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Vorrichtung zur Erzeugung und Darstellung
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dreidimensionaler Bilder Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Erzeugung und Darstellung dreidimensionaler Bilder mit einer ersten Einrichtung
zur Erzeugung zweier unter unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommener Bilder in
einer gemeinsamen
Bildebene und einer zwei optische Kanäle aufweisenden
zweiten Einrichtung zum Trennen und Verteilen der Bilder auf diese optischen Kanäle.
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Bekannte Vorrichtungen dieser Art arbeiten entweder nach dem Anaglyphenverfahren
oder nach dem Polarisationsverfahren. Beim Anaglyphenverfahren werden die beiden
Bilder in jeweils einer von zwei Komplementärfarben dargestellt, insbesondere in
rot und grün, und dann mittels einer entsprechende Filter enthaltenden Anaglyphenbrille
betrachtet. Das auf diese Weise erhaltene, dreidimensionale Bild ist einfarbig,
gewöhnlich schwarz-weiß. Beim Polarisationsverfahren werden die beiden Bilder mit
Licht erzeugt, das in zwei zueinander senkrechten Richtungen polarisiert ist, und
es besteht die zweite Einrichtung aus einer Polarisationsbrille, die für jedes Auge
einen von zwei Polarisatoren enthält, die ebenfalls senkrecht zueinander stehende
Polarisationsrichtungen aufweisen. Dieses Verfahren erlaubt auch die Darstellung
dreidimensionaler Farbbilder.
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Das Anaglyphenverfahren läßt sich sowohl zur Bilddarstellung mittels
kinematographischer Verfahren als auch mittels Fernsehverfahren anwenden. Allerdings
wird ein Farbfernsehverfahren benötigt, da zwei Komplementärfarben darzustellen
sind. Es wird jedoch dabei als störend empfunden, daß die Bilder durch Farbfilter
zu betrachten sind und sowohl die Qualität der dreidimensionalen Bilddarstellung
als auch der Farbton des Bildes von dem Farbsehvermögen des Betrachters abhängt.
Daher ist dieses
Verfahren allenfalls fiir Unterhaltungszwecke geeignet
und hat auch da noch den Mangel, daß nur die Darstellung einfarbiger Bilder möglich
ist.
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Auch das bekannte Polarisationsverfahren ist nicht befriedigend. Bei
der Projektion von Bildern in die Projektionsebene ist es erforderlich, das proåizierte
Licht zu polarisieren. Die Polarisation erleidet jedoch bei der Reflexion an einer
Leinwand oder sonstigen Projektionsfläche Störungen, so daß die einwandfreie Trennung
der beiden Bilder durch die Polarisationsbrille nicht mehr gewährleistet ist. Daher
kommt es nur zu einem unvollkommenen, dreidimensionalen Eindruck. Mir die Fernseh-Wiedergabe
ist die Verwendung zweier Fernsehempfänger erforderlich, deren Bilder mittels eines
teildurchlässigen Spiegels vereinigt werden. Dabei ist vor die Bildschirme der beiden
Fernsehempfänger jeweils ein Polarisator vorgesetzt. Eine solche Vorrichtung erlaubt
zwar eine einwandfreie Darstellung dreidimensionaler Bilder, ist jedoch außerordentlich
aufwendig.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine einwandfreie Darstellung
dreidimensionaler Farbbilder ermöglicht, ohne daß bei kinematographischer Darstellung
Schwierigkeiten durch eine mangelnde Polarisation auftreten oder aber bei Verwendung
von Fernseheinrichtungen zwei Empfänger benötigt wü rden.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die erste
Einrichtung die beiden Bilder abwechselnd erzeugt und die zweite Einrichtung in
den Kanälen elektro-optische Ventile enthält und Schalteinrichtungen aufweist, welche
die Kanäle synchron zu der abwechselnden Darstellung der beiden Bilder sperren bzw.
freigeben.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
daß keine Filter irgendwelcher Art benutst werden müssen, um gleichzeitig vorhandene
Bilder zu trennen, sondern daß durch die Erzeugung von im zeitlichen Wechsel auftretende
Bilder auch deren zeitliche Trennung möglich ist und zur zeitlichen Trennung der
Bilder geeignete Ventile oder Verschlüsse zur Verfügung stehen, die den Bildinhalt
völlig unbeeinflußt lassen, und zwar unabhängig davon,nob es sich um Schwarz-Weiß-Bilder
oder Farbbilder handelt. Daher führt die erfindungsgemäßeVorrichtung zu keinerlei
Informationsverlust oder zu einer sonstigen Verschlechterung der Bildqualität, so
daß die erzeugten Bilder vollkommen natürlich wirken und von jedermann in der Weise
dreidimensional erfaßt werden können, wie er auch beimnormalen Sehen zum Erfassen
der dritten Dimension in der Lage ist.
