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DE10043305A1 - Three-dimensional image representation method uses grid of individual image elements representing partial information for scene/object from different directions - Google Patents

Three-dimensional image representation method uses grid of individual image elements representing partial information for scene/object from different directions

Info

Publication number
DE10043305A1
DE10043305A1 DE10043305A DE10043305A DE10043305A1 DE 10043305 A1 DE10043305 A1 DE 10043305A1 DE 10043305 A DE10043305 A DE 10043305A DE 10043305 A DE10043305 A DE 10043305A DE 10043305 A1 DE10043305 A1 DE 10043305A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
filter array
arrangement according
viewer
views
filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10043305A
Other languages
German (de)
Inventor
Markus Klippstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
X3D Technologies GmbH
Original Assignee
4D Vision GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 4D Vision GmbH filed Critical 4D Vision GmbH
Priority to DE10043305A priority Critical patent/DE10043305A1/en
Priority to AT01909684T priority patent/ATE328440T1/en
Priority to DE20121318U priority patent/DE20121318U1/en
Priority to EP06010938A priority patent/EP1689162A3/en
Priority to DE50109951T priority patent/DE50109951D1/en
Priority to US10/182,228 priority patent/US7046271B2/en
Priority to PCT/EP2001/000756 priority patent/WO2001056265A2/en
Priority to AU2001237338A priority patent/AU2001237338A1/en
Priority to DE20121581U priority patent/DE20121581U1/en
Priority to CA002436596A priority patent/CA2436596C/en
Priority to DE20121371U priority patent/DE20121371U1/en
Priority to EP01909684A priority patent/EP1252756B1/en
Publication of DE10043305A1 publication Critical patent/DE10043305A1/en
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Abstract

The image representation method has a large number of individual image elements visualized simultaneously in a grid consisting of columns and lines, each image element representing partial information of a scene/object from several views, with adjacent image elements providing light of different wavelengths or wavelength ranges. Also included are Independent claims for the following: (a) a three-dimensional image representation device; (b) a manufacturing method for a wavelength filter array

Description

Die Erfindung bezieht sich auf autostereoskopische Anordnungen für gleichzeitig mehrere Betrachter, bei dem eine räumliche Szene mehrkanalig, d. h. mit mindestens vier Ansichten, vorzugsweise Perspektivansichten, wiedergegeben wird. Zur Ermöglichung einer räumlichen Wahrnehmung ist ein optisches Bauelement, vorzugsweise ein Filterarray, vorgesehen, welches erfindungsgemäß korrespondierend zur Augenposition eines ausgewählten Betrachters lateral verschoben wird. Dadurch sieht der ausgewählte Betrachter im wesentlichen stets eine bestimmte Auswahl der Ansichten, z. B. die mittleren Ansichten, d. h. der räumliche Eindruck entsteht vorwiegend für eine gleichbleibende Perspektive. Weiterhin wird durch die Mehrkanaligkeit der Anordnung die Trägheit der Verschiebeeinrichtung für das optische Bauelement im wesentlichen ausgeglichen, wodurch der ausgewählte Betrachter im wesentlichen zu keiner Zeit ein pseudoskopisches Bild wahrnimmt - auch wenn er sich recht rasch bewegt. Alle übrigen Betrachter sehen bei einer Bewegung des ausgewählten Betrachters ein sich leicht in der Perspektive änderndes Bild.The invention relates to autostereoscopic arrangements for several at the same time Viewer in which a spatial scene is multi-channel, i.e. H. with at least four views, preferably perspective views. To enable a spatial Perception, an optical component, preferably a filter array, is provided, which according to the invention corresponds to the eye position of a selected one Is laterally displaced. This allows the selected viewer to see the essential always a certain selection of views, z. B. the middle views, d. H. the spatial impression is created primarily for a constant perspective. Farther is the inertia of the displacement device for the multi-channel arrangement the optical component is substantially balanced, which makes the selected viewer essentially never perceives a pseudoscopic picture - even if it does moved quite quickly. All other viewers see when the selected one moves Viewer an image that changes slightly in perspective.

Derartige Anordnungen eignen sich für Anwendungsfälle, bei denen ein besonderer Betrachter (z. B. ein Chirurg) stets ein orthoskopisches 3D-Bild sehen muß, während weitere Betrachter (z. B. Studenten) den gleichen 3D-Bildinhalt, jedoch aus sich leicht verändernden Perspektiven sehen können.Such arrangements are suitable for applications in which a special Viewers (e.g. a surgeon) must always see an orthoscopic 3D image while others Viewers (e.g. students) have the same 3D image content, but from slightly changing ones Can see perspectives.

Im Stand der Technik sind einerseits die zweikanaligen Verfahren zur räumlichen Darstellung bekannt. Ein entscheidender Nachteil hierbei ist allerdings, daß im wesentlichen ausschließlich ein einziger Betrachter ein in der Tiefe korrektes, also orthoskopisches Bild sehen kann, während dies für weitere Betrachter nicht gewährleistet werden kann. Zweikanalige Verfahren und Anordnungen erlauben in Ausführungen ohne Augenpositionstracking des Betrachters nahezu keine Bewegung des Betrachters, da die Stereohalbbilder definiert nur aus fest vorgegebenen Richtungen wahrzunehmen sind. In Ausführungen mit Augenpositionstracking des Betrachters wird diesem eine gewisse Bewegungsfreiheit gewährt, wobei allerdings schnelle Bewegungen auf Grund der mechanischen Trägheit insbesondere der Verschiebeeinrichtung für ein benötigtes optisches Bauelement (z. B. ein Prismen- oder Linsenraster) kurzzeitig zu pseudoskopischen Bildwahrnehmungen führen. Dies ist z. B. der Fall bei Anordnungen nach DE 197 36 035, wenn das optische Bauelement (und nicht der Bildinhalt) entsprechend der Position des Betrachters nachgeführt wird. Überdies erlauben Anordnungen dieser Art mit nachgeführten Linsen- oder Prismenrastern nicht, großformatige Bildschirme (z. B. Plasma-Displays mit 50" Bildschirmdiagonale und größer) suffizient als 3D-Bildschirm zu konfektionieren, da dann die Linsen- oder Prismenraster i. d. R. eine solche Masse und damit Trägheit besitzen, daß eine hinreichend flexible Bewegungsfähigkeit der Linsen- bzw. Prismenraster nicht gegeben ist.On the one hand, the prior art includes the two-channel methods for spatial representation known. A key disadvantage here, however, is that essentially only one viewer gets a correct, in depth, orthoscopic image can see, while this cannot be guaranteed for other viewers. Versions without allow two-channel processes and arrangements Eye position tracking of the beholder almost no movement of the beholder since the Stereo half images defined can only be perceived from predefined directions. In Versions with eye position tracking of the viewer will be a certain one Freedom of movement granted, although rapid movements due to the mechanical inertia, in particular the displacement device for a required optical Component (e.g. a prism or lens grid) briefly to pseudoscopic  Lead image perceptions. This is e.g. B. the case with arrangements according to DE 197 36 035, if the optical component (and not the image content) corresponds to the position of the Viewer is tracked. In addition, arrangements of this type allow for tracking Lenticular or prismatic grids are not, large-format screens (e.g. plasma displays with 50 " Screen diagonal and larger) sufficient to assemble as a 3D screen, because then the lenticular or prismatic grid i. d. R. have such a mass and thus inertia that a the lens or prism grid is not sufficiently flexible to move.

Weiterhin sind Anordnungen und Verfahren bekannt, bei denen ohne jedwedes Tracking die darzustellende Szenerie gleichzeitig in mehreren Ansichten, z. B. acht Ansichten, wiedergegeben wird. Optische Bauelemente (z. B. Wellenlängenfilterarrays, Prismen- oder Linsenraster, Barriereschirme) sorgen dafür, daß gleichzeitig mehrere Betrachter aus unterschiedlichen Positionen zumeist ein orthoskopisches 3D-Bild sehen können. Es kommt hierbei allerdings in aller Regel zu sogenannten Panaromasprüngen, bei denen der Übergang von z. B. der/den letzten zur bzw. zu den ersten Ansicht(en) stattfindet. Bei Betrachtungspositionen nahe diesen Panoramasprüngen sieht der entsprechende Betrachter ggf auch ein pseudoskopisches Bild. Durch eine leichte laterale Bewegung kann dieser Mangel allerdings leicht geheilt werden.Furthermore, arrangements and methods are known in which the. Without any tracking scenery to be displayed simultaneously in several views, e.g. B. eight views, is reproduced. Optical components (e.g. wavelength filter arrays, prism or Lenticular grid, barrier screens) ensure that several viewers at the same time can usually see an orthoscopic 3D image from different positions. It is coming however, this usually leads to so-called panaroma jumps, in which the transition from Z. B. the last one takes place to the first view (s). at The corresponding viewer sees viewing positions near these panoramic jumps possibly also a pseudoscopic picture. This can be done by a slight lateral movement Deficiency, however, can be easily cured.

