DE4123895A1 - Auto-stereoscopic image, film or television display system - uses controlled optical shutter in front of display screen for switching between two perspective images - Google Patents

Auto-stereoscopic image, film or television display system - uses controlled optical shutter in front of display screen for switching between two perspective images

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Abstract

The display system uses an optical shutter (2) in front of an image screen (1) which is switched between optically opaque or transparent states in segments. The position of the transparent shutter segments (3) corresponds to 2 different perspective images, with the switching of the segments effected at a rate which is not visible to the eye, so that a 3-dimensional image is simulated. Pref. the shutter (2) is divided into segments horizontally and/or vertically for generating the required parallax. ADVANTAGE - Provides high quality 3-dimensional images.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Realisierung eines autostereoskopis­ chen Displays, das eine dreidimensionale Wiedergabe von Bildszenen ermöglicht.The invention relates to a method for realizing an autostereoscopy Chen displays a three-dimensional rendering of image scenes enables.

Seit langem wird nach technischen Möglichkeiten gesucht, dem Betrachter eines Bildschirms einen natürlich wirkenden räumlichen Eindruck zu vermitteln. Daß bis heute keine der bekannten Techniken eine nennenswerte kommer­ zielle Verwendung gefunden hat, deutet auf inhärente Beschränkungen der bekannten Methoden hin. Ein Überblick der bisherigen Verfahren wird in dem Artikel "Three-Dimensional Displays" von Takanori Okoshi, in Proceedings of the IEEE, Vol. 68, No. 5, Mai 1980, Seiten 548-564, sowie in dem Artikel von A. Kopernik und M. Waldowski "Auf dem Wege zum dreidimensionalen Fernsehen", erschienen in Fernsehen und Kino- Technik, 1991, Heft 1, Sei­ ten 47-50, gegeben.The viewer has long been looking for technical possibilities to give a screen a natural-looking spatial impression. That to date none of the known techniques has been worth mentioning use, indicates inherent limitations of the known methods. An overview of the previous procedures is given in the Article "Three-Dimensional Displays" by Takanori Okoshi, in Proceedings of the IEEE, Vol. 68, No. 5, May 1980, pages 548-564, as well as in the article by A. Kopernik and M. Waldowski "Towards the three-dimensional Television ", published in television and cinema technology, 1991, issue 1, Sei ten 47-50.

Eine Änderung dieser Situation zeichnet sich seit einigen Jahren bei stereosko­ pischen Displays ab, die mit Hilfe von Polarisations- oder Shutterbrillen eine dreidimensionale Betrachtung ermöglichen. Allerdings ist bei stereoskopischen Displays nur eingeschränkt von einer dreidimensionalen Wiedergabe zu spre­ chen, da keine Parallaxe vorhanden ist. D. h. das wahrgenommene "räum­ liche" Bild bleibt immer gleich und zeigt keine Änderung mit der Betrach­ tungsposition. Es läßt sich also nicht um einen Gegenstand "herumschauen", wie es in der Wirklichkeit oder auch bei Hologrammen der Fall ist. Weiterhin ist der notwendige Gebrauch einer speziellen Brille ein einschränkender Fak­ tor.This situation has been changing at stereosko for several years misch displays that with the help of polarizing or shutter glasses enable three-dimensional viewing. However, stereoscopic Displays of 3D display only to a limited extent chen because there is no parallax. That is, the perceived "space  The "picture" always remains the same and shows no change with the view position. So you can't "look around" at an object, as is the case in reality or with holograms. Farther the necessary use of special glasses is a limiting factor gate.

Autostereoskopische Displays sind hier eine "natürliche" Erweiterung der stereoskopischen Displays, die diese beiden Nachteile vermeiden. Sie bieten eine vollständige Parallaxe, so daß der Betrachter bei Variation seiner Position die 3D-Szene aus verschiedenen Blickwinkeln beobachten kann, wobei Teile der Szene verschwinden können, während andere sichtbar werden.Autostereoscopic displays are a "natural" extension of the stereoscopic displays that avoid these two disadvantages. they offer a complete parallax so that the viewer when varying his position can watch the 3D scene from different angles, taking parts of the scene can disappear while others become visible.