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Demgemäß sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor,
daß die elektro-optischen Ventile von abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen
Schichten gebildet werden. Es wäre aber auch denkbar, daß die elektro-optischen
Ventile jeweils einen Polarisator mit fester Ausrichtung und einem Polarisator mit
umschaltbarer Ausrichtung aufweisen, derart, daß der umschaltbare
Polarisator
in einem gemeinsamen Abschnitt beider Kanäle vor der Bildebene angeordnet ist und
sich die festen Polarisatoren in den getrennten Abschnitten der beiden Kanäle mit
zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen befinden.
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Die erstgenannte Ausführungsform, bei der abwechselnd durchsichtige
und undurchsichtige Schichten verwendet werden, läßt sich in Verbindung mit allen
bekannten Einrichtungen zur Bilderzeugung anwenden. Beispielsweise könnten in einem
kinematographischen Film die den beiden Blickrichtungen zugeordneten Bilder abwechselnd
aufeinanderfolgen. Der Betrachter brauchte dann nur eine Brille zu tragen, welche
die abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen Schichten aufweist. Die Variante
unter Verwendung von Polarisatoren ist eher fiir Fernseh-Ein richtungen geeignet,
weil hier das aus der Bildröhre austretende Licht polarisiert werden kann, so daß
dann keine Verminderung der Bildqualität durch Störungen des Polarisationszustandes
eintreten kann. Der Vorteil der Verwendung von Polarisatoren bei Fernseh-Einrichtungen
besteht darin, daß dann der Betrachter eine Brille mit festen Polarisatoren tragen
kann, weil die Umschaltung der Polarisationsrichtung am Fernsehgerät selbst erfolgt.
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Die abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen Schichten bzw.
der Polarisator mit umschaltbarer Ausrichtung können besonders zweckmäßig von einer
elektrisch gesteuerten ltjssigkristallschicht gebildet werden.
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Wie bereits erwähnt, können die abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen
Schichten Bestandteil einer Brille sein, welche dann auch die dazugehörige elektronische
Steuerung aufnehmen muß. Eine solche elektronische Steuerung ist nicht kompliziert,
da lediglich ein einfaches Umschaltsignal erzeugt werden muß. Zur Synchronisierung
dieses Umschaltsignals zum zeitlichen Wechsel der aufeinanderfolgenden Bilder ist
eine Verbindung der elektronischen Steuerung mit derEinrichtun: zur Bilderzeugung
erforderlich. Diese Synchronisation kann iiber eine mit der Einrichtung zur Bilderzeugung
ve:?-bundenen Leitung, aber auch drahtlos erfolgen. Mit besonderem Vorteil kann
die elektronische Steuerung eine Einrichtung zum Empfang drahtloser Synchronisationssignale
im Bereich des IR-Spektrums aufweisen. Die Anwendung von IR-Signalen hat sich bei
Fernsteuerungen fiir Fernsehgeräte und dgl. bestens bewährt und ist auch zur Übertragung
von Synchronisationssignalen bei einer Vorrichtung nach der Erfindung bestens geeignet.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die abwechselnde
Erzeugung der beiden unterschiedlichen Bilder nicht mehr die Verwendung zweier Kameras
erfordelich macht, deren Objektive in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet
sind, insbesondere dem Augenabstand des Menschen, sondern daß es genügt, eine Kamera
mit einem Doppelobjektiv zu versehen, in dessen parallele Lichtwege je ein elektro-optisches
Ventil angeordnet ist.
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Auch hier ist dann mit den Ventilen eine Steuereinrichtung verbunden,
die das abwechselnde Öffnen und Schließen
der Ventile bewirkt.
Insbesondere bei Kameras können die Ventile jeweils auch von einer Kerr-Zelle gebildet
werden.
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Das abwechselnde Schalten der elektro-optischen Ventile einer solchen
Kamera muß notwendigerweise synchron zur Aufnahmesequenz der einzelnen Bilder erfolgen.
