DE19836886C2

DE19836886C2 - Verfahren zur autostereoskopischen Bilderzeugung und Bildwiedergabe

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Publication number: DE19836886C2
Application number: DE19836886A
Authority: DE
Inventors: Dieter Just; Hartmut Runge
Original assignee: Individual
Current assignee: Setred As No
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2002-01-03
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: DE19836886A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur autostereoskopischen Bilderzeugung und Bildwiedergabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

An Vorschlägen für autostereoskopische Verfahren mangelt es nicht, die hier jedoch nicht alle gewürdigt werden können. Eine systematische Darstellung von Verfahren der 3D- Darstellung findet sich in Takanori Okoshi, Three Dimensional Imaging Techniques, Aca demic Press, 1976.

Autostereoskopische Verfahren nach dem Stand der Technik haben in der einen oder an deren Weise Nachteile, die deren praktische Umsetzung für die meisten Anwendungen nicht zuläßt:
Collender (Robert B. Collander, 3-D Television, Movies, and Computer Graphics without Glasses, IEEE Trans. Consumer Electronics, Vol. CE-32(1), Feb. 1986) hat als einer der Ersten das Time-Multiplexing von Perspektiven vorgeschlagen. Sein System arbeitet im Projektionsmode und verwendet einen speziellen Projektionsschirm mit einer integrierten Fresnellinse. Unterhalb des Schirms befinden sich ein oder mehrere Projektoren, die rela tiv zum Schirm eine Rotationsbewegung ausführen. Die mechanische Ausführung und die speziellen Eigenschaften des Projektionsschirms beschränken den möglichen Einsatz ei nes solchen Systems.

Das U.S. Patent 4367486 und das Europäische Patent EP 0316465 A1 beschreiben ein Verfahren, in dem das Multiplexen von Perspektiven durch eine spezielle Anordnung von Lichtquellen und eines sich davor befindlichen Lichtmodulators realisiert wird. Das System zeichnet sich insbesondere durch sein kompaktes Design aus. Jedoch haben die heute verfügbaren Lichtmodulatoren nicht die benötigte Bandbreite für die Darstellung einer grö ßeren Anzahl von Perspektiven.

Meacham hat in G. B. Kirby Meacham, Autostereoscopic displays - past and future, SPIE Vol. 624, Advances in Display Technology VI, 1986, eine Weiterentwicklung des Collender Verfahrens vorgenommen, das ebenfalls ein kompaktes Design erlaubt. In seinem System muß die Perspektivinformation durch Dunkelbereiche getrennt werden, was effektiv die Bildauflösung einschränkt und auch das Design verkompliziert.

In der WO 95/14353 A1 wird ein Verfahren beschrieben, das demjenigen nach der US- 4367468 sehr ähnlich ist. Jedoch wird das Design so umgestaltet, daß der Gebrauch des Lichtmodulators zur Perspektivenbildmodulation umgangen wird. Dies wird durch ein kom pliziertes System von optischen Komponenten erreicht.

Eine weitere Reihe von Vorschlägen ist gemacht worden, um das klassische Parallax- Barrier-Verfahren zu verbessern (siehe auch vorstehend Takanori Okoshi, Three- Dimensional Imaging Techniques, Academic Press, 1976). Auch das in der US 5629797 A beschriebene Verfahren zielt darauf ab. Insbesondere versucht es durch Verwendung von zwei orthogonalen Filtern (durch Polarisation oder Farbstreifen realisiert) das "Überspre chen" von unterschiedlichen Perspektiven zu vermindern und damit den Beobachtungsbe reich zu vergrößern. Es ist vor allem in Verbindung mit einem Linsenraster vorteilhaft. Die Verbesserung wird durch eine Herabsetzung der Bildauflösung erreicht. Allerdings wird dadurch die Einschränkung in der Beobachtungsposition nur graduell verbessert, so daß sich dennoch ein stark eingeschränkter Beobachtungsraum ergibt. Für die cinematogra phische Anwendung wird in der US 5629797 A vorgeschlagen, ein LCD so mit dem Streifen filter zu kombinieren, daß alternierend horizontale Bildstreifen zweier herkömmlicher Par allax-Barrier-Darstellungen gezeigt werden.

Die Verfahren nach den Dokumenten DE 195 00 699 A1, DE 195 00 315 C1 und DE 197 28 526 A1 sind ebenfalls Abwandlungen des Parallax-Barrier Verfahrens, allerdings wird hier eine veränderliche Maske/Filter verwendet, um unterschiedliche Perspektivenparalla xen zu ermöglichen. Dabei ist die Position der Maske mit der Beobachtungsposition des Betrachters gekoppelt. Diese muß daher von einem Sensorsystem (sog. Head- oder Eye Tracking) erfaßt werden. Dieses Head-Tracking ist aber prinzipiell nur für einen Betrachter möglich.

In dem Artikel "Dreidimensional ohne Brille" von R. Börner, in Funkschau 2/1987, S. 36 bis 39, wird über Linsenrasterverfahren zur autostereoskopischen Darstellung berichtet. Auch hier handelt es sich um ein klassisches Verfahren, in Bezug auf das man sich beim Hein rich Hertz Institut seit mindestens 15 Jahren mit beträchtlichem Aufwand um Verbesserungen bemüht. Die inhärenten Schwierigkeiten dieses Verfahren werden in dem Artikel selbst beschrieben und es ist zweifelhaft, ob sich jemals Linsenraster mit einer für autoste reoskopische Darstellungen ausreichenden Qualität erzeugen lassen.

Bei stereoskopischen Verfahren, bei denen spezielle Brillen verwendet werden, wird seit langem (siehe z. B. den Artikel von G. Domanski, "Dreidimensionales Fernsehen", in der Funkschau 25-26, 1981, S. 62) das Anaglyphen-Verfahren mit Rot/Grün-Filtern, das Pola risationsverfahren und das Lichttor(engl. "Shutter")-Verfahren eingesetzt. Diese Techniken erforderten bisher jedoch immer, daß der Betrachter eine entsprechende Rot/Grün-, Pola risations- oder Shutter-Brille trägt.

In dem Artikel "Konstruktion von Zwischenansichten für Multi-Viewpoint-3DTV-Systeme" von B. Kost in Fernseh- und Kino-Technik, 42. Jahrgang, Nr. 2/1988, S. 67 bis 73, wird die Erzeugung von perspektivischen Ansichten aus einer geringen Zahl von Bildaufnahmen beschrieben.

Ein weiteres Verfahren, das den Anforderungen an ein perfektes autostereoskopisches Display sehr nahe kommt, ist in der DE 41 23 895 A1 beschrieben. Es beruht auf der Ver wendung eines optischen Verschlusses, im Folgenden "Apertur" genannt (praktisch wird meistens eine Schlitzapertur verwendet), die in einem geeigneten Abstand vor einem Mo nitor bewegt wird. Der Monitor ist derart modifiziert, daß er mit einer höheren Bildwieder gaberate arbeitet, als es für die normale Bild- und Fersehwiedergabe erforderlich ist. Bei der Bewegung der Apertur kann es sich um eine echte mechanische Bewegung handeln oder um die Pseudobewegung einer elektro-optisch kontrollierbaren Apertur. Für prakti sche Systeme werden wahrscheinlich nur elektro-optische Verschlüsse (im folgenden als "Shutter" bezeichnet) in Frage kommen, für die es eine Reihe von verschiedenen Tech nologien gibt. Gegenwärtig sind ferroelektrische Flüssigkristalle im Hinblick auf Schaltzei ten und verfügbare Größe die geeignetsten Shutter. Durch Herabsetzung der Bildwieder holraten, wie es durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht wird, kommen auch andere Flüssigkristalle in Frage, z. B. die Doppel-PI Zelle. Außerdem eignen sich auch elektro-optische Kristalle, z. B. KTP, zur Verwendung als Shutter. Diese Kristalle können heute mit Seitenlängen von 50 cm in sehr kurzer Zeit gezüchtet werden.

Unabhängig von der praktischen Realisierung des Shutters werden synchron mit der Aperturbewegung auf dem Monitor Perspektivdarstellungen gezeigt, die von den geome trischen Zentren der Aperturpositionen, z. B. mittels einer Kamera, aufgenommen wurden. Bewegt sich die Apertur schnell genug über die Bildschirmfläche, so wird die Bewegung von einem Betrachter nicht mehr aufgelöst und die Perspektivdarstellungen verschmelzen zu einer dreidimensionalen Wahrnehmung. Wir bezeichnen dieses Verfahren im Folgen den als das Einfach-Apertur Verfahren, da immer nur eine einzelne Apertur zu jedem Zeit punkt geöffnet ist.

Insbesondere ist das Einfach-Apertur Verfahren durch folgende Eigenschaften ausge zeichnet:

- Es gibt keine Beschränkung durch Beobachtungszonen, wie man sie bei fast allen an deren autostereoskopischen Verfahren findet. Der Beobachter kann sich völlig frei seitlich und/oder vor- und zurück bewegen, ohne den autostereoskopischen Eindruck zu verlieren. Nur in extremen Beobachtungspositionen, die aber praktisch völlig irrele vant sind, z. B. bei sehr großen oder kleinen Beobachtungsabständen oder in extre men Seitenpositionen, kann es zu Qualitätseinbußen kommen. Die beschriebene Ei genschaft impliziert bereits, daß es auch für eine beliebige Anzahl von Beobachtern keine Einschränkung gibt: jeder Betrachter nimmt die dargestellte 3D-Szene aus der für seine Position richtigen Perspektive wahr!
- Der oder die Beobachter benötigen keine Sehhilfen (wie Polarisations- oder Shutter brillen) oder irgendwelche anderen, oft als lästig empfundenen Hilfsmittel (z. B. für sog. Headtracking), sondern sie sind völlig frei und unbehindert.
- Das Verfahren ist von den Komponenten her überaus einfach aufgebaut: es benötigt einen "normalen" Monitor mit einer modifizierten, höheren Bildwiederholrate als sonst üblich und eine bewegliche Apertur, die sich in einem geeigneten Abstand vor diesem Monitor befindet. Die Apertur kann mechanisch oder nicht-mechanisch realisiert wer den. Dazu kommt natürlich die elektronische Steuerung, die für das Funktionieren un abdingbar ist. Es wird keine weitere Optik benötigt und es sind keine besonderen Ju stierungen, z. B. für den Abstand zwischen Monitor und Apertur, erforderlich.

