專利名稱：對觀察者與立體可感知顯示的布置之間的觀察間距進行縮短或延長的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及立體顯示領域，特別是針對同時多個觀察者而無需輔助工具的立體可感知的顯示，即所謂的自動立體觀測的可視化。
背景技術(shù)：
長期以來，存在對上述技術(shù)領域的探討。該領域的先驅(qū)者是Frederic Ives，其在 文獻GB 190418672A中提出一種用于3D顯示的、帶有“線條屏(Linienschirm) ”的系統(tǒng)。此 夕卜，在Sam H. Kaplan 的文獻"Theory of parallax barriers，，, Journal of SMPTE Vol. 59, No 7，pp 11-21，July 1952中介紹了用于應用3D-顯示的障柵屏的基本知識。但長時間以來，自動立體觀測系統(tǒng)的廣泛推廣都未能實現(xiàn)。直到20世紀80年代， 由于當時具備的計算能力和新型顯示器技術(shù)而實現(xiàn)3D-系統(tǒng)一定程度的復興。在90年代， 關于不借助立體眼鏡的3D-可視化的專利申請和公開文獻的數(shù)目真正快速攀升。突出的成 果由下列發(fā)明人或提供者取得在JP 8-331605AA 中，Masutani Takeshi 等人(Sanyo)介紹了一種梯級障柵，其 中，透明的障柵元件具有大致彩色亞像素(紅(R)、綠(G)或藍(B))的尺寸。憑借該技術(shù)首 次實現(xiàn)的是，在大多數(shù)自動立體觀測系統(tǒng)中由于同時顯示多個視圖(至少兩個視圖，優(yōu)選 多于兩個視圖)而出現(xiàn)的、水平方向的分辨率損失部分地同樣轉(zhuǎn)換到豎直方向上。在這里 不利的諸如是在所有障柵方法中很高的光損失。此外，在觀察者側(cè)向移動時，立體對比度便 從幾乎100%變化到大約50%并且接著又攀升至100%，這導致在觀察空間內(nèi)發(fā)生波動的 3D-圖像質(zhì)量。Pierre Allio 憑借依據(jù) US 5，808，599A、US 5，936，607A 和 W000/10332A1 的準則 實現(xiàn)了透鏡技術(shù)的值得關注的改進，其中，他也利用了基于亞像素的視圖劃分。另一突出的成果由Cees van Berkel以EP 791 847 Al已申請專利。在此，相對 于豎直線傾斜的透鏡處于顯示器上方，該顯示器同樣顯示不同的透視圖。在這里典型的是， 將η個視圖劃分到至少兩個顯示屏行上，從而水平線上的分辨率損失又部分地轉(zhuǎn)換到豎直 線上。但是透鏡僅能復雜地生產(chǎn)并且基于此的3D顯示器的生產(chǎn)過程不普遍。Jesse Eichenlaub 以文獻US 6，157，424Α和 WO 02/35277Α1 以及若干其它發(fā)明奠 定了自動立體觀測的同樣的多個里程碑，但是這些文獻和發(fā)明介紹的是針對僅一個觀察者 的幾乎所有的3D系統(tǒng)和/或通常不能以可接受的成本來生產(chǎn)。Armin Grasnick等人憑借DE 10 003 326 C2實現(xiàn)了對于與二維構(gòu)造的波長選擇 性濾波器陣列相關的、用于產(chǎn)生3D-印像的障柵技術(shù)的進一步發(fā)展。而在這里同樣不利的 是，這種3D-系統(tǒng)相對于2D-顯示器大大降低的亮度。Armin Schwerdtner憑借WO 2005/027534Α2實現(xiàn)一種針對在所有(一般兩個)視 圖中全分辨的3D顯示的新型的技術(shù)探討。