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Stand der Technik
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Stereovisualisierungen
mit Filterung der Stereobildströme
mittels alternierend umschaltbarer Polarisationsfilterung, die aufgrund
augengerechter Trennung der Bildströme über fest und entgegengesetzt
polarisierte Augengläser
einer Brille entstehen, sind sichtbar für beliebig viele Beobachter.
Sie können
für alle
Displays eingesetzt werden, die unpolarisiertes Licht abstrahlen,
wie CRT-, Plasma-, OLED- und SED-Displays.
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Fertig
konfektionierte LCD sind nicht geeignet, da sie polarisiertes Licht
abstrahlen. Es ist ein stereofähiges
LCD-Display bekannt, wo durch spaltenweise alternierende Polarisationsfilterung
ohne Shutter beide Augen synchron die stereogerechten Bildströme zugeleitet
bekommen (Fa. VREX).
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Erfinderische
Aufgabe
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Es
wird eine Vorrichtung gesucht, die auch für Displays, die auf der Basis
von polarisationsdrehenden Flüssigkeitskristallen
arbeiten und mittels einer separaten Filterung der Bildströme für linkes
und rechtes Auge eine Stereovisualisierung auf der Basis einer fest
polarisierte Brille ermöglicht.
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Erfinderische
Lösung
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Es
wird von einem halbfertigen LCD ausgegangen, indem die dem Betrachter
zugewandte Seite der Polarisationsbeschichtung ersetzt wird
- 1. entweder durch einen polarisationsschaltenden Filter,
der die gesamte Displayfläche überdeckt (ShutterScreen)
- 2. oder durch eine spalten- oder/und zeilenweise alternierend
polarisierende Schicht.
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Die
Visualisierung von Stereobildströmen nach
dem LCD-Prinzip macht dann erforderlich, dass das Bildsignal zwischen
originalen RGB- und komplementären
RGB-Werten umgeschaltet (Vorrichtung nach Ziff. 1.) bzw. alternierend
eingesteuert wird (Vorrichtung nach Ziff. 2.).
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Folgende Ausführungsformen
sind vorgesehen:
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- (1) Vorrichtung zur Stereovisualisierung mittels LCD,
dadurch gekennzeichnet, dass
der dem Betrachter zugewandte
fest und uniform polarisierte Polarisationsfilter durch einen über den
ganzen Bildschirm alternierend umschaltbar polarisierenden Polarisationsfilter
ersetzt wird.
- (2) Vorrichtung zur Stereovisualisierung mittels LCD, dadurch
gekennzeichnet, dass
der dem Betrachter zugewandte fest und
uniform polarisierte Polarisationsfilter durch einen spalten- und/oder
zeilenweise, die Spalten und Zeilen des LCD überdeckend, alternierend fest
polarisierenden Filter ersetzt wird.
- (3) Vorrichtung zur Stereovisualisierung mittels LCD, dadurch
gekennzeichnet, dass
der dem Betrachter zugewandte fest und
uniform polarisierte Polarisationsfilter durch einen spalten- und/oder
zeilenweise, die Spalten und Zeilen des LCD überdeckend, alternierend umschaltbar polarisierenden
Filter ersetzt wird.
- (4) Verfahren der Ansteuerung von LCDs nach Anspruch (1) bis
(3) dadurch gekennzeichnet, dass
das RGB-Signal passend zum
in Richtung Betrachter durchstrahlten Polarisationsfilterpixel alternierend
gemäß Anspruch
(1) über
die ganze Bildwiedergabefläche
oder gemäß Anspruch
(2) und Anspruch (3) nur spalten- und/oder zeilenweise, die Spalten
und Zeilen des LCD überdeckend, für die Bildströme der einen
Projektion in den originalen RGB-Werten und die der anderen Projektion
in den komplementären
RGB-Werten eingesteuert werden, sodass über polarisierte Brillengläser, ggf.
auch über
polarisierte Haftschalen, die richtigen Projektionen den Augen für die Stereowahrnehmung
separat zugeführt
werden, wobei der Konversionstakt synchron zum Bildwechsel-Signal
(Vertikalsignal) erzeugt wird und die Umschaltung dabei mit >= 72Hz erfolgen sollte.
- (5) Verfahren der Ansteuerung von LCDs nach Anspruch (2) bis
Anspruch (4) dadurch gekennzeichnet, dass
bei spaltenweise
alternierender Filterung ein spaltenweiser interlaced mode realisiert
wird, der eine Autostereolösung
realisieren lässt,
wenn durch ein Parallaxe-, Prismen-, Linsen- oder Volumenhologramm-Raster die Lichtlenkung
so realisiert wird, dass bei bestimmten Betrachtungswinkeln die
Projektionen von den Augen separat wahrgenommen werden, sodass auf
die Polarisationsbrille verzichtet werden kann.
- (6) Verfahren der Ansteuerung von LCDs nach Anspruch (5) dadurch
gekennzeichnet, dass
auf eine optische Verbreiterung der Spalten
durch die Prismen/Linsen-Raster weitgehend verzichtet wird und damit
auch bei größeren seitlichen
Bewegungen keine Doppelbilder entstehen.
- (7) Verfahren der Ansteuerung von LCDs nach Anspruch (5) dadurch
gekennzeichnet, dass
beide Projektionen spaltenweise verkämmt visualisiert
werden und die Spaltenrasterung alternierend volumenholographisch
so programmiert wird, dass innerhalb eines Bereiches, der etwa dem
Augenabstand entspricht, um einen beliebigen, auf dem Display fixierten
Punkt die richtige Spaltenschar und damit die richtige Projektion vom
richtigen Auge gesehen wird, während
außerhalb
dieses Bereiches von beiden Augen gleichzeitig nur jeweils eine
der beiden Spaltenscharen und damit statt Doppelbilder nur eine Projektion
gesehen wird.
- (8) Verfahren der Ansteuerung von LCDs nach Anspruch (5) dadurch
gekennzeichnet, dass
eine Augenfolgekamera den horizontalen
Betrachterwinkel bestimmt und die Videoadresse der RGB-Startposition
so manipuliert, dass das Bild jeweils um wenigstens eine Farbpixelspalte
entsprechend horizontal über
die Matrix der nebeneinander angeordneten R-/G-/B-Spalten verschoben
wird.
- (9) Verfahren der Ansteuerung von LCDs nach Anspruch (5) dadurch
gekennzeichnet, dass
beide Projektionen zeilenweise verkämmt visualisiert
werden und die Zeilenrasterung alternierend volumenholographisch
so programmiert wird, dass innerhalb eines Bereiches um einen be liebigen,
auf dem Display fixierten Punkt die richtige Zeilenschar und damit
die richtige Projektion vom richtigen Auge gesehen wird, während außerhalb dieses
Bereiches von beiden Augen gleichzeitig nur jeweils eine der beiden
Zeilenscharen und damit statt Doppelbilder nur eine Projektion gesehen wird.
- (10) Verfahren der Ansteuerung von LCDs nach Anspruch (5) bis
Anspruch (9) dadurch gekennzeichnet, dass
herkömmliche
TFT/LCD als Display für
Autostereo-Visualisierungen verwendet werden, ohne dass eine zusätzliche
Vorrichtung zur aktiven oder passiven Polarisation eingesetzt wird
und Konversionen der RGB in die komplementären Werte notwendig wären.
- (11) Verfahren der Beleuchtung von LCDs nach Anspruch (1) bis
Anspruch (10), dadurch gekennzeichnet, dass
die Beleuchtung
nicht mit Weißlicht
sondern mit RGB-Lichtquellen
(z.B. einem LED-RGB-Triplett) erfolgt, wobei Quellen und/oder Farbfilter
verwendet werden, die die Bandbreite der Rot-/Grün-/Blau-Spektren beschränken.
- (12) Verfahren der Beleuchtung von LCDs nach Anspruch (1) bis
Anspruch (11), dadurch gekennzeichnet, dass
die Beleuchtung
mit einem RGB-Laser-Triplett erfolgt.
