DE3112547C2

DE3112547C2 -

Info

Publication number: DE3112547C2
Application number: DE3112547A
Authority: DE
Inventors: Robert Bruce Glendale Calif. Us Collender
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1981-03-30
Publication date: 1989-07-20
Also published as: NL8101553A; CH644726A5; JPS57162898A; FR2502881B1; DE3112547A1; GB2095068B; JPH0343832B2; AU540347B2; BE888172A; FR2502881A1; CA1146260A; GB2095068A; AU6828581A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stereoskopischen Wiedergabe normaler Fernsehsignale gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-PS 10 66 418 bekannt, wobei die seitliche Bewegung der FS-Kamera auf einen Bogen begrenzt ist, in dessen Mittelpunkt sich der Gegenstand befindet.

Erfindungsgemäß wird mit einem optischen Abtaster und Bildschirm gearbeitet, wie sie aus der US-PS 42 31 642 hervorgehen, wobei eine Anordnung von Bildern abgetastet wird, die auf ladungsgekoppelten Festkörper-Flüssigkristall-Lichtventilen (CCDLCLV) oder dergleichen erzeugt werden, die ihrerseits in einer waagerechten Ebene zu einem Kreisbogen angeordnet sind. Nach der US-PS 42 31 642 befinden sich die Bildflächen auf der gekrümmten Oberfläche eines rechtwinkligen Kreiszylinders. Weiterhin ist gemäß der Erfindung der Eingang eine kontinuierlich sich ändernde Menge von N aufeinanderfolgenden FS-Bildern in Form normaler elektrischer FS-Signale, die auf Magnetband oder -platte oder in einem Festkörperspeicher abgespeichert sind und im Scroll-Betrieb über das gesamte Bildfeld ausgegeben werden. Die Bilder werden in die CCD-Speicher eingelesen und dann parallel auf das Flüssigkristall- Bildfeld übergeben. Die Fernsehbilder verschwinden also nach der Übergabe exponentiell, werden aber unmittelbar nach der Übergabe abgetastet, um ein starkes Signal zu gewährleisten. Der optische Abtaster ist mit dem FS-Signal synchronisiert. Nach der US-PS 42 31 642 wird eine kontinuierlich drehende Spiegeltrommel zur Bildbewegungskompensation vorgeschrieben, um das vom durchlaufenden Film kommende Bild zu stabilisieren. Die Spiegel liegen dabei parallel zur Drehachse und der Film läuft nicht mit dem Abtaster synchron. Gemäß der Erfindung ist die Drehtrommel durch stationäre Dachspiegelfacetten ersetzt, die unter 45° zur waagerechten Ebene des N-Bildschirms liegen. Dies ist möglich, da auch das N-Bildfeld ortsfest ist. Nach der US-PS 42 31 642 läuft ein Film in einer Richtung und ergibt eine richtige 3D-Bildausrichtung und -folge für die Relativbewegung zwischen Szene und Kamera in einer Richtung. Gemäß der Erfindung ist eine elektronische Fühlautomatik vorgesehen, die die Relativbewegung zwischen Kamera und Szene in beiden Richtungen einwandfrei verarbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung so zu gestalten, daß bei Ausnutzung der vorhandenen Kanalbandbreite des Standardfernsehens und Verwendung zu einer sich bewegenden Kamera eine hologrammartige 3D-Bildwiedergabe möglich ist, ohne daß der Betrachter eine Spezialbrille tragen muß. Der Betrachter soll sozusagen um räumliche Bilder herumschauen können.

Seit langem ist versucht worden, Bildszenen stereoskopisch ohne Hilfsmittel an den Augen des Betrachters wiederzugeben, und zwar so, daß eine von Personen diese Szenen gleichzeitig und ohne Einschränkung hinsichtlich ihrer Anordnung betrachten kann.

Diese Aufgabe wird durch die aus dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 hervorgehenden Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafterweise wird die Richtung der seitlichen Relativbewegung zwischen Kamera und Szene ermittelt, um eine richtige Halb- oder Vollbildfolge auf das Bildgruppenfeld zu legen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 3 aus.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen 4 bis 6.

Wird eine verhältnismäßig große Anzahl von miteinander zusammenhängenden Bildern der zu betrachtenden Szene hinter einem sich schnell bewegenden, optisch erzeugten vertikalen Austrittsschlitz erzeugt, so verhindert die dabei auftretende Parallaxe, daß ein Auge des Betrachters das sieht, was das andere Auge sieht, und zwar in jedem beliebigen Zeitpunkt. Da der Schlitzstrahler sich bewegt, sieht jedes Auge innerhalb eines kurzen Zeitraums ein vollständiges Bild. Dieser Zeitraum liegt gemäß der Erfindung innerhalb der Trägheit bzw. des Abklingintervalls des menschlichen Auges. Im Gehirn verschmelzen die beidene von den Augen aufgenommenen Bilder zu einer einzigen räumlichen Ansicht, wie aufgrund der praktischen Ergebnisse vorhergesehen.