In der Literatur zu autostereoskopischen Displays dominieren vor allem das sog. Linsengitter (eng. "lenticular-sheet") Verfahren und holographische Techniken. Beiden Methoden mangelt es jedoch an Flexibilität, um für breite Anwendungen in Frage zu kommen. Darüber hinaus bestehen praktische Pro­ bleme der Implementierung. Einige der Nachteile seien hier kurz skizziert: Linsengitter zur Darstellung einer Parallaxe basieren auf einer ineinander­ geschachtelten Anordnung verschiedener Perspektiven eines 3D-Objektes hinter einem Gitter von Zylinderlinsen. Dieses Gitter projiziert die einzelnen Perspektiven in verschiedene Winkelbreiche, so wie sie sich auch für ein reales Objekt darstellen würden. Bewegt sich ein Beobachter parallel zum Lin­ sengitter, so ergibt sich damit die gewünschte Parallaxe. Die optischen Anfor­ derungen an die Linsen sind jedoch enorm, insbesondere für größere Betrach­ tungswinkel. Die Linsen müssen gewöhnlich sehr kleine f-Zahlen aufweisen, was wiederum verstärkte Aberrationen bedingt. Bis heute lassen sich keine Linsengitter anfertigen, die eine ausreichende Qualität besitzen, um für die meisten Applikationen interessant zu sein. Die Anpassung vom Linsengitterab­ stand und der Perspektivenanordnung schafft weitere Probleme. Letztlich ist die Verwendung von photographischem Film zur Aufzeichnung der Perspekti­ ven hinter dem Gitter, wenn auch prinzipell durch flexiblere Medien ersetzbar, praktisch schwer zu umgehen. Einen Überblick des Standes der Entwicklung auf diesem Gebiet wird in dem Artikel von R. Börner, "Autostereoskopische 3D-Systeme mit Zwischenbildern in Linsenrastergroßbildschirmen", erschie­ nen in Fernsehen und Kino- Technik, 1990, Heft Nr. 10 und 11, Seiten 556-564 sowie 628-636 gegeben. In the literature on autostereoscopic displays, this dominates above all So-called lenticular sheet processes and holographic Techniques. However, both methods lack flexibility to work for broad Applications come into question. There are also practical pros implementation problems. Some of the disadvantages are briefly outlined here: Lenticular grids to represent a parallax are based on one another nested arrangement of different perspectives of a 3D object behind a grid of cylindrical lenses. This grid projects the individual Perspectives in different angular ranges, just as they are for one would represent real object. An observer moves parallel to the Lin sengrid, this results in the desired parallax. The optical requirements However, changes to the lenses are enormous, especially for larger viewers angle. The lenses usually have to have very small f-numbers, which in turn causes increased aberrations. To date, none Make lens grids that are of sufficient quality for the to be interesting in most applications. The adjustment from the lens grille stand and the perspective arrangement creates further problems. Ultimately is the use of photographic film to record the perspective ven behind the grid, although in principle replaceable with more flexible media, practically difficult to get around. An overview of the state of development in this area is described in the article by R. Börner, "Autostereoscopic 3D systems with intermediate images in large lenticular screens " nen in Fernsehen und Kino-Technik, 1990, No. 10 and 11, pages 556-564 and 628-636.  

Ähnliche Einschränkungen gelten für holographische Verfahren zur Auto­ stereoskopie. Die holographischen Methoden benutzen anstelle des Linsengit­ ters, eine Anordnung von Sub-Hologrammen in denen die verschiedenen Perspektiven holographisch aufgezeichnet sind. Eine Parallaxe entsteht, wenn ein Beobachter sich entlang der Sub-Hologramme bewegt. So eindrucksvoll Hologramme in der Betrachtung sein können, praktisch sind sie kaum als Displays tauglich, abgesehen von der Verwendung als unveränderliches Schau- oder Dekorationsstück. Die meisten Displaysituationen erfordern sehr feine Hologrammstrukturen. Damit kommt praktisch nur Elektronenstrahl-Li­ thographie für die synthetische Herstellung in Frage und die erreichbaren Dis­ playflächen sind dadurch auf wenige Quadratzentimeter beschränkt. Außer­ dem ist es bis heute nicht gelungen, Farbe auf einfache Weise in holographische Techniken einzubringen.Similar restrictions apply to holographic processes for cars stereoscopy. The holographic methods use instead of the lens gite ters, an arrangement of sub-holograms in which the different Perspectives are recorded holographically. Parallax arises when an observer moves along the sub-holograms. So impressive Holograms can be considered, they are hardly practical Suitable for displays, apart from being used as immutable Show or decoration piece. Most display situations require a lot fine hologram structures. So practically only electron beam Li comes Thography for synthetic production in question and the achievable dis Play areas are limited to a few square centimeters. Except to date it has not been possible to color in a simple manner to introduce holographic techniques.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Schwierigkeiten ein autostereoskopisches Display zu schaffen, das ohne den Benutzer einschränkende Hilfsmittel, wie z. B. eine Brille, auskommt. Ferner soll die gewohnte Bildqualität einer Bild- oder Filmprojektion, eines Fernseh­ gerätes oder Rechnerbildschirms nicht eingeschränkt werden. Gemäß der Er­ findung ist dies bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 durch die Merkmale in dessen kennzeichnenden Teil erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Un­ teransprüche.The invention has for its object, while avoiding the indicated Difficulties creating an autostereoscopic display without the Restrictive tools such as: B. glasses. Further should the usual picture quality of a picture or film projection, a television device or computer screen. According to the Er This is the invention in a method according to the preamble of the claim 1 achieved by the features in its characterizing part. Beneficial Further developments of the method according to the invention are the subject of the Un claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die genannten Nachteile, die hauptsächlich auf das räumliche Multiplexen der Parallaxeninformation zurückzuführen sind, durch zeitliches Multiplexen der Bildinformation ersetzt. Dadurch können prinzipiell herkömmliche Bildschirme verwendet werden, die die Einschränkungen bezüglich Größe, Qualität und Farbgebung der bisheri­ gen 3D-Darstellungstechniken vermeiden.In the method according to the invention, the disadvantages mentioned are mainly on spatial multiplexing of parallax information are replaced by temporal multiplexing of the image information. This means that conventional screens can be used in principle the restrictions regarding size, quality and coloring of the previous ones Avoid 3D imaging techniques.

