DE3214327A1 - Stereoscopic image reproduction by spatially separated representation of image information for the left and right eye on a display screen and different polarisation of the light intended for the left and right eye - Google Patents
Stereoscopic image reproduction by spatially separated representation of image information for the left and right eye on a display screen and different polarisation of the light intended for the left and right eyeInfo
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Abstract
Description
Stereoskopische Bildwiedergabe durch brtlich getrennte DarstellungStereoscopic image reproduction through localized display
der Bildinformation fUr das linke und rechte Auge auf einem Bildschirm und verschiedene Polarisation des für das linke und rechte Auge bestimmten Lichtes.the image information for the left and right eye on one screen and different polarization of the light intended for the left and right eyes.
Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von stereoskopischen Bildern, insbesondere fUr Fernsehbildschirme und verwandte Abbildungstechniken.Field of application: The invention relates to a method for production of stereoscopic images, especially for television screens and related Imaging techniques.
Zweck: Die Darstellung von Bildern auf Bildschirmen ist grundstzlich zweidimensional. Der Mensch nimmt jedoch seine Umgebung mithilfe seines Augenpaares dreidimensional (plastisch, stereoskopisch) wahr, da das linke Auge ein anderes Bild als das rechte sieht. Daher sind Verfahren wUnschenswert, die Bilder stereoskopisch darstellen kennen.Purpose: The presentation of images on screens is fundamental two-dimensional. However, humans perceive their surroundings with the help of their pair of eyes three-dimensional (plastic, stereoscopic) true, since the left eye is a different one Image as the right one sees. It is therefore desirable to have methods of making the images stereoscopic to represent.
Stand der Technik: Es gibt eine Anzahl von Verfahren, die stereoskopische Darstellungen von Bildern erlauben. Die bekanntesten und seit langem in Kinos verwendeten Verfahren sind die Projektionstechniken, bei denen zwei getrennte Bilder (Bildkanale) durch Farbfilter bzw. Polarisationsfilter Uberlappend auf eine Leinwand projiziert werden. Der Betrachter beobachtet dieses kombinierte Bild durch eine Farb- bzw. Polarisationsbrille, die die Information des linken und rechten Bildes den beiden Augen wieder getrennt zuführt. Diese Verfahren sind jedoch auf Bildprojektionen beschrtankt und bendtigen zwei Projektionsgertate.Prior Art: There are a number of methods that are stereoscopic Allow images to be displayed. The most famous and long used in cinemas Processes are the projection techniques in which two separate images (image channels) Projected overlapping onto a screen through color filters or polarization filters will. The viewer observes this combined image through a color or Polarized glasses that convey the information of the left and right image to the two Eyes separated again. However, these methods are based on image projections Limited and run two projection devices.
Eine andere Methode besteht darin, die zwei Bilder auf einen Fresnelschirm zu projizieren (J.R.Tewell, A.M.Ray, R.P.Meirick und C.E.Polhemus im Journal of Spacecraft and Rockets, Heft 11 (1974) Seite 418). Auch hier bendtigt man zwei Projektionsger'ate.Another method is to put the two images on a Fresnel screen project (J.R.Tewell, A.M.Ray, R.P. Meirick and C.E. Polhemus in the Journal of Spacecraft and Rockets, No. 11 (1974) page 418). Here, too, two projection devices are required.
Weiterhin gibt es Verfahren, die die zwei Bildkanäle in schneller Folge abwechselnd auf einem Bildschirm darstellen. Synchron dazu wird durch eine Sichtbrille fUr den Beobachtet abwechselnd das linke und das rechte Bild ausgeblendet (J.A.Roese und A.S.Khalafalla in Proceedings of the Society for Information Display, Heft 19 (1978) Seite 69). Hier ist ein grosser technischer Aufwand fUr die synchronisierte Sichtbrille erforderlich.There are also methods that convert the two image channels into faster episode display alternately on one screen. Synchronous to this is through a pair of glasses The left and right images are alternately faded out for the observer (J.A. Roese and A.S. Khalafalla in Proceedings of the Society for Information Display, issue 19 (1978) page 69). Here is a great technical effort for the synchronized Glasses required.
Als sechstes sind Verfahren zu erwShnen, bei denen ein stereoskopisches Bild durch Anregung von Fluoreszenzmaterial in einem "Anzeigevolumen" erzeugt wird (C.M.Verber in Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, Heft 120 (1977) Seite 62). Die optische Tiefe des Bildes ist jedoch auf die Dicke des "Anzeigevolumens" beschränkt.The sixth method to be mentioned are those in which a stereoscopic Image is generated by excitation of fluorescent material in a "display volume" (C.M. Verber in Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, Issue 120 (1977) page 62). The optical depth of the image, however, is down to the thickness the "display volume" is limited.
Eine weitere Methode basiert auf der Verwendung eines sich bewegenden Sichtschlitzes vor dem Bildschirm (H.B.Tilton in Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, Heft 120 (1977) Seite 68), auch ein aufwendiges Verfahren.Another method is based on the use of a moving one Viewing slit in front of the screen (H.B. Tilton in Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, No. 120 (1977) page 68), also a complex process.