Die Perspektive, die jeweils ein Auge des Betrachters sieht, setzt sich aus diskreten vertikalen Linien aus Bildinformation zusammen, die zu diskreten Zeitpunkten aufgenommen wurde. Im jeweils gleichen Zeitpunkt sieht jedoch das andere Auge des Betrachters eine vollständig andere Perspektive. Die Gesamtperspektive für beide Augen ist jedoch anders, da die Augen räumlich nicht deckungsgleich, sondern in der Waagerechten beabstandet liegen. Wird das Bild als Gesamtheit betrachtet, so wird es sowohl zeitlich als auch räumlich unterteilt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Durchführung werden nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 2A ein Teilschnitt eines optischen Abtasters einer Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 2B ein Teilgrundriß des optischen Abtasters einer Ausführungsform der Vorrichtung, der eine Schnittgrenze wiedergibt, die die Fig. 2A im Seitenriß darstellt,

Fig. 3 eine Draufsicht der Geometrie des optischen Abtasters und des Bildschirms der Vorrichtung in vereinfachter Weise,

Fig. 3A eine vereinfachte Draufsicht einer alternativen Bildschirmgeometrie zur Verwendung mit dem optischen Abtaster nach Fig. 3,

Fig. 4 eine Draufsicht der Projektionsgeometrie zur Bestimmung der Anzahl der mit dem Verfahren zu speichernden FS-Bilder,

Fig. 5 eine Draufsicht der Projektionsgeometrie zur Bestimmung der maximalen Größe der Bildschirmelemente der Vorrichtung,

Fig. 6 eine Darstellung der zeitlichen Zuordnung für eines von 24 Bildern im Bildgruppenfeld,

Fig. 7 eine Darstellung einer Fühlergruppe für die Bewegungsrichtung mit Übereinstimmung bei einer Rechtsbewegung,

Fig. 8 eine Darstellung von fünf Fühlergruppen für die Bewegungsrichtung innerhalb eines FS-Bildspeichers,

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Festkörperspeichers für das Verschieben von FS-Bildsignalen über das Bildgruppenfeld,

Fig. 10 eine Darstellung der Zeitsteuerung zum Laden der CCD-Speicher für die Sichtwiedergabe und

Fig. 11 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform des Verfahrens zur Speicherung von 24 Bildern unter Verwendung einer Magnetplatte.

Gemäß Fig. 1, die in einer Perspektivdarstellung eine Ausführungsform der Vorrichtung mit deren Haupt-Systemteilen zeigt, fängt eine normale Antenne 1 normale FS-Signale auf und leitet sie an einen FS-Empfänger weiter, der den gewünschten HF-Kanal auswählt, das NF-Signal zur Ansteuerung eines herkömmlichen Lautsprechers aufbereitet, die Bild- und Zeilensynchronsignale zur Zeitsteuerung der einzelnen CCD- Flüssigkristall-Lichtventile als FS-Bild-Modulatoren in einer 120°-Kreisbogen-Anordnung 2 erzeugt sowie Synchronbezugssignale für einen Synchronmotor 3 liefert. Das Videosignal geht an den Bildrichtungsfühler der Fig. 7 und 8, wo bestimmt wird, ob die aufeinanderfolgenden FS-Bildsignale rechts- oder linksgerichtet nacheinander in die Anordnung 2 der CCD- Festkörperlichtventile eingegeben werden. Die Videosignale für N aufeinanderfolgende FS-Bilder (N =24), die zugehörigen Zeitsteuersignale und die Betriebsspannung für die ortsfeste Anordnung der CCD-Festkörperlichtventile sowie die Betriebsspannung für eine ortsfeste Projektionslampe 4 gehen über Drahtleitungen zu diesen stationären Systemteilen. Der Abtaster 5 ist mit dem Synchronmotor 3 gekoppelt und läuft mit 1800 U/min synchron zu den Synchronimpulsen. Der Abtaster 5 ist symmetrisch zu seiner Drehachse ausgebildet und enthält eine Kondensorlinsenanordnung 6, einen Spiegel 7, einen Polarisator 8, eine stationäre konische Anordnung 9 aus N 90°-Dachspiegeln 4, die zu einem Kreisbogen unter dem 120°-Kreisbogen der CCD-Festkörper-Lichtventil-Anordnung 2 angeordnet sind, eine Analysator-Projektionslinsen-Anordnung 10 und einen asphärischen Spiegel 11. Die Fig. 2A, 2B zeigen Einzelheiten der Abtastanordnung. Das Licht aus der Projektionslampe 4 wird von der Kondensorlinsenanordnung 6 kondensiert, von einem dem Spiegel 7 ähnlichen Spiegel auf der anderen Seite des Abtasters 5 reflektiert, durchläuft einen Polarisator ähnlich dem Polarisator 8, wird von der Anordnung 2 und dann von der Anordnung 9 aus N Dachspiegeln reflektiert, durchläuft die Analysator-Projektionslinsen-Anordnung 10 und wird schließlich vom asphärischen Spiegel 11 auf einen halbspiegelnden und segmentierten Bildschirm 12 geworfen, der in Fig. 3 gezeigt und ausführlicher in der US-PS 42 31 642 beschrieben ist. Das vom Bildschirm 12 kommende Licht wird auf einen vertikalen Austrittsschlitz 13 gesammelt, der innerhalb 1/60 sec (d. h. innerhalb einer Halbbildperiode) linear über ein imaginäres Sichtfenster 14 läuft, wobei der Abtaster 5 innerhalb 1/60 sec eine halbe Umdrehung vollzieht. Das Sichtfenster 14 hat die in Fig. 1 mit A und B bezeichneten diagonal gegenüberliegenden Ecken. Der Austrittsschlitz 13 verläuft über die gesamte Höhe des Sichtfesnters 14, die durch den vertikalen Streuwinkel des Bildschirms 12 bestimmt wird.

Die 3D-FS-Bild-Projektionsanordnung läßt sich mit einer mit Lichttransmission arbeitenden Bildmodulatoranordnung und der unten beschriebenen Reflexionsführung realisieren.