Ein recht hochwertiges Beispiel für ein mehrkanaliges System auf Basis von Linsenrastern (Lentikularen) ist in EP 0791847 beschrieben.A fairly high-quality example of a multi-channel system based on lenticular screens (Lenticulars) is described in EP 0791847.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine autostereoskopische Darstellung zu ermöglichen, welche für mindestens einen Betrachter stets ein orthoskopisches 3D-Bild aus zumeist der gleichen Perspektive darbietet, während eine Gruppe von weiteren Betrachtern zumeist ein orthoskopisches 3D-Bild sieht, wobei sich die jeweilige Perspektive der verschiedenen Betrachter ändern kann. In einer besonderen Ausgestaltung soll es ermöglicht werden, auch großformatige Bildschirme zur Erfüllung der eben genannten Aufgabe umzurüsten.Proceeding from this, the object of the invention is an autostereoscopic To enable representation that is always an orthoscopic for at least one viewer 3D image mostly presented from the same perspective while a group of others Viewers mostly see an orthoscopic 3D image, showing the respective perspective that different viewers can change. In a special embodiment, it should also enable large-format screens to meet the aforementioned Convert task.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes, umfassend
This object is achieved according to the invention by an arrangement for the spatial representation of a scene / an object, comprising

  • - eine Bildwiedergabeeinrichtung, insbesondere einen Flachbildschirm (1), zur Wiedergabe eines Bildarrays aus einer Vielzahl von Bildelementen αij, die in definierter Zuordnung Informationen aus mehreren Ansichten Ak (k = 1 . . . n mit n < 3) der Szene/des Gegenstandes repräsentieren, wobei von den Bildelementen Licht in vorzugsweise verschiedenen Wellenlängenbereichen abgestrahlt wird,- An image reproduction device, in particular a flat screen ( 1 ), for reproducing an image array from a plurality of image elements α ij , which, in a defined association, contains information from several views A k (k = 1... n with n <3) of the scene / Represent an object, light being emitted from the picture elements in preferably different wavelength ranges,
  • - mindestens ein Filterarray (2), das bezogen auf die Blickrichtung eines Betrachters (5) der Bildwiedergabeeinrichtung in einem vorgegebenen Abstand z vor- oder nachgeordnet ist, wobei das Filterarray eine Vielzahl von in bestimmten Wellenlängenbereichen lichtdurchlässige Filterelemente umfaßt, so daß für das von den Bildelementen αij abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden,- At least one filter array ( 2 ), which is based on the viewing direction of a viewer ( 5 ) of the image display device upstream or downstream at a predetermined distance z, the filter array comprising a plurality of filter elements that are translucent in certain wavelength ranges, so that for the Image elements α ij emitted light propagation directions are specified,
  • - eine Verschiebeeinrichtung (6), die in der Lage ist, das Filterarray (2) - vorzugsweise in horizontaler Richtung - zu bewegen,a displacement device ( 6 ) which is able to move the filter array ( 2 ) - preferably in the horizontal direction -
  • - eine Tracking-Einrichtung (7) zur Detektion der Augenposition eines ausgewählten Betrachters (5),- a tracking device ( 7 ) for detecting the eye position of a selected viewer ( 5 ),
  • - eine Recheneinrichtung (8), die die Verschiebeeinrichtung (6) in Abhängigkeit der von der Tracking-Einrichtung ermittelten Augenposition des ausgewählten Betrachters (5) betätigt,- a computing device ( 8 ) which actuates the displacement device ( 6 ) as a function of the eye position of the selected viewer ( 5 ) determined by the tracking device,
  • - wobei sich bei jeder Position des Filterarrays (2) die Ausbreitungsrichtungen innerhalb eines Betrachtungsraumes, in einer Vielzahl von Schnittpunkten, die jeweils einer Betrachtungsposition entsprechen, kreuzen, wodurch von jeder Betrachtungsposition aus der bzw. die Betrachter mit einem Auge überwiegend Teilinformationen einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend Teilinformationen einer zweiten Auswahl aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) optisch wahrnehmen, wobei insbesondere der ausgewählte Betrachter (5) auf Grund der permanent auf seine Augenposition abgestimmten Position des Filterarrays fast ausschließlich die mittleren der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) sieht und wobei auf Grund der Verwendung von n < 3 Ansichten die Trägheit der Verschiebeeinrichtung derart ausgeglichen wird, daß der ausgewählte Betrachter (5) im wesentlichen zu keiner Zeit ein in der Tiefe verkehrtes Bild wahrnimmt.- Wherein at each position of the filter array ( 2 ) the directions of propagation within a viewing space, in a plurality of intersection points, each corresponding to a viewing position, cross, whereby from each viewing position the viewer (s) with one eye predominantly partial information of a first selection and with the other eye predominantly optically perceive partial information from a second selection from the views A k (k = 1... n), the selected viewer ( 5 ) in particular, almost exclusively the middle one, due to the position of the filter array that is permanently adjusted to his eye position Views A k (k = 1... N) sees and, due to the use of n <3 views, the inertia of the displacement device is compensated in such a way that the selected viewer ( 5 ) essentially never sees an image that is inverted in depth perceives.

Die Erfindung ist mannigfaltig auszugestalten; insbesondere kann das Filterarray (2) auch als ein Linsenrasterschirm, speziell als ein Lentikularschirm oder auch als Barriereschirm ausgebildet sein.The invention can be embodied in many different ways; in particular, the filter array ( 2 ) can also be designed as a lenticular screen, specifically as a lenticular screen or also as a barrier screen.

Für die weiteren Ausführungen soll aber insbesondere die Ausgestaltung mit einem Filterarray in Betracht gezogen werden. For the further explanations, however, the configuration with a Filter array can be considered.  

Als Bildwiedergabeeinrichtung ist ein Flachbildschirm (1), vorzugsweise ein Farb-LC- Display, mit separat ansteuerbaren Subpixeln vorgesehen. Dabei entspricht jeweils ein Subpixel einem Bildelement αij in Spalten i und Zeilen j.A flat screen ( 1 ), preferably a color LC display, with separately controllable subpixels is provided as the image display device. One sub-pixel corresponds to one picture element α ij in columns i and rows j.

Der Flachbildschirm (1) ist vorzugsweise mit einer Ansteuerschaltung (3) gekoppelt, die auf den Subpixeln Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 bis n) nach der Funktion generiert
The flat screen ( 1 ) is preferably coupled to a control circuit ( 3 ) which generates partial information of the views A k (k = 1 to n) on the subpixels according to the function

wobei
in which

  • - i dem Index eines Bildelementes αij in einer Zeile des Rasters entspricht,i corresponds to the index of a picture element α ij in one line of the grid,
  • - j dem Index eines Bildelementes αij in einer Spalte des Rasters entspricht,j corresponds to the index of a picture element α ij in a column of the grid,
  • - k der fortlaufenden Nummer der Ansicht Ak (k = 1 . . . n), aus der die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement αij wiedergegeben werden soll,- k the consecutive number of the view A k (k = 1... n) from which the partial information originating from a certain picture element α ij originates,
  • - n der Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten Ak (k = 1 . . . n),- n the total number of views A k used (k = 1... n),
  • - cij einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der verschiedenen von den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) stammenden Teilinformationen auf dem Raster und- c ij of a selectable coefficient matrix for combining or mixing the various partial information on the grid from the views A k (k = 1... n)
  • - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.- IntegerPart of a function for generating the largest integer that the argument in brackets does not exceed.

Mit anderen Worten: die Indizes i und j bezeichnen die Positionen von Bildelementen αij, für die anzugeben ist, aus welcher der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) die darzustellende Teilinformation bezogen werden soll. Dabei steht i für den horizontalen Index (mit Werten von 1 bis zur horizontalen Bildelementauflösung, das ist im Falle der Darstellung der Teilinformationen auf RGB-Subpixeln der dreifache Wert der Pixelauflösung) und j für den vertikalen Index (mit Werten von 1 bis zum Wert der vertikalen Bildelementauflösung).In other words: the indices i and j denote the positions of picture elements α ij for which it is to be specified from which of the views A k (k = 1... N) the partial information to be displayed is to be obtained. Here i stands for the horizontal index (with values from 1 to the horizontal picture element resolution, in the case of displaying the partial information on RGB subpixels that is three times the value of the pixel resolution) and j for the vertical index (with values from 1 to the value of vertical picture element resolution).