Schliesslich sei hingewiesen auf die-Technik der Holographie (siehe z.B. Y.Tsunoda und Y.Takeda in Proceedings of the Society for Information Display, Heft 16 (1975)'Seite 203).Finally, reference should be made to the technology of holography (see e.g. Y.Tsunoda and Y.Takeda in Proceedings of the Society for Information Display, Issue 16 (1975) 'page 203).
Kritik des Standes der Technik: Allen obigen Verfahren ist gemeinsam, dass der technische Aufwand gross ist (zwei Projektionsgerte, optische Schliessvorrichtungen, Anregung von Fluoreszenzmaterial im "Anzeigevolumen", LASER-Gerite für die Holographie), mit wechselndem Erfolg für die BildqualitEt.Criticism of the state of the art: All of the above methods have in common that the technical effort is high (two projection devices, optical locking devices, Excitation of fluorescent material in the "display volume", LASER device for holography), with varying success for the image quality.
Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, technisch m8glichst unkompliziert Bilder stereoskopisch darzustellen und dabei weitgehend mit vorhandenen Techniken kompatibel zu sein.Task: The invention is based on the task, as technically as possible uncomplicated to display images stereoscopically and largely with existing ones Techniques to be compatible.
Lbsung: Diese Aufgabe wird folgendermassen gelost. Bekanntlich wird das Bild auf einem Fernsehschirm zeilenweise dargestellt, und zwar sequentiell als zwei ineinandergreifende Halbbilder, d.h.Solution: This task is solved as follows. As is well known the image on a television screen is displayed line by line, sequentially as two interlocking fields, i.e.
jede zweite Zeile stammt von einem der Halbbilder. Wenn man nun jedes der Halbbilder (z.B. mithilfe eines elektronischen Schalters) mit der Information des "linken Bildes" (fUr das linke Au- ge) und des "rechten Bildes" (für das rechte Auge) versieht, d.h.every other line comes from one of the fields. If you now have each the fields (e.g. using an electronic switch) with the information of the "left image" (for the left ge) and the "right picture" (for the right eye), i.e.
das erste Halbbild mit der des linken und das zweite mit der des rechten und abwechselnd so weiter , hat man ein Mischbild mit beiden Informationen erzeugt. Die Halbbilder kennen jedoch auch gleichzeitig auf dem Bildschirm erzeugt werden, z.B. im Falle einer Kathodenstrahlrbhre als Bildanzeigegerät durch zwei getrennte Elektronenkanonensysteme. Polarisiert man nun das Licht linear, das den Ort des ersten Halbbildes verlsst, senkrecht zu dem r Licht, das den Ort des zweiten Halbbildes verlsst, durch entsprechend angebrachte Polarisationsfilter-Streifen, und sichtet das gesamte Bild durch eine Brille, die aus zwei Polarisationsgläsern besteht, die senkrecht zueinander linear polarisieren (die Brille ist dann der Analysator), erhält bei richtiger Ausrichtung der Polarisation jedes Auge wieder getrennt die Information des jeweils zugehUrigen Halbbildes. Das Bild erscheint stereoskopisch, wenn die Zeilenzahl bei gegebenem Betrachtungsabstand gross genug ist. Das oben beschriebene Prinzip lässt sich.the first field with that of the left and the second with that of the right and alternately so on, you have created a mixed image with both pieces of information. However, the fields can also be generated on the screen at the same time, e.g. in the case of a cathode ray tube as an image display device by two separate ones Electron gun systems. If one now polarizes the light linearly, which is the location of the first field leaves, perpendicular to the r light that the location of the second field leaves, through appropriately attached polarization filter strips, and sifts the entire image through glasses that consist of two polarized glasses that polarize linearly perpendicular to each other (the glasses are then the analyzer) if the polarization is correctly aligned, each eye will again separate the information of the respective field. The image appears stereoscopic when the The number of lines is large enough for a given viewing distance. The one described above Principle can.
sinngemEss auf andere Geometrien fUr die Lage des "linken" und "rechten Bildes" auf dem Bildschirm anwenden.Analogously to other geometries for the position of the "left" and "right" Apply image "to the screen.
Erzielbare Vorteile: Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass man unter weitgehender Ausnutzung vorhandener Techniken, insbesondere der Fernsehtechnik, mit relativ einfachen Mitteln ein stereoskopisches Bild darstellen kann.Achievable Advantages: The advantages achieved with the invention exist in particular, that by making extensive use of existing techniques, especially in television technology, a stereoscopic one with relatively simple means Image can represent.
