projektor (z. B. NEC LT80/LT100) 50 mm, während für einen CRT-Projektor (z. B. von Barco oder Sony) drei Polarisationsfilter mit einem Durchmesser von je 150-200 mm benötigt werden. Schließlich erleichtert die Verwendung von DLP- oder LCD-Projektoren bei Mehrpro­ jektorsystemen (CAVE) die Anpassung der Bilder an den Bildübergängen zwischen zwei Projektoren/Leinwänden, da die verwendeten Ursprungsbilder immer rechtwink­ lig sind, im Gegensatz zu den Bildern eines CRT-Projektors, die regelmäßig verzerrt sind und aufwendiger optischer Korrekturen in den Eckbereichen, ähnlich der Kon­ vergenzeinstellungen an CRT-Monitoren, bedürfen, um die Bilder von angrenzenden Projektoren in Deckung zu bringen. Auch weisen die Optiken von LCD- oder DLP- Projektoren im allgemeinen sehr lange Brennweiten auf, so daß nur sehr geringe Ab­ bildungsfehler hierdurch entstehen.

In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens ist mindestens ein Projektor beweg­ lich montiert und kann mittels eines Steuerungssystems in mindestens einer, vorzugs­ weise zwei Achsen bewegt werden. Durch die Beweglichkeit der Projektionsachse können besondere Effekte erzielt werden, beispielsweise wenn das Verfahren zur Bühnenbeleuchtung verwendet wird.

In diesem Zusammenhang kann es auch von Interesse sein, wenn das Steuerungssy­ stem den oder die Projektoren in Abhängigkeit der Position eines dreidimensionalen Objektes steuert. Hierzu kann ein sogenannter Tracker, mit dem die Position oder Lage eines Objektes bestimmt werden kann, verwendet werden.

Solch ein System ist insbesondere in Simulatoren gut verwendbar. So kann in einem Simulator eine vergleichsweise großer Projektionsfläche über Projektoren zur passiven stereoskopischen Projektion beleuchtet werden, ohne daß deren Polarisationsrichtung an die Kopfposition des Betrachters angepaßt wird und insofern für den Betrachter vergleichsweise unscharf wird, und nur ein kleiner Teilbereich des projizierten Ge­ samtbildes von einem oder mehreren anderen Projektoren ausgeleuchtet wird, deren optische Achse und Polarisationsrichtung entsprechend der vom Tracker erfaßten Kopfposition des Betrachters angepaßt ist.

Grundsätzlich spielt es vorliegend keine Rolle, ob ausschließlich digitale oder analoge Signale verarbeitet werden. So sind mittlerweile digital arbeitende Projektoren erhält­ lich, die einen digitalen Dateneingang haben. In diesem Fall sollte auch die Signaler­ zeugungseinheit digitale Bilddaten erzeugen, wobei der Verteiler dann ebenso digital arbeitet.

In diesem Fall ist es sogar möglich, daß der in einem Einprojektorsystem zur stereo­ skopischen Darstellung verwendete Projektor den Speicher der Grafikkarte für seinen Betrieb verwendet und gar keinen eigenen Bildspeicher mehr aufweist.

Noch wird es allerdings die Regel sein, daß die Bilddaten in analoger Form erzeugt werden, so daß auch der Verteiler analoge Signale verarbeitet und erst der Projektor die Bilddaten über den projektorinternen A/D-Wandler in digitale Daten umwandelt. Als mögliche aktive optische Trennsysteme kommen beispielsweise Systeme in Be­ tracht, die das vom Projektor abgestrahlte Bild alternierend in unterschiedliche Rich­ tungen polarisieren.

So kann das Trennsystem in einer Ausführungsform beispielsweise eine rotierbare Fil­ terscheibe aufweisen, die in Abschnitte unterteilt ist, wobei ein Abschnitt mit einem Polarisationsmaterial versehen ist, das eine Polarisationsrichtung tangential zu einem konzentrisch um die Drehachse der Filterscheibe verlaufenden Kreis bewirkt, und wo­ bei der benachbarte Abschnitt mit einem Polarisationsmaterial versehen ist, das eine Polarisationsrichtung radial zur Drehachse der Filterscheibe bewirkt. Hierdurch kann der Projektionsstrahl, der nur einen kleinen Teilbereich der Filterscheibe durchleuch­ tet, in zwei aufeinander senkrecht stehende Polarisationsrichtungen polarisiert werden.