Soll für eine beliebige, aber feste Anzahl n von Ansichten Ak (k = 1 . . . n), die alle die gleiche Bildauflösung bzw. das gleiche Format besitzen, das auf dem Raster darzustellende, aus Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) zu kombinierende Gesamtbild ermittelt werden, so ist für die Kombinationsvorschrift noch folgendes zu berücksichtigen: die Koeffizientenmatrix cij kann als Einträge Werte besitzen, die reellen Zahlen entsprechen. For any, but fixed, number n of views A k (k = 1... N), all of which have the same image resolution or the same format, is the partial information of the views A k (k = 1 ... n) to be combined, the following must also be taken into account for the combination rule: the coefficient matrix c ij can have values as entries which correspond to real numbers.

Dabei sind für i und j natürliche Zahlen größer Null im oben genannten Wertebereich möglich.Natural numbers greater than zero for i and j are in the range of values mentioned above possible.

Das auf dem Raster dargestellte, aus den verschiedenen Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) kombinierte Gesamtbild wird bei Vorgabe dieser Parameter entsprechend der oben angegebenen Funktion erzeugt, indem alle möglichen Indexpaare i, j durchlaufen werden.The overall image shown on the grid and combined from the different partial information of the views A k (k = 1... N) is generated when these parameters are specified in accordance with the above-mentioned function by running through all possible index pairs i, j.

Das Filterarray (2) beinhaltet Filter βpq, die nach der Funktion in Spalten p und Zeilen q angeordnet sind
The filter array ( 2 ) contains filters β pq , which are arranged according to the function in columns p and rows q

mit
With

  • - p dem Index eines Filters βpq in einer Zeile des Arrays,p the index of a filter β pq in a row of the array,
  • - q dem Index eines Filters βpq in einer Spalte des Arrays,q the index of a filter β pq in a column of the array,
  • - b einer ganzen Zahl, die für ein Filter βpq an der Position p,q eine der vorgesehenen Transmissionseigenschaften λb festlegt und Werte zwischen 1 und bmax haben kann,b an integer which defines one of the intended transmission properties λ b for a filter β pq at position p, q and can have values between 1 and b max ,
  • - nm einem ganzzahligen Wert größer Null, der bevorzugt der Gesamtzahl bmax der Transmissionseigenschaften λb entspricht, wobei die Gesamtzahl bmax wiederum bevorzugt der Gesamtzahl n der in dem Kombinationsbild dargestellten Ansichten Ak entsprechen kann,n m is an integer value greater than zero, which preferably corresponds to the total number b max of the transmission properties λ b , the total number b max again preferably corresponding to the total number n of the views A k shown in the combination image,
  • - dpq einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Variation der erzeugten Struktur auf dem Filterarray und- d pq of a selectable coefficient matrix for varying the structure generated on the filter array and
  • - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.- IntegerPart of a function for generating the largest integer that the argument in brackets does not exceed.

Die wählbare Koeffizientenmatrix dpq kann als Einträge Werte besitzen, die reellen Zahlen entsprechen. Dabei sind für p und q, die (wie bereits dargestellt) Positionen innerhalb des Filterarrays beschreiben, natürliche Zahlen größer Null möglich.The selectable coefficient matrix d pq can have values as entries which correspond to real numbers. Natural numbers greater than zero are possible for p and q, which (as already described) describe positions within the filter array.

Der Erzeugung des kombinierten Gesamtbildes aus den Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) und der Erzeugung des Maskenbildes, d. h. der Struktur der Filter auf dem Filterarray, liegen demzufolge gleichartige oder zumindest artverwandte Vorschriften zugrunde. Die Filter βpq als Elemente des Maskenbildes besitzen größenordnungsmäßig eine ähnliche Flächenausdehnung wie die Bildelemente αij.The generation of the combined overall image from the partial information of the views A k (k = 1... N) and the generation of the mask image, ie the structure of the filter on the filter array, are therefore based on similar or at least related regulations. The filters β pq as elements of the mask image have an area similar in size to the image elements α ij .

Die Transmissionseigenschaften λb für die Filter βpq entsprechen vorzugsweise Transparenzwellenlängen- bzw. Transparenzwellenlängenbereichen.The transmission properties λ b for the filters β pq preferably correspond to transparency wavelength or transparency wavelength ranges .

Diese Transparenzwellenlängenbereiche werden vorzugsweise so vorgegeben, daß sie jeweils der Transparenz in einem der drei Farbbereiche rot (λ1), grün (λ2) oder blau (λ3) oder der Transparenz im gesamten sichtbaren Spektrum (λ4) oder der Intransparenz im gesamten sichtbaren Spektrum (λ5) entsprechen.These transparency wavelength ranges are preferably specified such that they each reflect the transparency in one of the three color ranges red (λ 1 ), green (λ 2 ) or blue (λ 3 ) or the transparency in the entire visible spectrum (λ 4 ) or the lack of transparency in the whole visible spectrum (λ 5 ).

Alternativ ist es auch möglich, die Transmissionseigenschaften λb als Transparenzwellenlängenbereiche vorzugeben werden, die jeweils der Transparenz in einem der drei Farbbereiche cyan, magenta oder gelb oder der Transparenz im gesamten sichtbaren Spektrum oder der Intransparenz im gesamten sichtbaren Spektrum entsprechen.Alternatively, it is also possible to specify the transmission properties λ b as transparency wavelength ranges, each of which corresponds to the transparency in one of the three color ranges cyan, magenta or yellow or the transparency in the entire visible spectrum or the non-transparency in the entire visible spectrum.

In einer besonderen Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, als Transmissionseigenschaften reine wellenlängenunabhängige Transmissionsgrade vorzugeben, d. h. die Filter wären in diesem Fall Neutralfilter zur wellenlängenunabhängigen Schwächung der Lichtintensität mit jeweils vorgegebenem Transmissionsgrad (z. B. 0%, 25%, 50%, 75% und 100%). Auch Weiterführungen sind denkbar, d. h. das Filterarray (2) enthält sowohl Wellenlängenfilter als auch Neutralfilter.In a special embodiment, it can also be provided to specify purely wavelength-independent transmittance as transmission properties, ie the filters in this case would be neutral filters for wavelength-independent attenuation of the light intensity with a predetermined transmittance (e.g. 0%, 25%, 50%, 75% and 100%). Further developments are also conceivable, ie the filter array ( 2 ) contains both wavelength filters and neutral filters.

Zur Detektion der Augenposition eines ausgewählten Betrachters ("Tracking") können vielerlei Anordnungen zum Einsatz kommen. In einer einfachen Ausführung kommt als Tracking-Einrichtung (7) eine schwenkbare Kamera mit einer Recheneinrichtung zum Einsatz. Dabei wird in der Recheneinrichtung (8) das von der Tracking-Einrichtung (7), z. B. der Kamera, gelieferte Signal ausgewertet, indem z. B. die Augen als weiße Flächen mit dunklen Punkten, die den Pupillen entsprechen, gesucht werden. Es ist auch möglich, den ausgewählten Betrachter vorzugsweise zwischen den Augen mit einem speziell gefärbten Punkt oder einem anderen, technisch erkennbaren Merkmal zu markieren, das überdies auch ein leichtes Tracking der Augenposition unterstützt. Der ausgewählte Betrachter (5) kann bei größeren Bildschirmen (z. B. Plasma-Displays mit 50 Zoll Bildschirmdiagonale) auch einfach dadurch gekennzeichnet sein, daß er sich in einem bestimmten Bereich - eben genau dem verfügbaren Tracking-Volumen der Tracking-Einrichtung (7) - aufhält. Various arrangements can be used to detect the eye position of a selected viewer ("tracking"). In a simple embodiment, a pivoting camera with a computing device is used as the tracking device ( 7 ). This is in the computing device ( 8 ) by the tracking device ( 7 ), for. B. the camera, delivered signal evaluated by z. B. the eyes are searched as white areas with dark spots that correspond to the pupils. It is also possible to mark the selected viewer preferably between the eyes with a specially colored point or another, technically recognizable feature, which also supports easy tracking of the eye position. In the case of larger screens (e.g. plasma displays with a diagonal of 50 inches), the selected viewer ( 5 ) can also simply be characterized by being in a certain area - precisely the available tracking volume of the tracking device ( 7 ) - stops.

Eine Vielzahl von möglichen Augenpositionstrackingapparaten ist in WO 9618925 beschrieben.A variety of possible eye position tracking devices is in WO 9618925 described.

Zur Verschiebung des Filterarrays (2) ist eine Verschiebeeinrichtung (6) vorgesehen, die mindestens eine Schiene und mindestens einen Linearmotor, der vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet ist, umfaßt. Die Verschiebung des Filterarrays (2) geschieht vorzugsweise in horizontaler Richtung - bezogen auf die (gewöhnliche) Blickrichtung eines Betrachters.A displacement device ( 6 ) is provided for displacing the filter array ( 2 ), which comprises at least one rail and at least one linear motor, which is preferably designed as a stepper motor. The filter array ( 2 ) is preferably displaced in the horizontal direction - in relation to the (usual) viewing direction of an observer.