- (13) Verfahren der Beleuchtung von LCDs nach Anspruch (1) bis
Anspruch (12), dadurch gekennzeichnet, dass
die Beleuchtung
des TFT/LCD-Rasters in den Farben Rot, Grün und Blau sequentiell erfolgt,
wobei die Subpixel, die für
eine gleichzeitige Visualisierung von RGB vorgesehen sind, um das
dreifache auflösungserhöhend für jede einzelne
Farbe eingesetzt werden können,
wenn nur die einzelnen Farbframes eines Bildes innerhalb von 18
bis maximal 40 ms gezeigt werden.
- (14) Verfahren der Beleuchtung von LCDs nach Anspruch (13),
dadurch gekennzeichnet, dass
spezielle interlaced modi genutzt
werden, die neben der Spaltenauflösung auch die der Zeilenauflösung erhöhen lassen,
indem das über
das Subpixel-Array des LCD zeilenweise, spaltenweise oder schachbrettartig
gelegte interlacing Muster zu Teilbildern führen, die bei sequentieller
Visualisierung innerhalb von 40ms in der Auflösung summarisch wahrgenommen
werden.
- (15) Verfahren der Beleuchtung von LCDs nach Anspruch (14),
dadurch gekennzeichnet, dass
neben der Verdopplung der Spaltenauflösung sich auch
die der Zeilenauflösung
auf das doppelte erhöhen
lässt,
indem auf dem Subpixel-Array des LCD alternierend zeilenweise und
schachbrettartig aus dem Original herausgegriffene Muster Teilbilder
visualisiert werden, die bei sequentieller Darbietung innerhalb
von 40ms in der Auflösung summarisch
wahrgenommen werden.
- (16) Vorrichtung nach Anspruch (1) bis Anspruch (15), dadurch
gekennzeichnet, dass
mittels einer in Betrachterrichtung vorgeschalteten,
volumenholographisch programmierten Lichtlenkungsbeschichtung der Öffnungswinkel
für eine
gleichmäßige Abstrahlung
auf den gewünschten
Bereich einer maximalen Ausleuchtung sowohl erweitert als auch eingeschränkt werden
kann.
- (17) Vorrichtung nach Anspruch (11), Anspruch (12) und Anspruch
(16), dadurch gekennzeichnet, dass
die volumenholographische
Programmierung mit RGB-Lasern erfolgt, die auch zur Beleuchtung
der LCD eingesetzt werden, womit sich der Wirkungsgrad der volumenholographischen
Lichtlenkung auf bis zu 99% erhöhen
läßt.
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Vorrichtung
zur Realisierung einer ShutterScreen
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Stand der Technik
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Shutter
Screens werden zur Schaltung der Polarisationsrichtung von Rasterbildern
verwendet, um über
CRT-Monitore, PLAMA, OLED-, SED-Displays Stereovisualisierungen,
sichtbar für
beliebig viele Beobachter, mit fest polarisierter Brille zu realisieren.
Es werden dazu Flüssigkeitskristall-Matrizen eingesetzt,
die beidseitig mit transparenten Elektroden beschichtet sind, um
ein in der Richtung umschaltbares elektrisches Feld aufbauen zu
können. Handelsübliche ShutterScreens
sind teuer (>2.000, –$) und
nur bis zu einer Bilddiagonalen von 21'' verfügbar.
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Erfinderische
Aufgabe
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Es
wird eine Vorrichtung gesucht, die für jede Bilddiagonale und jede
erforderliche Framewechselfrequenz als Shutter-Screen eingesetzt
werden kann, wobei deren Preis kleiner als der eines LCD gleicher Diagonale
sein sollte.
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Erfinderische
Lösung
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Es
wird von einem halbfertigen LCD ausgegangen, von dem nur
- • entweder
die mit der verdrahteten TFT-Matrix beschichtete Flüssigkeitskristall-Matrix
verwendet wird, wobei zumindest eine Polarisationsfilter-Beschichtung,
die RGB-Streifenschicht
sowie die Beleuchtung wegfallen
- • oder
die passive LCD-Matrix, die zwecks Farbkorrektur der aktiven LCD-Matrix
vorgeschaltet ist, verwendet wird, wobei deren Beschichtung wegfällt.
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Da
Pixelfehler der LC-Matrix durch deren Einsatz als ShutterScreen
mit alternierender Visualisierung der Videostreams für linkes
und rechtes Auge sich selbst eliminieren, wird die Her stellung von qualitativ
hochwertigen Shutter-Screens aus LC-Matrizen, die wegen zu hoher Pixelfehlerzahlen
als LCD nicht verwendet werden können,
möglich,
so dass nur geringe Produktkosten entstehen.
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Folgende Aus führungsformen
sind vorgesehen:
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- (1) Vorrichtung zur elektronischen Umschaltung der
Polarisationsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Matrix
von um 90 Grad schaltbaren Flüssigkeitskristallen
verwendet wird, deren Matrixelemente insgesamt umgeschaltet werden
können.
- (2) Vorrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass
die
Matrix von um 90 Grad schaltbaren Flüssigkeitskristallen verwendet
wird, die pixelweise, zeilenweise, spaltenweise in der Polarisationsrichtung
umgeschaltet werden kann.
- (3) Vorrichtung nach Anspruch (1) und (2), dadurch gekennzeichnet,
dass
von halbfertigen, als Produktionsausschuß wegen zu
hoher Pixelfehlerzahl ausgemusterte LCD verwendet werden, die ohne
zweiseitige Polarisations- und RGB-Beschichtung sowie ohne Beleuchtung
verwendet werden, wobei die Fehlerpixel mittels Laser punktuell
so bearbeitet werden, dass sie jede Polarisationsrichtung durchlassen.
- (4) Vorrichtung nach Anspruch (1) und (3), dadurch gekennzeichnet,
dass
auch LCD-Chips, die in Projektoren eingesetzt werden,
als Polarisationsshutter für
DLP-Projektoren eingesetzt werden.
- (5) Verfahren der Ansteuerung von Shutter-Screens nach Anspruch
(1) bis (2), dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ansteuerung
der Polarisationsrichtung vom Bildwechsel-Signal (Vertikalsignal) abgegriffen wird
- (6) Verfahren nach Anspruch (4), dadurch gekennzeichnet, dass
die
Ansteuerung des kompletten LCD verwendet wird.
- (7) Verfahren nach Anspruch (4) bis Anspruch (5), dadurch gekennzeichnet,
dass
für
das Shuttering der DLP-Visualisierung die Ansteuerung des kompletten
LCD verwendet wird, wobei das Vertikalsignal geeignet vom Farbframewechselsignal
des DLP abgeleitet wird.
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Verfahren
zur Beseitigung von Pixelfehlern auf Raster-Displays
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Stand der
Technik
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Für Rasterdisplays
(TFT/LCD, OLED, SED, ...) oder digitale Projektoren (LCD, DLP, ...)
ist bekannt, dass schon von der Produktion der Pixelarrays her einzelne
Pixel sich nicht korrekt ansteuern lassen. Auch Pixelfehler durch
Alterung sind bekannt.
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Die
Anzahl der maximal erlaubten Pixelfehler in Flachbildschirmen (Plasma,
LCD, LED, OLED, ...) wurde durch die ISO-13406-2 festgelegt. Die Norm erlaubt
für das
Bürogerät (Fehlerklasse
II) insgesamt 9 Pixelfehlern: 2/weiß, 2/schwarz,5/RGB.
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Der
Produktionsausschuß wegen Überschreitung
der ISO-Fehlernorm
beträgt
ist insbesondere bei Plasma-Displays sehr hoch: Eine 10%-ige Ausschussrate
ist auch heute noch normal.
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Erfinderische
Aufgabe
-
Es
wird ein Verfahren gesucht, das rein softwaretechnisch aus der Umgebung
eines vereinzelten Pixelfehlers heraus den Hardwarefehler virtuell
so repariert, dass er subjektiv (nahezu) nicht mehr wahrnehmbar
ist.