當然這種探討需要很高的調(diào)節(jié)成本，并且對于較大的顯示屏對角線(從大約25英寸起)僅能極其困難地實現(xiàn)。最后Wolfgang Tzschoppe 等人申請了 WO 2004/077839A1，W02004/077839A1 涉及 在亮度方面改善的障柵技術(shù)?；贘P 08-331605AA以及DE 10 003 326 C2對梯級障柵的 探討，在這里提出透明的障柵濾波器元件與不透明的障柵濾波器元件之間特定的脈沖占空 比，該脈沖占空比大于1/η，η代表所示出視圖的數(shù)目。但在該文獻中公開的構(gòu)造方案和準 則在各種情況下都會產(chǎn)生令人不適的莫爾效應和/或大大受限的深度感，這是因為與例如 JP 08-331605ΑΑ的準則相比，立體對比度大大降低。DE 10133145C2指出在圖像顯示元件中在多于一個視圖中示出圖塊信息。借助 于該方法也可能實現(xiàn)，通過圖像操作來改變觀察間距。在這里缺點是，圖像信息在圖像元素 中的混合，這使3D信道分離(Kanaltrenrumg)變差并且在圖像中對比度和清晰度都部分地 大大下降。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)的3D系統(tǒng)中，缺點是由于像素大小、觀察間距和視差障柵屏 到圖像生成器的間距之間的緊密聯(lián)系(對此參見開頭所述的Kaplan文章中的等式(1)和 (2))通常產(chǎn)生一種太大的最佳3D觀察間距。這尤其是如下情況，即，一方面存在非常小的 圖像元素(通常彩色亞像素)并且另一方面圖像生成器的機械結(jié)構(gòu)型式同時要求圖像生成 器到障柵屏的間距相對大，例如液晶(LCD)屏被圍在相對較大的厚金屬框架中，在該金屬 框架上應該粘上障柵屏。盡管所感知的3D深度印象特別大，但這種系統(tǒng)的可用性大大受限 制，這是因為要最小保持的、必需的3D觀察間距在實際中明顯太大。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務在于，實現(xiàn)自動立體顯示的可能性，該自動立體顯示允許觀 察間距的調(diào)整獨立于針對從圖像顯示器到光學元件(例如障柵或者透鏡)的間距的構(gòu)造方 式的限制條件。根據(jù)本發(fā)明，在用于對觀察者與立體可感知顯示的布置之間的觀察間距進行縮短 或延長的方法中，-使不同視圖A(k)的圖塊信息在具有i行和j列的像素x(i，j)組成的柵格上可 視，其中k= 1，……，！！且！!〉= 2，其中，使在每個像素x(i，j)上僅剛好一個視圖A(k) 的圖塊信息可視，并且-至少一個帶有周期性布置的光學結(jié)構(gòu)的光學元件以間距s布置在像素x(i，j)組 成的柵格的上游或下游，該光學元件針對從像素X(i，j)傳遞或者輻射的光來預先確定傳 播方向，-至少一個光學元件上的光學結(jié)構(gòu)的平均水平和/或豎直最小周期長度或者該平 均水平和/或豎直最小周期長度的倍數(shù)是一個像素X(i，j)的平均水平和/或豎直大小乘 以校正因數(shù)f的整數(shù)倍，-其中，校正因數(shù)f作為可選擇的觀察間距w和在至少一個光學元件與像素x(i， j)組成的柵格之間的平均間距s的函數(shù)而被計算，-從而一個或多個觀察者在注視柵格時基于至少一個光學元件的光學效果分別用 兩只眼睛僅僅或占優(yōu)地看到不同的像素X(i，j)和/或看到像素x(i，j)的部分，由此兩只 眼睛分別僅僅或占優(yōu)地感知不同的視圖A(k)并因此出現(xiàn)立體視覺印象，