Es ist auch möglich, die Verschiebeeinrichtung mit Hilfe von Piezo-Stellern auszubilden.It is also possible to design the displacement device with the aid of piezo actuators.

In Blickrichtung eines Betrachters kann das Filterarray (2) zwischen dem Flachbildschirm (1) und einer diesem nachgeordneten flächigen Beleuchtungsquelle, die weißes Licht ausstrahlt, angeordnet sein.In the viewing direction of a viewer, the filter array ( 2 ) can be arranged between the flat screen ( 1 ) and a planar lighting source downstream of it, which emits white light.

Vorzugsweise ist das Filterarray (2) in Blickrichtung eines Betrachters vor dem Flachbildschirm (1) angeordnet, dem eine flächige, weißes Licht ausstrahlende Beleuchtungsquelle nachgeordnet sein kann.The filter array ( 2 ) is preferably arranged in the viewing direction of a viewer in front of the flat screen ( 1 ), which can be followed by a flat, white light-emitting illumination source.

Die einzelnen Filter des Filterarrays (2) weisen jeweils einen vieleckigen, bevorzugt rechteckigen Umriß auf.The individual filters of the filter array ( 2 ) each have a polygonal, preferably rectangular outline.

Der Abstand z zwischen dem Flachbildschirm (1) und dem Filterarray (2) kann z. B. 1 bis 10 mm betragen.The distance z between the flat screen ( 1 ) and the filter array ( 2 ) can, for. B. be 1 to 10 mm.

Unter Umständen kann es von Vorteil sein, wenn der Baueinheit aus Flachbildschirm (1) und Filterarray (2) in Blickrichtung eines Betrachters (5) eine Linse, bevorzugt eine Fresnellinse vorgeordnet ist, wodurch je nach Ausbildung der Linse eine reelle und/oder virtuelle Abbildung der räumlichen Darstellung der Szene/des Gegenstandes für den Betrachter entsteht.Under certain circumstances, it may be advantageous if a lens, preferably a Fresnel lens, is arranged upstream of the flat screen unit ( 1 ) and filter array ( 2 ) in the viewing direction of a viewer ( 5 ), which, depending on the design of the lens, results in a real and / or virtual image the spatial representation of the scene / object for the viewer.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Filter auf dem Array nicht nur im Hinblick auf die Durchlaßeigenschaften ihrer einzelnen Wellenlängenfilter statisch, sondern weiterhin auch als passive, d. h. ohne jegliche elektrische Energie auskommende Filter ausgebildet. Filterarrays können als dünnwandige Platten oder Folien hergestellt werden, in welche die gewünschte Struktur der einzelnen Filter dauerhaft eingeprägt ist.In an advantageous embodiment of the invention, the filters on the array are not only in the Statically, with regard to the transmission characteristics of their individual wavelength filters still as passive, d. H. without any electrical energy filters educated. Filter arrays can be manufactured as thin-walled plates or foils which the desired structure of the individual filters is permanently imprinted.

In einer besonderen Ausgestaltung wird das Filterarray (2) durch ein LC-Display gebildet, wobei die für eine Verschiebungseinrichtung (6) vorgesehene zugehörige Recheneinrichtung (8) an Stelle einer Verschiebungseinrichtung (6) besagtes LC-Display in Abhängigkeit vom Signal der Tracking-Einrichtung (7) steuert. Die Verschiebungseinrichtung (6) kann dabei entfallen. Die einzelnen Subpixel des LC-Displays wirken hier als Filter, wobei diese separat angesteuert werden. Schwarz geschaltete Subpixel entsprechen z. B. opaken Filtern, während optimal transparent geschaltete, hardwaremäßig z. B. mit einem grünen Filter versehene Subpixel beispielsweise als Grünfilter wirken. Äquivalent zur Verschiebung des Filterarrays wird hier das LC-Display derart angesteuert, daß in Entsprechung zu einer Verschiebung eines statischen Filterarrays die transluzenten Subpixel des LC-Displays bei Bedarf, d. h. bei einer Bewegung des Betrachters, verschoben werden.In a particular embodiment, the filter array (2) is formed by an LCD, wherein the requirement for a shift means (6) associated with calculating means (8) in place of a displacement means (6) said LC display in dependence on the signal of the tracking device ( 7 ) controls. The displacement device ( 6 ) can be omitted. The individual sub-pixels of the LC display act here as filters, which are controlled separately. Black subpixels correspond to e.g. B. opaque filters, while switched optimally transparent, hardware z. B. provided with a green filter, for example, act as a green filter. Equivalent to shifting the filter array, the LC display is controlled here in such a way that the translucent subpixels of the LC display are shifted in response to a shift of a static filter array when required, ie when the viewer moves.

Mit anderen Worten: Anstatt ein statisches Filterarray zu verschieben, wird das dem Filterarray entsprechend auf dem LC-Display dargestellte "Filterbild" geeignet verschoben.In other words, instead of moving a static filter array, it will Filter array suitably shifted according to the "filter image" shown on the LC display.

Generell betrachtet ist ein Bildelement αij eine selbstleuchtende oder beleuchtete Fläche geringer Größe mit einem Flächeninhalt von etwa 10.000 µm2 bis zu einigen mm2, auf der ein geringer Ausschnitt einer der Ansichten Ak (k = 1 . . . n), im folgenden als Teilinformation einer solchen Ansicht Ak (k = 1 . . . n) bezeichnet, an der Stelle i,j wiedergegeben werden kann. Vorteilhaft kann mit dem Indexpaar i,j auch die Position in der Ansicht Ak bezeichnet sein, von der die Teilinformation stammt, die auf dem Bildelement αij wiedergegeben wird - sofern auch die Ansichten Ak (k = 1 . . . n) in Raster aus Zeilen j und Spalten i gegliedert sind.In general, a picture element α ij is a self-illuminating or illuminated area of small size with an area of approximately 10,000 µm 2 to a few mm 2 , on which a small section of one of the views A k (k = 1... N) is shown below referred to as partial information of such a view A k (k = 1... n) at which i, j can be reproduced. Advantageously, the index pair i, j can also be used to denote the position in the view A k from which the partial information originating from the picture element α ij originates - provided the views A k (k = 1... N) in Grids of rows j and columns i are structured.

Von jeder Betrachtungsposition aus nimmt ein Betrachter mit einem Auge überwiegend Bildelemente αij einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend Bildelemente αij ein einer zweiten Auswahl aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) wahr.From each viewing position, a viewer perceives predominantly picture elements α ij from a first selection and with the other eye predominantly picture elements α ij from a second selection from the views A k (k = 1... N).

Darunter sind ausdrücklich auch solche Fälle zu verstehen, in denen das von einem Bildelement αij kommende Licht nicht vollständig, sondern nur zum Teil in das betreffende Auge des Betrachters gelangt, was beispielhaft bei partieller Abdeckung eines Bildelementes αij, etwa durch Anordnungsteile, denkbar ist.This also expressly means cases in which the light coming from a picture element α ij does not reach the eye of the viewer in question completely, but only in part, which is conceivable, for example, when a picture element α ij is partially covered, for example by arrangement parts ,

Bevorzugt werden die Ausbreitungsrichtungen durch eine Vielzahl von Filtern βpq des Filterarrays vorgegeben, wobei jeweils ein Bildelement αij mit mehreren zugeordneten Filtern βpq oder ein Filter βpq mit mehreren zugeordneten Bildelementen αij derart korrespondiert, daß jeweils die Verbindungsgerade zwischen der Flächenmitte des sichtbaren Abschnittes eines Bildelementes αij und der Flächenmitte des sichtbaren Abschnittes eines Filters βpq einer Ausbreitungsrichtung entspricht.The directions of propagation are preferably predetermined by a multiplicity of filters β pq of the filter array, one image element α ij corresponding to several assigned filters β pq or one filter β pq corresponding to several assigned image elements α ij such that the connecting straight line between the center of the visible area Section of a picture element α ij and the area center of the visible section of a filter β pq corresponds to a direction of propagation.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die Filter βpq in Arrays mit Zeilen q und Spalten p angeordnet und eines oder mehrere solcher Arrays dem Raster mit den Bildelementen αij, bezogen auf die Blickrichtung eines Betrachters, in einem festen Abstand z vor- und/oder nachgeordnet sind.It is advantageous if the filters β pq are arranged in arrays with rows q and columns p and one or more such arrays advance and / or the grid with the picture elements α ij , based on the viewing direction of a viewer, at a fixed distance z. or are subordinate.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:The invention is illustrated below with reference to the drawing Embodiments explained in more detail. The drawing shows in:

Fig. 1 eine schematische Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes nach der Erfindung mit einem in Blickrichtung eines Betrachters vor einer Bildwiedergabeeinrichtung (Farb-LC-Displays) liegenden Filterarray, das durch eine Verschiebeeinrichtung seitlich bewegt werden kann, Fig. 1 is a schematic sketch of a first embodiment of an arrangement for the spatial representation of a scene / an object according to the invention with a filter array lying in the viewing direction of an observer in front of an image display device (color LC displays), which can be moved laterally by a displacement device .