Obwohl das Verfahren durch seine Simplizität besticht, gibt es auch hier einige Nachteile, die für eine kommerzielle Anwendung zumindest hinderlich sind:

1. Zum einen erfordert die in Ref. 7 beschriebene Konstruktion ein großes Volumen. Im besten Fall, bei geeigneter Faltung des Lichtweges, benötigt man in etwa die Di mensionen eines großen CRT-Monitors.
2. Es besteht eine Kopplung zwischen der Breite der Einfach-Apertur und der Anzahl der Perspektiven, die dazu führt, daß das Verfahren für eine sehr geringe Perspek tivenanzahl, insbesondere also für den stereoskopischen Grenzfall, nicht geeignet ist.
3. Das Verfahren ist mit recht hohen Lichtverlusten behaftet, so daß ein sehr heller Bildschirm erforderlich ist.
4. Die erforderliche Bilddatenrate ist sehr hoch und läßt sich nur mit wenigen derzeit verfügbaren Displaytechniken realisieren.
5. Bei Verwendung von Perspektivdarstellungen, wie sie bei anderen autostereosko pischen Verfahren gebräuchlich sind (siehe z. B. "Collender", a. a. O.), ergeben sich geometrische Verzerrungen, die beim Betrachten von Szenen störend in Erschei nung treten können.

Insbesondere Punkt 3) und 4) erschweren die praktische Realisierung des Systems. Die erforderliche Bildwiederholrate ergibt sich aus der Multiplikation der Standardbildrate für eine flimmerfreie Darstellung (typisch 50-70 Hz) und der Anzahl der benötigten perspekti vischen Ansichten (typisch eine Ansicht pro Grad Raumwinkel). Für große Blickwinkelbe reiche von typisch 90-180 Grad, wie sie das in der DE 41 23 895 A1 beschriebene Sy stem ermöglicht, kommt man daher auf Bildwiederholraten von mehreren tausend Hertz. Darüber hinaus wird die Bildhelligkeit umkehrt proportional zur Anzahl der Perspektiven herabgesetzt. So eindrucksvoll der Blickwinkelbereich eines solchen Systems auch ist, in der Praxis ist er meistens irrelevant, da man vor einem Arbeitsplatzrechner oder einem Videobildschirm meistens nur einen relativ begrenzten Bewegungsspielraum nutzt, z. B. durch leichte Kopf- und Körperbewegungen sowie geringfügige Abstandsveränderungen zum Bildschirm. Außerdem kann durch elektronische Manipulation ein 3D-Objekt beliebig gedreht und von allen Seiten betrachtet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur autostereosko pischen Bilderzeugung und Bildwiedergabe zu schaffen, das die vorstehend angegebenen Nachteile nach dem Stand der Technik vermeidet. Diese Aufgabe wird durch die Merk male des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die hier beschriebene Erfindung, in allen ihren verschiedenen Ausführungsformen, macht sich diese Einsicht zu Nutze und vermeidet durch das erfindungsgemäße Verfahren die Nachteile der DE 41 23 895 A1 beschriebenen Verfahrens. Neben den Verbesserungen von Bildwiederholrate und Bildhelligkeit lassen sich auch wesentlich kompaktere Ausfüh rungsformen, bis hin zum Flachbildmonitor, erzielen. Einige Ausführungsformen sind so wohl für sehr kleine (bis hin zum stereoskopischen Grenzfall) als auch für große Perspek tivenzahlen geeignet, so daß sie sich adaptiv für verschiedene Applikationen einsetzen lassen. Durch die korrekte Erzeugung und Prozessierung der Perspektivbilder, läßt sich eine verzerrungsfreie Darstellung erzielen. Diese geometrische Verarbeitung der Perspek tivbilder kann auch bei dem in der DE 41 23 895 A1 beschriebenen Verfahren zum Vorteil angewandt werden.

Gemäß der Erfindung wird ein autostereoskopisches Wiedergabegerät eingesetzt, das ermöglicht, Bild-, Film- und Fernsehbilder so aufzunehmen und darzustellen, daß ein drei dimensionaler Eindruck entsteht. Der oder die Betrachter nehmen die dargestellten Ge genstände und Szenen in derselben Weise visuell wahr, als wenn sich diese Objekte in der Realität vor ihnen befinden würden. Die entsprechenden Bild-, Film- oder Fernsehbil der können durch die Aufnahme natürlicher Szenen mittels Kameras erzeugt werden oder auch vollständig computer-generiert sein. Neben einer speziellen optischen Vorrichtung ist noch eine Bildprozessierung notwendig, um das für die 3D-Darstellung erforderliche Bild abzuleiten. Das Verfahren eignet sich für Standbilder genauso wie für bewegte Szenen, und gewährleistet eine perfekte Grauton- oder Farbwiedergabe. Es bestehen keine prinzi piellen Beschränkungen für die Größe der Darstellungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine autostereoskopische Bildaufnahme und Wiedergabe, die durch folgende Punkte gekennzeichnet ist:

1. In jeder Beobachterposition innerhalb eines definierten Bereichs nimmt ein Beob achter die dargestellten Objekte stereoskopisch wahr. Da Stereoskopie zu den stärksten visuellen Wahrnehmungsfaktoren gehört, haben die Beobachter den Ein druck ein reales Objekt vor sich wahrzunehmen.
2. Mit Ändern der Beobachtungsposition erfolgt auch eine entsprechende Änderung des wahrgenommenen Objektes, wobei der stereoskopische Eindruck erhalten bleibt. Man kann also um ein Objekt "herumschauen" und beispielsweise Details wahrnehmen, die aus der ursprünglichen Beobachtungsposition nicht sichtbar wa ren. Diese Eigenschaft ist vom Betrachten von Hologrammen bekannt, konnte bis her aber nicht elektronisch realisiert werden.

Dieses sogenannte "autostereoskopische" Sehen ist der Mensch von seiner natürlichen Wahrnehmung gewöhnt, da sich die Augenpupillen beim Drehen des Kopfes im allgemei nen immer leicht bewegen und damit verbundene Änderungen der Beobachtungsposition (Perspektive) auftreten. Eine rein stereoskopische Bildwiedergabe, wo immer nur diesel ben zwei Beobachtungsperspektiven gesehen werden (z. B. mit Hilfe einer Polarisation- oder Shutterbrille), wird bei längerer Betrachtung als unnatürlich empfunden und führt bei vielen Betrachtern sogar nach einiger Zeit zu Unwohlsein.

Im Weiteren werden zunächst die Figuren erläutert, um dann mit Hilfe der zeichnerischen Darstellungen die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Ausfüh rungsformen zu erläutern.

Fig. 1 zeigt die perspektivische Betrachtung einer dreidimensionalen Szene (bestehend aus einem Würfel und einer Kegelpyramide) und einer sich vor dieser befindlichen Beob achtungslinie, mit den markierten Positionen B₀ und B_i. Weiterhin ist eine imaginäre Pro jektionsebene E zu sehen, in der sich die zu den Beobachtungspositionen B_i gehörigen Perspektiven als Schnittpunkte der Sehstrahlen B_iP, d. h. der Verbindungslinien von einem Szenenpunkt P zur Beobachtungsposition, ergeben. Im Beobachtungspunkt B₀ ist ein linkshändiges Koordinatensystem x, y, z verankert, die positive z-Achse zeigt zum Sze nenmittelpunkt P_M (hier beliebig als Zentrum des Würfels angenommen). Die Projektion sebene E ist co-planar zur x,y-Ebene und verwendet co-planare Koordinaten x_p, y_p zur Festlegung der Perspektiven.

Fig. 2 zeigt die gleiche geometrische Konfiguration wie in Fig. 1 in der Draufsicht.

Fig. 3 zeigt ebenfalls die Draufsicht der geometrische Konfiguration aus Fig. 1. Als Projekti onsebene mit den Koordinaten x'_p, y'_p wird hier nicht mehr die Ebene E verwendet, sondern eine senkrecht zum Sehstrahl B_iP_M (Beobachtungspunkt - Szenenzentrum) verlaufende Ebene E'. Dadurch ergeben sich Perspektivdarstellungen wie sie mit einer regulären Ka mera (schematisch angedeutet) aus der Beobachtungsposition aufgenommen würden (bis auf die Skalierung).

Fig. 4 ist identisch mit Fig. 3, nur sind die Beobachtungspunkte kreisförmig um den Sze nenmittelpunkt angeordnet (aus Gründen der Anschauung ist auch die ursprüngliche Be obachtungslinie eingezeichnet). Analog wie in Fig. 3 wird auch hier als Projektionsebene (Koordinaten x'_p, y'_p) eine senkrecht zum Sehstrahl B_iP_Mi (Beobachtungspunkt - Szenen zentrum) errichtete Ebene E' verwendet. Die Kamerainterpretation der sich ergebenden Perspektiven ist auch hier genau wie in Fig. 3.

Fig. 5 ist identisch mit Fig. 3 nur wird hier die Kamera in der sogenannten "Scheimflug"- Konfiguration verwendet. Dabei ist die Filmebene der Kamera um den selben Winkel zur Kameraachse geneigt, wie die Fensterebene E. Diese geneigte Abbildungsebene der Ka mera ist bei dieser Geometrie die Projektionsebene E'.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens: Eine Dateneingangs stufe übernimmt das Einlesen und Formatieren der unterschiedlichen Datensätze die für eine 3D-Darstellung verwendet werden können. Eine weitere Funktion dieser Prozessie rungseinheit ist die optionale geometrische Korrektur der Daten. Die Dateneingangsstufe überträgt die so prozessierten Bilddaten an das nachfolgende Modul. Dieses nimmt eine Perspektiven-Verschachtelung nach dem im Text beschriebenen Verfahren vor. Diese verschachtelten Perspektiven, hier als Bildkomposite bezeichnet, werden direkt zum Bild schirm übertragen. Beide Module werden von einer Steuereinheit kontrolliert und geben Statusinformationen an diese zurück, woraus die Steuereinheit ein Synchronisationssignal ableitet und zum Bildschirm und Shutter sendet. Dieses Signal synchronisiert das Öffnen der richtigen Shutteraperturen mit den Bildkompositen.