該任務借助該方法通過如下方式得以解決，S卩，縮短觀察間距w，方法是調(diào)節(jié)不 等式s/ha > w/pa，其中，在至少一個光學元件與像素x(i，j)組成的柵格之間的平均間距s 以及平均瞳孔間距Pa不變，但是通過有針對性地改變校正因數(shù)f來縮小光學結(jié)構(gòu)的平均水 平最小周期長度；或者延長觀察間距w，方法是調(diào)節(jié)不等式s/ha < w/pa，其中，在至少一 個光學元件與像素x(i，j)組成的柵格之間的平均間距s以及平均瞳孔間距pa同樣不變， 但是通過有針對性地改變校正因數(shù)f來放大光學結(jié)構(gòu)的平均水平最小周期長度。前述內(nèi)容 適用于如下情況，即，光學元件在觀察方向上位于像素組成的柵格的前面，否則光學結(jié)構(gòu)的 最小周期長度會分別相應地正好相反地改變，即放大或縮小。一般來說，光學結(jié)構(gòu)的最小周 期長度的水平放大/縮小也伴隨著由校正因數(shù)f所引起的光學結(jié)構(gòu)的最小周期長度的豎直 放大/縮小。至少一個光學元件上的光學結(jié)構(gòu)的平均水平和/或豎直的最小周期長度在這里 定義為從一個光學結(jié)構(gòu)上的一點到屬于緊鄰的光學結(jié)構(gòu)的在水平或豎直方向上的等同的 點的平均水平或豎直間距。在至少一個光學元件與像素x(i，j)組成的柵格之間的平均間距s尤其理解為光 學元件的光學有效表面或平面與像素X(i，j)組成的柵格的成像表面之間的平均間距。觀察間距w尤其理解為光學元件的光學有效表面或平面到觀察者眼睛的間距。雖 然在根據(jù)本發(fā)明的方法中同時有多個可能的觀察間離，但是其中之一是極好的(最佳的) 觀察間距W。校正因數(shù)f優(yōu)選依據(jù)等式f = w/(w+s)來計算。本發(fā)明的特別的優(yōu)點在于，一個或多個觀察者的極好的觀察間距w跟現(xiàn)有技術(shù)相 比可以減少，方法是調(diào)節(jié)不等式s/ha >w/pa，其中，在至少一個光學元件與像素x(i，j) 組成的柵格之間的平均間距s以及平均瞳孔間距pa不變，該平均瞳孔間距pa眾所周知地 自然預先確定，但是通過有針對性地改變校正因數(shù)f來縮小光學結(jié)構(gòu)的平均水平最小周期 長度。因此也有可能的是，以距像素x(i，j)組成的柵格相對較大的間距s來布置光學元件， 而不必因此強制性地將就太大的觀察間距W。于是校正因數(shù)f的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造方式負 責仍然實現(xiàn)實際可接受的觀察間距《，更確切地說不是_如在現(xiàn)有技術(shù)必需的那樣_必須 對圖像內(nèi)容進行某些操作，如在DE 101 33 145 C2中所描述的那樣。當然也可能的是，一個或多個觀察者的極好的觀察間距w跟現(xiàn)有技術(shù)相比可以放 大，方法是調(diào)節(jié)不等式s/ha <w/pa，其中，在至少一個光學元件與像素x(i，j)組成的柵 格之間的平均間距s以及平均瞳孔間距pa同樣不變，但是通過有針對性地改變校正因數(shù)f 來放大光學結(jié)構(gòu)的平均水平最小周期長度。該應用情況在實際中會得到較少的應用，但根 據(jù)本發(fā)明可以特別簡單地實現(xiàn)。此外，像素x(i，j)分別相應于單個彩色亞像素(R、G或B)或者彩色亞像素的組合 (例如RG、GB或RGBR等)或者全彩像素，其中，全彩像素指的既有由RGB-彩色亞像素組成 混有白色的結(jié)構(gòu)(即RGB-三聯(lián)組)，又有——根據(jù)圖像生成技術(shù)——真正的彩色像素，如在 投影顯示屏中常用的那樣。在本方法的具有優(yōu)點的構(gòu)造方式中，光學元件是視差障柵屏，該視差障柵屏包括 透明的和不透明的區(qū)段作為光學結(jié)構(gòu)，其例如以平直或波浪狀的條紋或者梯級狀的階梯的 形式出現(xiàn)(如在一些開頭所述的文件中所提出的那樣)。