Dabei kann die Bildsequenz gegenüber der Bildsequenz normaler Kameras erhöht werden,
um trotz der abwechselnden Bildbetrachtung einen Flimmereffekt zu vermeiden. Bei
Anwendung der Erfindung bei Fernseh-Systemen wird sich die Synchronisation der elektro-optischen
Filter nach dem jeweiligen zur Bildaufnahme und -wiedergabe verwendeten Raster richten,
so daß abwechselnd vollständige Bilder oder dem Raster angepaßte und gegebenenfalls
auch noch untereinander zu vertauschende Xeilbilder dargestellt werden. Findet ein
Fernsehsystem mit Halbbild-Darstellung statt, können die beiden unterschiedlichen
Bilder jeweils einem Halbbild zugeordnet sein. Diese Maßnahme hat den besonderen
Vorteil, daß die Bildtrennung durch die Nachleuchtdauer des Bildröhren-Phosphors
nicht gestört wird. Die Synchronisationssignale zum Umschalten der elektro-optischen
Filter in den Betrachtungskanälen könnten dann jeweils während der Dauer des Halbbild-Rückeprunges
übertragen werden. Das normale Bernsehsignal enthält ausreichend Synchronisationssignale,
die zu diesem Zweck verwendet werden könnten.
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Es versteht sich, daß eine Vorrichtung nach der Erfindung sowohl im
kinematographischen Bereich als auch im Fernsehbereich nicht nur zu: Unterhaltungszwecken
dienen kann, sondern auch vielerlei industrielle und wissenschaftliche Anwendungen
finden kann. Beispielsweise
wäre es bei der Übertragung von chirurgischen
Eingriffen zur Unterrichtung von Studenten ein bedeutender Gewinn, wenn das Operationsfeld
räumlich dargestellt werden kann, so daß die zu unterrichtenden Medizinstudenten
oder Mediziner die räumliche Verteilung der Organe und die beim Eingriff erforderlichen
Manipulationen genau erkennen können, ohne daß eine Anwesenheit am Operationstisch
notwendig ist. Weiterhin ist im medizinischen Bereich dann auch die dreidimensionale
Darstellung von Tomographie-Bildern möglich, die nach den verschiedensten Verfahren
gewonnen werden können, insbesondere nach Kernresonanz-, Röntgen- und Ultraschallverfahren.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich auch bei der Erzeugung
künstlicher, dreidimensionaler Darstellungen einsetzen. Wie bekannt, sind Computer
entwickelt worden, die eine perspektivische Darstellung von Bildern erzeugen, um
eine dritte Dimension vorzutäuschen. Statt dessen könnte ein solcher Computer so
programmiert werden, daß er zwei unterschiedliche Bilder erzeugt und nacheinander
auf dem Bildschirm wiedergibt, die eine echte dreidimensionale Betrachtung ermöglichen.
Hierdurch eröffnen sich neue Möglichkeiten bei der Darstellung von Diagrammen, aber
auch von Konstruktionen, architektonischen Anlagen usw..
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Weiterhin ermöglicht eine solche dreidimensionale Darstellung auch
eine Verbesserung bei der Beobachtung von zu iiberwachenden Räumen und Anlagen,
beispielsweise in unzugänglichen Bereichen von Industrieanlagen, wie Kernkraftwerken.
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Endlich könnte die erfindungsgemäße Einrichtung mit großem Erfolg
in Simulatoren eingesetzt werden, weil dadurch die Darstellung der simulierten Umgebung
noch realistischer wird und demgemiiß die unter der Verwendung von Simulatoren erzielbare
Ausbildung noch verbessert werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausftihrungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung Fig. 1 die Einrichtung zur Bilderzeugung und Fig. 2 die Einrichtung
zur Bildwiedergabe einer Vorrichtung nach der Erfindung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zur Bilderzeugung umfaßt eine
bleiche Farbfernsehkamera 1, die jedoch anstelle des sonst üblichen Objektivs ein
Doppelobåektiv 2 aufweist. Dieses Doppelobjektiv 2 umfaßt zwei im Augenabstand angeordnete,
zueinander parallele Eintrittsysteme 3 und 4 und ein Ausgangssystem 5, mit dem das
Doppelobjektiv mit dem üblichen Obåektivanschluß der Farbfernsehkamera 1 verbunden
ist. Zwischen den Eintrittsystemen 3 bzw. 4 und dem Ausgangssystem 5 befinden sich
Umlenkspiegel 6 und eine Prismenanordnung 7, die das in die Eintrittsysteme 3 und
4 einfallende Licht dem gemeinsamen Ausgangssystem 5 zuführen, von welchem das Licht
auf die fotoelektrischen Einrichtungen der Farbfernsehkamera 1 gerichtet wird. Ns
versteht sich, daß diese in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Einrichtung
mit allen
herkömmlichen Mitteln verwirklicht werden kann.