Die Fig. 2A, 2B zeigen ausführlich eine Ausführungsform des stereoskopischen FS-Bildprojektors (Fig. 1). Dabei ist die Fig. 2A ein vertikaler Teilschnitt auf der Linie A-A der Fig. 2B durch den FS-Projektor, die Fig. 2B eine Teildraufsicht desselben, wobei oben rechts ein Teil weggeschnitten ist, um die Mechanik des Abtasters 5 besser darstellen zu können. In Fig. 2A ist ein Element 20 des Abtasters 5 (Fig. 1) über einen Flansch 21 mit dem Synchronmotor 3 gekoppelt, der auf einem Gehäuseunterteil 22 des Abtasters 5 befestigt ist, der auf mindestens drei Beinen 23 steht. Das Gehäuse des Abtasters 5 weist weiterhin Seiten 24, 25, obere Abschlußflächen 26, 28, 29 und ein Fenster 27 auf. Über der Drehmittellinie ist eine Abdeckplatte 30 mit einem Absatandshalter 31 angeordnet, so daß durch ein konzentrisches Loch in der Abschlußfläche 29 Luft eintreten kann, die durch einen Schlitz am Abtasterumfang (nicht gezeigt) austritt.

Der Abtaster 5 erfüllt dabei die Bildabtastung und kühlt gleichzeitig die Projektionslampe 4. Der Einfachheit halber zeigt Fig. 2A nur eine Hälfte des symmetrisch um die Abtast- Mittellinie aufgebauten Abtasters, der neben dem Element 20 das Kondensorlinsengehäuse 6 mit Kondensorlinsen 32, 33 und eine Hauptstrebe 34 aufwesit, die am Element 20 und dem Kondensorlinsengehäuse 6 befestigt ist. Ein erster Oberflächenspiegel 7 ist am Element 20 befestigt. Über einem Loch der Hauptstrebe 34 ist ein Filter des Polarisators 8 befestigt, durch das kondensiertes Licht aus der in alle Richtungen strahlenden und ortsfesten Projektionslampe 4 hindurchtreten kann. Ein Linsenwinkel 35 ist an der Hauptstrebe 34 befestigt und trägt einen Linsentubus 36, der einen Analysator 37 und eine Projektionslinse 38 enthält. Die optische Achse 38 liegt rechtwinklig zur Abtastdrehachse und zum Bildschirm 12 (Fig. 1), um Schwierigkeiten mit der Kissenverzerrung zu vermeiden. Weiterhin enthält der Abtaster 5 einen asphärischen Spiegel 11, der ein in der Horizontalen weitwinkliges Bild auf den Bildschirm 12 wirft. Der Bildschirm 12 ist in den Fig. 2A und 2B nicht gezeigt. Die Projektionslampe 4 ist an einer festliegenden Abschlußfläche 29 über einen Winkel 39 befestigt. Ein fester Winkel 40 dient als Lager für ein Kegelflächenelement 41, das relativ zur Abschlußfläche 29 festliegt und eine Serie von flachen oder Dach-Vorderflächen-Spiegelsegmenten 9 enthält, deren Anzahl unterschiedlich sein kann, im vorliegenden Fall jedoch 24 beträgt, d. h. gleich der Anzahl der im Speicher gemäß Fig. 1 abgelegten aufeinanderfolgenden FS-Bildsignale. Die 24 aufeinanderfolgenden FS-Bilder werden auf die in Fig. 2A mit 2 bezeichneten CCD-Festkörper-Lichtventilfläche aufmoduliert. Die entlang der Kegelfläche des Kegelflächenelements be festigten 24 Spiegelsegmente 9 können flach oder 90°-Dach spiegel sein. Die Dachspiegel-Ausführung geht aus den US-PS 40 89 597 und US-PS 41 13 367 hervor. Der Vorteil von Dachspiegeln ist, daß die Lichtstärke an den Spiegelkanten nicht schwächer wird und im Bild keine vertikalen schwarzen Streifen verursachen kann; statt dessen bleibt die Lichtstärke konstant, und es wird ein stetiges Bild ohne Unterteilungsspuren erhalten. Die Spiegelsegmente 9 sind um die Abtast-Mittellinie der Fig. 2A bezüglich der radialen Anordnung aus modulierenden Bildflächen 2 radial versetzt so angeordnet, daß sie in der Mitte der Anordnung aus 24 Bildern (d. h. im 12. Bild) miteinander ausgerichtet sind, aber vom Bild 11 zum Bild 1 hin und vom Bild 13 zum Bild 24 hin aus der genauen Ausrichtung zunehmend hinauslaufen, so daß die größte Abweichung von der präzisen Ausrichtung in den Bildern 1 und 24 auftritt. Diese Bildpräzession, die in der US-PS 42 31 642 ausführlich beschrieben ist, gewährleistet, daß bei der Wiedergabe einer Bildszene die optische Achse der ursprünglichen Aufnahmekamera immer im rechten Winkel zu der Geraden verläuft, die vom geometrischen Ort des Austrittsschlitzes im Projektor bestimmt wird. Diese Zuordnung ist in Fig. 3 gezeigt, die eine Draufsicht der grundsätzlichen Geometrie des Projektionssystems darstellt. Der Abtastprojektor P bewegt sich auf einem Abtastkreis 50 mit dem Radius r. Mit dem Radius 3 r verläuft der segmentierte, waagerecht reflektierende und vertikal streuende Bildschirm 12, der ausführlich in der US-PS 42 31 642 beschrieben ist. Fig. 3 zeigt drei der Bildschirmelemente bei a, b und c. Jedes dieser Segmente liegt rechtwinklig zu einer Linie zum Punkt O auf der Schlitz-Abtastlinie 14. Die Präzession erfolgt so, daß die optische Achse der Aufnahmekamera unabhängig von der Lage des Punktes P auf dem Abtastkreis 50 entlang PQ projiziert wird. Die Linie PQb wird auf den Austrittsschlitz S in einer Linie bS reflektiert, die rechtwinklig zur Abtastlinie 14 verläuft. Die Präzession der 24 Bilder in der CCD-Lichtventil-Anordnung 2 bezüglich des Kreisbogens der 24 Spiegel auf dem Konus des Teils 41 bewirkt, daß die in Fig. 3 gezeigte Geometrie sich in jedem Abtastzyklus automatisch wiederholt.