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Erfinderische
Lösung
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Sequentiell
aufeinander folgende Bilder werden auf dem Rasterdisplay auf translativ
so geänderter
Position mit entsprechend geänderter
Farbwert-Intensität
der Fehlerstelle benachbarter Pixel so gezeigt, dass die Bildort-bezogene
Farbintensität
eines HW-seitig gestörten
Pixels sich aus der Superposition der nacheinander gezeigten Bilder
innerhalb der sinnesphysiolgischen Integrationszeit (∼40ms) korrigiert.
-
So
kann in gezielter Nutzung optischer Täuschung, d.h. der Bildverarbeitungsprozesse
des menschlichen Auges, mittels alternierend um eine Zeile oder/und
eine Spalte verschobene Bildvisualisierung ein HW-basierter Pixelfehler
durch geeignete Verteilung der Farbwertintensität in die benachbarten Pixel
korrigiert werden.
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Die
sinnesphysiologische Basis dieser mikrooptischen Täuschung
beruht auf dem Mikrotremor des Auges. Der Mikrotremor ist u.a. verantwortlich
für das
Antialiasing der Erfassung reeller Abbilder mit dem diskreten Zapfensensor-Raster
der Macula (Gelber Fleck). Die durch neuronale Netze realisierte Translationsinvarianz
gleicht relative Verschiebungen der aufeinander folgenden Einzelbilder
bis zu ∼1,5
Bogenminuten aus. In diesen Grenzen wird ortsfeste Bildruhe auch
dann empfunden, wenn das visualisierte Bild gegen den Blickaufpunkt
sich hinreichend schnell verschiebt (Verschiebeintervall <∼40ms).
-
Es
werden nacheinander mit dem Vierfachen der Microtremor-Schwingungsdauer
in der Folge ..., Rot, Grün,
Blau, Grün,
... „geschossene
Momentaufnahmen" superponiert.
Innerhalb von 40ms wird über diese
Momentaufnahmen über
die massive, hierarchisch strukturierte (Dendriten-)Vernetzung der
einzelnen Zapfenrezeptoren
- • hochpassgeführtes Matching,
- • kontextsensitives
Antialiasing sowie
- • texturgeführte Fehlerkorrektur
ausgeführt. Diese
neuronale Bildverarbeitung realisiert eine Akkumulation der Auflösungen der
gegeneinander wegen des Mikrotremors translierten Einzelbilder über ein
Zeitintervall von bis zu ∼65ms
zur Gesamtauflösung,
die das Zehnfache der sinnesphysiologisch realisierten Auflösung beträgt.
-
Eine
jedermann bekannte Anwendung dieser neuronalen Bildverarbeitungsspezifik
findet sich im Fernsehen:
Der interlaced mode, der mit Zeilenscharen,
die in vertikaler Richtung, alternierend die geradzahligen und ungeradzahligen Zeilen überdeckend
arbeitet, wird neuronal so verarbeitet, dass die Halbbilder anhand
der Matrix der Verdeckungen, d.h. nicht visualisierten, Zeilen sequentiell
zur Auflösung
des Vollbildes zusammengeführt
werden, obwohl sie nur in jeweils der halben Auflösung mit
50 oder 100Hz die Retina belichten. Innerhalb.
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Mit
der Verbesserung der durch die TFT-gesteuerte LCD-Technologie ist heute
mit Umschaltzeiten (dray-to-gray) von 2ms eine wesentlich erhöhte Bildwechselfrequenz
gegenüber
der 50Hz-Quellen erreichbar, so daß sinnesphysiologisch optimale
Bildwechselfrequenzen erreicht werden können. Damit verliert die Bildröhre ihre
letzte Bastion, d.h. unser ursprünglich
CRT-basiertes Konzept soll vollständig auf den Einsatz von Flachbildschirmen
(TFT-LCD, PLASMA, SED) umgestellt werden.
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Im
Verbindung mit einer originären
Technologie zur Elimination von Pixelfehlern in Rasterdisplays werden
wir eine neue Baureihe der „Generation
WellnessElektronik (WE)" auflegen,
die sich auf drei Anwendungsgebiete spezialisiert:
- • Auge-Hand-Systeme
zum ergotherapeutischen Training der Feinmotorik
- • Interaktives
3D-Heimkino
- • 3D-fähiger Multimedia-Arbeitsplatz
-
Als
neue Features der WE werden sukzessive für den Betrieb mit den herkömmlichen
Videostreams aus TV, DVD, PC, ... bereitgestellt:
- 1.
Stereovisualisierung
- 2. 3D Raumklang
- 3. 3D-/6D-Interaktionstool
- 4. Auto-Stereovisualisierung (Stereovisualisierung ohne Brille)
- 5. Auto-Interaktionstool (die Hand interagiert direkt)
-
Die
eingesetzten Verfahren nutzen gezielt audiovisuelle Täuschungen,
die sich optimal in die sinnesphysiologische Signalverarbeitung
einbetten. Ziel dieser alternativen Technologie sind
- (A) Verbesserung der Eigenschaften der audiovisuellen Wiedergabe
herkömmlicher
Videosignalströme
wie Bildauflösung,
Bildruhe und 3D-Bildtiefe direkt im Gerät in Echtzeit
- (B) Erweiterung der PC-Funktionalität auf einen stereofähigen 3D-interaktiven
Arbeitsplatzrechner (optional: 6D-Interaktion, d.h. in xyz und ☐.☐.☐).
- (C) provokationstherapeutische Effekte zur Entwicklung der Feinmotorik
durch Training des Auge-/HandSystems (AHS) auf der Basis von Eigenschaften
Virtueller Realität
(VR).
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Aus
der Arbeit an diesen Geräten
resultiert Erhöhung
der Sehschärfe,
der Stereoopsis (Stereosehen) und – insbesondere bei Kindern
im Vorschulalter – eine
nachhaltige Verbesserung der Feinmotorik. Direkte Folge sind ergotherapeutische/logopädische Effekte
im AufmerksamkeitsDefizitSyndrom (ADS), Sprachstörungen, der Hypermotorik, von
Legasthenie und Amblyopie – sämtlich vom
Effekt einer Gegensteuerung zum „PISA-Syndroms":
WellnessElektronik
steht unter dem Motto „zurück zur Natur
durch Technik".
-
Anwendungsbeispiele
-
Softwaretechnisch
korrigiert werden Pixelfehler von Displaypixeln dort wo das RGB-Triplett oder
das (Rote/Grüne
oder Blaue) Farbsubpixel
- 1. immer schwarz bleibt
durch Addition von Farbwerten des nicht visualisierten Bildpixels
in Bildpunkten der direkten Umgebung des Hardwarefehlers
- 2. immer leuchtet durch Subtraktion von Farbwerten des mit konstantem
Farbwert falsch visualisierten Bildpixels in Bildpunkten der direkten
Umgebung des Hardwarefehlers
-
Beständig weiß leuchtende
RGB-Pixeltripletts oder mit konstantem Rot-, Grün- oder Blau-Farbwert leuchtende
Pixel können
auch mittels Laser im Verlaufe der Pixelfehleranalyse schwarz „gebrannt" werden.
-
Zum
Aufbau der correction-look-up ist der Bildschirm nach Fehlerpunkten
zu durchsuchen. Das kann über
elektrische Messungen am Steuerbaustein oder durch Scanning des
Bildschirmes erfolgen.
- (A) Die Verfahren zur
fehlerfrei empfundenen Visualisierung von Bildfolgen auf pixelweise
gestörten
Rasterdisplays oder DLP-Chips
sind dadurch gekennzeichnet, dass zwei in der Bildsequenz aufeinander
folgend visualisierte Bilder oder Bildteile zueinander verschoben
visualisiert werden und dabei gleichzeitig der gestörte Farbwert
durch entsprechende Änderung
von Farbwerten benachbarter Pixel für eine virtuell korrekte Wahrnehmung
aus der Pixelfehler-Umgebung heraus rekonstruiert wird.