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Im Bereich der Eintrittssysteme 3 und 4 befindet sich jeweils ein
elektro-optisches Ventil 8 bzw. 9, insbesondere eine Flüssigkristallschicht mit
zu beiden Seiten angeordneten Steuerelektroden, die es ermöglichen, durch Anlegen
entsprechender Steuerspannungen diese Schicht in einen durchsichtigen oder undurchsichtigen
Zustand zu versetzen. Die Steuerspannungen werden den elektrooptischen Ventilen
8 und 9 über Leitungen 10 bzw. 11 von einer Steuerlogik 12 zugeführt, die ihrerseits
Synchronisationssignale über eine Leitung 13 von der Farbfernsehkamera 1 empfängt.
Dabei kann es sich insbesondere um die Synchronisationssignale handeln, welche ohnehin
von der Farbfernsehkamera erzeugt werden und zusammen mit dem eigentlichen Bildsignal
den Fernsehempfängern zugeführt werden, damit die Bildwiedergabe synchron zur Bildaufnahme
erfolgt. Wenn die Farbfernsehkamera zur Erzeugung von Halbbildern eingerichtet ist,
können die der Steuerlogik 12 zugeführten Synchronisationssignale die den Wechsel
zwischen zwei Halbbildern anzeigenden Signale sein, so daß die Steuerlogik 12 den
elektro-optischen Ventilen 8 und 9 Steuersignale zuführt, die bewirken, daß die
elektro-optischen Ventile 8 und 9 abwechselnd fiir jeweils die Dauer eines Halbbildes
geöffnet bzw. geschlossen sind. Demgemäß ist jeweils eines der beiden Halbbilder
dem Eintritt system 3 und das andere der beiden Halbbilder dem Eintrittsystem 4
zugeordnet, so daß bei der Darstellung jedes der beiden Halbbilder das eine der
beiden Bilder wiedergibt, die
fiir eine dreidimensionale Darstellung
bentigt werden.
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Diese Art der Synchronisation der elektro-optischen Ventile hat nicht
nur den Vorteil, daß ohnehin vorhandene Synchronisations- und Steuersignale ausgeniitzt
werden, sondern daß auch Beeinträchtigungen der Bildqualität durch die Nachleuchtdauer
des Bildröhren-Phosphors weitgehend vermieden werden.
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Die von der Farbfernsehkamera 1 gelieferten Videosignale werden dem
in Fig. 2 dargestellten Fernsehempfänger 21 zugefiihrt. Die Übertragung der Videosignale
von der Farbfernsehkamera 1 zum Fernsehempfänger 21 kann auf jede bekannte Weise
erfolgen, also insbesondere drahtlos mittels geeigneter Trägerwellen, wie bei den
allgemein gebräuchlichen Fernsehsystemen, aber auch unmittelbar iiber Kabel, wie
z.B. bei sogenannten closed loop Systemen, wie sie für industrielle Zwecke und Überwachungseinrichtungen
verwendet werden.
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Der Fernsehempfänger 21 weist eine Bildröhre 22 auf, auf deren Bildschirm
die von der Farbfernsehkamera 1 aufgenommenen Bilder wiedergegebenen werden, so
daß auf diesem Bildschirm Bilder erscheinen, die abwechselnd den vom rechten Eintrittssystem
3 und vom linken Eintrittssystem 4 der Farbfernsehkamera 1 erzeugten Bildern entsprechen.
Wie bereits erwähnt, findet ein Wechsel des Bildes nach jedem Halbbild statt, wenn
die Fernsehkamera 1 und demgemäß auch der Fernsehempfänger 21 nach dem Zeilensprungverfahren
arbeiten.
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Die beiden Kanäle der Empfangseinrichtung, denen die beiden unterschiedlichen
Bilder getrennt voneinander zugefiihrt werden miissen, werden bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel von den Durchblicksöffnungen 23 und 24 einer Brille 25 definiert.