也有可能的是，光學元件是透鏡屏，該透鏡屏包括柱面透鏡作為光學結(jié)構(gòu)。通常在根據(jù)本發(fā)明的方法中，視圖A(k)分別相應于場景/物體的不同透視圖。但也可以是場景的平行投影或者不同地投射的視圖。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在像素x(i，j)組成的柵格上的不同視圖A(k)的圖塊信 息的布置具有優(yōu)點地在二維周期性圖案中實現(xiàn)，其中，在水平和豎直方向上的周期長度優(yōu) 選各自包括不多于32個的像素x(i，j)。除了該各32像素x(i，j)的這種上限以外當然也 是允許的。豎直周期長度優(yōu)選等于所示視圖的數(shù)目η。作為標準的是，如下角度將上述二維周期性圖案的上述水平和豎直周期長度設定 為直角邊和鄰邊，即，該角度應該基本上相應于視差障柵屏(假如這樣的視差障柵屏是光 學元件)上的透明區(qū)段相對于豎直線的傾斜角。因此實現(xiàn)3D顯示中最好的信道分離。在方法中應用的布置的第一構(gòu)造方式中，光學元件是視差障柵屏，該視差障柵屏 包括透明的和不透明的區(qū)段作為光學結(jié)構(gòu)。在此，透明的區(qū)段優(yōu)選相應于平直的或梯級狀 的線條，該線條基本上以傾斜角a相對于豎直線傾斜。對于傾斜角a的數(shù)值沒有任何限制。 顯然，也可以相對于豎直線沒有傾斜。此外，在第二構(gòu)造方式中可能的是光學元件是透鏡屏，該透鏡屏包括柱面透鏡作 為光學結(jié)構(gòu)。于是柱面透鏡優(yōu)選也相對于豎直線基本上以傾斜角a來布置。在這里傾斜角 a也可以采用所有的值，從而在這里也可能相對于豎直線沒有傾斜。在光學元件方面可考慮布置的另外的構(gòu)造方式，如全息攝影光學元件。作為圖像顯示器可以優(yōu)選應用彩色-液晶(IXD)-顯示屏、等離子顯示器、投影屏、 基于發(fā)光二極管(LED)的顯示屏、基于有機發(fā)光二極管(OLED)的顯示屏、表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā) 射(SED)顯示屏或真空熒光(VFD)顯示屏。此外，視圖A(k)的數(shù)目η例如等于4、5、6、7、8或9并且上述水平周期長度示例性 地相應于η個像素x(i，j)。但視圖A(k)的數(shù)目η也可以大于或小于在這里所給出的。針對光學元件作為視差障柵屏的構(gòu)造方式還有下列細節(jié)是有利的為了實現(xiàn)實際能較好地生產(chǎn)的布置，視差障柵屏優(yōu)選由玻璃基板組成，將障柵結(jié) 構(gòu)在背側(cè)安設到該玻璃基板上。其它構(gòu)造方式也有可能，例如不是由玻璃組成(例如由塑 料組成)的基板。此處障柵結(jié)構(gòu)優(yōu)選是已曝光的和已顯影的攝影膠片，將該膠片在背側(cè)層壓到玻璃 基板上，其中，攝影膠片的乳劑層優(yōu)選朝向玻璃基板。與此相比也有可能的是，障柵結(jié)構(gòu)的 不透明的區(qū)域通過印到玻璃基板上的顏色來形成。此外，視差障柵屏具有優(yōu)點地包含用于降低干擾光反射的機構(gòu)，優(yōu)選至少一個干 涉光學防反射層。但是也可以使用通常的防眩光磨砂體。視差障柵屏具有優(yōu)點地借助于間距保持架持久地安置在圖像顯示器上，例如粘上 或者擰上。與此相對，然而可能也有必要的是，將視差障柵屏以可暫時從圖像顯示器上取下 的方式來構(gòu)造。