Fig. 2 ein Beispiel für die Struktur der Filter βpq des Filterarrays unter Einsatz von Wellenlängenfiltern in stark vergrößerter und nicht-maßstäblicher Darstellung, und in Fig. 2 shows an example of the structure of the filter β pq of the filter array using wavelength filters in a greatly enlarged and not to scale, and in

Fig. 3 ein Beispiel für ein Gesamtbild aus den Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n; n = 8), erzeugt mit den als Bildelementen αij genutzten Subpixeln RGB des Farb-LC-Displays, stark vergrößert und nicht-maßstäblich dargestellt. Fig. 3 shows an example of a total image from the partial information of the views A k (k = 1... N; n = 8), generated with the sub-pixels RGB of the color LC display used as picture elements α ij , greatly enlarged and not - shown to scale.

Das erste Ausführungsbeispiel zeigt eine Anordnung zur dreidimensionalen (autostereoskopischen) Darstellung von Szenen und/oder Gegenständen. Mit dieser werden Teilinformationen von verschiedenen Ansichten der Szene oder des Gegenstandes wiedergegeben. Die Ansichten repräsentieren dabei beispielsweise Bildinformationen aus benachbarten Perspektivansichten.The first embodiment shows an arrangement for three-dimensional (autostereoscopic) representation of scenes and / or objects. Be with this Partial information from different views of the scene or object played. The views represent image information, for example neighboring perspective views.

Die Anordnung umfaßt als Bildwiedergabeeinrichtung für die Wiedergabe der Kombination von Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) auf Bildelementen αu ein derzeit handelsüblich verfügbares Farb-LC-Display (1), wie beispielsweise Batron BT63212. Auf diese Weise läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung einfach realisieren. Das schließt jedoch nicht aus, daß für die Bildwiedergabe auch jede andere denkbare Ausführung möglich ist. Insbesondere könnte an Stelle des Farb-LC-Displays auch ein Plasma-Bildschirm, beispielsweise vom Typ Pioneer PDP 502-MXE, zum Einsatz kommen.As an image display device for displaying the combination of partial information of the views Ak (k = 1... N) on picture elements αu, the arrangement comprises a color LC display ( 1 ), such as Batron BT63212, which is currently commercially available. In this way, the arrangement according to the invention can be easily implemented. However, this does not exclude that any other conceivable version is possible for image reproduction. In particular, a plasma screen, for example of the type Pioneer PDP 502-MXE, could also be used instead of the color LC display.

In Blickrichtung eines bzw. mehrerer Betrachter(s) ist das Farb-LC-Display (1) als bilddarstellendes Raster in einem vorgegebenen Abstand z hinter einem Filterarray (2) angeordnet. Hinter dem Farb-LC-Display befindet sich eine flächige Beleuchtungsquelle, die mit dem Farb-LC-Display (1) zu einer Baueinheit verbunden ist und zeichnerisch nicht dargestellt ist.In the viewing direction of one or more viewers, the color LC display ( 1 ) is arranged as an image-forming grid at a predetermined distance z behind a filter array ( 2 ). Behind the color LC display is a planar lighting source, which is connected to the color LC display ( 1 ) to form a structural unit and is not shown in the drawing.

Das bildwiedergebende Farb-LC-Display (1) ist mit einer Ansteuerschaltung (3) verknüpft. Es verfügt über separat ansteuerbare Subpixel der Grundfarben rot (R), grün (G) und blau (B). Zur besseren Unterscheidbarkeit werden nachfolgend die Subpixel des Farb-LC-Displays (1) mit R, G, B bezeichnet; die Wellenlängenfilter der Filterarrays (2) jedoch werden hingegen mit R', G', B', die jeweils eigenen Transparenzwellenlängenbereichen entsprechen, bezeichnet. Die Ansteuerschaltung (3) ist derart ausgebildet, daß auf den einzelnen Subpixeln R, G, B des Displays (1) Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) generiert werden.The image-reproducing color LC display ( 1 ) is linked to a control circuit ( 3 ). It has separately controllable sub-pixels of the primary colors red (R), green (G) and blue (B). For better differentiability, the sub-pixels of the color LC display ( 1 ) are referred to below as R, G, B; the wavelength filters of the filter arrays ( 2 ), however, are denoted by R ', G', B ', each of which corresponds to its own transparency wavelength range. The control circuit ( 3 ) is designed such that partial information of the views A k (k = 1... N) is generated on the individual subpixels R, G, B of the display ( 1 ).

Der Abstand z zwischen dem Farb-LC-Display (1) und der Filterarray (2) beträgt beispielhaft 2,3 mm, wobei in diesem Falle Wellenlängenfilter R', G', B' des Filterarrays (2) mit den Subpixeln R, G, B des Farb-LC-Displays (1) so korrespondieren, daß sich die damit festgelegten Ausbreitungsrichtungen des von den Subpixeln R, G, B austretenden und durch die Filter hindurchtretenden Lichtes innerhalb eines Betrachtungsraumes (4), in dem sich ein oder mehrere Beobachter, insbesondere ein ausgewählter Betrachter (5) befinden, in einer Vielzahl von Schnittpunkten treffen. Diese Schnittpunkte der Ausbreitungsrichtungen entsprechen Beobachtungsorten, von denen aus mit einem Augenpaar die Szene bzw. der Gegenstand räumlich wahrgenommen werden kann.The distance z between the color LC display ( 1 ) and the filter array ( 2 ) is, for example, 2.3 mm, in which case wavelength filters R ', G', B 'of the filter array ( 2 ) with the subpixels R, G , B of the color LC display ( 1 ) correspond in such a way that the directions of propagation, thus determined, of the light emerging from the subpixels R, G, B and passing through the filters are within a viewing space ( 4 ) in which one or more observers , in particular a selected viewer ( 5 ), meet at a plurality of intersection points. These points of intersection of the directions of propagation correspond to observation locations from which the scene or the object can be perceived spatially with one pair of eyes.

Dabei wurde der Abstand z für die Ausgestaltungsvariante nach Fig. 1 ermittelt aus
The distance z for the design variant according to FIG. 1 was determined from

Für sp wurde der mittlere horizontale Abstand der einzelnen Subpixel auf dem in Blickrichtung nachgeordneten Farb-LC-Display (1) mit 99 µm angenommen. Für die mittlere Pupillendistanz pd wurde 65 mm gesetzt. Als mittlerer Betrachtungsabstand da wurde 1,5 m gewählt. Daraus ergibt sich der auszuführende Abstand z mit 2,3 mm.The average horizontal spacing of the individual subpixels on the color LC display ( 1 ) arranged downstream in the viewing direction was assumed to be 99 µm for s p . 65 mm was used for the mean pupil distance p d . 1.5 m was chosen as the mean viewing distance. The resulting distance z is 2.3 mm.

Die Ausbreitungsrichtungen sind jeweils durch die Flächenmitten der sichtbaren Abschnitte der betreffenden Filter und Subpixel R, G, B vorgegeben, wobei sich die Strahlengänge nicht nur in einer Ebene, sondern vielfach räumlich verteilt ausbreiten.The directions of propagation are in each case through the area centers of the visible sections of the filters and sub-pixels R, G, B in question, the beam paths not spread out only on one level, but often spatially distributed.