Ein alternativ einzusetzender Bildschirm 12 a ohne die Segmente gemäß Fig. 3, aber mit konstantem vertikalem Querschnitt, dem Krümmungsmittelpunkt im Punkt O und einem Radius, der größer ist als der doppelte Radius r des Projektorabtastkreises 50 (beispielsweise 4 r als guter Kompromiß) ist in der Draufsicht in Fig. 3A gezeigt. Dieser Bildschirm 12 a hat die gleichen Eigenschaften wie der im Zusammenhang mit Fig. 5 der US-PS 40 89 597 beschriebene Bildschirm.

Eine Linsenkorrektur zur Projektion auf stark gekrümmte konkave Bildschirme ist ausführlich in der US-PS 32 92 491 beschrieben.

Die Leitungen für die Takt- und Videosignale und die Betriebsspannung für die CCDLCLV-Anordnung 2 (Fig. 1 und Fig. 2A) sind durch ein Loch in der Abschlußfläche 29 des Gehäuses des Abtasters 5 und ein Loch im Winkel 39 eingeführt. Das Loch in der Abschlußfläche 29 dient auch als Einlaß für die Lampenschnur.

Die Abmessungen der Komponenten des FS-Projektors lassen sich aus bestimmten Annahmen sowie den Geometrie-Zeichnungen ableiten. Fig. 4 zeigt als Draufsicht die Projektionsgeometrie der Vorrichtung. Es sei angenommen, daß der nächstliegende Raumpunkt, auf den beide Augen eines Beobachters (E _L und E _R) fokussiert werden können, der Punkt Q auf dem Abtastkreis 50 ist. Der Punkt Q liegt in einer Entfernung D zu den Augen des Beobachters. Mit einem üblichen 53-cm-FS-Bildschirm als Bezugsformat ist das Fenster mn 427 mm breit, d. h. r=213,4 mm in Fig. 4. Aus den ähnlichen Dreiecken folgt 2R/x =D/2,5=0,4D; es gilt jedoch 2R/x =N =Anzahl der Bilder im Abtastfenster mn. Es ist also N =0,4D; empirische Daten ergeben jedoch N =min. 0,2D. Für einen Betrachtungsabstand von 3,05 m wird N =24 und x =17,8 mm erhalten. Fig. 5 zeigt, wie Normalen auf den vertikalen Bildschirmsegmenten 51, 51′ durch den Bezugspunkt O verlaufen. Der Bildschirm 12 liegt jedoch konzentrisch zum Punkt C. Das Fenster mn ist vor dem Abtastkreis 50 gezeigt. Um die maximal erlaubte Breite der Bildschirmsegmente 51 oder 51′ zu bestimmen, wird von der Bedingung ausgegangen, daß alle von einem gegebenen Punkt auf der Abtastbahn ausgehend und auf den Bildschirm fallenden Strahlen innerhalb der Schlitzbreite x liegen müssen. Dann läßt sich aus Fig. 5 ableiten, daß maximal w =x/2=8,9 mm ist. Der Bildschirm 12 enthält minimal 226 Elemente. Die Bildschirmelemente 51 oder 51′ lassen sich für eine vertikale Streuwirkung aus waagerecht gebürstetem nichtrostendem Stahl oder mit einer anderen plastischen Oberfläche herstellen, wie aus den US-PS'n 42 31 642 und 40 89 597 hervorgeht.

Die optische Abtastung nebeneinanderliegender Bilder und ihre Verkämmung zur Ausbildung des stereoskopischen Szeneneindrucks sind ausführlich in der US-PS 40 89 597 beschrieben. Die elektronische Abtastung der Bilder kann jedoch im Auge unerwünschte Nebeneffekte erzeugen, falls sie nicht einwandfrei erfolgt. Die Filmbilder präsentieren zur Abtastzeit sämtliche Bildelemente gleichzeitig und parallel zueinander; FS-Bilder werden jedoch bildelementeweise übertragen. Der Grund für die Wahl der CCDLCLV-Anordnung 2 als Modulator beim vorliegenden Verfahren liegt darin, daß eine solche Anordnung ein Feld speichert und dann das gesamte Feld parallel überträgt, so daß das Bild insgesamt abklingt. Beim vorliegenden Verfahren können beim Betrachten des Bildes während der Abtastung und des Abklingens unerwünschte (Umfalt-)Effekte auftreten, da, was der Betrachter sieht, im Zusammenhang steht mit dem, was auf dem Bildschirm während der Intervalle zwischen den optischen Abtastungen vorliegt. Da die Abtastrate eine Umdrehung pro 1/30 sec beträgt, werden 120° (d. h. der Bogen mit 24 Bildern) in 1/90 sec überstrichen, entsprechend einer Abtastrate von einem Vollbild in 1/2160 sec bzw. 463 µs. Da die Zeilenperiode 63,5 µs beträgt, lassen sich in einem herkömmlichen FS-Projektor nur etwa sieben Zeilen elektronisch abtasten, während der optische Abtaster ein vollständiges Bild eines 24-Bild-Feldes überstreicht. Um die Probleme eines ungleichmäßigen Bildabklingens und einer nur teilweisen Abtastung zu umgehen, wird gemäß dem Verfahren ein komplettes Bildfeld gespeichert und danach parallel auf das Wiedergabefeld übertragen. Hierzu muß der optische Abtaster mit dem FS-Synchronsignal synchron laufen. Der gewählte Synchronmotor findet hier den Vorzug gegenüber einem geregelten Gleichstrommotor, da er ruhiger arbeitet.