Die Leistungsfähigkeit des Systems ist im wesentlichen nur noch durch die Bandbreite beschränkt, mit der auf die Bildinformation zugegriffen und sie wiedergegeben werden kann. Die benötigte Bandbreite wird jedoch bereits heute für die erforderlichen Komponenten erreicht. Dabei ist das System ro­ bust und einfach im Aufbau und erfordert keine besonderen Justierungen, die Probleme in der Fertigung aufwerfen könnten.The performance of the system is essentially only that Bandwidth with which the image information is accessed and limited can be played. However, the bandwidth required is already achieved today for the necessary components. The system is ro bust and simple in structure and does not require any special adjustments  Manufacturing problems.

Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren gut geeignet für alle Anwendungen bei denen ein Darstellungsmedium, das echte 3D-Darstellungen erlaubt, von Vorteil ist. Dies ist z. B. im CAD/CAM-Bereich, beim sog. Molecular Modelling, der medizinischen Bildverarbeitung, etc. der Fall. Hervorzuheben ist insbeson­ dere, daß es sich um ein interaktives System handelt. Selbst Echtzeit-Applika­ tionen sind in naher Zukunft denkbar. Die benötigten technischen Komponen­ ten sind bereits entwickelt, so daß bei entsprechenden Preisen auch die Anwendung im Konsumbereich, wie z. B. Fernseh- und Videogeräten sowie allgemein im Bereich der Animation, möglich ist.The method according to the invention is therefore well suited for all applications where a display medium that allows real 3D displays from Advantage is. This is e.g. B. in the CAD / CAM area, in the so-called molecular modeling, medical image processing, etc. the case. It should be emphasized in particular that it is an interactive system. Even real-time applications tions are conceivable in the near future. The required technical components Ten have already been developed, so that at corresponding prices, the Application in the consumer sector, such as. B. TV and video equipment as well generally in the field of animation.

Zunächst wird das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, um dann anhand von typischen Konstruktionsparametern ein Ausführungs­ beispiel zu erläutern. In einem weiteren Schritt werden Details und Modifikatio­ nen beschrieben, die vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzeigen.The principle of the method according to the invention is first described, then an execution based on typical construction parameters to explain example. In a further step, details and modification NEN described the advantageous embodiments of the invention Show procedure.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugname auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es wird der Begriff "Shutter" für eine Einrichtung verwendet, die zwischen optisch transparent und undurchsichtig umgeschaltet werden kann. Es zeigtThe invention is described below on the basis of a preferred embodiment explained in detail with reference to the accompanying drawings. It the term "shutter" is used for a device that is between optically can be switched transparently and opaque. It shows

Fig. 1 Prinzip der autostereoskopischen Wahrnehmung, Fig. 1 principle of the auto-stereoscopic perception,

Fig. 2a Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Draufsicht, Fig. 2a embodiment of the method according to the invention in plan view,

Fig. 2b Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in perspek­ tivischer Sicht, Fig. 2b embodiment of the method according to the invention in perspec TiVi point of view,

Fig. 3 Aufbau des Shutters für horizontale Parallaxe, Fig. 3 of the shutter assembly for horizontal parallax,

Fig. 4 Parallaxe eines Volumenpunktes, Fig. 4 parallax of a volume point,

Fig. 5 Zusammenhang zwischen angezeigter Perspektive und Shutterseg­ ment. Fig. 5 relationship between the displayed perspective and Shutterseg ment.

Zum Verständnis ist es nützlich sich zunächst das Prinzip der Autostereosko­ pie zu vergegenwärtigen. Fig. 1 zeigt schematisch die Betrachtung eines Volumens von zwei Kopfpositionen A und B aus. In einer festen Position "sieht" der Betrachter mit jedem Auge eine andere Perspektive. Dadurch ergibt sich für diese Beobachterposition ein stereoskopisches Perspektivenpaar, das den räumlichen Eindruck vermittelt. Bewegt sich der Betrachter von A nach B, so wechselt Perspektive auf Perspektive. Damit ist eine volle horizontale Parallaxe realisiert.To understand it is useful to first visualize the principle of autostereoscopy. Fig. 1 shows schematically the viewing of a volume of two head positions A and B. In a fixed position, the viewer "sees" a different perspective with each eye. This results in a stereoscopic pair of perspectives for this observer position, which conveys the spatial impression. If the viewer moves from A to B, perspective changes to perspective. A full horizontal parallax is thus achieved.