Fig. 7a, b, c zeigen eine Darstellung des Verfahrens 1 für drei gleichzeitig geöffnete Apertu ren (1, 4, 7 in Fig. 7a oder 3, 6, 9 in Fig. 7b). Die Teilausschnitte der Breite D ergeben sich durch den Schnitt der Strahlen, die von den hinter den Aperturen gelegenen Projektionszentren ausgehen, mit der Bildschirmebene. Zu jedem Zeitpunkt sind die Teilausschnitte der Breite D nebeneinander auf dem Bildschirm angeordnet, die ein Bildkomposit formen. Für jede Aperturgruppe ergibt sich eine Zone der störungsfreien Wahrnehmung, die fett eingezeichnet ist. Fig. 7a und 7b zeigen die Wahrnehmungszonen zu zwei unterschiedli chen Zeitpunkten des Multiplexzyklus. In dem gezeigten Beispiel sind drei Takte notwen dig, um alle Aperturen einmal zu öffnen. Fig. 7a entspricht dem ersten Zeittakt (Apertur 1, 4, 7 geöffnet), während Fig. 7b den dritten Zeittakt wiedergibt (Apertur 3, 6 und 9 geöffnet). Fig. 7c zeigt die resultierende Wahrnehmungszone, wie sie sich aus dem Durchschnitt der Zonen der einzelnen Aperturgruppen ergibt.

Fig. 8 zeigt die "direkte" Erzeugung der Bildkomposite, wie sie sich aus entsprechenden Kameraaufnahmen gewinnen lassen. Die Kameras sind in den Projektionszentren für die einzelnen Teilausschnitte im geringen Abstand zur Aperturebene positioniert. Die Apertu ren vor den Kameras begrenzen das Blickfeld auf ein dahinter liegendes 3D-Objekt, von dem daher nur Ausschnitte wahrgenommen werden. Die abgebildeten Teilausschnitte werden dann zu einem Komposit zusammengefügt, wie es der relativen Lage der Teilaus schnitte entspricht (dabei müssen eventuelle Spiegelungen der Bildaufnahmevorrichtung berücksichtigt werden), und dann zum Bildschirm übertragen.

Fig. 9 zeigt eine Darstellung des Verfahrens II, bei dem sich die Teilausschnitte der Breite D hinter einer Aperturebene befinden. Die zu einem Zeitpunkt geöffneten Aperturen (fett eingezeichnet) haben voneinander den Abstand S_p und die Breite S. Mit dem Durch schalten aller Aperturgruppen innerhalb eines Zyklus wird die gesamte Shutterapertur einmal geöffnet. Synchron mit dem Öffnen einer Aperturgruppe werden auf dem Bild schirm die entsprechenden Teilausschnitte der Breite D wiedergegeben. Nach Konstrukti on kommen in einem Abstand L vor der Aperturebene auf einer Sehlinie der Breite W die Beobachtungszonen aller Teilausschnitte zur Deckung.

Fig. 10 veranschaulicht die "indirekte" Erzeugung der Bildkomposite am Beispiel des zen tralen Teilausschnitts. Für ein komplettes Bildkomposit müssen alle anderen Teilaus schnitte in der gleichen Weise erzeugt und hinzugefügt werden. Anstatt eine Kamera im Projektionszentrum zu positionieren, können Teilausschnitte auch von einer weiter ent fernten Sehlinie W mit Hilfe von mehreren Kameraaufnahmen gemacht werden. Dabei wird die Sehlinie in eine Anzahl von Beobachtungszonen aufgeteilt, im dargestellten Bei spiel sind dies fünf, die durch die Apertur auf dem Bildschirm in entsprechende Teilaus schnitt-Segmente abgebildet werden. Hat man eine vom Beobachtungspunkt B_i aufge nommene Vollperspektive vorliegen, so findet sich dieses Segment an der entsprechen den Position wieder, so daß sich die Teilausschnitte durch das Aneinanderfügen der ent sprechenden Segmente der Vollperspektiven erzeugen lassen.

Fig. 11 zeigt ein extremes Ausführungsbeispiel nach Verfahren 2, bei dem jedem Bild schirmpunkt eine Anordnung von Microaperturen zugeordnet ist, deren Öffnen und Schlie ßen synchron zur Variation der Perspektivenhelligkeit des Bildschirmpunktes erfolgt.

Fig. 12a zeigt den Intensitätsverlauf eines Bildschirmpunktes über 6 Zeittakte eines Multi plexzyklus (entsprechend 6 vorhandenen Aperturen), sowie die integrierte Helligkeit der dritten Apertur über diesem Multiplexzyklus (schraffierte Fläche in Fig. 12b). Der kleinste auftretende Intensitätswert in Fig. 12a ist I_min. Fig. 12b zeigt die Aperturhelligkeit für die dritte Apertur gemäß des Einfach-Aperturverfahrens, bei dem die Apertur nur für einen Zeittakt geöffnet ist. Fig. 12c zeigt eine Aufspaltung der Intensität in den Basisanteil I_B und den Modulationsanteil I_M. I_B ist ein sechstel des Minimalwertes I_min und wird ständig durch alle Aperturen durchgelassen, so daß die integrierte Aperturhelligkeit in Fig. 12d (schraf fierte Fläche) genau der von Fig. 12b entspricht, obwohl der Intensitätsverlauf in Fig. 12c kleiner ist als der ursprüngliche Verlauf.

Fig. 13a zeigt ähnlich wie in Fig. 12c eine Zerlegung in Basis- und Modulationsanteil, nur ist die Zerlegung hier spezifisch für jede von zwei Schaltgruppen vorgenommen. Fig. 13b zeigt, daß auch hier die integrierte Aperturhelligkeit identisch mit der von Fig. 12b ist. Fig. 13c zeigt eine Zerlegung für drei Schaltgruppen. Die in den Intensitätsbalken eingezeich neten Pfeile verdeutlichen die Polarisationsrichtung mit der die entsprechenden Lichtan teile kodiert werden. In der selben Weise zeigt Fig. 13d die Aperturhelligkeit für die dritte Apertur in Abhängigkeit von der Polarisation über den Multiplexzyklus.

Fig. 14 zeigt den Basis- und Modulationsanteil entsprechend ihrer Modulationsrichtung (Basisanteil in horizontaler und Modulationsanteil in vertikaler Polarisation). Beide Anteile treten durch eine Vorrichtung von zwei elektro-optischen Modulatoren, hinter denen sich jeweils ein Polarisator befindet (durchlassend für vertikale Polarisation und sperrend für horizontale Polarisation). Durch Anlegen einer Spannung an den ersten elektro-optischen Modulator kann die Eingangspolarisation um 90 Grad gedreht werden, d. h. der Basisanteil tritt in vertikaler Position und der Modulationsanteil in horizontaler Polarisation aus. Da der erste Polarisator nur Licht vertikaler Polarisation durchläßt, kann durch Anlegen einer Spannung am ersten Modulator vom Modulationsanteil zum Basisanteil geschaltet wer den. Durch Anlegen einer Spannung an den zweiten elektro-optischen Modulator kann das immer in vertikaler Polarisation eintretende Licht ebenfalls um 90 Grad gedreht werden. In diesem Fall tritt kein Licht mehr durch den zweiten vertikalen Polarisator und das Element ist lichtundurchlässig.

Fig. 15 zeigt wie an den Seitenflächen von zwei in geringem Abstand gegenüberliegenden, geöffneten Aperturelementen (fett eingezeichnet) ein Abblocken des Lichtes auftritt, was sich visuell wie der Blick durch einen Lattenzaun bemerkbar macht (Fig. 15a). Durch Transparentschalten von benachbarten Aperturelementen bei einem der beiden Ver schlüsse wird dieser Lattenzauneffekt unterdrückt, ohne daß eine merkliche Änderung des Kontrastverhältnisses stattfindet (Fig. 15b).

Fig. 16 zeigt die Prozessierungseinheit zur Ausnutzung von Helligkeitskorrelationen zwi schen Perspektiven. Dabei befinden sich die Perspektivbilder in einem Bildspeicher. Ein Arithmetikprozessor bestimmt für jedes Pixel die optimale Zerlegung in Schaltgruppen gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens. Daraus resultieren dann ein Basisanteil und die Modulationsanteile. Man beachte, daß der Basisanteil per Definition allen Perspektiven einer Schaltgruppe gemeinsam ist.

Wir beschreiben zuerst die Bedingungen für den geometrisch korrekten Bildaufnahmepro zeß, der inhärent mit der verzerrungsfreien 3D-Wiedergabe verbunden ist und anhand dessen sich auch am besten das Prinzip der autostereoskopischen Wiedergabe erklären läßt. Betrachtet man eine dreidimensionale Szene, so ergeben sich abhängig von der Be obachtersituation verschiedene perspektivische Ansichten der Szene. Ohne Beschrän kung der Allgemeinheit betrachten wir hier nur Veränderungen mit horizontaler Parallaxe, d. h. es sind nur Positionen längs einer horizontalen Beobachtungslinie erlaubt. Der allge meine Fall beliebiger Beobachtungsveränderungen läßt sich leicht aus dem Fall der horizontalen Parallaxe ableiten, ist aber in der Praxis wenig relevant, da die Augen eines menschlichen Betrachters horizontal angeordnet sind.