Weiterhin ist in Fig. 1 die Verschiebeeinrichtung (6) für das Filterarray (2) schematisch angedeutet. Sie wird in einer beispielhaften Ausgestaltung aus einem Schrittmotor (mit einer entsprechenden Ansteuerung) und Schienen für das Filterarray (2) gebildet. Dabei ist das Filterarray (2) auf einem Träger, z. B. einer Glasscheibe auflaminiert. Diese Glasscheibe mit dem Filterarray (2) wird an ihrer Oberkante bzw. Unterkante in einer Schiene geführt, wobei zusätzliche Mittel zur Verringerung der Reibung (z. B. Rollen) vorgesehen sein können. Die in der Zeichnung nicht dargestellte Tracking-Einrichtung (7) zur Echtzeit-Detektion der Augenposition eines ausgewählten Betrachters (5) liefert über eine Recheneinrichtung (8) Informationen für die Steuerungseinheit der Verschiebeeinrichtung (6). Diese verschiebt das Filterarray (2) nun fortlaufend mit dem Ziel, daß der ausgewählte Betrachter überwiegend stets die gleichen, paarweise verschiedenen Ansichten Ax und Ay aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) wahrnimmt. Die Trägheit bzw. Hysterese dieses Regelkreises bestehend aus Tracking- (7) und Verschiebeeinrichtung (6) wird nun dadurch ausgeglichen, daß bei zu langsamer Verschiebung bzw. überschwingender Verschiebung des Filterarrays (2) verglichen mit der jeweiligen exakt angestrebten Zielposition die neben den genannten mittleren Ansichten Ax und Ay befindlichen Ansichten immer noch einen korrekten 3D-Eindruck für den ausgewählten Betrachter (5) ergeben. Dies kann insbesondere auch dann von Vorteil sein, wenn großformatige Bildschirme (z. B. ein Plasma-Display des o. g. Typs) als 3D-Bildschirme konfektioniert werden sollen, weil in diesen Fällen die Masse und damit die Trägheit des Filterarrays (2) sowie die Trägheit bzw. Hysterese besagter Regelkreise besonders groß sein kann.Furthermore, the displacement device ( 6 ) for the filter array ( 2 ) is indicated schematically in FIG. 1. In an exemplary embodiment, it is formed from a stepper motor (with a corresponding control) and rails for the filter array ( 2 ). The filter array ( 2 ) is on a support, for. B. laminated on a sheet of glass. This glass pane with the filter array ( 2 ) is guided on its upper edge or lower edge in a rail, whereby additional means for reducing the friction (e.g. rollers) can be provided. The tracking device ( 7 ), not shown in the drawing, for real-time detection of the eye position of a selected viewer ( 5 ) provides information for the control unit of the displacement device ( 6 ) via a computing device ( 8 ). This moves the filter array ( 2 ) continuously with the aim that the selected viewer always perceives the same, pair-wise different views A x and A y from the views A k (k = 1... N). The inertia or hysteresis of this control loop consisting of tracking ( 7 ) and shifting device ( 6 ) is now compensated for by the fact that if the filter array ( 2 ) shifts too slowly or overshoots, compared to the precisely aimed target position in each case, the one besides the middle one mentioned Views A x and A y still give a correct 3D impression for the selected viewer ( 5 ). This can be particularly advantageous if large-format screens (e.g. a plasma display of the above type) are to be assembled as 3D screens, because in these cases the mass and thus the inertia of the filter array ( 2 ) and the Inertia or hysteresis of said control loops can be particularly large.

Während der ausgewählte Betrachter (5) dann im wesentlichen immer die genannten Ansichten Ax und Ay sieht, können die anderen Betrachter auch i. d. R. ein orthoskopisches autostereoskopisches 3D-Bild wahrnehmen. Im Falle, daß sich der ausgewählte Betrachter (5) bewegt, ändert sich lediglich die Perspektive der anderen Betrachter. Für den Fall, daß dadurch ein Betrachter in die Übergangszone der Ansichten, den sogenannten Sprungpunkt, bei dem die Periode der horizontal nebeneinander wahrnehmbaren Ansichten neu beginnt, d. h. in den Übergangsbereich der letzten Ansicht An zur ersten Ansicht A1 gelangt, kann ein solcher Betrachter durch eine leichte seitliche Kopfbewegung wieder in einen orthoskopischen Sichtbereich gelangen.While the selected viewer ( 5 ) then essentially always sees the views A x and A y mentioned , the other viewers can generally also perceive an orthoscopic autostereoscopic 3D image. In the event that the selected viewer ( 5 ) moves, only the perspective of the other viewers changes. In the event that a viewer thereby enters the transition zone of the views, the so-called jump point, at which the period of the horizontally adjacent views begins anew, ie in the transition area of the last view A n to the first view A 1 , such a viewer can return to an orthoscopic viewing area with a slight lateral head movement.

In Fig. 2 ist ein Beispiel für die Struktur eines Filterarrays βpq anhand einzelner Filter in einer Draufsicht auf die Displayfläche zum Zweck der Anschaulichkeit stark vergrößert und nicht maßstäblich dargestellt. Die Teilflächen entsprechen jeweils einem Filter. Wie bereits erwähnt entspricht R' einem Filter, der für rotes Licht transparent ist, G' einem Filter, der für grünes Licht transparent ist und B' einem Filter, der für blaues Licht transparent ist. Mit S sind opake Filter bezeichnet. Diese Filterstruktur läßt sich erzeugen mit dem beispielhaften Filterkombinationsparameter dpq, der erzeugt wird nach der Vorschrift
In FIG. 2, an example of the structure of a filter array is β pq based on individual filters in a plan view of the display surface for the purpose of clarity, greatly enlarged and not drawn to scale. The partial areas each correspond to a filter. As already mentioned, R 'corresponds to a filter which is transparent to red light, G' to a filter which is transparent to green light and B 'to a filter which is transparent to blue light. S denotes opaque filters. This filter structure can be generated with the exemplary filter combination parameter d pq , which is generated according to the regulation

Die Filter sind bevorzugt rechteckig ausgebildet und besitzen beispielsweise eine Breite von 99 µm und eine Höhe von 297 µm.The filters are preferably rectangular and have, for example, a width of 99 µm and a height of 297 µm.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Kombination von Teilinformationen verschiedener Ansichten Ak (k = 1 . . . 8) in einer Draufsicht auf das Raster des Farb-LC-Displays 1, die nach der bereits beschriebenen Funktion erzeugt worden ist
FIG. 3 shows an example of the combination of partial information from different views A k (k = 1... 8) in a top view of the grid of the color LC display 1 , which was generated according to the function already described

wobei cij = -1 = const. für alle Paare (ij) und n = 8 gewählt sind.where c ij = -1 = const. are selected for all pairs (ij) and n = 8.

Dabei entspricht jede rechteckige Teilfläche einem Subpixel R, G, B. Die innerhalb der Teilflächen angegebenen Ziffern k = 1 . . . 8 geben die jeweilige Ansicht Ak (k = 1 . . . n) an, zu der die auf einem Subpixel bzw. einem Bildelement αij angezeigte Teilinformation gehört. So gehört eine auf einem mit k = 1 bezeichneten Subpixel angezeigte Teilinformation zur Ansicht A1, eine auf einem mit k = 2 bezeichneten Subpixel angezeigte Teilinformation zur Ansicht A2, usw. In dem gewählten Ausführungsbeispiel sind demnach zur räumlichen Darstellung acht Ansichten A1 bis A8, vorzugsweise Perspektivansichten, vorgesehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde hier darauf verzichtet, auch die "Black-Matrix" darzustellen, die oftmals technisch bedingt in Farb-LC-Displays eingearbeitet ist. Each rectangular partial area corresponds to a sub-pixel R, G, B. The numbers k = 1 specified within the partial areas. , , 8 indicate the respective view A k (k = 1... N) to which the partial information displayed on a subpixel or a picture element α ij belongs. Thus, partial information displayed on a subpixel labeled k = 1 belongs to view A 1 , partial information displayed on a subpixel labeled k = 2 belongs to view A 2 , and so on. In the selected exemplary embodiment, eight views A 1 to are therefore for spatial representation A 8 , preferably perspective views. For reasons of clarity, the "black matrix", which is often incorporated into color LC displays for technical reasons, has been omitted here.

Das Filterarray (2) ist vorzugsweise als ein statisches, d. h. zeitlich unveränderliches Filterarray, hier z. B. als dünne Folie, und damit als einfaches, passives Element ausgebildet. Als Herstellungsverfahren für derlei Folien kommt insbesondere der Siebdruck in Frage, bei dem auch Filterarrays größerer Abmaße (mehrere Quadratmeter) produziert werden können. Solche Abmaße sind von Vorteil, wenn etwa ein großformatiger Bildschirm, z. B. ein Plasma- Bildschirm mit 50-Zoll Bildschirmdiagonale, zum 3D-Bildschirm veredelt werden soll. Andere Druckverfahren, wie z. B. Thermosublimationsdruck, oder auch Belichtungsverfahren können ebenfalls angewendet werden.The filter array ( 2 ) is preferably designed as a static, ie temporally unchangeable filter array, here e.g. B. as a thin film, and thus formed as a simple, passive element. Screen printing, in which filter arrays of larger dimensions (several square meters) can also be produced, is particularly suitable as a production method for such films. Such dimensions are advantageous if, for example, a large format screen, e.g. B. a plasma screen with 50-inch screen diagonal to be refined to the 3D screen. Other printing processes, such as B. thermal sublimation printing, or exposure processes can also be used.

Das Filterarray (2) bewirkt eine Vorgabe der Ausbreitungsrichtungen des von dem Farb-LC- Display (1) abgestrahlten Lichtes in der oben beschriebenen Art und Weise, welche eine realistische, dreidimensionale Wahrnehmung erlaubt.The filter array ( 2 ) sets the directions of propagation of the light emitted by the color LC display ( 1 ) in the manner described above, which permits realistic, three-dimensional perception.