Fig. 2a in der Draufsicht und Fig. 2b in der perspektivischen Sicht zeigen den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Betrachter blickt durch eine Anordnung von elektro-optischen Shuttersegmenten auf ei­ nen dahinter liegenden zweidimensionalen Bildschirm (1). Der sog. Shutter (2) ist in Bild 3 dargestellt und besteht aus Segmenten (3), die für die Reali­ sierung einer horizontalen Parallaxe, wie im Bild gezeigt, streifenförmig ausge­ bildet sind. Um auch eine vertikale Parallaxe zu realisieren, muß auch eine vertikale Segmentierung erfolgen. Die Shuttersegmente werden in einem bestimmten Takt optisch durchsichtig bzw. undurchsichtig geschaltet. Syn­ chron zur Öffnung eines Shuttersegmentes wird auf dem Bildschirm eine bes­ timmte Perspektive angezeigt. Wie im folgenden beschrieben, nimmt der Beo­ bachter, bei einem geeigneten Zusammenspiel von dargebotenen Perspektiven und jeweils geöffneten Shutterelementen, ein virtuelles Volumen wahr. Dieses Abbild des darzustellenden Objektes oder der Szene ist in Fig. 2a und Fig. 2b gestrichelt eingezeichnet. Die Lage des Volumens kann, je nach Perspektivenwahl vor oder hinter dem Bildschirm liegen, oder diesen gar durchdringen. Fig. 2a in the top view, and Fig. 2b in the perspective view showing the basic structure of the inventive method. The viewer looks through an arrangement of electro-optical shutter segments onto a two-dimensional screen ( 1 ) behind it. The so-called shutter ( 2 ) is shown in Fig. 3 and consists of segments ( 3 ) which are formed in strips for the realization of a horizontal parallax, as shown in the picture. In order to also realize vertical parallax, vertical segmentation must also take place. The shutter segments are switched optically transparent or opaque in a certain cycle. A certain perspective is shown on the screen in sync with the opening of a shutter segment. As described below, the observer perceives a virtual volume with a suitable interplay of the perspectives presented and the shutter elements open in each case. This image of the object to be displayed or scene is shown in Fig. 2a and Fig. 2b shown in dashed lines. Depending on the perspective chosen, the position of the volume can be in front of or behind the screen or even penetrate it.

Zu jedem Zeitpunkt ist genau ein Shuttersegment (3) geöffnet, während auf dem Bildschirm (1) ein geeignetes Bild dargeboten wird. Dieses Bild muß die Eigenschaft haben, daß es durch das gerade geöffnete Shuttersegment (3) betrachtet, jeder Position auf der Sehlinie die perspektivisch richtige Teilansicht der 3D-Szene bietet.Exactly one shutter segment ( 3 ) is open at any time, while a suitable image is presented on the screen ( 1 ). This image must have the property that when viewed through the just opened shutter segment ( 3 ) it offers the correct perspective partial view of the 3D scene at every position on the line of sight.

Für einen Punkt des virtuellen Volumens und eines Shuttersegmentes (3) erhält man das dazugehörige Bildschirmelement, indem man die Verbindung­ slinie Volumenpunkt - Shuttersegmentmittelpunkt mit der Bildschirmebene schneidet (siehe Fig. 4). Das Bildschirmelement (engl. "Pixel"), das diesem Schnittpunkt am nächsten ist, muß genau dann "aufleuchten", wenn sich das entsprechende Shuttersegment öffnet. Ist der Öffnungs- und Schließzyklus genügend kurz, so entsteht aufgrund der Trägheit des Auges ein "stehendes" Bild und der Shutter erscheint permanent geöffnet. Ein Beobachter, der sich parallel zum Shutter und Bildschirm bewegt, sieht dann einen gegebenen Punkt (z. B. Punkt A in Fig. 3) aus seinen wechselnden Perspektiven. Aus den unterschiedlichen Perspektiven beider Augen ergibt sich ein Stereoeffekt Damit realisiert das erfindungsgemäße Verfahren ein perfektes autostereos­ kopisches Display.The corresponding screen element is obtained for a point of the virtual volume and a shutter segment ( 3 ) by cutting the connection between the volume point and the center of the shutter segment with the screen plane (see FIG. 4). The screen element (English "pixel") that is closest to this intersection must "light up" exactly when the corresponding shutter segment opens. If the opening and closing cycle is sufficiently short, a "standing" image is created due to the sluggishness of the eye and the shutter appears permanently open. An observer who moves parallel to the shutter and screen then sees a given point (e.g. point A in FIG. 3) from its changing perspectives. A stereo effect results from the different perspectives of both eyes. The method according to the invention thus realizes a perfect autostereoscopic display.