- (B) Wenn nun die geradzahligen und die ungeradzahligen Zeilen
eines Vollbildes mit unterschiedlicher Helligkeit gezeigt werden,
braucht man weniger Nachbarpixel, um den Farbwert eines Pixels, der
wegen eines Hardwarefehlers an genau dieser Pixelposition nicht
visualisiert werden kann, in der direkten Nachbarschaft virtuell
zu realisieren.
- (C) Für
den Fall des interlaced modes, wo entweder die geradzahligen oder
die ungeradzahligen Zeilen schwarz sind, kann man z.B. man den Farbwert
des gestörten
Pixels, das z.B. im Halbbild A zu visualisieren wäre, in eine
der beiden benachbarten geradzahligen Zeilen über der HW-Fehlerposition darüber oder
darunter mit dem vollen Farbwert oder in beide mit dem jeweils 50%-igen
Farbwert einschreiben. In letzterem Falle könnte man dabei noch die RGB-Werte
in den beiden RGB-Tripletts oberhalb und unterhalb miteinander vertauschen
um die Kontextsensitivität bei
der Erarbeitung des mit 10-facher HDTV-Auflösung wahrgenommen werdende
gezielt zu nutzen.
- (D) Im Falle der nur partiellen Ausleuchtung der Zwischenzeilen
unterstützt
die kontextsensitive Pixelfehlerreparatur bei der Bildwahrnehmung von
Standbildsequenzen. Dazu wird das Vollbild in Pseudo-Halbbilder
A* und B* als zeilenweiser pseudointerlaced-mode (bzw. analog A# und B# als spaltenweiser
pseudo-interlaced-mode) konvertiert, wobei im Halbbild A* die geradzahligen Zeilen
und im Halbbild B* die ungeradzahligen Zeilen (bzw. im Halbbild
A# die geradzahligen Spalten und im Halbbild
B# die ungeradzahligen Spalten) jeweils
mit 1/n-tel der Intensität
des tatsächlichen
Farbwertes visualisiert werden.
Nachbarpixel zu Hardware-gestörten Pixeln
werden dann, wenn innerhalb der 40ms, die bei PAL für die Visualisierung
eines Vollbildes VB (nach einem für TFT-LCD's üblichen „progressive
scanning" der beiden
mit 50Hz einlaufenden Halbbilder) zur Verfügung stehen, so genutzt, dass
dann dieses Vollbild VB zunächst
in die Pseudo-Halbbilder A*, B* (bzw. die Pseudo-Halbbilder A#,
B# konvertiert wird und danach in direkter
Nachbarschaft zu singulären
Pixelfehlern geeignet korrigiert wird, so dass
- (1) vom Vollbild der Farbwert des Pixelfehlers auf die Nachbarpixel über zwei
Frames A*, B* verteilt, aufge baut als zeilenweiser pseudo-interlaced-mode,
visualisiert wird, wobei
- a. das Pseudohalbbild A* aus dem VollBild VB so erzeugt wird,
dass auf allen geradzahligen Zeilen nur 1/3-tel der Intensität des tatsächlichen
Farbwertes visualisiert wird, jedoch benachbart zu einem Hardwarefehler
in der DisplayPixelposition DPi,j,f (i:=
Zeilenposition, j:= Spaltenposition, k:= R-/G-/B-Farbe) auf ungeradzahliger DisplayZeile DZi dann
- i. 2/3-tel des wegen Hardwarefehlers nicht visualisierten Farbwertes
der BildPixelpostion BPi,j,f auf den 1/3-tel
Farbwert des in der Displayspalte DSj benachbarten
BildPixels BPi+1,j,f und
- ii. 1/3-tel des wegen Hardwarefehlers nicht visualisierten Farbwertes
der BildPixelpostion BPi,j,f auf den 1/3-tel
Farbwert des in der Displayspalte DSj benachbarten
BildPixels BPi-1,j,f dazuaddiert werden.
- b. das Pseudohalbbild B* aus dem VollBild VB so erzeugt wird,
dass auf allen ungeradzahligen Zeilen nur 1/3-tel der Intensität des tatsächlichen Farbwertes
visualisiert wird, jedoch benachbart zu einem Hardwarefehler in
der DisplayPixelposition DPi,j,f auf ungeradzahliger
DisplayZeile DZi dann 1/3-tel des Farbwertes
der BildPixelpostion BPi,j,f jeweils zur
Hälfte
auf den 1/3-tel Farbwert der beiden zu dem BildPixels BPi,j,f in der Zeile i benachbarten Bildpixeln
BPi,j-1,f und BPi,j+1,f dazuaddiert werden.
und
bzgl. A*, B* entsprechend umgekehrt für den Fall eines Hardwarefehlers
in einer geradzahligen Display-Zeile.
- (2) vom Vollbild VB der Farbwert des Pixelfehlers auf die Nachbarpixel über vier
Frames A*, A*',
B*, B*' verteilt,
aufgebaut als zeilenweiser pseudo-interlacedmode, visualisiert wird,
wobei
- a. die Pseudohalbbilder A*, A*' aus dem VollBild VB so erzeugt werden
wie das Pseudohalbbild A* im Fall (1)a., wobei o.B.d.A. bei einem
Hardwarefehler auf einer ungeradzahligen Zeile
- i. das Pseudohalbbild A* wie im Fall (1)a. korrigiert visualisiert
wird
- ii. das Pseudohalbbild A*' wie
im Falle (1)b. korrigiert wird und um eine Zeile per Videoadressen-off-set
nach unten verschoben visualisiert wird
- b. die Pseudohalbbilder B*, B*' aus dem VollBild VB so erzeugt werden
wie das Pseudohalbbild B* im Fall (1)b., wobei o.B.d.A. bei einem
Hardwarefehler auf einer ungeradzahligen Zeile
- i. das Pseudohalbbild B* wie im Fall (1)b. korrigiert visualisiert
wird
- ii. das Pseudohalbbild B*' wie
im Falle (1)b. korrigiert wird und um eine Zeile per Videoadressen-off-set
nach oben verschoben visualisiert wird
- (3) vom Vollbild der Farbwert des Pixelfehlers auf die Nachbarpixel über zwei
Frames A#, B# aufgebaut
als spaltenweiser pseudo-interlaced-mode, verteilt visualisiert
wird, wobei die Korrektur analog zu (1) über Spaltennachbarschaften
realisiert wird
- (4) vom Vollbild VB der Farbwert des Pixelfehlers auf die Nachbarpixel über vier
Frames A#, A#', B#, B#' verteilt,
aufgebaut als spaltenweiser pseudo-interlaced mode, visualisiert
wird, wobei die Korrektur analog zu (2) über Spaltennachbarschaften
realisiert wird
- (5) vom Vollbild VB der Farbwert des Pixelfehlers auf die Nachbarpixel über vier
Frames A*, B*, A#, B# verteilt,
aufgebaut sowohl aus A*, B* wie in (1) (zeilenweiser pseudo-interlaced-mode)
als auch aus A#, B# wie
in (3) (spaltenweiser pseudo-interlaced-mode), visualisiert wird,
wobei die Korrektur analog zu (1) über Zeilennachbarschaften bzw. analog
zu (3) über
Spaltennachbarschaften realisiert wird
- (6) vom Vollbild VB der Farbwert des Pixelfehlers auf die Nachbarpixel über acht
Frames A#, A#', B*, B*', A*, A*', B#,
B#' verteilt
visualisiert wird, wobei die Korrektur analog zu (2) über Zeilennachbarschaften
bzw. analog zu (4) über
Spaltennachbarschaften realisiert wird
- (E) Eine partielle Ausleuchtung der alternierend gezeigten Zwischenzeilen
in einem abgewandelten (pseudo-)interlaced-mode (vgl. Anwendungsbeispiel
D) unterstützt
die kontextsensitive Integration der bei der Bildwahrnehmung von
Standbildsequenzen nacheinander in den Teilbildern A, B gezeigten
Auflösungsanteile.