In einer anderen Ausgestaltung kann die Polarisationseinrichtung in Projektionsrich­ tung hintereinander geschaltete aktive Filterelemente aufweisen, die stromlos keinen Polarisationseffekt aufweisen und unter Strom das projizierte Bild in jeweils eine Richtung polarisieren. Zur Steuerung der aktiven Filterelemente wird dabei das interne oder externe Bildwechselsignal verwendet, so daß bei der Projektion eines Teilbildes immer genau ein Filterelement aktiv und das anderen inaktiv ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Polarisationseinrichtung eine um den Projektor herum drehbar angeordneten, Filtertrommel auf, wobei die Polarisations­ richtung der Filtertrommel über jeweils einen Umfangsabschnitt konstant ist und die Polarisationsrichtungen benachbarter Trommelabschnitte in einem Winkel zueinander stehen.

Im weiteren ist es von Vorteil, wenn ein Tracker, wie beispielsweise der POLHEMUS FASTRACK®, zur Bestimmung der Kopfposition eines Betrachters vorgesehen ist, und die Polarisationseinrichtung Mittel zur Anpassung der Polarisationsrichtung des proji­ zierten Bildes an die jeweilige Kopfposition des Betrachters aufweist.

Hierdurch ist es dem Betrachter möglich, sich vor der Leinwand oder dem Bildschirm aus den Polarisationsachsen heraus zu bewegen. Als Polarisationseinrichtung läßt sich hierzu beispielsweise ein Effektscheibenrotationssystem verwenden, bei dem im Rand­ bereich einer rotierbaren Effektscheibe Polarisationsfilter mit unterschiedlichen Polari­ sationsrichtungen angeordnet sind. Ein geeignetes Effektscheibenrotationssystem wird beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 198 31 027.7 beschrieben. Bei die­ sem System ist die rotierbare Effektscheibe um ihre Mittelachse, die außerhalb der op­ tischen Achse liegt, sowie um die optische Achse drehbar gelagert, so daß einerseits einer der Polarisationsfilter in die optische Achse hineingedreht, andererseits dieser Polarisationsfilter im Bereich der optischen Achse um sich selbst gedreht werden kann. Somit kann mit einem solchen Effektscheibenrotationssystem beispielsweise bei einer Projektionseinrichtung mit einem Projektor zur passiven stereoskopischen Projektion mit jedem neu projizierten Teilbild der entsprechende Polarisationsfilter in die optische Achse des Projektors hineingedreht werden und die Polarisationsrichtung dieses Filters in Abhängigkeit von dem Signal eines Trackers an die Position des Betrachters durch Drehen um die optische Achse angepaßt werden.

Eine äußerst einfache und günstige Art der stereoskopischen Darstellung von minde­ stens zwei Teilbilder umfassenden Bildern ergibt sich, wenn hierzu ein System aus einer Signalerzeugungseinheit und zwei Projektoren mit flächigem Bildaufbau und ei­ ner Bildwiederholrate von weniger als 50 Hz, die mit jeweils einem Polarisationsfilter versehen sind, wobei die Polarisationsfilter voneinander verschiedene Polarisations­ richtungen aufweisen, verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger bevorzugte Ausführungsbeispiele dar­ stellender Skizzen erläutert.

Zeichnung A zeigt den Signalverlauf der an einem Verteiler anliegenden V_sync Signale bei einer zwei Kanal (Stereo) Projektion. Das Eingangssignal V_sync stammt aus einer Graphikkarte oder wird aus einem Video-Signal extrahiert. Das Steuersignal V_stereo kann entweder aus der Graphikkarte zugeführt oder aus dem V-Sync-Signal in der Steue­ rungseinheit berechnet werden (n-fach Zähler). Entsprechend dem Zählerstand wird das V_sync-Signal von der Steuerungseinheit auf einem der Ausgänge V_Q1 und V_Q2 aus­ gegeben.