Eine beliebige Anzahl von Abtastfacetten ist einsetzbar, das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen eines FS- Halbbildes sollte jedoch 1/60 sec betragen. Eine Facette erfordert eine Rotorabtastgeschwindigkeit von 3600 U/min, zwei Facetten eine solche von 1800 U/min. Die Abtastgeschwindigkeit nimmt mit zunehmender Facettenzahl ab, aber die Anordnung wird komplizierter und im Aufbau teurer. Ein praktischer Kompromiß für das Heim-Fernsehen wäre ein System mit zwei Facetten.

In der Bildaustastlücke liegen beim kommerziellen Fernsehen 21 Zeilen entsprechend 1334 µs. Die Abtastperiode von 463 µs pro Halbbild des optischen Abtasters paßt bequem in diese Austastlücke. Fig. 6 zeigt die zeitliche Zuordnung des FS-Videosignals, des Intervalls, in dem die CCD-Anordnung ein Parallelfeld auf die Flüssigkristallwiedergabeanordnung übertragen kann, und dasjenige Intervall, in dem die Information gemäß dem vorliegenden Verfahren abgetastet werden kann. Während des Video-Halbbildintervalls wird die CCD-Anordnung mit dem gesamten Halbbild geladen. Am Ende des Video-Halbbildintervalls übergibt die CCD-Anordnung 2 innerhalb eines Zeitraums von 50 bis 500 µs das gesamte Halbbild an die Flüssigkristall- Lichtventilanordnung (LCLV). Ein Schutzintervall von 100 µs nach dem Ladevorgang dient als Ausgleich für etwaige Synchronisierungsprobleme mit dem optischen Abtaster. Eigentlich kann der optische Abtaster die LCLV-Anordnung jederzeit nach Abschluß einer Übergabe vom CCD-Speicher und vor dem nächsten Übergabevorgang abtasten; die Abtastung soll aber so bald nach der Übergabe wie möglich erfolgen, damit ein kontrastreiches Bild erhalten wird. Die natürliche Abklingzeit der Flüssigkristallanordnung führt dazu, daß das gesamte Bild einheitlich allmählich verschwindet.

Das vorliegende Verfahren basiert auf der waagerechten Parallaxe, die durch eine Relativbewegung (links- oder rechtsgerichtet) zwischen der Kamera und einer Szene verursacht wird. Bewegt der Betrachter sich bezüglich der räumlichen Bilder der Vorrichtung in seitlicher Richtung, sieht er ebenso sozusagen um die Bilder herum wie bei realen Gegenständen in einer wirklichen Szene. Das Film-3D-System der US-PS 42 31 642 war für eine Relativbewegung in der Waagerechten ausgelegt. Es war daher schwierig, sowohl eine Links- als auch eine Rechtsbewegung des gleichen Betrachters aufzunehmen. Eine präzise waagerechte Bewegung ist jedoch nicht erforderlich, sondern es muß eine waagerechte Bewegungskomponente vorliegen, um die erforderliche Parallaxe zu erzeugen. Der Betrachter benötigt keinerlei Hilfsmittel vor seinen Augen und die automatische Anpassung läßt sich an sowohl links- als auch rechtsgerichtete Komponenten der waagerechten Relativbewegung zwischen Kamera und Szene leicht erreichen. Hierzu enthält die Systemlogik Fühlergruppen, die die Bewegungsrichtung erfassen. Fig. 8 zeigt fünf derartige Fühlergruppen innerhalb eines FS-Bildes. Fig. 7 zeigt die Einzelheiten. CS ist der Mittenfühler. Um einige Bildelemente rechts und links von CS liegen die Rechts- und Linksfühler SR (1-5) bzw. SL (1-5). Alle Rechts- und Linksfühler suchen in einem kurzen abgetasteten Videosignalintervall ( Δ t) nach einer übereinstimmenden Signalfolge, die CS einen Sekundenbruchteile vorher erfaßt hat. Liegt Übereinstimmung vor, "kennt" das System die Richtung der Relativbewegung zwischen Kameras und Szene und kann vorprogrammierte Schaltfolgebefehle erzeugen, mit denen die Schieberichtung der Bilder über den Kreisbogen des CCDLCLV-Feldes von links nach rechts oder umgekehrt bestimmt wird. Der Grund für das Vorhandensein von SL 1 bis SL 5 sowie SR 1 bis SR 5 in Fig. 7 anstelle von nur SL 3 und SR 3 auf der CS enthaltenden Linie ist, daß zusätzlich zur Horizontalkomponente auch die Vertikalkomponente der Bewegung mit einer gewissen Flexibilität erfaßt werden muß. Mit einer solchen Anordnung kann die Szene seitlich überall zwischen Diagonalwinkeln von ±45° zum Horizont über den FS-Bildschirm wandern, läßt sich aber dennoch auf ihre Links- oder Rechtskomponente einwandfrei auswerten.