Innerhalb von 40–65ms
werden dabei visualisierte Teilbilder mit unterschiedlichen Auflösungsanteilen
des gleichen Szenarios zu einer additiv wahrgenommenen Auflösung führen. Visualisiert
man nun z.B. zwischen den Halbbildframes A, B auf den Videoadressen
A(1,1) und B(2,1) alternierend die gleichen Halbbilder auf um je
eine Zeile nach unten bzw. oben verschobene Halbbilder A*(2,1) und B*(1,1)
mit kürzeren
Standzeiten z.B. in der Folge A, B*, A*, B, ..., verschwindet Zeilenflimmern
und Zeilenrasterung ohne dass progressive scanning eingesetzt werden
muß.
-
Soll
die Pixelfehlerreparatur in diesem verbesserten interlaced mode
ausgeführt
werden, werden zwischen den Halbbildern A und B Pseudo-Halbbilder
A+ und B+ in der
Folge A, B+, B, A+,
... visualisiert, wobei diese Pseudohalbbilder A+ und
B+ dabei aus A*(2, 1) und B*(1, 1), korrigiert
in der Nachbarschaft von Hardware-Pixelfehlern wie im Anwendungsbeispiel
(D), aufgebaut werden. Die Standzeiten der Pseudo-Halbbilder A+ und B+ bestimmen
sich ggf. dynamisch aus der Visualisierungszeit, die notwendig ist,
um den Leuchtstärkewert
wahrnehmen zu lassen, der wegen des Hardwarefehlers aus der Pixelnachbarschaft
ersetzt werden muß.
-
Im Übrigen sind
auf diese Weise alle Varianten zur Pixelfehlerkorrektur mittels
eines pseudo-interlaced-modes aus dem Anwendungsbeispiel (D) auf
das hier im abgewandelten interlaced mode übertragbar und umgekehrt.
-
Folgende Ausführungsformen
sind vorgesehen:
-
- (1) Verfahren zur fehlerfrei empfundenen Visualisierung
von Bildfolgen auf pixelweise gestörten Rasterdisplays oder DLP-Chips,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei in der Bildsequenz aufeinander
folgend visualisierte Bilder oder Bildteile zueinander verschoben
visualisiert werden und dabei gleichzeitig der gestörte Farbwert
durch entsprechende Änderung
von Farbwerten benachbarter Pixel für eine virtuell korrekte Wahrnehmung
rekonstruiert wird.
- (2) Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass
die
Wiedergabeposition der Bilder oder Bildteile der Bildsequenz mittels
eines alternierenden off-sets geändert
wird.
- (3) Verfahren nach Anspruch (1) und (2), dadurch gekennzeichnet,
dass
der off-set in der Bildsequenz aufeinanderfolgende Bilder
oder Bildteile alternierend um eine ganze Zeile oder um eine ganze
Spalte oder sowohl um eine ganze Zeile als auch um eine ganz Zeile verschiebt.
- (4) Verfahren nach Anspruch (3), dadurch gekennzeichnet, dass
der
off-set in zyklischer Vertauschung angewandt wird.
- (5) Verfahren nach Anspruch (1) bis (4), dadurch gekennzeichnet,
dass
der off-set in der Bildsequenz aufeinanderfolgende Bilder
oder Bildteile alternierend weniger als um eine ganze Zeile oder
weniger als um eine ganze Spalte oder um weniger sowohl als eine ganze
Zeile als auch eine ganz Zeile verschiebt.
- (6) Verfahren nach Anspruch (5), dadurch gekennzeichnet, dass
der
off-set um genau ein oder zwei der RGB-Subpixel verschiebt, um Antialiasing
zwischen Zeilen und/oder Spalten zu unterstützen.
- (7) Verfahren nach Anspruch (1) bis (6), dadurch gekennzeichnet,
dass
der off-set stochastisch gesteuert wird
- (8) Verfahren nach Anspruch (1) bis (7), dadurch gekennzeichnet,
dass
sich der im nächsten
Bildvisualisierungsschritt wirksame Offset zur additiv aus dem vorgehenden off-set
in Abhängigkeit
vom Pixel- oder/und Subpixelabstand ergibt.
- (9) Verfahren nach Anspruch (1) bis (8), dadurch gekennzeichnet,
dass
der aktuelle Farbwert FW im Pixel Pi,j,k (i:=
Zeilenposition, j:= Spaltenposition, k:= R-/G-/B-Farbe), der aufgrund
eines Hardware-Fehlers des Pixels Pi,j,k nicht
direkt visualisiert werden kann, auf n Nachbarpixeln, wobei n <= 8·f wegen
8 Nachbarn zu Pi,j mit je f Subpixeln, wobei
f = 3 für LCD/PLASMA/OLED/SED
wegen RGB und f = 1 bei DLP gilt, so verteilt wird, dass er sich
mittels der Verschiebung aufeinanderfolgend visualisierter Bilder über der
Position Pi,j,k subjektiv als FW wahrgenommen
wird.
- (10) Verfahren nach Anspruch (9), dadurch gekennzeichnet, dass
der
aktuelle Farbwert FW des HW-gestörten
Pixels Pi,j,k in dessen einzelnen RGB-Anteilen
so um das HW-gestörte
Pixel Pi,j,k herum auf benachbarte Pixel
verteilt wird, dass sich zwar auf diesen Pixeln objektiv Falschfarbeneffekte
ergeben, die einerseits dort überhaupt
nicht und andererseits auf der Position Pi,j,k subjektiv
integrativ als der richtige FW wahrgenommen werden.
- (11) Verfahren nach Anspruch (9), dadurch gekennzeichnet, dass
die
geradzahligen und die ungeradzahligen Zeilen und/oder Spalten eines
Vollbildes mit unterschiedlicher Helligkeit gezeigt werden und für die Aufteilung
des Farbwertes FW weniger Nachbarpixel genutzt werden müssen, um
den Farbwert FW in der direkten Nachbarschaft des HW-Fehlers für eine korrekte
subjektive Wahrnehmung zu realisieren.
- (12) Verfahren nach Anspruch (1) bis Anspruch (11), dadurch
gekennzeichnet, dass
aus den Bildframes eines Videostreams,
oder einer aus diesem erzeugten durch Bildwiederholungen oder Separation
in Bildanteile solche Bildfolgen aufgebaut werden, dass diese für ein konkretes
Rasterdisplay bzw. eines konkreten DLP die dort durch Hardwarefehler
vorhandenen Fehlerpixel subjektiv nicht wahrgenommen werden, wenn innerhalb
von 40ms visualisiert wird, wobei diese virtuelle Elimination in
der Wahrnehmung real vorhandener Pixelfehler beruht auf einer Kombination
von
- • Verschiebungen
der Teilbilder eines Vollbildframes,
- • Reduktion
der Farbwertintensität
in allen Pixeln einer Schar von Pixeln, wobei diese alle Pixel von geradzahlige
bzw. ungeradzahligen Zeilen- oder Spaltenscharen betreffen können oder
auch schachbrettartig, regulär
und oder stochastisch verteilt ausgewählte Pixelmengen sein können, sowie
- • der
Addition von Farbwerten in den der Fehlerstelle benachbarten Pixeln.
- (13) Vorrichtung zur Realisierung eines zeilen- und/oder spaltenweisen
off-sets, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen zwei aufeinander
folgenden Bildern oder Bildteilen einer Bildsequenz alternierend
mittels ein- und ausgeschalteten off-set die Videoadresse für den Bildaufbau
geschaltet wird.
- (14) Vorrichtung nach Anspruch (13), dadurch gekennzeichnet,
dass
das aktive off-set-Element in der Verarbeitungspipe zur
Bereitstellung des Bildstreams aus dem einlaufenden Videostream
zwischen den frontends zum Visualisierungsgerät und dem Display angeordnet
wird.