Zeichnung B1 zeigt den Aufbau eines bekannten Systems mit einem Computer PC/WS mit zwei Graphikkarten mit Ausgängen für analoge Signale Vid-R und Vid-L und zwei CRT-Projektoren CRT VP mit jeweils einem Polarisationsfilter Fh und Fv für eine pas­ sive Stereoprojektion auf eine Leinwand L und, Zeichnung B2 den Aufbau mit einem Computer PC/WS mit einer Graphikkarte mit einem Ausgang für ein analoges Signal Vid-RL und einem CRT-Projektor CRT VP für eine aktive stereoskopische Projektion mittels Shutter-Brille SB und einem Infrarotgeber Em.

Zeichnung C1 zeigt ein erfindungsgemäßes System mit einem Computer PC/WS mit einfacher Graphikkarte und einer elektronischen Steuerungseinheit E, die die Videosi­ gnale Vid-RL auf zwei Projektoren VP verteilt. In dieser Anordnung wird das Steuersi­ gnal V_stereo von der Steuerungseinheit E berechnet.

In Abbildung C2 wird eine Anordnung mit einer Steuerungseinheit E gezeigt, die das Steuersignal V_stereo von der Graphikkarte erhält.

Die in beiden Abbildungen C1 und C2 dargestellten Projektionseinrichtungen arbeiten nach dem Prinzip der passiven stereoskopischen Projektion mit jeweils unterschiedlich ausgerichteten Polarisationsfiltern F_h und F_v.

Die Zeichnung C3 zeigt ein erfindungsgemäßes System mit einem Computer PC/WS mit einer Graphikkarte, einer Steuerungseinheit E zur Steuerung von zwei Projektoren, die das Steuersignal V_stereo aus dem Eingangssignal V_sync des angeschlossenen Com­ puters PC/WS berechnet. Vor den Projektoren sind Shutter-Elemente S1 und S2 ange­ ordnet.

Zeichnung C4 zeigt dieselbe Anordnung mit separatem Steuersignal V_stereo, das über die Video Karte zugeführt wird.

Die in den Zeichnungen C3 und C4 gezeigten Projektionseinrichtungen arbeiten nach dem Prinzip der aktiven Stereo-Projektion, bei denen ein Infrarotgeber Em zur Steue­ rung der Shutter-Brillen SB an einen Bildwechselsignalausgang der Projektoren VP angeschlossen. Auch werden die Shutter-Elemente Sr, Sl von dem Bildwechselsignal gesteuert.

Zeichnung C5 zeigt ein erfindungsgemäßes System bestehend aus einem Projektor VP und einem Computer PC/WS mit einer Graphikkarte, wobei Shutter-Brillen SB durch das Bildwechselsignal des Projektors VP gesteuert werden.

In einer anderen Ausführungsform kann das Bildwechselsignal auch zur Steuerung weiterer Projektoren verwendet werden.

In Zeichnung C6 wird eine erfindungsgemäße Projektionseinrichtung gezeigt, das eine Polarisationseinrichtung verwendet und nach dem Prinzip der passiven stereoskopi­ schen Projektion arbeitet. Hierbei wird die Polarisationseinrichtung vom Bildwechsel­ signal des Projektors VP gesteuert. Der Betrachter trägt eine leichte Polarisationsbrille. Auch hier kann das Bildwechselsignal zur Synchronisierung weiterer Projektoren ver­ wendet werden.

Abbildung D zeigt eine drehbare Filterscheibe, deren eine Hälfte einen Polarisationsfilter Ft mit einer zu konzentrisch zur Drehachse der Filterscheibe verlaufenden Kreisen tan­ gentialen Polarisationsrichtung und deren andere Hälfte einen Polarisationsfilter Fr mit einer zur Drehachse der Filterscheibe radialen Polarisationsrichtung aufweist. Diese Filterscheibe kann zur Polarisierung des Lichtstrahls von DLP- und LCD-Projektoren eingesetzt werden, um abwechselnd horizontal und vertikal polarisierte Bilder zu er­ zeugen.

Abbildung E zeigt ein Polarisationssystem für Stereoprojektion bestehend aus zwei Polarisa­ tionselementen Fh, Fv die entlang der Projektionsachse hintereinander um 90 Grad gedreht eingesetzt werden. Hierbei kann die Polarisation elektrisch aktiviert werden. Das Polarisationssystem wird grundsätzlich zur passiven Stereo-Projektion eingesetzt wird. Gleichwohl führt die Aktivierung beider Elemente zu einem Shutter-Effekt, so daß es auch für eine Zweiprojektorlösung mit aktiver stereoskopischer Projektion ver­ wendet werden kann.