Aus der Vielzahl von Betrachtungspositionen, die aus der flächenhaften Anordnung der Bildelemente αu und der Filter βpq resultiert, ergibt sich dann die dreidimensionale Wahrnehmung: beide Augen sehen aus den Betrachtungspositionen Bildelemente αij bzw. Teilinformationen überwiegend verschiedener Ansichten Ak (k = 1 . . . n), wobei der Anteil der für jedes Auge wahrnehmbaren Teilinformationen für die dreidimensionale Wahrnehmung ursächlich ist.The three-dimensional perception then results from the large number of viewing positions resulting from the planar arrangement of the image elements αu and the filter β pq : both eyes see image elements α ij or partial information of predominantly different views A k (k = 1. n), the proportion of the partial information perceivable for each eye being the cause of the three-dimensional perception.

Dabei besitzen die für das Auge sichtbaren Lichtstrahlen einen zwar kleinen, jedoch vorhandenen Flächenquerschnitt.The light rays visible to the eye have a small, however existing cross-sectional area.

Als Betrachtungsraum ist hier der Bereich zu verstehen, in dem sich die Betrachter aufhalten bzw. bewegen können, wobei sie in Betrachtungsrichtung zum Raster die Szene bzw. den Gegenstand räumlich wahrnehmen. Je nach der Struktur des Maskenbildes und der verwendeten Anzahl n von Ansichten Ak (k = 1 . . . n) sind so Blickwinkel auf das Raster von über 45° möglich, d. h. der Betrachtungsraum kann einen von der Mittelsenkrechten des Rasters ausgehenden Öffnungswinkel von über 45° aufweisen.The viewing space is to be understood here as the area in which the viewer can stay or move, whereby they perceive the scene or the object spatially in the viewing direction towards the grid. Depending on the structure of the mask image and the number n of views A k (k = 1... N) used, viewing angles on the grid of more than 45 ° are possible, ie the viewing area can have an opening angle of more than 45 ° starting from the vertical perpendicular of the grid 45 °.

Die Erfindung bietet gegenüber dem Stand der Technik viele Vorteile. Insbesondere kann ein ausgewählter Betrachter (5) ohne Hilfsmittel wie Brillen ein korrektes räumliches Bild aus im wesentlichen immer dergleichen Perspektive sehen. Pseudoskopische Erscheinungen können für diesen speziellen Betrachter selbst bei Verwendung sehr großer Bildanzeigegeräte und den damit zusammenhängenden recht groß zu dimensionierenden optischen Baugruppen, die zur räumlichen Wahrnehmung notwendig sind, vermieden werden, während eine Vielzahl anderer Betrachter die gleiche Szene ohne Hilfsmittel ebenfalls räumlich sehen kann.The invention offers many advantages over the prior art. In particular, a selected viewer ( 5 ) can see a correct spatial image from essentially the same perspective without any aids such as glasses. Pseudoscopic phenomena can be avoided for this special viewer even when using very large image display devices and the associated large-sized optical assemblies, which are necessary for spatial perception, while a large number of other viewers can also see the same scene spatially without aids.

Eine solche Einrichtung kann insbesondere dazu dienen einer mit einer wichtigen Aufgabe betrauten Person, etwa einem Chirurgen, andauernd die gleiche Perspektive und obendrein immer korrekte räumliche Sichtweise darzubieten, während ein Auditorium auch ein räumliches Bild sehen soll, welches sich aber hinsichtlich der Perspektive leicht ändern kann. Dies könnte z. B. eine Gruppe von Medizinstudenten sein, die einer Operation beiwohnen. Such a device can serve in particular one with an important task entrusted person, such as a surgeon, constantly the same perspective and on top of that always present correct spatial perspective, while an auditorium also a should see a spatial image, but this can change slightly in terms of perspective. This could e.g. B. be a group of medical students attending an operation.  

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Flachbildschirm mit Bildelementen aij
Flat screen with picture elements a ij

22

Filterarray mit Filtern βpq
Filter array with filters β pq

33

Ansteuerschaltung
drive circuit

44

Betrachtungsraum
viewing space

55

Betrachter
observer

66

Verschiebeeinrichtung
shifter

77

Augenpositions-Tracking-Einrichtung
Eye position tracking device

88th

Recheneinrichtung für die Tracking-Einrichtung (Computing device for the tracking device (

77

)
αij
)
α ij

Bildelemente in Zeilen j und Spalten i
βpq
Picture elements in rows j and columns i
β pq

Filter in Zeilen q und Spalten p
λb
Filters in rows q and columns p
λ b

Transmissionseigenschaften der Filter
i, p Spalten
j, q Zeilen
z Abstand
R, G, B Subpixel der Grundfarben (rot, grün, blau) als Bildelemente αij
Transmission properties of the filters
i, p columns
j, q lines
z distance
R, G, B sub-pixels of the primary colors (red, green, blue) as picture elements α ij

R', G', B' Wellenlängenfilter βpq R ', G', B 'wavelength filter β pq

der Grundfarben (rot, grün, blau)
S Opakes Filterelement
the basic colors (red, green, blue)
S opaque filter element

Claims (16)