- (15) Vorrichtung nach Anspruch (13) bis (14), dadurch gekennzeichnet,
dass
das ein aktives off-set-Element in der Verarbeitungspipe
zur Bereitstellung des visialisierungsfähigen Bildstreams aus dem einlaufenden
Videostream direkt vor dem frontend zum Visualisierungsgerät oder/und
direkt vor dem fontend des Displays angeordnet wird.
- (16) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch (1) bis (15), dadurch
gekennzeichnet, dass
der translativ alternierende Versatz des
Wiedergabeortes von aufeinanderfolgenden Bildern oder Bildteilen
auf Bildschirmen in Verbindung mit Linsen-, Parallaxe- oder nichtlinearoptischen
Beugegitterrastern zur dual-view- und/oder multipleview-visualization
für die
Realisierung von Autostereolösungen
eingesetzt wird.
- (17) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch (1) bis (15), dadurch
gekennzeichnet, dass
der translative Versatz des Wiedergabeortes
von aufeinanderfolgenden Bildern oder Bildteilen auf Bildschirmen
zur sinnesphysiologisch adäquaten Visualisierung
eingesetzt wird, um synchron zu den arteigen bildverarbeitendem
Biorythmus zu visualisieren.
- (18) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch (1) bis (17), dadurch
gekennzeichnet, dass
mit speziellen interlaced modi gearbeitet
wird, wobei die Teilmengen von Pixeln entweder schon als Teilbilder
vorliegen oder aus einem Vollbild regulär ausgewählt Halb-, Viertel-, Achtel-,
Schachbrettbildern darstellen oder stochastisch ausgewählt zu irregulären Teilbildern
führen,
und diese Teilmengen sequentiell nacheinander innerhalb von 40 bis
60ms gezeigt werden, wobei die Standzeiten der einzelnen Teilbilder
gleich oder verschieden sein können.
- (19) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch (1) bis (18), dadurch
gekennzeichnet, dass
die Standzeiten der einzelnen Teilbilder
eines interlaced mode so gewählt
werden, dass die subjektiv wahrgenommenen Features wie Pixelfehlerfreiheit
bei vorliegenden Pixelfehlern, Zeilen/Spalten-/Schachbrettflimmern
subjektiv verschwinden, Bildauflösung
und -Kontrast sich verbessern.
- (20) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch (1) bis (19), dadurch
gekennzeichnet, dass
Pixelfehler behandelt werden, wo beständig weiß leuchtende
RGB-Pixeltripletts bzw. beständig
Rot, Grün
oder Blau leuchtende Pixel korrigiert werden, indem die Farbwertkorrektur
der Pixelfehlerstelle durch Differenzbildung des falschen Farbwertes
von denen in der Nachbarschaft zu visualisierenden erfolgt.
- (21) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch (1) bis (19), dadurch
gekennzeichnet, dass
nur solche Pixelfehler behandelt werden,
wo das RGB-Triplett oder das Rote, Grüne oder Blaue Subpixel immer
schwarz bleibt und zu diesem Zweck beständig weiß leuchtende RGB-Pixeltripletts bzw.
beständig
Rot, Grün
oder Blau leuchtende Pixel mittels Laser schwarz „gebrannt" werden, was im Verlaufe
der Pixelfehleranalyse realisiert werden kann
-
Vorrichtung und Herstellungsverfahren
zur Realisierung einer augentherapeutisch wirkenden Brille
-
Stand der Technik
-
Von
den Eskimos her ist die Rasterbrille/-Haftschale bekannt, die heute
verschiedentlich augentherapeutisch eingesetzt wird. Die Rasterbrille/-Haftschale
wirkt für
die Fovea (Gelber Fleck) als Lochblende. Weitere Lochblenden in
Umgebung des Rasterloches, durch das der Mittelstrahl vom fokussierten
Objekt zur Foviola (Mittelbereich der Fovea) führt, realisieren patchweise
Abbildungen auf der Retina, die einander nicht überlappen. Die ausgeblendeten
Zwischenbereiche werden bei Augen- und/oder Kopfbewegung neuronal
kontextsensitiv ergänzt,
so dass ein nahezu lückenloses
Panorama-Bild wahrgenommen wird.
-
Erfinderische
Aufgabe
-
Es
wird eine Vorrichtung gesucht, die einerseits wie die Rasterbrille/-Haftschale
optische Fehler des Auges direkt korrigiert und diese dadurch bei
längerem
Gebrauch durch Mobilisierung der Selbstkorrekturmechanismen therapiert,
und durch die andererseits wie durch eine übliche Brille/-Haftschale, ohne
dass irgendeine Rasterstruktur bemerkbar wäre, gesehen werden kann.
-
Erfinderische
Lösung
-
Das
Material für
die erfinderische Lösung
der Vorrichtung, d.h. die Brillen/-Haftschalen-„Gläser" oder das Haftschalenmaterial, lässt das
Schreiben von speziellen Volumenhologrammen zu. Mit diesen wird
es möglich,
dass von dem gesehenen Szenario alle von den Huygenschen Quellpunkten
der Objektoberflächen
ausgehenden Strahlenkoni „ausgeblendet", d.h. am Durch gang
durch die Pupille gehindert werden, deren Öffnungswinkel größer ist,
als der der Faviola (Durchmesser ∽0,2mm).
-
Die
volumenholographisch lichtlenkende Schicht (Kollagenpolymer, ...),
wird entweder in ein Sandwich aus hartem transparenten Material
eingebettet oder ist selbst robust genug (Lithiumniobatkristall,
...). Die Programmierung, d.h. das Schreiben jedes einzelnen der
Transmissions-Volumenhologramme erfolgt mit Hilfe einer speziellen
volumenholographischen Matrix, die aus dem Referenzstrahlenbündel alle
die Strahlen ausblendet, deren Öffnungswinkel
so klein ist, dass sie innerhalb der zulässigen Kreisfläche, zentriert
um den Durchstoßpunkt
der optischen Achse durch die Pupille, mit einem Durchmesser von ∼1mm auf die
volumenholographische Schicht auftreffen, bevor sie mit dem Objektstrahl, der
ein konisches Strahlenbündel
identischer optischer Achsenlage wie der des Referenzstrahles darstellt,
und dessen Öffnungswinkel
so groß ist,
dass die Überkreuzung
mit dem Referenzstrahl an der Randlinie der Kreisfläche in der
volumenholographischen Schicht mit einem Winkel erfolgt, bei dem schon
die durch den Kreisrand laufenden Strahlen so weit von der optischen
Achse des jeweiligen Transmisssionshologramms abgelenkt werden,
dass sie nicht mehr durch die Pupille gelangen können.
-
Damit
wird gesichert, dass in der Rekonstruktion die vom Objekt ausgehenden
Strahlen, die durch die von der Matrix beim Einschreiben eines jeden
Volumenhologramms ausgeblendeten Strahlen des Referenzstrahlenbündels die
einzigen sind, die zum reellen Abbild auf der Retina beitragen,
während alle
anderen, nämlich
die Strahlen des Referenzstrahlenbündel, die mit zu großem Öffnungswinkel durch
das jeweilige Volumenhologramm im photorefraktiv programmierten
Brille/-Haftschale einlaufen durch Rekonstruktion des Objektstrahles
so abgelenkt werden, dass sie nicht auf die Pupille auftreffen und
damit nicht zum Abbild beitragen können.
-
Nun
sind Scharen von Volumenhologrammen so zu programmieren, dass das
Auge in seiner Sakkationsbewegung immer durch ein solches mit seiner
optischen Achse blickt, wobei die einzelnen Volumenhologramme sich
für den
Fall
- • einer
Universalbrille/-haftschale für
jeden Augenfehler nicht nur nicht überschneiden sollten, sondern
voneinander im Abstand ihrer Durchmesser getrennt angeordnet sein
sollten
- • für den Gebrauch
in der Dunkelheit jedoch auch in den Zwischenbereichen programmiert
werden wobei die optischen Achsen der Volumenhologramme sich hinter
der Foviola in einem Abstand schneiden, der dem des Augapfeldurchmessers entspricht
- • einer
individuell gefertigten Haftschale auch mit sich überschneidenden
Volumenhologrammen programmiert werden, deren optische Achsen sich
alle in der Foviola schneiden und die jedes für sich so programmiert wirde,
dass es den lokalen Berchungsfehler des Auges auf nur ca. 90% ausgleicht,
um den optischen Selbstregulationsmechanismen des Augapfels den
Anreiz zur Eigenkorrektur zu geben.