Die CCDLCLV-Anordnung, die ausführlich in der US-PS 42 27 201 beschrieben ist, läßt sich in zwei grundsätzliche Systemteile unterteilen - den CCD-Teil und den LCLV-Teil. Im CCD-Teil, der grundsätzlich in der US-PS 36 54 499 beschrieben ist, wird ein serielles FS-Signal zu einer parallelen flächigen Bildanordnung umgewandelt, die aus Ladungen auf der Bildfläche proportional zur FS-Bildszene innerhalb des jeweiligen Fernsehbildes besteht. Die US-PS'n 37 63 480 und 38 66 208 beschreiben eine Einrichtung, um die oben erwähnten Flächenladungen der Bildfläche zu erzeugen, die dann zur Übergabe an den LCLV-Teil verfügbar sind. Der LCLV-Teil des Bildschirms geht aus den US-PS'n 38 24 002 sowie 40 19 807 hervor. Die dort beschriebenen Photoleiter und die Bildeingabe unter externer Beleuchtung sind hier durch die CCD-Anordnung ersetzt.

Eine Flüssigkristall-Bildwiedergabematrix läßt sich auch mit Farbwiedergabe ausführen, wie die US-PS 40 06 968 beschreibt.

Die 3D-Bildwiedergabevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens arbeitet auch einwandfrei, wenn die steuernde Bildfläche des Lichtmodulators ein Abklingen nicht erlaubt, sondern bei der Wiedergabe ein gesamtes Halb- bzw. Vollbild aus einer einzigen Szenenperspektive während der optischen Abtastung beibehält. Eine solche Anordnung ist in der US-PS 35 20 589 beschrieben und ihre Verwendung beim vorliegenden Verfahren wäre kostenungünstig und würde sowohl das Volumen als auch das Gewicht und die Leistungsaufnahme gegenüber einer CCDLCLV-Anordnung erheblich erhöhen.

Es gibt auch andere Festkörper- und Röhren-Bildflächen, um bildmoduliertes Licht unter Verwendung reflektierender oder transmittierender Anordnungen zu erzeugen. Das vorliegende Verfahren ist auf ein Flüssigkristallmaterial als ein derartiges Mittel gerichtet.

Die Speicherung von N aufeinanderfolgenden FS-Bildern und die Verschiebung der aufeinanderfolgenden FS-Bilder läßt sich mit einem nur aus statischen RAM-Bausteinen bestehenden Speicher erreichen. Andere Speicherarten lassen sich ebenfalls wählen; derzeit bieten aber RAM-Speicherbausteine den schnellsten mit der FS-Bildwiedergabe verträglichen Zugriff. Um ein einfarbiges FS-Bild einwandfrei zu digitalisieren, sind pro Bildelement mindestens 8 Bits erforderlich, wenn die erforderliche Grauabstufung erreicht werden soll. Ein FS-Vollbild mit 0,25 Millionen Bildelementen erfordert daher 2 Megabits Speicherraum pro Vollbild bzw. 1 Megabit pro Halbbild. Da das Verfahren 24 Vollbilder für das 53-cm-Format verlangt, müßten 48 Megabits Speicherraum vorgesehen werden; bei der Farbwiedergabe verdreifacht sich dieser Wert. Die folgende Beschreibung diskutiert eine einfarbige Wiedergabe, da bei einer Farbwiedergabe der Speicheraufwand sich direkt verdreifacht; die Zeichnung läßt sich dadurch übersichtlicher halten. Die Tabelle 1 gibt die Bedeutung der Symbole in den Fig. 9, 10 und in der Tabelle 2 an. In der Fig. 9 enthält jeder RAM-Speicher (beispielsweise M) ein FS-Halbbild. Das FS-Signal wird nach herkömmlichen und bekannten Verfahren zu den Synchron-, NF- und Videoanteilen aufgeteilt. Das Synchronsignal liefert die Bezugszeitsteuerung für die Ansteuerung der Schalter, die Speicheradressierung, die Schreib- und Lesebefehle für die Speicher und das Bezugssignal für die Motorregelung des optischen Abtasters. Die Speicherverzögerungen werden durch eingebaute Verzögerungsintervalle aufgenommen. Die zu 8-Bit-Wörtern digitalisierten Videosignale werden auf die ungerade oder gerade Speicherkette geschaltet, abhängig von der FS-Wellenform- Zeitsteuerung. Die den Speichern durch Lesebefehle entnommenen sequentiellen Videosignale werden wieder analogisiert und dann in der entsprechenden Ungerade/Gerade-Folge in den CCD-Teil der CCDLCLV-Wiedergabefelder D₁ bis D _N mit Schaltern durchgeschaltet, die die Zeitsteuerlogik betätigt. Die Zeitsteuerlogik liefert auch den seriellen und den Parallelübergabetakt für den CCDLCLV-Betrieb jeder der 24 Wiedergabeanordnungen entsprechend den oben angegebenen US-Patentschriften.