Für ein vorgegebenes Shuttersegment (3) ist die dazugehörige und anzuzei­ gende Bildinformation gerade die perspektivische Bildinformation, die ein monokularer Betrachter von der Mitte des jeweiligen Shuttersegmentes aus wahrnehmen würde (siehe Fig. 5). Von diesen Positionen, den Zentren der Shuttersegmente (3), werden vorteilhafterweise die Aufnahmen der darzus­ tellenden Szene, die dann auf dem Bildschirm (1) angezeigt werden, ge­ macht. Dies kann bei einer natürlichen Szene mit einer Kamera erfolgen. Lie­ gen bereits Aufnahmen einer 3D-Szene vor, die aber nicht aus der Position der Zentren der Shuttersegmente gewonnen wurden, werden sie entspre­ chend der Aufnahme- und Shuttergeometrie in geeigneter Weise zerlegt, um die so aus verschiedenen Aufnahmen gewonnenen Teilbilder zu einem syn­ thetischen neuen Bild zusammenzusetzen und auf dem Bildschirm (1) zu ei­ nem Zeitpunkt anzuzeigen. Bei in Rechnern generierten dreidimensionalen Szenen werden die Bilder mit der in rechnerunterstützten Designprogrammen üblichen Option für Perspektivendarstellung von den entsprechenden Positio­ nen aus berechnet.For a given shutter segment ( 3 ), the associated image information to be displayed is precisely the perspective image information that a monocular viewer would perceive from the center of the respective shutter segment (see FIG. 5). From these positions, the centers of the shutter segments ( 3 ), the recordings of the scene to be displayed, which are then displayed on the screen ( 1 ), are advantageously taken. This can be done with a camera in a natural scene. Images of a 3D scene are already available, but were not obtained from the position of the centers of the shutter segments, they are broken down in a suitable manner in accordance with the recording and shutter geometry in order to convert the partial images obtained from different recordings into a synthetic new one Compose the image and display it on the screen ( 1 ) at a time. In the case of three-dimensional scenes generated in computers, the images are calculated from the corresponding positions using the option for perspective display that is common in computer-aided design programs.

Die erforderliche Anzahl der Shuttersegmente (3) ist durch die Anzahl der gewünschten Perspektiven festgelegt. Die erforderliche Bildwiederholrate des verwendeten Bildschirms ergibt sich aus dem Produkt der Anzahl von Per­ spektiven mit der gewünschten Bildwiederholrate innerhalb einer Perspektive. Bei dem im folgenden zugrunde gelegten Ausführungsbeispiel wird von einer Perspektivenzahl von 30-40 ausgegangen. Bei einer Bildwiederholrate von 50 Hz innerhalb einer Perspektive kommt man auf eine geforderte Bildwieder­ holrate des zu verwendenden Bildschirms (1) von bis zu 2000 Bildern pro Sekunde.The number of shutter segments ( 3 ) required is determined by the number of desired perspectives. The required refresh rate of the screen used results from the product of the number of perspectives with the desired refresh rate within a perspective. In the exemplary embodiment used below, a number of perspectives of 30-40 is assumed. With a frame rate of 50 Hz within one perspective, the required frame rate of the screen to be used ( 1 ) is up to 2000 frames per second.

Bei Verwendung einer Kathodenstrahlröhre als Bildschirm (1) führt dies zu einer sehr hohen Analogsignalbandbreite, für die bis heute in der Bildschirm­ technik kein Bedarf bestand. Bei schnellen Oszillographen werden jedoch durchaus die geforderten Bandbreiten erreicht, so daß eine Kathoden­ strahlröhre für die erforderliche Bildwiederholrate prinzipiell realisierbar ist.When using a cathode ray tube as a screen ( 1 ), this leads to a very high analog signal bandwidth, for which there has been no need up to now in screen technology. In the case of fast oscillographs, however, the required bandwidths are definitely achieved, so that a cathode ray tube can in principle be implemented for the required refresh rate.

Alternativ bieten sich mehrere Arten von Flachbildschirmen an, z. B. die sog. ferroelektrischen LCDs, wie sie in der Firmenbroschüre von Hoechst Chemie vom 18. Aprilil 1991 mit dem Titel "Materials for Ferroelectric LCDs: Felix and Polix" beschrieben werden, weiter sog. AG Plasma Panels und Elektrolumi­ neszenzbildschirme, z. B. beschrieben in dem Artikel von T.R. Steyer und W.F. Goede, "Challenges of advanced display technology development", Pro­ ceedings of SPIE, Vol. 199,1979, Seiten 48-52. Weiterhin sind Anzeigen, die sog. PLZT Keramik verwenden, anwendbar. Diese sind z. B. in dem Arti­ kel von James R. Phillips "Advanced technology: PLZT Ceramics" in der Zeitschrift Information Display, Heft 4, 1989, Seiten 11-13 beschrieben.Alternatively, several types of flat screens are available, e.g. B. the so-called ferroelectric LCDs, as described in the Hoechst Chemie company brochure April 18, 1991 entitled "Materials for Ferroelectric LCDs: Felix and Polix ", so-called AG Plasma Panels and Elektrolumi nescent screens, e.g. B. described in the article by T.R. Steyer and W.F. Goede, "Challenges of advanced display technology development", Pro ceedings of SPIE, vol. 199, 1979, pages 48-52. Ads, use the so-called PLZT ceramic, applicable. These are e.g. B. in Arti kel by James R. Phillips "Advanced technology: PLZT Ceramics" in the Journal Information Display, Issue 4, 1989, pages 11-13.