Ferner gibt es bei jeder Bildwiedergabe praktische Beschränkungen in den Dimensionen, beispielsweise hat ein Monitor nur eine endliche Ausdehnung. Dies läßt sich am besten dadurch beschreiben, daß man annimmt, die 3D-Szene werde durch ein Fenster betrach tet. Fig. 1a zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Verhältnisse und Fig. 1b dieselbe Si tuation in der Draufsicht. Der Mittelpunkt P_M der Szene liege beispielsweise im Zentrum des Würfels. Die Beobachtungspositionen B_i (-N < i < N) befinden sich längs einer horizon talen Linie, die vor dem Beobachtungsfenster und parallel zu den waagerechten Fenster kanten verläuft. Wir definieren ein Koordinatensystem im Punkt B₀, mit der z-Achse in Richtung der Verbindungslinie B₀P_M und der x-Achse entlang der horizontalen Beobach tungslinie. Die y-Achse ergänzt das Koordinatensystem linkshändig. Bei (x_p, y_p) der Schnittpunkt der Verbindungslinie von einem Beobachtungspunkt B_i zu einem beliebigen Szenenpunkt P mit den Koordinaten (x, y, z) und der Fensterebene. Für eine beliebige, aber feste, Beobachtungsposition, definiert die Gesamtheit der Schnittpunkte (x_p, y_p) für alle Szenenpunkte P die Perspektive B_i. Punkte in der Szene, die von anderen verdeckt werden, sind dabei nicht sichtbar, jedoch können diese Punkte von einer anderen Position aus in Erscheinung treten. Aus der Geometrie von Fig. 1.a, b kann die Relation zwischen den Objektkoordinaten (x, y, z) und den Perspektivkoordinaten (x_p, y_p) abgeleitet werden. Es gilt mit den Notationen aus Fig. 1:

Gleichung 1

Um eine verzerrungsfreie Darstellung der 3D Szene in der Wiedergabe zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß die Perspektivdarstellungen einer Szene nach Gleichung 1 be stimmt werden. Die bei anderen autostereoskopischen Verfahren verwendeten Perspek tivbilder kommen dieser Forderung nur approximativ nach. Hier sind insbesondere zwei Methoden der Perspektivengenerierung zu nennen, die in Fig. 3 und Fig. 4 in der Drauf sicht gezeigt sind. In Fig. 3 werden die Perspektivdarstellungen, genau wie in Fig. 2, von einem Punkt gewonnen, der sich auf der horizontalen Beobachtungslinie befindet. Der Unterschied ist jedoch, das hier die Projektionsebene E' nicht mehr mit der Fensterebene E zusammenfällt, sondern senkrecht zum Sehstrahl B_iP_M verläuft. Die Perspektiven, die durch diese Projektion gewonnen werden, entsprechen der Bildaufnahme durch eine Ka mera am Ort B_i (in der Näherung der geometrischen Optik). Durch die üblichen Brennwei ten erfolgt natürlich keine 1 : 1 Abbildung, aber dies macht sich nur als globaler Skalie rungsfaktor bemerkbar. Aus Fig. 3 entnimmt man den Zusammenhang zwischen den plan aren Projektionskoordinaten und den räumlichen Szenenkoordinaten x, y, z (Notationen wie in Fig. 3):

Gleichung 2

Ähnlich wie in Fig. 3 werden auch die Perspektivdarstellungen in Fig. 4 erzeugt, nur bewegt sich der Beobachtungspunkt B_i nun auf einer Kreisbahn um den Szenenmittelpunkt P_M. Auch hier ist die Projektionsebene E' senkrecht zum Sehstrahl B_iP_M orientiert und daher verschieden von der Fensterebene E. Wiederum entnimmt man aus Fig. 4 den Zusam menhang zwischen den planaren Koordinaten und den Szenenkoordinaten (Notationen wie in Fig. 4):

Gleichung 3

Ein Vergleich von Gl. 1, 2 und 3 zeigt, daß die Koordinatentransformationen für kleine Winkel ungefähr gleich und für die Mittenperspektiven B₀ sogar identisch zueinander sind. Für große Winkel sind die Abweichungen aber nicht immer zu vernachlässigen, so das Verzerrungen im Bild auftreten, wenn die Perspektivkoordinaten x_p, y_p nach Gleichung 2 bzw. 3, anstatt nach Gleichung 1, berechnet werden.

Sollen die Perspektiven von einer realen Szene mittels einer Kamera konform mit Glei chung 1 erzeugt werden, so ist es vorteilhaft die Kamera in der Scheimflug Konfiguration zu benutzen. Dabei ist die Filmebene der Kamera relativ zur optischen Achse geneigt und zwar in der gleichen Weise wie die Fensterebene E. Fig. 5 zeigt diesen Fall für die Auf nahmegeometrie aus Fig. 3. Es läßt sich zeigen, daß in diesem Fall für die Projektionsko ordinaten gilt:

Gleichung 4

Damit ist die Projektionskoordinate x_p bis auf den Skalierungsfaktor mit der exakten Glei chung 1 identisch. Die unkorrigierte Koordinate y_p kann durch Neigung der Kameraebene in der orthogonalen Richtung in der gleichen Weise korrigiert werden.

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines 3D-Scanners, mit dem sich direkt die Raumkoordinaten x, y, z bestimmen lassen, die sich dann einfach durch Einsetzen in Glei chung 1 in korrekte Perspektivdarstellungen umwandeln lassen. Auch bei den handelsüb lichen Computerprogrammen zur Erzeugung von Perspektiven sind meistens nur die Ka meramethoden nach Gleichung 2 und 3 implementiert, jedoch kann ein Zusatzmodul hier in recht einfacher Weise auch die Transformation nach Gleichung 1 liefern.

Die mit inhärenten 3D-Aufnahmeverfahren, z. B. in der medizinischen Tomographie ge wonnenen digitalen Datensätze, sind meistens auch in Raumkoordinaten gespeichert (wobei es sich auch um abstrakte oder virtuelle Räume handeln kann) und können damit analog zu den oben erwähnten 3D-Scanner Daten behandelt werden.

Liegen hingegen nur normale Perspektivaufnahmen einer Szene vor, so müssen diese korrigiert werden, um in jedem Fall eine verzerrungsfreie Darstellung zu gewährleisten. Dabei kann man wie folgt vorgehen:

a) Zunächst müssen die Korrespondenzpunkte in den Perspektiven identifiziert werden, die einem Szenenpunkt entsprechen. Dazu gibt es bereits eine Anzahl von Verfahren, die in der Literatur beschrieben sind.
b) Mit Hilfe der gefundenen Korrespondenzpunkte können Gleichungen 2 und 3 nach den Szenenkoordinaten aufgelöst werden.
c) Im letzten Schritt berechnet man aus den Szenenkoordinaten nach Gleichung 1 die kor rigierten Perspektiven.

Die Korrektur der Perspektiven kann in Echtzeit oder Offline erfolgen.

Im Folgenden setzen wir voraus, daß die Perspektiven in der korrekten geometrischen Repräsentation vorliegen. Nehmen wir an, diese Perspektiv- oder Projektionspunkte einer 3D-Szene seien zusammen mit den zugehörigen Lichtintensitäten (und der Farbinformati on), mit denen die Bildpunkte der Szene strahlen, abgespeichert (analog oder digital). Man kann nun einem Beobachter mit Hilfe dieser Perspektiven den gleichen visuellen Eindruck vermitteln wie dem Betrachter der realen Szene, wenn man es erreicht, die zu einer Beob achtungsposition zugehörige Perspektive nur von eben dieser einen Position aus sichtbar werden zu lassen und von keiner anderen. Bei Stereohologrammen löst man diese Anfor derung, indem man die Perspektiven in Hologrammstreifen kodiert, die dann, entspre chend der Perspektivenabfolge, aneinander gesetzt werden. Schaut ein Betrachter durch einen einzelnen Hologrammstreifen, so sieht er die kodierte Perspektivansicht in einer Ebene hinter dem Hologramm rekonstruiert. Bewegt man sich längs der Hologrammstrei fen, so ergibt sich genau die Perspektivenabfolge wie in der natürlichen Betrachtung. Die Hologrammstreifen sind dabei so schmal, das die beiden Augen eines Beobachters einen Szenenpunkt immer nur durch zwei unterschiedliche Hologramme wahrnehmen können, woraus sich die Stereowahrnehmung ergibt.

Eine andere technische Lösung für das Problem besteht in der Verwendung einer beweg ten Schlitzapertur: wenn die Apertur um eine der Beobachtungspositionen zentriert ist, zeigt man auf einem Monitor, der in der Fensterebene plaziert ist, die zugehörige Per spektivansicht, also die, die beispielsweise von einer Kamera in dieser Position aufge nommen wurde. Danach bewegt sich die Apertur zur nächsten Position und so fort, bis sich der Vorgang wieder von vorne wiederholt. Natürlich muß die Bewegung der Apertur schnell genug erfolgen, um von einem Beobachter nicht mehr aufgelöst werden zu kön nen. Außerdem muß die Synchronisation der Perspektivdarstellungen auf dem Monitor mit der Aperturbewegung sichergestellt sein. Diese Lösung ist das in der DE 41 23 895 A1 dar gelegte Einfach-Apertur-Verfahren.

Die hier beschriebene Erfindung setzt auf dieser Idee auf, verwendet aber mehrere Aper turen, wodurch sich die oben aufgeführten Nachteile des Einfach-Aperturverfahrens ver meiden lassen.