Legende für die Fig. 9 und 10 und die Tabelle 2
M
=Speicherbaustein mit wahlfreiem Zugriff (RAM)
M₁_o	=Speicherinhalt für das Halbbild-1 (ungerade)
M _1e	=Speicherinhalt für das Halbbild-1 (gerade)
R	=Schreibsignal
W	=Lesesignal
F	=Halbbild; es liegen zwei Halbbilder pro Vollbild des FS-Signals vor
F₁_o	=Halbbild-1 (ungerade)
F _1e	=Halbbild-1 (gerade)
D _N	=Zahl des N-ten CCDLCLV-Ziels auf der Bildmatrix
R/W	=Schreib/Lese-Ansteuerung der Speicher
A	=Adresse
C	=Steuerleitung
D/A	=Digital/Analog-Wandler
sw	=Schalter
CCDLCLV	=ladungsgekoppelter Speicher und Flüssigkristall-Lichtventil
e	=gradzahlig
o	=ungradzahlig

Tabelle 2

Schaltschrittfolge der Speicher in Fig. 9 für die ersten vier FS-Halbbilder

Die ungeradzahligen Speicher werden beschrieben, während die gradzahligen ausgelesen werden; die gradzahligen Speicher werden beschrieben, während die ungradzahligen ausgelesen werden. Der elektronische Videowahlschalter kann die Bildwiedergabeanordnungen von links oder von rechts her laden, und zwar abhängig von der Richtung der Bildbewegung, wie sie der Bildrichtungsfühler der Fig. 7 und 8 erfaßt hat.

Zur übersichtlicheren Darstellung zeigt die Fig. 9 nur vier der vorgeschlagenen 24 Stufen.

Die Tabelle 2 zeigt die Funktionsschrittfolge der Speicheranordnung der Fig. 9 nur für die ersten vier FS-Halbbilder; sie sind repräsentativ für alle anderen.

Die Fig. 10 zeigt die Zeitsteuersequenz zum Laden der CCDLCLV- Matrizen für die ersten fünf FS-Vollbilder und für 8 der 24 Matrix-Bildwiedergabeanordnungen.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zur Speicherung der 24 Bilder anstelle des oben beschriebenen Festkörperspeichers eine Magnetplatte verwendet. Eine entsprechende Anordnung ist in Fig. 11 gezeigt. Das normale 2 : 1-Zeilensprungverfahren arbeitet mit 60 Halbbildern (30 Vollbildern) pro Sekunde, so daß die Magnetplatte normalerweise auf 3600 U/min bzw. 1800 U/min eingestellt wird. Bei dieser Plattendrehzahl kann pro Plattenumdrehung ein Halb- oder ein Vollbild gespeichert werden. Die beiden üblichsten Verfahren zum Antrieb der Platte verlangen einen Synchron- oder einen geregelten GS-Motor. Im gegebenen Fall wird ein Synchronmotor bevorzugt, da er ruhiger arbeitet. Der Synchronmotor erlaubt, die Platte mit dem FS-Signal so zu synchronisieren, daß die CCDLCLV-Ladezeit an das Ende eines Halbbild- Schreibintervalls fällt. Aus diesem Grund werden sowohl die Platte als auch der optische Abtaster mit dem gleichen Synchronmotor angetrieben.

Die grundlegende Speichereigenschaft eines Plattenspeichers ergibt sich aus der magnetischen Remanenz der Plattenbeschichtung. Die auf der Platte aufgezeichneten Datenmuster werden durch Felder erzeugt, die der Schreibkopf aufbaut, wenn Strom durch seine Wicklung fließt. Bei der Wiedergabe streichen die Magnetisierungswechsel dieses Datenmusters am Lesekopf vorbei, wobei ein Teil des Magnetflusses den mit niedrigem magnetischem Widerstand ausgeführten Flußweg des Lesekopfes schneidet, so daß über der Kopfwicklung eine Spannung entsteht, die den eingeschriebenen Daten proportional ist.

Fig. 11 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm des Plattenaufzeichnungs- und -wiedergabesystems. Nur vier der N Schreibköpfe 61 und ihre entsprechenden Leseköpfe 62 sowie Wiedergabebilder 2 sind dargestellt. Eine Untersuchung der Zeitsteuerung für die Platte auf der Grundlage von zwei FS-Halbbildern oder einem FS-Vollbild pro Plattenspur zeigt, daß bei Verwendung eines einzigen Schreib/Lese-Kopfes ein Konflikt auftritt, nicht jedoch, wenn für jede der erforderlichen 24 Spuren ein Schreib- und ein Lesekopf separat um 180° versetzt auf der Platte vorgesehen wird. Es kann daher ein ungeradzahliges Halbbild geschrieben werden, während ein gradzahliges Feld ausgelesen wird, und umgekehrt. In der Fig. 11 empfängt eine normale FS-Antenne 60 ein normales FS-Rundfunksignal. Ein herkömmlicher FS-Empfänger mit HF- und ZF-Teil, Videoverstärker, Synchronabtrennstufe und Tondiskriminator liefert getrennt das Video-, das Synchron- und das NF-Signal. Das Videosignal geht an den Richtungsfühler (vergl. Fig. 7 und 8 und den zugehörigen Text), das Synchronsignal bestimmt die Zeitsteuerung für die CCDLCLV-Anordnung und für den Synchronmotor 3, während das NF-Signal einen herkömmlichen Lautsprecher ansteuert. Das Schaltsignal für die Links/Rechts- oder Rechts/Links-Bildverschiebung über das 24-Bild-CCDLCLV-Feld geht auf den elektronischen Videofolgeschalter, wo eine vorprogrammierte Videoschaltfolge bestimmt, welches Bild aus der Serie von 24 Bildern auf welchen der 24 Bildmodulatoren geschaltet wird. Die Magnetplatte 63 enthält einen Steuerspurkopf 64 zur Rückkopplung der Geschwindigkeit des Synchronmotors 3. Das FS-Synchronsignal dient dabei als Bezugssignal für die Motorgeschwindigkeitsregelung und steuert weiterhin die Zeitsteuerstufen an, die die Taktsignale für das CCDLCLV-Feld 2 liefern. Die Magnetplatte 63 und der optische Abtaster 5 sind miteinander verbunden dargestellt und werden vom Synchronmotor 3 gemeinsam angetrieben. Der optische Abtaster 5, der in den Fig. 1, 2A und 2B genauer dargestellt ist, ist zur übersichtlicheren Darstellung vereinfacht gezeigt.