In diesen Durchblicksöffnungen befinden sich ebenso wie in den Eintrittssystemen
3 und 4 des Doppelobjektivs 2 elektro-optische Ventile 28 bzw. 29, die ebenso wie
die elektro-optischen Ventile 8 und 9 in den Eintrittssystemen 3 und 4 von Bliissigkristall-Schichten
gebildet werden, die mit Elektroden versehen sind, so daß sie durch Anlegen entsprechender
Steuersignale abwechselnd in einen durchsichtigen und undurchsichtigen Zustand gebracht
werden können. Diese Steuersignale werden von einer mit der Brille 25 verbundenen
elektronischen Steuerung geliefert, die ein Flipflop 31 aufweist, an dessen komplementäre
Ausgänge die elektro-optischen Ventile 28, 29 angeschlossen sind, so daß sie abwechselnd
vom Flipflop 31 ein Signal empfangen, das sie in den geschlossenen Zustand bringt.
Der Zustand des Flipflops 31 wird synchron zum Wechsel der von der Bildröhre 22
dargestellten Bilder geändert. Zu diesem Zweck weist der Fernsehempfänger 22 einen
Infrarot sender 32 auf, der zum Bildwechsel synchrone Signale an einen Infrarotempfänger
33 der elektronischen Steuerung überträgt, dessen Ausgangssignal dem Flipflop 31
zugefbhrt wird und einen periodischen Wechsel des Zustandes des Flipflops bewirkt.
Demgemäß geben die elektro-optischen Ventile 28, 29 der Brille 25 abwechselnd den
Blick auf den Bildschirm der Bildröhre 22 frei, so daß die von der Bildröhre 22
im zeitlichen Wechsel dargestellten Bilder voneinander getrennt und den durch die
Durchblicksöffnungen 23, 24 der
Brille 25 definierten Kanalen im
zeitlichen Wechsel getrennt zugeführt werden, so daß sie zur Betrachtung durch einen
Beobachter zur Verfügung stehen, dessen Augen 26 in Fig. 2 angedeutet sind. Damit
empfängt der Beobachter in seinen beiden Augen abwechselnd unterschiedliche Bilder,
die ihm den Eindruck einer dreidimensionalen Szene vermitteln.
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Um zu gewährleisten, daß der Durchblick durch die Brille 25 nicht
vollständig gesperrt wird, wenn durch einen Synchronisationsfehler oder dgl. das
Flipflop 31 nicht in den dem System eigenen Rhythmus seinen Zustand ändert, ist
an das Flipflop 31 noch eine Schaltungsanordnung 34 zur Zeitüberwachung angeschlossen,
die einer Abschaltautomatik 35 ein Ausgangssignal zuS;ihrt, wenn das Blipflop 31
nicht in dem vorgesehenen Rhythmus seinen Zustand ändert. Die Abschaltautomatik
35 führt zwei Sperrgliedern 36, 37 Steuersignale zu, die verhindern, daß die das
Sperren der elektro-optischen Ventile 28, 29 bewirkenden Ausgangssignale des Flipflops
31 diesen elektro-optischen Ventilen zugeführt werden, so daß bei Fehlen entsprechender
Steuersignale beide elektro-optischen Ventile der Brille 25 offen sind und den Durchblick
gestatten.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausffihrungsbeispiel
beschränkt ist, sondern zahlreiche Abänderungen möglich sind, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen. Diese Abänderungen ergeben sich insbesondere aus der Anpassung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung an die unterschiedlichen Verwendungszwecke.
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Insbesondere braucht es sich bei einer solchen Vorrichtung berhaupt
nicht um ein Fernsehsystem zu handeln, sondern es kann ebenso gut eine. Vorrichtung
zur Aufnahme und Wiedergabe von Kinofilmen sein. Ebenso ist eine Vorrichtung denkbar,
bei welcher die darzustellenden Bilder von einem Computer kiinstlich erzeugt werden.
Dazu gehören neben Einrichtungen zur Erzeugung von dreidimensionalen Graphiken,
Konstruktionszeichnungen und dgl. auch die Erzeugung von dreidimensionalen Bildern
fiir Simulatoren, elektronische. Spielautomaten und dgl.. Weiterhin versteht es
sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder
mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines entsprechenden Stereotones kombiniert
sein kann.
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L e e r se i t e