Wir beschreiben hier zwei technische Ausführungsformen, die sich in der Konstruktion und in den Displayeigenschaften etwas voneinander unterscheiden. Beide Ausführungsformen basieren auf der Verwendung von mehreren simultan geöffneten Aperturen innerhalb ei nes Zeittaktes des Multiplexzyklus. Im nächsten Takt wird dann die momentan geöffnete Aperturgruppe geschlossen und die nächste Gruppe von Aperturen geöffnet und so fort, bis sich der Vorgang mit dem Einschalten der ersten Aperturgruppe wiederholt. Gleichzei tig mit dem Öffnen der Aperturen muß auf dem Bildschirm die entsprechende Perspekti vinformation, die als Bildkomposit bezeichnet wird, gezeigt werden, die sich anders wie beim Einfach-Apertur Verfahren, aus mehreren Teilausschnitten von "konventionellen" Perspektiven zusammensetzt, da sich ja die simultan geöffneten Aperturen die Bildschirm fläche für die zugehörige Perspektivdarstellung teilen müssen. Die beiden Ausführungs formen unterscheiden sich in der geometrischen Positionierung dieser Teilausschnitte re lativ zu den geöffneten Aperturen:

a)

Beim Multi-Apertur-Verfahren I sind die perspektivischen Teilausschnitte genau hinter den geöffneten Aperturen zentriert (Fig. 7a, b). Während eines Multiplextaktes werden in der Aperturebene mehrere Aperturschlitze im äquidistanten Abstand simultan geöff net (in Fig. 7a sind dies die fett markierten Schlitze mit der Numerierung 1, 4, 7). Fig. 7a zeigt den Fall, in dem die Teilausschnitte, die zu den simultan geöffneten Aperturen gehören, direkt aneinandergesetzt sind. Dadurch wird die verfügbare Bildschirmfläche am besten genutzt, jedoch könnte man auch Dunkelbereiche zwischen den Aus schnitten plazieren, um z. B. ein potentielles Übersprechen von verschiedenen Per spektiven zu verhindern. Da für jede geöffnete Apertur nur ein streifenförmiger Aus schnitt der ursprünglichen Vollperspektive dargestellt wird, ist der Bewegungsbereich für einen Betrachter, innerhalb dessen er einen störungsfreien 3D-Eindruck hat, natür lich eingeschränkt. Der Bereich, innerhalb dessen sich ein Beobachter, relativ zu einem geöffneten Aperturschlitz, bewegen kann, läßt sich geometrisch aus der Breite der per spektivischen Teilausschnitte und der Kanten des Aperturspalts bestimmen. Es ergibt sich für jede Apertur ein trichterförmiger Bereich, der sich von dem jedem Teilaus schnitt zugeordneten Projektionszentrum in den Beobachtungsraum hinein erstreckt (Fig. 7a, b). Bewegt sich ein Beobachter außerhalb dieser Bereiche, so kann es dazu kommen, daß Teilausschnitte durch die Apertur wahrgenommen werden, die nicht zu dieser Apertur gehören und daher eine Störung des 3D-Effektes verursachen. Da dies für jeden geöffneten Schlitz gilt, ergibt sich die Zone einer störungsfreien 3D- Wahrnehmung nur im Überlappungsbereich der erlaubten Wahrnehmungszonen für die einzelnen geöffneten Aperturen (in Fig. 7a, b fett eingezeichnet). Die für eine Grup pe von geöffneten Aperturen beschriebenen Verhältnisse gelten genauso für jede an dere Aperturgruppe, die im Verlauf des Multiplexzyklus geöffnet wird. Fig. 7b zeigt die Aperturgruppe 3, 6, 9 im geöffneten Zustand (ebenfalls fett eingezeichnet). Der erlaubte Wahrnehmungsbereich ist hier aber relativ zu jeder anderen Gruppe in dem Maße ver schoben, wie es der Verschiebung der beiden Aperturgruppen entspricht. Da der Be obachter innerhalb eines Multiplexzyklus widerspruchsfreie Information von allen Aperturgruppen wahrnehmen sollte, ergibt sich die Beobachtungszone für eine wider spruchsfreie 3D-Wahrnehmung als Durchschnitt der gültigen Beobachtungszonen für alle Gruppen. Für die Konstruktion dieser Zone reicht es, den Überlappungsbereich der ersten und letzten Aperturgruppe zu bestimmen, da dieser dann auch automatisch für die dazwischenliegenden Gruppen Gültigkeit hat. Fig. 7c zeigt die Verhältnisse für das Beispiel aus Fig. 7a, b. Für das praktische Design ist es wichtig den Abstand L der Wahrnehmungszone zur Aperturebene, sowie den Abstand vom Beginn der Wahr nehmungszone zu einer Sehline, mit vorgegebener Breite W, zu bestimmen. Mit den in Fig. 7a, b, c dargelegten Bezeichnungen ergibt sich:

Gleichung 5

Eine typische Anzahl von gleichzeitig geöffneten Aperturen ist drei oder vier, jedoch kann der Wert im Design variiert werden.

b)

Beim Multi-Apertur Verfahren II werden die Teilausschnitte auf dem Bildschirm, eben falls zur besten Ausnutzung der Bildschirmfläche, aneinandergrenzend präsentiert. Während beim Verfahren I die Aperturzentren den Mittelpunkten der Perspektivaus schnitte gegenüberliegen, weicht Verfahren II jedoch von dieser Geometrie ab: eine Anordnung von Aperturschlitzen wird den Perspektivausschnitten jetzt so zugeordnet, daß der gültige Wahrnehmungsbereich für alle Schlitze auf einer vorgegeben Sehlinie W zusammenfällt (Fig. 9). Es ergibt sich aus der Geometrie, daß die Anordnung der Schlitze wiederum periodisch ist (allerdings mit einer unterschiedlicher Periode S_p als für die Teilausschnitte). Weiterhin ist auch die sich aus diesem Konstruktionsprinzip er gebende Schlitzbreite s stets die gleiche für alle Schlitzpositionen. Die Sehlinie W kann beispielsweise so groß gewählt werden, wie die Shutterbreite bei einem Einfach- Apertursystem. Damit ergibt sich automatisch ein ähnlich großer Wahrnehmungsbe reich innerhalb dessen sich ein oder mehrere Beobachter frei bewegen können. Für die Konstruktion ist der Zusammenhang zwischen der Schlitzperiode S_p innerhalb einer ge öffneten Gruppe, der Schlitzbreite s, der Breite D der Teilausschnitte, der Sehlinien breite W, sowie der Abstände Bildschirm zu Aperturebene d und Aperturebene zu Sehlinie L entscheidend. Aus der Geometrie von Fig. 9 lassen sich folgende Relationen herleiten:

Gleichung 6

Die Anzahl der simultan geöffneten Schlitze ist auch hier ein variabler Designparameter und kann für einige Konstruktionen 30 oder mehr betragen.

Aus den beschriebenen Konstruktionsprinzipen ergibt sich auch für beide Verfahren die Anleitung zum Aufbau der Bildkomposite. Dabei kann man einen "direkten" und einen "in direkten" Aufbau der Bildkomposite unterscheiden. Beim direkten Aufbau (Fig. 8) wird je der Teilausschnitt des Bildkomposits vom zugehörigen Projektionszentrum aufgenommen oder erzeugt. Beispielsweise würde man in diese Position eine Kamera positionieren, wenn es sich um die Aufnahme einer natürlichen Szene handelt. Durch geeignete Be schränkung des Blickfeldes, z. B. durch Blenden, wird dann ein Teilausschnitt der Breite D erzeugt. Aus den Aufnahmen mehrerer dieser Teilausschnitte, die jeweils den simultan geöffneten Aperturen zugeordnet sind, wird dann das Bildkomposit zusammengesetzt.

Beim indirekten Aufbau des Bildkomposits (Fig. 10) bestimmt sich jeder Teilausschnitt selbst wieder aus einer Anzahl von Segmenten, wie sie von den Positionen B_i (i = -2 . . 2) auf einer hinter dem Projektionszentrum gelegenen Beobachtungslinie sichtbar werden. Fig. 10 zeigt dies anhand von fünf Beobachtungspositionen, bei denen sich die entsprechenden Segmente aus den fünf Vollperspektiven entnehmen lassen. Eine Vollperspektive ent spricht dabei den Perspektiven, die von den jeweiligen Beobachtungspositionen aus ohne jegliche Aperturbeschränkung zu gewinnen sind. Im Extremfall kann von jeder Vollper spektive nur noch eine Pixelspalte verwendet werden, so daß sich für eine Anzahl von N Perspektiven die Breite D als N × Pixelabstand ergibt. Ein Vorteil dieses Bildkompositauf baus ist, daß bei Kameraaufnahmen nicht das Projektionszentrum verwendet werden muß, sondern ein Abstand gewählt werden kann, der der Kameraoptik optimal entspricht. In einer Echtzeitverarbeitung muß diese "Verschachtelung" von der elektronischen Pro zessierungseinheit ausgeführt werden (Fig. 6).

Entscheidend für die Reduzierung der Bildwiederholrate (und damit auch der Erhöhung der Lichteffizienz) bei beiden Verfahren ist das Verhältnis des Abstandes von Schlitz zu Schlitz innerhalb einer Gruppe, also S_p, und der Schlitzbreite s. Dieses Verhältnis be stimmt die Anzahl der erforderlichen Multiplexschritte und entspricht auch der Anzahl der "effektiven" Perspektiven. Die Unterscheidung zwischen Perspektiven und "effektiven" Perspektiven ergibt sich aus der Tatsache, daß eine Aperturöffnung nicht mehr alle Ob jektpunkte erfaßt, sondern nur noch die, die zu der Teilansicht gehören. Die effektive An zahl von Perspektiven ist durch die Anzahl der verschiedenen Ansichten festgelegt, mit der jeder beliebiger Objektpunkt während einen Multiplexzyklus dargestellt werden soll. Die Gesamtanzahl der Perspektiven (genauer eigentlich der perspektivischen Teilaus schnitte), die ja per Definition immer größer ist als die effektive Perspektivenzahl, ist hin gegen identisch mit der Gesamtzahl der Aperturen.

Obwohl das Multi-Apertur-Verfahren hier am Beispiel schlitzförmiger Aperturen erläutert wird, ist es keineswegs darauf beschränkt. Eine andere Art der Multi-Apertur Gestaltung ist beispielsweise das Öffnen mehrerer Kreissegmente in einer kreisförmigen Shutterfläche, wie es insbesondere in einer Draufsichtgeometrie verwendet werden könnte.