Die aufeinanderfolgenden FS-Bilder werden in die Spuren der Magnetplatte entsprechend der in der Tabelle 3 angegebenen Numerierung eingeschrieben, während die Tabelle 4 die Reihenfolge der Spuren angibt, aus denen die gespeicherten Signale in die N Wiedergabeeinheiten übertragen werden.

Entsprechend einer Magnetplatte kann ein Magnetband zusammen mit mindestens einem einzelnen Aufnahmekopf und N Leseköpfen sowie einer geeigneten Steuerlogik als Speichermedium für N Bilder und zur Ansteuerung von mehreren Bildwiedergabeanordnungen vorgesehen werden, um eine 3-dimensionale FS-Bildwiedergabe zu erreichen.

Die Forderung nach einer seitlichen Relativbewegung zwischen der Kamera und der Szene kann entfallen, wenn eine größere Übertragungsbandbreite zugelassen wird. Eine Übertragung von 24 Kanälen gleichzeitig aus 24 ortsfesten FS-Kameras würde die Notwendigkeit dieser Relativbewegung eliminieren. Alternativ können drei Kanäle, beispielsweise das erste, das zwölfte und das vierundzwanzigste Bild, übertragen und mit einer Echtzeit-Computergraphik die Zwischenbilder (im Empfänger) synthetisiert werden, die nicht ebenfalls übertragen wurden. Diese beiden Verfahren erlauben eine lippensynchrone dreidimensionale Wiedergabe von bezüglich der FS-Kamera stationären Szenen, aber auf Kosten einer größeren Übertragungsbandbreite.

Claims

1. Verfahren zur stereoskopischen Wiedergabe normaler FS-Signale, bei dem eine seitliche Relativbewegung zwischen der FS-Kamera und der Szene erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl aufeinanderfolgender FS-Voll- oder Halbbilder auf einem Bildgruppenfeld gesammelt, das Bildgruppenfeld mit einem Abtastprojektor mit einer oder mehreren identischen Facetten abgetastet, mit jeweils einem Bild der Bildgruppe ein gesamtes FS-Halb- oder Vollbild während des Abtastens durch jeweils eine Facette des Abtastprojektors gespeichert, jedes Bild der Bildgruppe innerhalb des Intervalls zwischen den Abtastungen durch nebeneinanderliegende Facetten des Abtastprojektors zum folgenden der aufeinanderfolgenden FS-Halb- oder Vollbilder fortgeschaltet sowie die Bildgruppe nacheinander auf einen halbspiegelnden Bildschirm projiziert wird, wobei während des Projizierens der Abtastprojektor sich an aufeinanderfolgenden Punkten entlang des Bogens eines Projektionskreises befindet und der Bildschirm einen größeren Radius als der Projektionskreis hat, daß vom Bildschirm das Licht vertikal gestreut und horizontal reflektiert und das vom Bildschirm kommende reflektierte und gestreute Licht auf einer Linie zum Schneiden gebracht wird, die im wesentlichen tangential zum Projektionskreis verläuft, und daß für ein Bewegen des Schnittlichtes entlang der Linie gesorgt und das Abtastprojektorintervall zwischen den Abtastungen durch nebeneinanderliegende Facetten so gewählt wird, daß es innerhalb des Abklingintervalls des Gesichtssinns des Betrachters liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der seitlichen Relativbewegung zwischen Kamera und Szene ermittelt wird, um eine richtige Halb- oder Vollbildfolge auf das Bildgruppenfeld zu legen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, mit einer FS-Antenne, einem FS-Empfänger und einem FS-Bildschirm, wobei die stereoskopischen FS-Bilder für Betrachter sichtbar darstellbar sind, die sich vor einem FS-Bildschirm befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem FS-Empfänger gelieferten Videosignale in einem für mehrere Vollbilder ausgelegten Speicher speicherbar sind, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein Synchronsignal zur Zeitsteuerung eines Synchronmotors (3), der an einen eine oder mehrere identische Facetten aufweisenden Abtastprojektor (5) angeschlossen ist, sowie zur Zeitsteuerung eines Bildgruppenfeldes aufnimmt, und daß ein Bildrichtungsfühler, der eine stereoskopische Szene festhält, eine feste Projektionslampe (4), die das Bildgruppenfeld sequentiell durch auf jeder Facette des Abtastprojektors (5) angeordnete Optiken beleuchtet, Mittel, die jede Änderung der Eigenschaften der Bildelemente innerhalb des Bildgruppenfeldes erfassen, sowie eine Einrichtung vorgesehen sind, die die Bildgruppen des Feldes auf eine Projektionsoptik richtet, die auf dem Abtastprojektor (5) angeordnet ist, und daß der stationäre Bildschirm (12) halbspiegelnd ist, die projizierten Bilder aufnimmt und das einfallende Projektionslicht auf einen sich in Querrichtung bewegenden Austrittsschlitz (13) wirft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die das Bildgruppenfeld auf eine Projektionsoptik lenkt, eine Anordnung (9) von Dachspiegeln ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildschirm (12) konkav ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen der Änderungen der Eigenschaften der Bildelemente ein Lichtpolarisator (8) und ein Lichtanalysator (10) sind.