-
Da
Volumenhologramme, die mit einer einzigen Wellenlänge, z.B.
mit 540nm, geschrieben wurden, nicht mehr als ∼65% des einfallenden Weißlichtes
beugen, ist zu empfehlen, mit RGB-Lasern drei Volumenhologramme
gleichzeitig zu schreiben und ggf. zusätzlich eine Filterung von den
RGB-Anteilen vorzunehmen, die außerhalb der Halbwertsbreite
des R/G/B-Spektrums, zentriert um die geschriebenen R/G/B-Wellenlängen, geeignet
absorbieren. Die Filterung ermöglicht
zusätzlich
auch die Integration eines Sonnenbrilleneffektes.
-
Vorrichtung und Verfahren
zur holographischen Realisierung einer Stereo-Visualisierung über Brille,
Display und Rückprojektion
(3D-DigitalCinema)
-
Stand der Technik
-
Es
sind eine Reihe Head-Sets zur Visualisierung von Virtual-Reality (VR) und
AugmentedReality (AR) bekannt. Entweder wird mit aktiven Rasterdisplays
dem Auge über
eine Optik direkt visualisiert oder es wird auf das Brillenglas
projiziert. Ersteres Verfahren führt
zu einem kompakten Gerät,
zweiteres zu einer komplexen Anordnung von Miniprojektor, ggf. mit
Bildzuführung über 1:1-Glasfaserbündel.
-
Unter
den Autostereoverfahren wird mit Linsenrastern oder Parallaxeansätzen gearbeitet – es sind
noch keine Auto-Stereolösungen mit
volumenholographischer Lichtlenkung bekannt.
-
Für Rückprojektionssysteme
werden keine Autostereolösungen
angeboten. Das Digitale Kino tut sich schwer mit der Auflösung. Das
Auge kann im Fokus 10-faches HDTV, das aber sequentiell in Teilbildern
visualisiert wird, auflösen.
-
Erfinderische
Aufgabe
-
Es
wird für
eine VR/AR-Brille eine Vorrichtung gesucht, die ohne lineare Optikelemente
die Funktionalität
von sowohl Brille als auch Display vereint und binokular Stereovisualisierung
realisiert. Frontend für
die Bildeinspeisung, Positions- und Orientierungssensorik sind drahtlos
vorzusehen.
-
Die
erfinderische Aufgabe für
die VR-/AR-Brille schließt
eine volumenholgraphische Lichtlenkung ein, die die Bildquelle virtuell
vor die Displays verschiebt. Die volumenholographische Lichtlenkung
ist äußert exakt
zu programmieren, sodaß auch
eine Autostereolösung
für Displays
und Rückprojektionssysteme
abgeleitet werden kann.
-
Erfinderische
Lösung
-
Ein
transparentes aktives Rasterdisplay mit pixelweise steuerbarer Lichtemission
wird zusammen mit einer volumenholographisch geeignet lichtlenkenden
Schicht in ein herkömmliches
Brillengestell integriert, das für
die Justage der AR auch für
jedes Auge eine Minikamera enthält.
-
Als „Display
im Brillenglas" werden
aktive TFT-OLED-Raster, RGB-LED- bzw. vorzugsweise RGB-Laser-beleuchtete
TFT-LCD (display-glasses), RGB-LED- oder RGB-Laser-beleuchtete DLPs
(Einspiegelung) verwendet.
-
Zur
Lichtlenkung werden volumenholographisch programmierte Arrays verwendet,
die die Bildquelle virtuell in die Tiefe verlegen.
-
Videostreams
und/oder VR-Streams können auch über den
t-DVB-Standard sowie über UMTS eingespeißt werden,
wobei UMTS für
den reinen Datenaustausch, als Rückkanal
allein oder zusammen mit GPS zur Positionsortung eingesetzt wird.
-
Eine
Autostereolösung,
die pixelweise linkes oder rechtes Auge bedienen und dabei zusätzlich sogar
den Quellpunkt je nach Modulation des als Referenzstrahl verwendeten
Projektorpixelstrahls in die modulationsprogrgrammierte Tiefe verlegen
und damit ein holographisches TV in Rückprojektion und für das 3D-DigitalCinema realisieren
lässt,
wird vorgestellt.
-
Folgende Ausführungsformen
sind dabei vorgesehen:
-
- (1) Vorrichtung zur virtuellen Verschiebung
des wahrgenommenen Ortes einer punktförmig abstrahlenden Lichtquelle,
dadurch gekennzeichnet, dass
deren abgestrahlte Kugelsegmentwellen
virtuell im Quellort in allen drei Dimensionen verschoben werden,
indem die beim Betrachter einlaufenden Strahlen durch ein programmiertes
Volumenhologramme-Array pixelweise so gelenkt werden, dass diese
sich je nach Betrachterstandort in der Rückwärtsverfolgung in virtuellen
Quellorten schneiden, die nicht mit dem realen Quellorten übereinstimmen,
wobei jedoch jede im Quellort-Raster
direkt benachbarte Strahlquelle in ihrem virtuellen Quellort in
gleicher Weise benachbart wahrgenommen wird, aber zusätzlich zur zweidimensinalen
Nachbarschaft im Original sich auch die der räumlichen Tiefe in holographischer Visualisierung
durch volumenholographische Programmierung als Transmissions- oder
als Refelxionshologrammm realisieren läßt.
- (2) Vorrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass
die
Lichtlenkung mittels eines für
jedes einzelne Quellpixel des Rasters separaten Volumenhologramms
zu einer solchen achsensymmetrischen Verengung des Abstrahlkonus
geführt
wird, dass die Pixel des Displays vom Betrachter virtuell in hinreichendem
und gleichem Abstand vom Auge monokular in einer Ebene liegend wahrgenommen
werden, so dass bei einer binokularen Brille ein Stereobildpaar
räumlich
wahrgenommen wird.
- (3) Vorrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass
die
Lichtlenkung mittels eines für
jedes einzelne Quellpixel einer Spaltenschar, die mit einer zweiten
Spaltenschar verkämmt
ist mittels zweier auf dem Strahlengang zum Betrachter pixelweise
superponiert so angeordneten Volumenhologramm-Scharen in einem solchen Öffnungswinkel abstrahlen,
dass bei zugehörigem
Betrachterabstand diese jeweils nur von einem Auge des Augenpaares
gesehen werden können
und auf diese Weise ein Stereoeindruck aus den verkämmten Projektionen
erzeugt werden kann, der aus beliebigem Betrachterwinkel ohne in
Doppelbilder umzukippen entsteht
- (4) Vorrichtung nach Anspruch (3), dadurch gekennzeichnet, dass
die
neben der volumenholographischen Lichtlenkung noch mittel eines
vorgeschalteten Linsenrasters die Spaltenbreite virtuell verdoppelt
wird, sodaß mittels
des nachfolgenden volumenholographisch spaltenweise alternierend
nach rechts und nach links lichtlenkenden Rasters die richtige Spaltenschar,
d.h. die richtige Projektion, in das jeweilig richtige Augen des
Betrachters gelenkt wird, wobei der Betrachtungswinkel frei gewählt werden
kann und damit beliebig viele Beobachter diese Autostereovisualisierung
gleichzeitig wahrnehmen können.
- (5) Vorrichtung nach Anspruch (4), dadurch gekennzeichnet, dass
die
Verdoppelung der Spaltenbreite direkt in das volumenholographisch
spaltenweise alternierend nach rechts und nach links in das jeweilig
richtige Auge des Betrachters lichtlenkende Raster integriert programmiert
wird.