Abbildung F zeigt eine Filtertrommel zur Polarisierung des Lichts eines Projektors, die aus einfachen Polarisationsfiltern Fh, Fv oder Folien aufgebaut ist, durch die das Licht nicht notwendigerweise senkrecht hindurchlaufen muß. In Umfangsrichtung des Trommelfilters sind hintereinander zwei verschiedene Polarisationsfilter Fh, Fv mit voneinander verschiedenen Polarisationsrichtungen vorgesehen, die jeweils die Hälfte der Filtertrommel abdecken.

Die Abbildungen G1 und G2 zeigen eine Anordnung eines Systems zur Messung der Kopfposition (Tracker) vor einer oder mehreren Leinwänden und ein damit verbunde­ nes Steuersystem zur Korrektur der Filterausrichtung. Der Tracker weist einen Tracker­ geber TG, der auf dem Kopf des Betrachters angeordnet ist, und einen Trackeremp­ fänger TE auf, der mit einem Meß- und Steuerungscomputer MSR-PC gekoppelt ist. Der Meß- und Steuerungscomputer MSR-PC berechnet aus den vom Trackerempfänger erhaltenen Signale die Kopfposition des Betrachters und paßt die Ausrichtung des Po­ larisationsfilters F durch eine entsprechende Ansteuerung eines Aktuators A daran an.

Bevorzugt weisen die projizierten Teilbilder bei einem Verfahren zur Darstellung eines Stereobildes mit zwei Projektoren eine gemeinsame optischen Achse auf. Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß die Projektoren mit übereinstimmenden opti­ schen Achsen einander zugewandt sind und die projizierten Teilbilder durch halb­ durchlässige Spiegel auf eine gemeinsame optische Achse reflektiert werden. Der be­ sondere Vorteil liegt darin, daß Parallaxenfehler ausgeschlossen werden.

Auch kann eine solche Anordnung mit zwei Projektoren und halbdurchlässigen Um­ lenkspiegeln fest in einem gemeinsamen Projektorgehäuse erfolgen, so daß die Geräte und optischen Elemente nicht vom Benutzer zueinander ausgerichtet werden müssen.

Die dargestellten Projektionseinrichtungen können auch zur Projektion von TV- oder Video-Signalen als Bildsignalen verwendet werden. In diesem Fall ist die Signalerzeu­ gungseinheit ein Fernsehempfänger, ein Videogerät, eine TV/Videokarte für einen Computer oder dergleichen. Hierbei kann auch eine Projektion im Pseudo-Stereo- Verfahren erfolgen, bei der über die Shutterbrillensteuerung oder die Polarisierung des projizierten Bildes ein Zeitversatz erzeugt wird, ähnlich dem Verfahren, bei dem durch eine hell/dunkel-Variation hintereinander folgender Bilder ein stereoähnlicher Effekt erziehlt wird.

Schließlich ist es auch möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Weise verschiedene Teilbilder zu projizieren, die für den Betrachter ein Gesamtbild ergeben. Dies kann zum einen eine flächige Darstellung eines großformatigen Bildes sein, das aus mehreren, gegenüber dem Gesamtbild kleineren Teilbildern zusammen­ gesetzt ist, oder aber als Basissystem für eine stereoskopische Projektion dienen, bei denen die Teilbilder die Größe des Gesamtbildes haben. Auch ist eine Projektion großflächiger Bilder mit kleineren Stereo-Teilbildern möglich. Selbstverständlich be­ zieht sich die Bildprojektion dabei nicht nur auf die Projektion von einzelnen Bildern, sondern auch auf die Projektion oder Darstellung von Bildfolgen und Filmen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Darstellung von einem oder mehreren ein rechtes und ein linkes Teilbild umfassenden Stereobildern, bei dem

• - von einer Signalerzeugungseinheit eine Signalfolge erzeugt wird, die den Teilbildern entsprechende Bildsignale enthält, wobei die Bildsignale eines Teilbildes auf die Bildsignale des anderen Teilbildes folgen,
• - die Teilbilder sequentiell über einen digital arbeitenden Projektor dargestellt werden, wobei die Bildsignale eines zu projizierenden Teilbildes in jeweils einem digitalen Bildspeicher des Projektors abgelegt werden, und
• - aufeinander folgende Teilbilder durch ein aktives optisches Trennsystem alternierend für jeweils nur ein Auge optisch sichtbar gemacht werden, wo­ bei zur Steuerung des optischen Trennsystems das Bildwechselsignal des Projektors verwendet wird.