Im folgenden geben wir einige Konstruktionsbeispiele an, die nach dem Verfahren I und II konstruiert sind. Diese sollen nur beispielhaft für die Konstruktion in praktischen Applika tionen stehen. Bei beiden Verfahren müssen, neben den oben angeführten geometrischen Relationen, noch zwei weitere Bedingungen für ein erfolgreiches Design beachtet werden, nämlich die Bedingung für stereoskopische Wahrnehmung und für Unterdrückung des Flipping-Effektes (Ref. 7). Insbesondere die Bedingung für stereoskopische Wahrnehmung ist kritisch für ein erfolgreiches Design und ist in den Beispielen berücksichtigt:

a) Verfahren I Arbeitsplatzrechnerkonfiguration

Spaltbreite s = 1 cm
Bildschirmbreite B = 39 cm
Anzahl der Aperturen N_T

= 27
Anzahl der geöffneten Aperturen No = 3
Abstand Bildschirm zu Aperturebene d = 26 cm
Sehlinie W = 15 cm im Abstand von 84 cm

b) Verfahren II Arbeitsplatzrechnerkonfiguration

Spaltbreite s = 1 cm
Bildschirmbreite B = 30 cm
Anzahl der Aperturen N_T

= 24
Anzahl der geöffneten Aperturen No = 6
Abstand Bildschirm zu Aperturebene d = 15 cm
Sehlinie W = 15 cm im Abstand von 60 cm

c) Verfahren II Notebook-Konfiguration

Spaltbreite s = 0.5 mm
Bildschirmbreite B = 25 cm
Anzahl der Aperturen N_T

= 480
Anzahl der geöffneten Aperturen No = 48
Abstand Bildschirm zu Aperturebene d = 3.5 cm
Sehlinie W = 6.5 cm im Abstand von 52.5 cm

d) Verfahren II TV/Video-Konfiguration

Spaltbreite s = 0.5 cm
Bildschirmbreite B = 39 cm
Anzahl der Aperturen N_T

= 72
Anzahl der geöffneten Aperturen No = 3
Abstand Bildschirm zu Aperturebene d = 10 cm
Sehlinie W = 150 cm im Abstand von 120 cm

Die Breite W der Sehlinie ist in den angegebenen Beispielen für den Minimalabstand spe zifiziert. Der oder die Beobachter können sich auch in einem größeren Abstand plazieren, wobei sich die Sehlinie vergrößert (siehe Fig. 7c).

Ein spezieller Fall ergibt sich aus einer Grenzbetrachtung von Verfahren II, bei dem man die Teilausschnitte D auf nur noch ein Pixel beschränkt. Mit anderen Worten wird jedem Bildschirmpunkt eine Mikroschlitzanordnung zugeordnet, von der jeweils eine Mikroapertur entsprechend der darzustellenden Perspektive des Bildpunktes geöffnet wird (Fig. 11). Bei einem Pixelabstand von 0.5 mm ergibt sich für typische Werte der Notebook-Konfiguration (W = 250 mm, L = 750 mm) mit 12 Perspektiven eine Spaltbreite von s = 0.5/12 mm und eine Spaltperiode von ebenfalls 0.5 mm (die exakten Werte weichen geringfügig davon ab). Die geometrischen Dimensionen sind zwar recht klein, jedoch innerhalb der Grenzen, die sich heute fertigungstechnisch ohne weiteres herstellen lassen. Der Vorteil einer sol chen Konfiguration für die Steigerung der Bildhelligkeit wird im Folgenden noch erkennbar werden.

Aus den Designbeispielen erkennt man, daß sich eine große Zahl von Applikationen für 3D-Systeme, z. B. Workstation, Notebook, oder TV/Video, nach den hier beschriebenen Verfahren konstruieren läßt. Bei Verfahren II können auch sehr kleine Perspektivenzahlen, bis hin zu einem rein stereoskopischen Wiedergabesystem, realisiert werden. Natürlich ist bei rein stereoskopischer Wiedergabe die Beobachtungszone recht klein (+/- halber Au genabstand). Jedoch kann eine stereoskopische Wiedergabe auch mit einem Headtrac kingsystem gekoppelt werden. Mit konfigurierbaren Schlitzbreiten, wie beispielsweise bei einem elektro-optischen Shutter, und einem variablen Abstand zwischen Aperturebene und Bildschirm, ließe sich das 3D-Wiedergabesystem flexibel den verschiedensten Situa tionen anpassen.

Grundlegend für das Funktionieren des Multi-Apertur-Verfahrens (I oder II) ist die Syn chronisation der Bildkomposite mit den zu öffnenden Aperturen. Fig. 6 zeigt das Steue rungs- und Prozessierungssystem. Je nach der Aufnahmegeometrie der Eingangsdaten, sind von der Prozessierungseinheit auch geometrische Korrekturen und der Aufbau der Bildkomposite, Perspektiven-Verschachtelung genannt, vorzunehmen.

Die Verschachtelung von Perspektiven erlaubt es im übrigen, die bekannten Techniken mit Polarisations-Farbfilterbrillen auf das beschriebene Bildaufnahme und Wiedergabeverfah ren zu übertragen.

Dazu werden jedoch nicht die Bildkomposite in schneller Folge nacheinander, sondern gleichzeitig auf dem Bildschirm gezeigt. Die Bildkomposite werden "gleichzeitig" auf dem Bildschirm gezeigt, indem die Bilder von zwei Projektoren (mit jeweils einem Pol-Filter unterschiedlicher Polarisationsrichtung) überlagert werden, oder die Bilder von LCD-Panels oder CRTs polarisiert und dann mit einem Polarisationsteiler überlagert werden. Ein Son derfall bildet die Darstellung verschiedener Perspektiven mit unterschiedlichen Farben, die ja gleichzeitig von praktisch jedem normalen Monitor erzeugt werden können. Wählt man beispielsweise eine Schlitzbreite s = 1 cm, Teilausschnitte der Breite D = 2 cm und einen Abstand von Bildschirm- und Aperturebene d = 1 cm, so gibt es zwei Aperturgruppen, de nen zwei Bildkompositgruppen zugeordnet sind. Statt sie zu multiplexen, werden sie un terschiedlich polarisiert oder mit unterschiedlichen Farben dargestellt. Auf dem Bildschirm überlagern sich also ständig zwei Bildkomposite von denen eines durch die erste Apertur gruppe und das andere durch die zweite Aperturgruppe gesehen wird. Wenn man die Farb- und Polarisationskodierung verknüpft, kann man sogar 6 verschiedene Bildkompo site gleichzeitig zeigen. Die Shuttersegmente in dieser Ausführungsform sind aus vertika len Streifen von Polarisations- bzw. Farbfilterfolien aufgebaut. Sie sind völlig passiv und benötigen keinerlei elektronische Steuerung.

Allerdings ist die Wahrnehmungszone für einen Betrachter vergleichsweise beschränkt. Wie schon oben erwähnt, kann aber durch ein sog. Head Tracking System die Position des Betrachters in der Horizontalen und sein Abstand zum Monitor bestimmt werden, wor auf die Bildschirminformation entsprechend der geänderten Beobachtungsposition geän dert wird. Die Steuerungs- und Prozessierungseinheit wären in diesem Fall analog zu Fig. 6, wobei allerdings die Shuttersteuerung durch eine Head Tracking Einheit zu ersetzen ist. Der Bildprozessor wäre für das Verändern der Bildinformation mit der getrackten Beob achterposition verantwortlich.

Zuletzt sei noch eine weitere erfindungsgemäße Methode der Helligkeitssteigerung be schrieben, die auf der Beobachtung basiert, daß für die meisten Szenen die Pixelwerte für die verschiedenen Perspektiven stark korreliert sind. Die Helligkeit und Farbe ändert sich für ein Pixel zwischen benachbarten Perspektiven oft nur geringfügig. Dies gilt insbeson dere für die Pixel, die nicht auf den Rändern von Objekten liegen, sondern auf den Ober flächen. Hier ist diese Änderung sehr klein. Die Bildhelligkeit I eines jeden Pixels kann in einen Basisanteil I_B, der mehreren Perspektiven gemeinsam ist, und einen Modulations anteil I_M zerlegt werden, der die eigentliche Änderung mit der Perspektive darstellt:

Gleichung 7

I = I_B

+ I_M

Hierbei repräsentiert der Basisanteil allerdings nicht den Durchschnittswert der Perspektiv intensitäten, sondern den Minimalwert. Dies resultiert aus der Tatsache, daß Lichtintensi täten stets positiv sind und daher der Modulationsanteil nicht vom Basisanteil subtrahiert, sondern nur hinzugefügt werden kann. Für eine größere Anzahl von Perspektiven wird es daher wahrscheinlicher, daß der Basisanteil kleiner und der Modulationsanteil größer wird. Fig. 12a zeigt einen angenommenen Intensitätsverlauf für einen Bildpunkt als Funktion der Zeit (mit 6 Zeittakten, entsprechend einer Anzahl von 6 Perspektiven). Für die wahr genommene Helligkeit einer Perspektive ist nur die integrierte Aperturhelligkeit entschei dend (vorausgesetzt der Multiplexvorgang läuft genügend schnell ab). Im Standardmode wird, durch das Ein- und Ausschalten der Aperturen, gerade der Anteil S_m(I) aus dem Pi xelintensitätsprofil herausgeschnitten, der für die Perspektive m wirksam werden soll (Fig. 12b). Nehmen wir nun an, der 6-te Teil der Minimalintensität I_min im Intensitätsprofil von Fig. 12a würde ständig, d. h. für alle Perspektiven (wir beschreiben nachfolgend wie das praktisch realisiert werden kann), durch den Shutter durchgelassen. Der Modulationsanteil ergibt sich dann aus der Differenz der ursprünglichen Intensitätswerte reduziert um die Minimalintensität. Insgesamt ergibt sich der gesamte Intensitätsverlauf nach Gleichung 7 als Summe beider Anteile. Fig. 12c zeigt diesen Intensitätsverlauf und Fig. 12d zeigt für diesen Fall die integrierte Aperturhelligkeit wiederum als schraffierte Fläche. Nach Kon struktion sind die schraffierten Flächen in Fig. 12b und 12d identisch und Gleiches gilt für alle Aperturen, so daß man mit einem reduzierten Intensitätsverlauf, wie in Fig. 12c darge stellt, genau dieselbe Bildhelligkeit erreicht wie mit dem Intensitätsverlauf aus Fig. 12a (unter der Voraussetzung das der Basisanteil ständig durchgelassen wird). Oder anders ausgedrückt: bei gleichem Intensitätsverlauf läßt sich mit dem angegebenen Verfahren die Aperturhelligkeit erhöhen. Da für eine größere Anzahl von Perspektiven die Minimalinten sitäten der Pixel im allgemeinen recht kleine Werte haben können (oder sogar Null wer den), ist die "Ersparnis" im Intensitätsprofil nicht immer signifikant (wie es auch der Ver gleich von Fig. 12a und 12c demonstriert). Jedoch kann man, anstatt die Aufspaltung in Basis- und Modulationsanteil über den gesamten Perspektivenbereich zu erstrecken, die Zerlegung auch auf eine kleinere Anzahl von Perspektiven anwenden. Während eine Per spektivgruppe gemultiplext wird, müssen alle nicht zu dieser Gruppe gehörigen Aperturen allerdings auf undurchlässig geschaltet werden. Fig. 13a zeigt eine Zerlegung des Inten sitätsprofils von Fig. 12a in zwei Schaltgruppen. Der Basisanteil ist für die erste Gruppe beträchtlich größer (Faktor 3) als der Basisanteil für alle Perspektiven, so daß sich der In tensitätsverlauf des Pixels innerhalb dieser Gruppe viel wirksamer reduzieren läßt. Aller dings ist der Intensitätsverlauf für die zweite Gruppe (in der die ursprüngliche Minimalin tensität liegt) etwas größer als vorher (Fig. 12c). Wie man aus dem Vergleich von Fig. 12c und Fig. 13a sieht, ist jedoch die gesamte mittlere Intensität für Fig. 13a beträchtlich gerin ger als in Fig. 12a. In der Tat kann man die Zerlegung systematisch so wählen, daß die mittlere Intensität minimal wird. Betrachtet man eine Anzahl von N Perspektiven mit Mini malintensität I_min und eine Aufspaltung in N₁ und N₂ Perspektiven mit Minimalintensitäten I_min1 = I_min (ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei die ursprüngliche Minimalintensität innerhalb der N, Perspektiven) und I_min2. Dann ist die mittlere Intensität für die Zerlegung kleiner als für die ursprünglichen Perspektiven, wenn gilt:

Gleichung 8

Dieses Kriterium kann sukzessive angewandt werden, d. h. ausgehend von N Perspektiven bestimmt man zunächst die Zerlegung mit Perspektiven N₁ und N₂ mit minimaler Intensität. Dies kann in N Vergleichen in der Art von Gleichung 8 vollzogen werden. Dann kann man für die so gefundenen Perspektivenzahlen N₁ und N₂ die Prozedur wiederholen, bis sich keine Zerlegung mehr findet, die eine geringere mittlere Intensität aufweist. Sollte eine Zerlegung eine genau so große mittlere Intensität haben, wie die ursprüngliche Perspekti venzahl, so kann man zusätzlich die maximale Intensität minimieren. Dies ist für den Ver lauf in Fig. 13c der Fall, der die gleiche mittlere Intensität wie Fig. 13a aufweist, aber eine etwas geringere Maximalintensität hat (natürlich kann die Minimierung der Maximalinten sität auch überhaupt als Kriterium für die Gruppenzerlegung herangezogen werden). Im allgemeinen wird die optimale Zerlegung spezifisch für jeden Bildpunkt sein; deshalb ist dieses Verfahren am effektivsten, wenn es für jeden Bildpunkt individuell optimiert werden kann. Dies ist genau für die oben erwähnte Konfiguration der Fall, in der jeder Bildpunkt seine eigene Mikroapertur vor sich hat. Für alle anderen Konfigurationen, bis hin zu der Einfach-Apertur Geometrie, müssen die Zerlegungen so gewählt werden, daß sie im Mittel über alle Bildpunkte eine Verbesserung erreichen. Da es hierbei nicht auf den absoluten Intensitätsverlauf ankommt, sondern nur auf die Korrelation der Perspektiven von Bild punkt zu Bildpunkt, wird im allgemeinen immer eine Reduzierung der mittleren Intensität zu erreichen sein. Im einfachsten Fall kann man einfach eine feste Zerlegung in Gruppen von drei oder vier Perspektiven wählen, da über eine solch geringe Anzahl von Perspekti ven immer eine Korrelation für fast alle Bildpunkte besteht. Das Verfahren kann im schlechtesten Fall, d. h. wenn keine Korrelationen gefunden werden, die sich für eine Hel ligkeitssteigerung verwenden lassen, auch in der schon bekannten Standardweise, d. h. mit I_B = 0, betrieben werden.

Fig. 16 zeigt das System zur Erzeugung der Basisanteil-Bilder und der Modulationsanteil bilder. Benachbarte perspektivische Ansichten werden in einem Bildspeicher abgelegt und von einen Arithmetik-Prozessor werden die Intensitäten der Bildpunkte mit gleicher x-y- Koordinate gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgewertet. Dies geschieht Bild punkt für Bildpunkt. Der gefundene Minimalwert der Intensität wird durch die Anzahl der Aperturen in der dazugehörigen Schaltgruppe dividiert und als Basisanteil der Schaltgrup pe abgelegt. Der Modulationsanteil ergibt sich aus der Differenz der ursprünglichen Inten sität und des Minimalwertes.

Aus dem beschriebenen Funktionsprinzip ergibt sich, daß insgesamt drei Aperturzustände erforderlich sind:

- durchlässig für Basisanteil, aber undurchlässig für Modulationsanteil,
- durchlässig für Basis- und Modulationsanteil,
- undurchlässig für Basis- und Modulationsanteil.

Man braucht daher einen zusätzlichen Freiheitsgrad für die Trennung von Basis- und Mo dulationsanteil, da eine einfache durchlässige Apertur nicht zwischen diesen beiden An teilen unterscheiden kann. Als geeigneter Parameter für diese Informationstrennung bietet sich die Polarisation des Lichtes an, die ohnehin schon implizit durch die Verwendung von elektro-optischen Verschlüssen, die mit Polarisationsfolien arbeiten, verwendet wird. Au ßerdem ist Polarisation eine zur Farbe orthogonale Eigenschaft des Lichtes, so das die volle Farbfähigkeit weiterhin gewährleistet ist. Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung der technischen Realisierung: dabei wird der Basisanteil mit horizontaler Polarisation übertragen, während der Modulationsanteil mit vertikaler Polarisation ausgesandt wird (wichtig ist allerdings nur, daß die Polarisationszustände orthogonal sind). Für den Zeit takt, in dem der Modulationsanteil durchgeschaltet wird, überträgt man auch den Basi santeil mit vertikaler Polarisation. Der elektro-optische Verschluß besteht aus zwei elek trooptischen Medien, im folgenden EOM abgekürzt (beispielsweise zweier ferroelektri scher Flüssigkristallschichten), hinter denen jeweils ein Polarisator gesetzt wird - ohne Be schränkung der Allgemeinheit nehmen wir an, die Polarisatoren wären für vertikale Polari sation durchlässig und für horizontale Polarisation sperrend. Durch Anlegen einer elektri schen Spannung wird die Eingangspolarisation nach Durchlaufen des elektro-optischen Mediums um 90 Grad gedreht. Es lassen sich dann folgende Schaltzustände realisieren:

1. es liegt keine Spannung an beiden elektro-optischen Medien an. Daher wird die ver tikale Polarisation (Modulationsteil) durch das erste EOM durchgelassen, während der Basisanteil mit horizontaler Polarisation gesperrt wird. Genau wie beim ersten EOM läuft die vertikale Polarisation ungehindert durch den zweiten EOM. Da der Basisanteil per Definition immer präsent sein muß, wird er in dieser Phase auf den Modulationsanteil gelegt, d. h. also in vertikaler Polarisation übertragen.
2. es liegt eine Spannung am ersten EOM an, aber keine am zweiten. Der erste EOM dreht die horizontale Polarisation in die Vertikale, weil umgekehrt die vertikale Pola risation in eine horizontale umgewandelt wird. Da der Polarisator stets nur vertikale Polarisation passieren läßt, wird nun der Basisanteil durchgelassen, nicht jedoch der nun in horizontaler Polarisation auftretende Modulationsanteil. Wie vorher hat der zweite EOM auf die vertikale Polarisation keinen Einfluß.
3. es liegt eine Spannung am hinteren EOM an; dadurch wird die vertikale Eingangs polarisation in die Horizontale gedreht, und dann am Ausgangspolarisator gestoppt. Da durch den vertikalen Polarisator des ersten EOM immer nur eine vertikale Polarisation auftreten kann, ist das Element für alles Licht (unabhängig von der ursprüngli chen Polarisation) undurchlässig.

Fig. 13c zeigt die Polarisation des Basis- und Modulationsanteils für den Intensitätsverlauf innerhalb der ersten Schaltgruppe und Fig. 13d die Polarisation des durch die Apertur m = 3 durchgelassenen Lichtes. Die beschriebene Vorrichtung, im Prinzip eine Anordnung von zwei elektro-optischen Verschlüssen, hat also gerade die erforderliche Eigenschaft, die Steuerung dreier Transmissionszustände vorzunehmen.

Darüber hinaus hat eine solche Vorrichtung noch eine andere positive Eigenschaft: solan ge Flüssigkristalle als elektro-optische Verschlüsse verwendet werden, sind die in der Pra xis verfügbaren Kontraste von 100 : 1 bis 150 : 1 für eine ideale 3D-Darstellung nicht immer ausreichend, insbesondere für Systeme, die auf eine hohe Anzahl von Perspektiven di mensioniert sind. Es kommt dann zu einer Art Halo-Bildung aufgrund der durchscheinen den Perspektiven, die eigentlich nicht sichtbar sein sollten. Eine einfache aber wirkungs volle Methode der Kontrasterhöhung ist es, zwei Verschlüsse dicht hintereinander zu ver wenden. Aus der Optik ist bekannt, daß sich die Kontraste von zwei Transmissionsschei ben im Kontakt multiplizieren. Daher ergibt sich für zwei Einzelverschlüsse mit einem Kontrast von jeweils 100 : 1 ein Gesamtkontrast von 10000 : 1. Steuert man also synchron zwei Schütze in den beiden Verschlüssen an, so ergibt sich dieser sehr hohe Gesamtkon trast. Allerdings kommt es zu einem anderen störenden Effekt. Da nämlich die beiden Ver schlüsse eine endliche Dicke und einen endlichen, wenn auch kleinen, Abstand voneinan der haben, gibt es an der Grenzfläche von zwei hintereinander geöffneten Aperturen ein Abblocken des Lichtes, das seitlich durch die Aperturöffnung fällt (Fig. 15a). Da die Apertu ren über die gesamte Verschlußfläche gescannt werden, erhält man so einen Streifenein druck zwischen den Aperturgrenzflächen. Der visuelle Eindruck ist daher ungefähr so, als wenn man die 3D-Szene durch einen Lattenzaun betrachten würde. Schaltet man jedoch in einem der beiden Verschlüsse, anstatt nur eine Apertur, einige der benachbarten Aper turen ebenfalls auf durchlässig, so ergibt sich für das Licht aus der Bildebene eine trich terförmige Bahn (Fig. 15b), die den beschriebenen Lattenzauneffekt wirksam unterdrückt. Der oben beschriebene Gesamtkontrast wird dadurch nur unwesentlich reduziert, da ja nur lokal um die Aperturöffnung herum der Kontrast reduziert ist. Die beschriebene Methode kann für das Multi-Apertur- und das Einfach-Apertur-Verfahren in gleicher Weise eingesetzt werden.