- (6) Vorrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass
je
nach (Orts- oder Phasen-)Modulation des einfallenden Referenzstrahles
der Objektstrahl des Pixels aus der auf diese Weise ausgewählten Tiefe
hinter dem Quellpixel zu kommen scheint.
- (7) Vorrichtung nach Anspruch (6), dadurch gekennzeichnet, dass
in
jedem Quellpixel eine Schar von Volumenhologrammen superponiert
und/oder zweidimensional nebeneinander angeordnet ist, dass eine
hinreichende Anzahl von Hologrammen vorliegen, die durch den Einstrahlwinkel
oder eine Orts- und/oder Phasenmodulation des in das Quellpixel eingestrahlten
Referenzstrahles gezielt bzgl der 3D-objektgerechten virtuellen
Quellpixeltiefe dadurch ausgewählt
werden kann, dass ein dreidimensionales Modell des Szenarios vorliegt,
die die richtige Modulation kodiert, so dass eine „Echtzeit-rasterholographische" 3D-Visualisierung realisiert
werden kann.
- (8) Vorrichtung nach Anspruch (1) bis Anspruch (7), dadurch
gekennzeichnet, dass
die Lichtquellen rot, grün oder blau
(RGB) emittierenden Plasma-, OLED- oder SED-Zellen sind und die
lichtlenkenden Transmissionshologramme mit der etwa mittleren Wellenlänge des RGB-Tripletts oder der
jeweils mittleren Wellenlänge
des roten, grünen
bzw. blauen Quellpixelelementes monochromatisch oder breitbandig
volumenholographisch superponierend programmiert wurden.
- (9) Vorrichtung nach Anspruch (1) bis Anspruch (7), dadurch
gekennzeichnet, dass
die Lichtquellen rotes, grünes oder
blaues Licht emittierende oder für
die Beleuchtung mit diesen Frequenzen steuerbar transparente Elemente sind,
wobei die Wellenlängen
des roten, grünen und
blauen Lichtes die gleichen sein sollten, die zum Schreiben der
drei superponierten Volumenhologramme verwendet wurden.
- (10) Vorrichtung nach Anspruch (1) bis Anspruch (9), dadurch
gekennzeichnet, dass
die vor den Lichtquellenelementen in Richtung zum
Betrachter angeordneten Lichtlenkelemente speziell für den konkreten
Rasterpunkt programmierte Transmissionshologramme sind, womit holgraphische
Autostereo-Rückprojektionen
realisiert werden können.
- (11) Vorrichtung nach Anspruch (1) bis Anspruch (9), dadurch
gekennzeichnet, dass
die hinter transparenten Lichtquellenelementen
in Richtung weg vom Betrachter angeordneten Lichtlenkelemente speziell
für den
Rasterpunkt programmierte Reflexionshologramme sind, womit holgraphische
Autostereo-Displays für
das 3D-DigitalCinema realisiert werden können.
- (12) Verfahren zur Erzeugung von Volumenhologrammen nach Anspruch
(1) bis Anspruch (11), dadurch gekennzeichnet, dass
mit Hilfe
spezieller volumenholographischer Matrizen für die Modulation von Referenz-
und Objektstrahl, die den Referenzstrahl gezielt winkel-, orts- und
phasenmodulieren lässt
und den Objektstrahl, der zu einem konischen Strahlenbündel so moduliert
wird, dass dessen Scheitelpunkt auf dem beabsichtigten virtuellen
Quellpixelort zu liegen kommt, bevor er mit dem Referenzstrahl im photorefraktiven
Material des Displays zur sich als Volumenhologramm einschreibenden
Interferenz gebracht wird.
- (13) Verfahren nach Anspruch (12), dadurch gekennzeichnet, dass
statt
nacheinander jeweils ein Volumenhologramm einer Wellenlänge zu schreiben,
gleichzeitig n Volumenhologramme mit m Wellenlängen geschrieben werden.
- (14) Verfahren nach Anspruch (12), dadurch gekennzeichnet, dass
Volumenhologramme,
die an einem Rasterplatz einzuschreiben sind gleichzeitig so eingeschrieben
werden, womit eine Optimierung des Beugungswirkungsgrades realisiert
wird.
- (15) Verfahren nach Anspruch (12) bis Anspruch (14), dadurch
gekennzeichnet, dass
zusätzlich
eine Filterung von den RGB-Anteilen des einfallenden Weißlichtes
vorzunehmen, um diejenigen Spektralanteile, die den im Schreibvorgang
verwendeten Wellenlängen
nicht hinreichend nahe sind, geeignet zu absorbieren.
- (16) Vorrichtung nach Anspruch (12) bis Anspruch (15), dadurch
gekennzeichnet, dass
mittels eines DLP-Chips sowohl die parallele
Erzeugung von Referenzstrahlbündeln
als auch über
ein spezielles fixes Reflexionselementearray als Matrix zur parallelen
Erzeugung der zugehörigen
Objektstrahlbündel
das Schreiben der Volumenhologramme hochparallel ausgeführt wird.
-
Verfahren und Vorrichtung
zur Erzeugung von Signalströmen
aus herkömmlichen
Zwei- und Mehrkanalaufnahmen zwecks virtueller Raumton-Wiedergabe
-
Stand der
Technik
-
Übliche Stereo-,
Quattro-, Dolby-Wiedergabetechnik nutzt aufgenommene Unterschiede
von Phase und Amplitude um- optimiert für einen Punkt im Wiedergaberaum
(Dreieckspitze, Mitte von 4 Surroundpunkten) – den Eindruck einer rechts-/links-Verteilung
(Stereo) bzw. rechts-/links//vorn-/hinten-Verteilung (Quattro, Dolby X
+ 1) der Schallquellen einen Eindruck von (teil)räumlicher
Verteilung der Schallquellen zu nutzen
-
Die
Mitte-/Seiten-Technologie (MS) nutzt die Fähigkeit unseres Hörens aus
dem indirekten Schall aus Umgebungsreflexionen in Verbindung mit
dem direkten Schall der Quelle(n) die räumliche Verteilung der Schallquelle(n)
in der schallreflektierenden Umgebung zu „rechnen".
-
Die
Kugelschalltechnik mit einem Paar von Kugelschallsystemen verschiebt
in den bekannten Versionen nur das Verhältnis von direkten zu indirekten
Schallanteilen zugunsten des letzteren.
-
Erfinderische
Aufgabe
-
Die
Symmetrie des Raumes bzgl. der zur Verbindungsgeraden der beiden
Seitensysteme senkrechten Ebene, die für die Wiedergabe von echten
MS-Quellen inhärent
ist, ist für
die Wiedergabe von Zwei- und Mehrkanalaufnahmen aufzulösen
-
Erfinderische
Lösung
-
Aus
dem Linkskanal (L) und dem Rechtskanal (R) wird ein Mittensignal
(M) dadurch gebildet, dass beide Kanäle in den Frequenzspektren
addiert und in der Amplitude halbiert werden und das Ergebnis von
(L + R)/2 = M gesetzt wird. Das linke Seitensignal (SL)
wird durch Subtraktion erzeugt: SL = SL – M.
Das rechte Seitensignal (SR) wird durch
Subtraktion erzeugt: SR = SR – M.
-
Durch
Veränderungen
des Pegels von Mitte (M) zu Seiten (SL,
SR) lässt
sich virtuell der Eindruck einer homogenen Skalierung des Raumes
erzeugen. Absenken des Pegels des M-Signals gegenüber den Seitensignalen
SL, SR vermittelt
den Eindruck einer sich vergrößernden
Tiefe des Raumes. Anheben des Seitensignals SL gegen
das SR vermittelt den Eindruck eines linksseitig
sich verkürzenden
Raumes. Auf diese Weise kann also der Weg eines sich bewegenden,
schallgebenden Objektes allein akustisch wiedergegeben werden.
-
Die
Vorrichtung für
die Wiedergabe der wie vorstehend ausgeführten symmetrieeliminierten
Mitte-/Seiten-Wiedergabe (im weiteren „eMS") ist in Abb 1 skizziert.