Hierbei kann es sich um die Wiedergabe eines realen Objektes (mit zwei Kameras aufgenommen) oder eines kUnstlich (z.B. von einem Computer) generierten Bildes handeln. Farbe und Bewegung sind ohne weiteres darstellbar. Das Verfahren eignet sich sowohl fUr Fernseh-Bildrbhren als auch fUr FlUssigkristall-Bildschirme, Projektions-Fernsehschirme usw.. Es ist auch insofern mit bisheriger Technik kompatibel, als die Wiedergabe von nicht stereoskopischen Bildern mit demselben Gerät mUglich ist (die Polarisationsbrille ist dann nicht nBtig).This can be the reproduction of a real object (with recorded by two cameras) or one generated artificially (e.g. by a computer) Act image. Color and movement can easily be represented. The procedure is suitable for TV picture tubes as well as for liquid crystal screens, Projection television screens, etc. It is also compatible with previous technology to the extent that it than playback of non-stereoscopic images is possible with the same device (polarization glasses are then not required).
Beschreibung eines AusfWhrungsbeispiels: Ein AusfUhrungsbeispiel ist in den Zeichnungen Fig.l und Fig.2 dargestellt.Description of an exemplary embodiment: An exemplary embodiment is shown in the drawings Fig.l and Fig.2.
Es zeigt Fig.l von links nach rechts folgende Stufen des Abbildungsprozesses. Die Information des "linken Bildes" (Zif.l) und des'Vechten Bildes" (Zif.2) wird durch einen elektronischen Schalter (Zif.3) wechselweise in die flbertragungsstrecke (Zif.4) gespeist. Beispiele fEr Ubertragugsstrecken sind ein Sender mit einem darauf abgestimmten Empfänger, die Aufzeichnung und spUtere Wiedergabe eines Video-Aufzeichnungsgerätes, direkte Verbindung mit elektrischen Leitungen usw.. Ein weiterer Schalter (Zif.5) , der in Phase mit der links-rechts Bildinformation schaltet, speist nun wiederum abwechselnd das'linkd' und das'Vechte Bild" in die Elektronik (Z-if.-6) ein, die die Halbbilder auf dem Bildschirm (Zif.7) erzeugt. Dabei werden die Halbbilder synchron zum Schalter (Zif.5) erzeugt. (Zeitlupen- und Zeitraffereffekte usw. sind durch Zwischenspeichern bzw. Weglassen von Bildern realisierbar).Fig.l shows the following stages of the mapping process from left to right. The information of the "left image" (Zif.l) and the 'Vechten Bild "(Zif.2) is by means of an electronic switch (No. 3) alternately in the transmission path (Item 4) fed. Examples of transmission links are a transmitter with a on it matched receiver, the recording and subsequent playback of a video recording device, direct connection with electrical lines etc. Another switch (Zif.5) , which switches in phase with the left-right image information, now feeds again alternately the'linkd 'and the'Vechte Bild "in the electronics (Z-if.-6), the the fields on the screen (item 7) generated. The fields are synchronized to the switch (item 5). (Slow-motion and time-lapse effects, etc. are through Temporary storage or omission of images can be implemented).
In Fig.2 ist ein Ausschnitt des Bildschirmes (Fernseh-BildrBhre) zu sehen (Zif.7 in Fig.l). Der Bildschirm ist mit Polarisationsfolien-Streifen belegt, deren Polarisationsebenen abwechselnd z.B. senkrecht (Zif.8) und waagerecht (Zif.9 ) stehen. Die Abmessungen der Streifen sin gerade so gewählt, dass sie der Lage der Zeilen entsprechen. Dabei werden die Halbbilder auf jeder zweiten zeile abgebildet und werden somit einheitlich polarisiert.In Fig.2 is a section of the screen (television picture tube) see (item 7 in Fig. 1). The screen is covered with polarizing foil strips, their planes of polarization alternate e.g. vertical (item 8) and horizontal (item 9 ) stand. The dimensions of the strips are chosen so that they are capable of correspond to the lines. The fields are shown on every other line and are thus polarized uniformly.
Jedes Halbbild hat eine Polarisationsrichtung senkrecht zur vorhergehenden. Eine Brille (Zif.lO) deren eines Glas senkrecht und deren anders waagerecht polarisiert, blendet für den Beobachter getrennt die beiden Halbbilder aus. Hierbei sind folgende Merkmale von Wichtigkeit. Erstens muss die Lage der Bildzeilen stabil bleiben. Zweitens muss der Wirkungsgrad der Polarisationsfolien und -brille gross sein, um eindeutige Trennung der Halbbilder zu gewährleisten. Drittens darf die Brille relativ zum Bildschirm nicht verdreht gehalten werden. Viertens mUssen die Bildfrequenz (bei der PAL-Norm 50 Halbhilder pro Sekunden und die Zeilenzahl (bei PAL'625 Zeilen) eine ausreichende zeitliche und geometrische Auf lBsug erlauben (bei PAL gewährleistet).Each field has a direction of polarization perpendicular to the previous one. A pair of glasses (Zif.lO) with one lens polarized vertically and the other horizontally polarized, hides the two fields separately for the observer. Here are the following Features of importance. First, the position of the image lines must remain stable. Secondly The efficiency of the polarization films and glasses must be high in order to achieve clear To ensure separation of the fields. Third, the glasses are allowed to be relative to the screen not be held twisted. Fourth, the frame rate (with the PAL standard 50 half-images per second and the number of lines (with PAL'625 lines) is sufficient Allow temporal and geometrical inspection (guaranteed with PAL).
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