Maßgeblich für die Auswahl eines Bildschirmes sind die Bildelementschaltzei­ ten, die kleiner als eine Millisekunde sein sollten. Dieses Kriterium wird von den oben angegebenen Technologien erfüllt. Ein weiteres Auswahlkriterium ist die erforderliche hohe Lichtstärke, die von der Anzahl der realisierten Per­ spektiven abhängt.The picture element switching times are decisive for the selection of a screen that should be less than a millisecond. This criterion is used by the technologies specified above. Another selection criterion is the required high light intensity, which depends on the number of realized per perspective depends.

Das Problem der hohen Analogsignalbandbreite, wie es bei der Verwendung der Elektronenstrahlröhre auftritt, läßt sich bei den o. g. Flachbildschirmen vermeiden, da die Bildzeilen bzw. Spalten parallel ansteuerbar sind. Die Bild­ information kann für die Zeilen bzw. Spalten in parallelen Video-Halbleiter­ speichern, sog. RAMs abgelegt und über entsprechende Controller parallel, also mit verminderter Bandbreite, in den Bildschirm übertragen werden. Damit wird eine maximale Reduzierung der erforderlichen Speicherzugriffszeit um einen Faktor, der gleich der Zeilen- bzw. Spaltenzahl ist, erreicht.The problem of the high analog signal bandwidth as it occurs when using the electron beam tube occurs can be in the above. Flat screens Avoid, since the picture lines or columns can be controlled in parallel. The picture information can be used for the rows or columns in parallel video semiconductors save, so-called RAMs and in parallel via appropriate controllers, so with reduced bandwidth, are transmitted to the screen. In order to will reduce the required memory access time by a maximum reaches a factor equal to the number of rows or columns.

Für den optischen Shutter können ähnliche Technologien angewendet wer­ den, wie sie oben für die Flachbildschirme beschrieben sind. Ferner sind me­ chanische Realisierungen, z. B. mit einem umlaufenden Band oder einem Rotor, möglich.Similar technologies can be used for the optical shutter as described above for the flat screens. Furthermore, me chanic realizations, e.g. B. with a circulating belt or  Rotor, possible.

Im folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel exemplarisch betrachtet. Da in der Praxis nur die horizontale Parallaxe von Bedeutung ist, wird in diesem Beispiel auf die vertikale Parallaxe verzichtet. Daher besteht der Shutter (2) in diesem Fall nur aus vertikalen Streifensegmenten (3), hier auch "Schlitze" genannt.An exemplary embodiment will now be considered as an example below. Since only the horizontal parallax is important in practice, the vertical parallax is omitted in this example. Therefore, the shutter ( 2 ) in this case consists only of vertical strip segments ( 3 ), here also called "slots".

Die relevanten Systemparameter sind in Fig. 2a angegeben, jedoch nicht maßstäblich gezeichnet. Der Shutter (2) und der Bildschirm (1) haben den Abstand Z zueinander. Die Augen des Betrachters sollen sich auf einer Sehli­ nie im Abstand W frei bewegen können. Das zu generierende Volumen (gestrichelt) erstreckt sich vom Bildschirm (1) um dD in die Tiefe. Die Längsdimension des Volumens ist L, während der Shutter (2) die Länge S hat. Die Breite eines einzelnen Shuttersegmentes (3) sei d.The relevant system parameters are shown in FIG. 2a, but are not drawn to scale. The shutter ( 2 ) and the screen ( 1 ) are at a distance Z from one another. The viewer's eyes should never be able to move freely at a distance W on a Sehli. The volume to be generated (dashed) extends from the screen ( 1 ) by dD in depth. The longitudinal dimension of the volume is L, while the shutter ( 2 ) has the length S. The width of a single shutter segment ( 3 ) is d.

Die Dimensionen sind im Prinzip frei wählbar, allerdings müssen gewisse Randbedingungen beachtet werden. Zunächst einmal darf der Schlitzabstand eine bestimmte Obergrenze nicht überschreiten, die sich aus dem Abstand der Sehlinie zum Shutter (2) berechnet. Für einen gegebenen Abstand (bzw. Abstandsbereich) vom Shutter (2) muß jeder virtuelle Volumenpunkt die bei­ den Augen eines Betrachters durch verschiedene Shuttersegmente (3) errei­ chen. Ansonsten würde der Stereoeffekt bei der Betrachtung verlorengehen. Es ist auch günstig, das Verhältnis von L/dD möglichst zu eins zu haben, um eine angemessene Tiefe im Verhältnis zur transversalen Ausdehnung zu erreichen. Weiterhin sollte L in seiner Größe ähnlich der Länge S des Shutters (2) sein, um einen großen Blickwinkel zu realisieren.In principle, the dimensions are freely selectable, but certain boundary conditions must be observed. First of all, the slot distance must not exceed a certain upper limit, which is calculated from the distance of the line of sight to the shutter ( 2 ). For a given distance (or distance range) from the shutter ( 2 ), each virtual volume point must reach the eyes of a viewer through different shutter segments ( 3 ). Otherwise the stereo effect would be lost when viewed. It is also beneficial to have the L / dD ratio as close as possible to one in order to achieve a reasonable depth in relation to the transverse dimension. Furthermore, L should be similar in size to the length S of the shutter ( 2 ) in order to realize a large viewing angle.