Bezüglich der Erzeugung von polarisierten Licht gibt es vielfältige Möglichkeiten, die in der Literatur beschrieben sind. Es lassen sich sowohl Polarisationsmasken vor einem Bild schirm verwenden als auch die Kombination von den polarisierten Komponenten zweier Lichtquellen.

Werden in dem Display Bildprojektoren verwendet, so können vor deren Objektiven Pola risationsfilter verwendet und die polarisierten Bilder auf einem geeigneten, polarisationser haltenden Bildschirm überlagert werden. Kommen Bildröhren oder Flachdisplays zur An wendung, können Basis- und Modulationsanteil über einen Polarisationsteiler überlagert werden.

Die Verwendung von polarisiertem Licht bedeutet zwar eine 50%-Verminderung der Licht leistung zur Verwendung von normalen, unpolarisierten Lichtquellen, jedoch ist dieser Verlust ohnehin unvermeidlich, wenn von einer elektro-optischen Apertur Gebrauch ge macht wird.

Eine Alternative zu dem Polarisationsverfahren besteht darin, nur eine Bildwiedergabeein richtung zu verwenden und den Basis- und Modulationsanteil nacheinander wiederzuge ben. Dabei werden die Doppel-EOMs so gesteuert, daß für den Basisanteil alle Aperturen einer Schaltgruppe geöffnet sind, während für die Modulationsanteile nur die entsprechen den einzelnen Aperturen geöffnet werden.

Claims

1. Verfahren zur autostereoskopischen Bilderzeugung und Bildwiedergabe mit einem Bildschirm und einem vor diesem Bildschirm angeordneten optischen Verschluß, der in Segmente unterteilt ist und segmentweise optisch sperrend, oder, Aperturseg mente bildend, transparent geschaltet wird, wobei der Betrachter innerhalb eines be stimmten Abstandes und Winkelbereiches vor dem optischen Verschluß positioniert ist, und mit einer Bildaufnahmeeinrichtung, mit der mehrere perspektivische Ansich ten einer Szene datenmäßig zur Verfügung gestellt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit Hilfe einer Steuer- und Prozessierungseinrichtung perspektivische Teilaus schnitte unterschiedlicher perspektivischer Ansichten, die gemäß Vorgabe gruppiert sind, überlappungsfrei nebeneinander zu einem Bildkomposite zusammengefügt werden, das auf dem Bildschirm dargestellt wird, wobei sich die perspektivischen Teilausschnitte so bestimmen, wie sich eine reale Szene durch eine geöffnete Aper turgruppe des Verschlusses aus vor dem Verschluß liegenden Projektionszentren abbilden würde, wobei ein Projektionszentrum der geometrische Ort vor einer Aper tur ist, von dem sich die perspektivischen Teilausschnitte als Gesamtheit der Schnitt punkte der Verbindungslinie vom zum Apertursegment gehörenden Projektionszen trum zu einem Punkt in der realen Szene und dem Bildschirm bestimmen, wobei die Apertur das Sichtfeld begrenzt und daher nur ein Teilausschnitt wahrgenommen wird,
daß zur Wiedergabe des Bildkomposites auf dem Bildschirm der optische Verschluß synchron zu der dem Bildkomposite zugeordneten Aperturgruppe geöffnet wird, und
daß eine Bildwiederholungsrate für die Bildkomposite eingestellt wird, die sich aus dem Produkt der Anzahl der Aperturgruppen und der allgemein zur flimmerfreien Darstellung eines Bildes erforderlichen Bildfrequenz ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliges Projekti onszentrum zu jeweils einer Apertur einer Aperturgruppe horizontal zentriert ist und der Abstand von zwei aufeinanderfolgenden Aperturen der Breite der perspektivi schen Teilausschnitte entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand L der Wahr nehmungszone zur Aperturebene sowie der Abstand Δ vom Beginn der Wahrneh mungszone zu einer Beobachtungslinie, mit vorgegebener Breite W, sich wie folgt aus dem Abstand d der Aperturebene zur Bildschirmebene, der Teilauschnittsbreite D, der Anzahl der Apertursegmente N_T, der Segmentbreite s eines Apertursegments und der Beobachtungslinienbreite W berechnet:

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Projekti onszentren zu der jeweiligen Aperturgruppe so ins Verhältnis gesetzt werden, daß die zum Betrachter rückprojizierten, perspektivischen Teilausschnitte eines Bildkom posites auf einer in Betrachtungsrichtung vor dem optischen Verschluß plazierten Beobachtungslinie, auch Sehlinie genannt, zur Deckung kommen, wobei die Beob achtungslinie parallel zur Ebene des Bildschirms und des optischen Verschlusses liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand S_p von Apertursegment zu Apertursegment innerhalb einer Aperturgruppe und die Seg mentbreite s wie folgt durch den Abstand L der Beochbachtungslinie zur Aperturebe ne, den Abstand d der Aperturebene zur Bildschirmebene, die Teilauschnittsbreite D und die Beobachtungslinienbreite W bestimmt sind:

6. Verfahren nach einem der Ansprüch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder per spektivische Teilausschnitt eines Bildkomposites in eine Anzahl von Teilausschnitt- Segmenten zerlegt wird, wobei jedes Teilausschnitt-Segment einer unterschiedlichen Beobachtungsposition entlang einer Beobachtungslinie entspricht, wobei die Beob achtungslinie parallel zur Ebene des Bildschirms und des optischen Verschlusses und in einem frei gewähltem Abstand von dem dem Teilausschnitt zugeordneten Projektionszentrum liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Da ten für die datenmäßige Bereitstellung perspektivischer Ansichten von entweder ei ner Bildaufnahmevorrichtung in Scheimpflug-Konfiguration, bei der die Aufnahmee bene zur optischen Achse geneigt ist, erzeugt werden, oder durch zur Scheimpflug- Bedingung entsprechenden Projektionskoordinaten erzeugt werden, wenn die Per spektiven aus digitalen Datensätzen generiert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilausschnitte jeweils einem Bildpunkt entsprechen, und wobei jedem Bildpunkt eine Anzahl von Verschlußsegmenten zugeordnet ist, die gleich der Anzahl der dar zustellenden Perspektiven ist, wobei synchron mit der Helligkeits- und Farbänderung des Bildpunktes in Abhängigkeit von der Perspektive ein Verschlußsegment geöffnet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hel ligkeit jedes Bildpunkts einer Teilansicht in einen Basislichtanteil und einen Modulati onslichtanteil zerlegt wird, wobei der Basislichtanteil von allen Aperturen durchgelas sen wird, die zu einer Gruppe von helligkeits-korrelierten Perspektiven oder Bildkom positen gehören, und der Modulationslichtanteil in einem Multiplex-Verfahren diesem Basisanteil überlagert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung der Bild punkte in einen Basislichtanteil I_B und einen Modulationslichtanteil I_M pro Zerlegungsgruppe vorgenommen wird, wobei I_B den N-ten Teil des Minimalwerts I_min für N Perspektiven darstellt, und daß, ausgehend von N Perspektiven, zunächst die Zerle gung in Perspektiven N₁ und N₂ mit Minimalintensitäten I_mm1 = I_min und I_min2 erfolgt, wobei die mittlere Intensität für die Zerlegung genau dann kleiner ist als für die ur sprüngliche, mittlere Intensität mit N Perspektiven, wenn folgendes Kriterium gilt:
woraufhin dann dieses Kriterium sukzessive angewandt wird, indem, ausgehend von N Perspektiven, zunächst die Zerlegung mit Perspektiven N₁ und N₂ mit mini maler, mittlerer Intensität bestimmt wird, daß dann für die so gefundenen Zerle gungsgruppen mit N₁ und N₂ Perspektiven dieser Vorgang wiederholt wird, bis sich keine Zerlegung mehr findet, die eine geringere, mittlere Intensität aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß für den Basislichtanteil und den Modulationslichtanteil zwei orthogonale Polarisations richtungen verwendet werden, sowie ein optischer Verschluß mit zwei elektro optischen Modulatoren und dahinter befindlichen Polarisatoren, so daß durch Anle gen einer Spannung an einen der elektro-optischen Modulatoren eine Drehung der Eingangspolarisation um 90 Grad hervorgerufen wird und damit durch Kontrolle der Spannungen an den beiden elektro-optischen Modulatoren der Verschluß nur für den Basislichtanteil oder nur für den Modulationsanteil durchlässig oder für beide sper rend, d. h. vollständig lichtundurchlässig, gemacht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektro-optischer Verschluß eingesetzt wird, der zwei hintereinander angeordnete, einzelne, elektro-optische Verschlüsse aufweist, wobei synchron zur Öffnung einer Apertur in einem der Verschlüsse in dem zweiten Verschluß die gleichen Aperturen und zusätzlich noch eine Anzahl von benachbarten Aperturen transparent geschaltet werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Bildkompositen in orthogonalen Polarisations- und/oder Farbzuständen gleichzeitig auf einem Bildschirm überlagert wird und daß durch eine entsprechende, periodische Anordnung von Polarisations- und/oder Farbfiltern betrachtet wird, so daß die nicht dem Polarisations- oder Farbzustand eines Bildkomposites entspre chenden Filtersegmente wie ein optischer Verschluß wirken.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus verti kalen Streifen von Polarisations- bzw. Farbfilterfolien aufgebaut sind, die passive Elemente sind und ohne eine elektronische Steuerung ausgestattet sind.