2. Verfahren zur Darstellung von einem oder mehreren ein rechtes und ein linkes Teilbild umfassenden Stereobildern, bei dem

• - von einer Signalerzeugungseinheit eine Signalfolge erzeugt wird, die den Teilbildern entsprechende Bildsignale enthält, wobei die Bildsignale eines Teilbildes auf die Bildsignale des anderen Teilbildes folgen und der Beginn der Signalfolge eines Teilbildes durch ein Synchronisationssignal gekenn­ zeichnet ist,
• - die rechten Teilbilder auf mindestens einem ersten digital arbeitenden und die linken Teilbilder auf mindestens einem zweiten digital arbeitenden Pro­ jektor dargestellt werden, wobei die Bildsignale der zu projizierenden Teil­ bilder in einem digitalen Bildspeicher der Projektoren abgelegt werden,
• - der Datenstrom in einem Verteiler auf den ersten und zweiten Projektor aufgeteilt wird, wobei die Bildsignale beider Teilbilder sowohl an den er­ sten als auch an den zweiten Projektor geleitet werden, und wobei das Synchronisationssignal für das rechte Teilbild ausschließlich an den ersten Projektor und das Synchronisationssignal für das linke Teilbild ausschließ­ lich an den zweiten Projektor geleitet wird, und
• - jeweils das rechte Teilbild durch ein aktives oder passives optisches Trenn­ system für ein Auge und das jeweils linke Teilbild für das andere Auge op­ tisch sichtbar gemacht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des aktiven optischen Trennsystems das Bildwechselsignal eines der Projektoren verwendet wird, und die anderen Projektoren mit diesem Bildwechselsignal synchronisiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Projektor ein DLP- oder LCD-Projektor bzw. ein LCD-Bildschirm verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalerzeugungseinheit ein Computer verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Projektor beweglich montiert ist und mittels eines Steuerungssy­ stems in mindestens einer, vorzugsweise zwei Achsen, bewegt werden kann.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungssy­ stem den oder die Projektoren in Abhängigkeit der Position eines dreidimensio­ nalen Objektes steuert.

8. Projektor für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er einen Signaleingang zur externen Steuerung von Bild­ wechseln aufweist.

9. Projektor für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er einen Signalausgang zum Abgriff des projektorinternen Bildwechselsignals aufweist.

10. Verteiler für ein Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 oder einem der darauf rückbezogenen Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er aus der Si­ gnalfolge der Signalerzeugungseinheit einen Signalstrom an den ersten Projektor weiterleitet, in dem das Synchronisationssignal für das rechte Teilbild unter­ drückt ist, und daß er aus dem Signalstrom der Signalerzeugungseinheit einen Signalstrom an den zweiten Projektor weiterleitet, in dem das Synchronisations­ signal für das linke Teilbild unterdrückt ist.

11. Verteiler nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Verstärker zur Verstär­ kung der Bild- und Synchronisationssignale.

12. Aktives optisches Trennsystem für ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, ge­ kennzeichnet durch eine um den Projektor herum drehbar angeordneten Filter­ trommel, die in Umfangsrichtung verschiedene Abschnitte mit Polarisationsfil­ tern aufweist, deren Polarisationsrichtungen in einem Winkel zueinander ste­ hen.

13. Optisches Trennsystem für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tracker (TG, TE) zur Bestimmung der Kopf­ position eines Betrachters vorgesehen ist, und die Polarisationseinrichtung Mittel zur Anpassung der Polarisationsrichtung des projizierten Bildes an die jeweilige Kopfposition des Betrachters aufweist.

14. Optisches Trennsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Effektscheibenrotationssystem zur Anpassung der Polarisationsrichtung an die Kopfposition des Betrachters verwendet wird.