Eine mögliche Dimensionierung ist beispielsweise:A possible dimensioning is, for example:

Z = 1000 mm
S = 350 mm
L = 500 mm
dD = 300 mm
150 mm < W < 250 mmZ = 1000 mm
S = 350 mm
L = 500 mm
dD = 300 mm
150 mm <W <250 mm

Der maximale Schlitzabstand bzw. die maximale Shuttersegmentbreite be­ stimmt sich hieraus, indem ein Punkt P mit beiden Augen im Volumen fixiert (angepeilt) und die Schnittpunkte der Verbindungslinien Auge - Volumen­ punkt in der Ebene S bestimmt wird. Diese Distanz ist die maximale Schlitzgröße. Im schlechtesten Fall ergibt sich für die angegebenen Parame­ terdimensionen ein maximaler Schlitzabstand dmax von 52 mm. Damit würde sich eine minimale Anzahl von Perspektiven Nmin = (350/52) = 7 ergeben. Leider reicht diese Zahl der Perspektiven nicht aus um einen quasi-konti­ nuierlichen Wechsel der Perspektiven zu erreichen. Mit den gegebenen Para­ metern, ergibt sich nämlich die Verschiebung r eines Volumenpunktes auf dem Bildschirm (1) zu (siehe Fig. 3):The maximum slot spacing or the maximum shutter segment width is determined by fixing (point) a point P with both eyes in the volume and determining the intersection of the connecting lines eye - volume point in the plane S. This distance is the maximum slot size. In the worst case, a maximum slot spacing d max of 52 mm results for the specified parameter dimensions. This would result in a minimal number of perspectives N min = (350/52) = 7. Unfortunately, this number of perspectives is not enough to achieve a quasi-continuous change of perspectives. Given the given parameters, the displacement r of a volume point on the screen ( 1 ) results in (see FIG. 3):

r = (dD/(Z + dD)) · dmax = 12 mmr = (dD / (Z + dD)) d max = 12 mm

Diese Distanz ist deutlich oberhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges und würden einen abrupten Perspektivenwechsel zur Folge haben, das sog. "flipping". Daher müssen die Schlitzgrößen deutlich reduziert wer­ den. Legt man daher umgekehrt eine Auflösung von r = 2 mm zugrunde, so bestimmt sich d zu 8,7 mm und die Anzahl N zu 40. Diese Anzahl dürfte auch Richtwert für vergleichbare Parameterbestimmungen sein (z. B. kleineres Vo­ lumen in geringerem Abstand). Der abgedeckte Winkelbereich des Objektes beträgt in diesem Beispiel etwa 200.This distance is well above the human resolution limit Eye and would result in an abrupt change of perspective, the so-called "flipping". Therefore, the slot sizes have to be significantly reduced the. Conversely, if one uses a resolution of r = 2 mm, then d is determined to be 8.7 mm and the number N to 40. This number is also likely Guide value for comparable parameter determinations (e.g. smaller Vo lumens closer together). The covered angular range of the object is about 200 in this example.

Ende der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.End of description of the embodiment.

Um ein kompakteres System zu realisieren, läßt sich der Lichtweg zwischen Bildschirm und Shutter mit Hilfe eines oder mehrerer Spiegel falten.In order to implement a more compact system, the light path can be between Fold the screen and shutter using one or more mirrors.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht an eine bestimmte Ausführungs­ form gebunden. Während die Benutzung von elektrooptischen Shuttern und geeigneten Flachbildschirmen, bzw. gegebenenfalls modifizierten Kathoden­ strahlbildschirmen die effektivste und wahrscheinlichste Umsetzung ist, sind andere Implementierungen möglich. So kann der Bildschirm durch eine Dia- oder Filmprojektion ersetzt werden. Im Fall einer Diaprojektion sollen für jede anzuzeigende Perspektive ein Diaprojektor verwendet und diese synchroni­ siert mit den Shuttersegmenten umgeschaltet werden. Dies erfolgt durch elek­ trooptische oder mechanische Blenden im Lichtweg der Projektoren oder auch durch die Verwendung von Blitzlampen in den Projektoren. Die Blenden können separat oder in Verbindung mit dem Shutter (2) auch in Form eines umlaufenden Bandes oder Rotors ausgebildet sein.The method according to the invention is not tied to a specific embodiment. While the use of electro-optical shutters and suitable flat screens, or possibly modified cathode ray screens is the most effective and most likely implementation, other implementations are possible. So the screen can be replaced by a slide or film projection. In the case of a slide projection, a slide projector should be used for each perspective to be displayed and these should be switched in sync with the shutter segments. This is done by electro-optical or mechanical screens in the light path of the projectors or by using flash lamps in the projectors. The diaphragms can be designed separately or in connection with the shutter ( 2 ) in the form of a revolving band or rotor.

Um die Anforderungen an die Bildwiederholraten und Lichtstärken herabzu­ setzen, lassen sich die Bilder von z. B. zwei Bildschirmen durch einen halb­ durchlässigen Spiegel überlagern, so daß sich die Anzahl der wiederzugeben­ den Perspektiven und die erforderliche Leuchtstärke für einen einzelnen Bildschirm verringern.To lower the requirements for the refresh rates and light intensities set, the images can be z. B. two screens by half translucent mirror overlay so that the number of reflect the perspectives and the required luminosity for an individual Reduce screen.