1. Anordnung zur räumlichen Darstellung einer Szene/eines Gegenstandes, umfassend
eine Bildwiedergabeeinrichtung, insbesondere einen Flachbildschirm (1), zur Wiedergabe eines Bildarrays aus einer Vielzahl von Bildelementen αij, die in definierter Zuordnung Informationen aus mehreren Ansichten Ak (k = 1 . . . n mit n < 3) der Szene/des Gegenstandes repräsentieren, wobei von den Bildelementen Licht in vorzugsweise verschiedenen Wellenlängenbereichen abgestrahlt wird,
mindestens ein Filterarray (2), das bezogen auf die Blickrichtung eines Betrachters (5) der Bildwiedergabeeinrichtung in einem vorgegebenen Abstand z vor- oder nachgeordnet ist, wobei das Filterarray (2) eine Vielzahl von in bestimmten Wellenlängenbereichen lichtdurchlässige Filterelemente umfaßt, so daß für das von den Bildelementen αij abgestrahlte Licht Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden,
eine Verschiebeeinrichtung (6), die in der Lage ist, das Filterarray (2) - vorzugsweise in horizontaler Richtung - zu bewegen,
eine Tracking-Einrichtung (7) zur Detektion der Augenposition eines ausgewählten Betrachters (5),
eine Recheneinrichtung (8), die die Verschiebeeinrichtung (6) in Abhängigkeit der von der Tracking-Einrichtung ermittelten Augenposition des ausgewählten Betrachters (5) betätigt,
wobei sich bei jeder Position des Filterarrays (2) die Ausbreitungsrichtungen innerhalb eines Betrachtungsraumes (4), in einer Vielzahl von Schnittpunkten, die jeweils einer Betrachtungsposition entsprechen, kreuzen, wodurch von jeder Betrachtungsposition aus der bzw. die Betrachter mit einem Auge überwiegend Teilinformationen einer ersten Auswahl und mit dem anderen Auge überwiegend Teilinformationen einer zweiten Auswahl aus den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) optisch wahrnehmen, wobei insbesondere der ausgewählte Betrachter (5) auf Grund der permanent auf seine Augenposition abgestimmten Position des Filterarrays fast ausschließlich die mittleren der Ansichten Ak (k = 1 . . . n) sieht und wobei auf Grund der Verwendung von n < 3 Ansichten die Trägheit der Verschiebeeinrichtung derart ausgeglichen wird, daß der ausgewählte Betrachter (5) im wesentlichen zu keiner Zeit ein in der Tiefe verkehrtes Bild wahrnimmt.
1. Arrangement for the spatial representation of a scene / an object, comprising
an image display device, in particular a flat screen ( 1 ), for displaying an image array comprising a plurality of image elements α ij , which, in a defined association, contains information from a plurality of views A k (k = 1... n with n <3) of the scene / object represent, light being emitted from the picture elements in preferably different wavelength ranges,
At least one filter array ( 2 ), which is upstream or downstream of the image display device at a predetermined distance z with respect to the viewing direction of a viewer ( 5 ), the filter array ( 2 ) comprising a plurality of filter elements which are transparent in certain wavelength ranges, so that for the light propagation directions emitted by the picture elements α ij are specified,
a displacement device ( 6 ) which is able to move the filter array ( 2 ) - preferably in the horizontal direction -
a tracking device ( 7 ) for detecting the eye position of a selected viewer ( 5 ),
a computing device ( 8 ) which actuates the displacement device ( 6 ) as a function of the eye position of the selected viewer ( 5 ) determined by the tracking device,
wherein at each position of the filter array ( 2 ) the directions of propagation within a viewing space ( 4 ) intersect at a plurality of intersection points, each of which corresponds to a viewing position, so that from each viewing position the viewer (s) predominantly has partial information from a first one eye Optically perceive the selection and with the other eye mainly partial information from a second selection from the views A k (k = 1... N), the selected viewer ( 5 ) in particular almost exclusively because of the position of the filter array that is permanently matched to his eye position middle of the views A k (k = 1... n) and, due to the use of n <3 views, the inertia of the displacement device is compensated in such a way that the selected viewer ( 5 ) does not enter the depth at any time perceives wrong picture.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bildwiedergabeeinrichtung ein Flachbildschirm (1), vorzugsweise ein Farb-LC-Display, mit separat ansteuerbaren Subpixeln vorgesehen ist, wobei jeweils ein Subpixel einem Bildelement αij in Spalten i und Zeilen j entspricht, und daß der Flachbildschirm (1) mit einer Ansteuerschaltung gekoppelt ist, die auf den Subpixeln Teilinformationen der Ansichten Ak (k = 1 bis n) nach der Funktion generiert
wobei
  • - i dem Index eines Bildelementes αij in einer Zeile des Rasters entspricht,
  • - j dem Index eines Bildelementes αij in einer Spalte des Rasters entspricht,
  • - k der fortlaufenden Nummer der Ansicht Ak (k = 1 . . . n), aus der die Teilinformation stammt, die auf einem bestimmten Bildelement αij wiedergegeben werden soll,
  • - n der Gesamtzahl der jeweils verwendeten Ansichten Ak (k = 1 . . . n),
  • - cij einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Kombination bzw. Mischung der verschiedenen von den Ansichten Ak (k = 1 . . . n) stammenden Teilinformationen auf dem Raster und
  • - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a flat screen ( 1 ), preferably a color LC display, with separately controllable subpixels is provided as the image reproduction device, each subpixel corresponding to a picture element α ij in columns i and rows j, and that the flat screen ( 1 ) is coupled to a control circuit that generates partial information of the views A k (k = 1 to n) on the subpixels according to the function
in which
  • i corresponds to the index of a picture element α ij in one line of the grid,
  • j corresponds to the index of a picture element α ij in a column of the grid,
  • - k the consecutive number of the view A k (k = 1... n) from which the partial information originating from a certain picture element α ij originates,
  • - n the total number of views A k used (k = 1... n),
  • - c ij of a selectable coefficient matrix for combining or mixing the various partial information on the grid from the views A k (k = 1... n)
  • - IntegerPart of a function to generate the largest integer that does not exceed the argument in square brackets.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterarray Filter βpq beinhaltet, die nach der Funktion in Spalten p und Zeilen q angeordnet sind
mit
  • - p dem Index eines Filters βpq in einer Zeile des Arrays,
  • - q dem Index eines Filters βpq in einer Spalte des Arrays,
  • - b einer ganzen Zahl, die für ein Filter βpq an der Position p,q eine der vorgesehenen Transmissionseigenschaften λb festlegt und Werte zwischen 1 und bmax haben kann,
  • - nm einem ganzzahligen Wert größer Null, der bevorzugt der Gesamtzahl bmax der Transmissionseigenschaften λb entspricht, wobei die Gesamtzahl bmax wiederum bevorzugt der Gesamtzahl n der in dem Kombinationsbild dargestellten Ansichten Ak entsprechen kann,
  • - dpq einer wählbaren Koeffizientenmatrix zur Variation der erzeugten Struktur auf dem Filterarray und
  • - IntegerPart einer Funktion zur Erzeugung der größten ganzen Zahl, die das in eckige Klammern gesetzte Argument nicht übersteigt.
3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the filter array contains filters β pq , which are arranged according to the function in columns p and rows q
With
  • p the index of a filter β pq in a row of the array,
  • q the index of a filter β pq in a column of the array,
  • b an integer which defines one of the intended transmission properties λ b for a filter β pq at position p, q and can have values between 1 and b max ,
  • n m is an integer value greater than zero, which preferably corresponds to the total number b max of the transmission properties λ b , the total number b max again preferably corresponding to the total number n of the views A k shown in the combination image,
  • - d pq of a selectable coefficient matrix for varying the structure generated on the filter array and
  • - IntegerPart of a function to generate the largest integer that does not exceed the argument in square brackets.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transmissionseigenschaften λb für die Filter βpq vorzugsweise Transparenzwellenlängen- bzw. Transparenzwellenlängenbereichen entsprechen.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the transmission properties λ b for the filter β pq preferably correspond to transparency wavelength or transparency wavelength ranges . 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Transmissionseigenschaften λb Transparenzwellenlängenbereiche vorgegeben werden, die jeweils der Transparenz in einem der drei Farbbereiche rot, grün oder blau oder der Transparenz im gesamten sichtbaren Spektrum oder der Intransparenz im gesamten sichtbaren Spektrum entsprechen.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the transmission properties λ b transparency wavelength ranges are given, each corresponding to the transparency in one of the three color ranges red, green or blue or the transparency in the entire visible spectrum or the lack of transparency in the entire visible spectrum. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Transmissionseigenschafien λb Transparenzwellenlängenbereiche vorgegeben werden, die jeweils der Transparenz in einem der drei Farbbereiche cyan, magenta oder gelb oder der Transparenz im gesamten sichtbaren Spektrum oder der Intransparenz im gesamten sichtbaren Spektrum entsprechen.6. Arrangement according to claim 4, characterized in that the transmission properties λ b transparency wavelength ranges are given, each corresponding to the transparency in one of the three color areas cyan, magenta or yellow or the transparency in the entire visible spectrum or the non-transparency in the entire visible spectrum. 7. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Tracking-Einrichtung (7) eine schwenkbare Kamera mit einer Recheneinrichtung (8) verwendet wird.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a pivotable camera with a computing device ( 8 ) is used as the tracking device ( 7 ). 8. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung (6) mindestens eine Schiene und mindestens einen Linearmotor, der vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet ist, umfaßt.8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement device ( 6 ) comprises at least one rail and at least one linear motor, which is preferably designed as a stepper motor. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung mindestens einen Piezo-Steller umfaßt. 9. Arrangement according to one of claims 1-7, characterized in that the Moving device comprises at least one piezo actuator.   10. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Blickrichtung eines Betrachters (5) das Filterarray (2) zwischen dem Flachbildschirm (1) und einer diesem nachgeordneten flächigen Beleuchtungsquelle angeordnet ist, die weißes Licht ausstrahlt.10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the viewing direction of a viewer ( 5 ) the filter array ( 2 ) between the flat screen ( 1 ) and a subordinate planar lighting source is arranged, which emits white light. 11. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Blickrichtung eines Betrachters das Filterarray (2) vor dem Flachbildschirm (1) angeordnet ist, dem eine flächige, weißes Licht ausstrahlende Beleuchtungsquelle nachgeordnet ist.11. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the viewing direction of a viewer, the filter array ( 2 ) is arranged in front of the flat screen ( 1 ), which is followed by a flat, white light-emitting illumination source. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Filter des Filterarrays jeweils einen vieleckigen, bevorzugt rechteckigen Umriß aufweisen.12. Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the individual filters of the filter array each have a polygonal, preferably rectangular Outline. 13. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand z zwischen dem Flachbildschirm (1) und dem Filterarray (2) 1 bis 10 mm beträgt.13. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the distance z between the flat screen ( 1 ) and the filter array ( 2 ) is 1 to 10 mm. 14. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Baueinheit aus dem Flachbildschirm (1) und dem Filterarray (2) in Blickrichtung eines Betrachters (5) eine Linse, bevorzugt eine Fresnellinse vorgeordnet ist, wodurch je nach Ausbildung der Linse eine reelle und/oder virtuelle Abbildung der räumlichen Darstellung der Szene/des Gegenstandes für den Betrachter entsteht.14. Arrangement according to claim 11, characterized in that the assembly of the flat screen ( 1 ) and the filter array ( 2 ) in the viewing direction of a viewer ( 5 ) is arranged upstream of a lens, preferably a Fresnel lens, whereby depending on the design of the lens a real and / or virtual representation of the spatial representation of the scene / object for the viewer. 15. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterarray (2) als ein Linsenrasterschirm, bevorzugt als ein Lentikularschirm ausgebildet ist.15. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the filter array ( 2 ) is designed as a lenticular screen, preferably as a lenticular screen. 16. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterarray (2) durch ein LC-Display gebildet wird, wobei die für eine Verschiebungseinrichtung (6) vorgesehene zugehörige Recheneinrichtung (8) an Stelle einer Verschiebungseinrichtung (6) besagtes LC-Display in Abhängigkeit vom Signal der Tracking-Einrichtung (7) steuert.16. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the filter array ( 2 ) is formed by an LC display, the associated computing device ( 8 ) provided for a displacement device ( 6 ) instead of a displacement device ( 6 ), said LC display Display controls depending on the signal of the tracking device ( 7 ).
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