Weiterhin können durch Verwendung mehrerer Shutter und Bildschirme größere Winkelbereiche, bis hin zur vollen 360° Darstellung, realisiert werden.Furthermore, by using multiple shutters and screens larger angular ranges up to the full 360 ° display can be realized.

Claims (11)

1. Verfahren zur autostereoskopischen Bild-, Film und Fernsehwiedergabe dadurch gekennzeichnet, daß sich vor einem Bildschirm (1) ein optischer Shutter (2) befindet, der segmentweise optisch sperrend oder durchlässig geschaltet wird und daß auf dem Bildschirm zu einer Zeit jeweils gerade die perspektivische Ansicht dargestellt wird, die von der Position des geöffneten Shuttersegments (3) aufgenommen, errechnet bzw. aus vers­ chiedenen Bildern zusammengesetzt wurde. Dabei werden die Shutterseg­ mente (2) so schnell durchlaufen und die dazugehörigen Perspektiven auf dem Bildschirm (1) so schnell nacheinander angezeigt, daß das Umschalten für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbar ist.1. The method for autostereoscopic image, film and television playback, characterized in that there is an optical shutter ( 2 ) in front of a screen ( 1 ), which is switched segment-wise optically blocking or permeable and that on the screen at a time just the perspective Is shown view, which was taken from the position of the opened shutter segment ( 3 ), calculated or composed from different images. The Shutterseg elements ( 2 ) are run through so quickly and the associated perspectives on the screen ( 1 ) are displayed so quickly one after the other that the switching is no longer perceptible to the human eye. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Shutter (2) horizontal und/oder vertikal segmentiert ist und so die entspre­ chende Parallaxe erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the shutter ( 2 ) is segmented horizontally and / or vertically and so the corresponding parallax is generated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Shutter (2) LCD, PLZT oder ferroelektrische Materialien oder auch mechanische Blenden wie ein umlaufendes Band oder Rotor eingesetzt werden.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that for the shutter ( 2 ) LCD, PLZT or ferroelectric materials or mechanical screens such as a rotating belt or rotor are used. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtweg zwischen Bildschirm (1) und Shutter (2) mittels eines oder mehrerer Spiegel gefaltet wird.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the light path between the screen ( 1 ) and shutter ( 2 ) is folded by means of one or more mirrors. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildsequenz über eine Kathodenstrahlröhre, Video Projektor, LCD Projektor, LCD-, PLZT-, Plasma-, Elektrolumniszenz- oder ferroelek­ trischen Bildschirm (1) wiedergegeben oder von einem Dia- oder Filmprojek­ tor auf einen Bildschirm (1), der als Mattscheibe oder Leinwand ausgebildet ist, projiziert wird.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the image sequence via a cathode ray tube, video projector, LCD projector, LCD, PLZT, plasma, electroluminescent or ferroelectrical screen ( 1 ) reproduced or from a slide or Filmprojek tor is projected onto a screen ( 1 ), which is designed as a screen or screen. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß so viele Diaprojektoren verwendet werden, wie Shuttersegmente (3) vorhan­ den sind und die Projektoren entsprechend des jeweils geöffneten Shutter­ segments (3) eingeschaltet werden.6. The method according to claim 5, characterized in that as many slide projectors are used as shutter segments ( 3 ) are present and the projectors are switched on in accordance with the open shutter segment ( 3 ). 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtweg der Projektoren mechanische oder elektrooptische Blenden an­ gebracht werden und mit den Shutterpositionen synchronisiert geschaltet werden.7. The method according to claim 6, characterized in that mechanical or electro-optical shutters in the light path of the projectors brought and switched synchronized with the shutter positions will. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden mechanisch als Rotor oder umlaufendes Band realisiert werden.8. The method according to claim 7, characterized in that the screens are realized mechanically as a rotor or rotating belt. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Diaprojektoren Blitzlampen verwendet und entsprechend des jeweils geöffneten Shuttersegmentes (3) gezündet werden.9. The method according to claim 6, characterized in that flash lamps are used in the slide projectors and are ignited in accordance with the respectively opened shutter segment ( 3 ). 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bildwiedergabeeinrichtungen (1) verwendet werden, die Bildse­ quenz entsprechend auf diese Einheiten aufgeteilt wird und die Bilder überlag­ ert werden.10. The method according to claim 1 to 5, characterized in that a plurality of image reproduction devices ( 1 ) are used, the image sequence is divided accordingly among these units and the images are superimposed. 11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Systeme bestehend jeweils aus Bildschirm (1) und Shutter (2) nebeneinander bzw. in einem Kreis angeordnet werden, um einen größeren Winkelbereich bis hin zur vollen 360° Darstellung zu realisieren.11. The method according to claim 1 to 10, characterized in that several systems each consisting of screen ( 1 ) and shutter ( 2 ) are arranged side by side or in a circle in order to realize a larger angular range up to the full 360 ° representation.
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