下面應結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳盡闡述。其中
圖1示出用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的示意性結(jié)構(gòu)，圖2示出應用在根據(jù)本發(fā)明的方法中的視差障柵屏的簡圖，圖3示出不同視圖的圖塊信息的示例性圖像組合，圖4示出根據(jù)本發(fā)明的效果的圖解說明，其中，觀察間距增加，圖5示出根據(jù)本發(fā)明的效果的圖解說明，其中，觀察間距減少，圖6a和6b示出用于闡述針對觀察間距減小的情況的深度印象增加的簡圖，圖7示出用于顯示視差障柵屏的基本特征尺寸的視差障柵屏的一部分。所有附圖都不是按比例畫出的。這尤其也涉及角度尺寸。
具體實施例方式首先圖1示出用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的示意性結(jié)構(gòu)。其中包含像素x(i，j)組成的柵格1，在該柵格1上使不同視圖A(k)的圖塊信息 可視，其中k= 1，……，11且11>=2，其中，在每個像素x(i，j)上使僅剛好一個視圖A(k) 的圖塊信息可視。至少一個帶有基本上周期性布置的光學結(jié)構(gòu)的光學元件2在觀察者3的觀察方向 上以間距S布置在像素X(i，j)組成的柵格的前面，該光學元件2針對由像素x(i，j)傳遞 或者輻射的光來預先確定傳播方向。在本實施例中，存在剛好一個光學元件2，該光學元件 2實施為視差障柵屏2。當然也可以有多個觀察者3，這些觀察者3基于根據(jù)本發(fā)明的方法 獲得立體印象。此外，圖2示出用于示例性應用于根據(jù)本發(fā)明的方法的視差障柵屏2的一部分。該 視差障柵屏2包含交替地出現(xiàn)的不透明和透明的區(qū)段，其中，透明的區(qū)段根據(jù)本發(fā)明基本 上相應于由直線界定的線條。透明的和不透明的區(qū)段周期性反復地布置，這些透明的和不 透明的區(qū)段相應于視差障柵屏2上的光學結(jié)構(gòu)。此處光學結(jié)構(gòu)的平均水平或豎直最小周期 長度是像素x(i，j)的平均水平或豎直大小乘以校正因數(shù)f的整數(shù)倍，其中，校正因數(shù)f作 為可選擇的觀察間距w和在光學元件2與像素x(i，j)組成的柵格1之間的間距s的函數(shù) 而被計算。此外，圖3描述例如五個不同視圖A(k)的圖塊信息的示例性圖像組合，其中k = 1，……，5。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，不同視圖A(k)的圖塊信息在由像素x(i，j)組成的柵 格1上的布置具有優(yōu)點地在嚴格二維周期性圖案中進行。在本示例中，根據(jù)圖3，水平周期 長度包括八個像素χ (i，j)，而豎直周期長度包括六個像素χ (i，j)，作為虛線框標出。在此， 針對每個像素x(i，j)的圖塊信息分別由相應視圖A(k)中的位置(i，j)來產(chǎn)生。這里所介紹的構(gòu)造示例中，豎直周期長度并非相應于所示出的視圖的數(shù)目η = 5。由于視差障柵屏2的視界限制效果，一個或多個觀察者3分別用兩只眼睛看到基 本上不同的像素X(i，j)和/或像素x(i，j)的部分，由此兩只眼睛分別感知基本上不同的 視圖A(k)并因此出現(xiàn)立體視覺印象。在此，直到一定的角度，同一觀察者3的兩只眼睛甚 至可以看到同一視圖A(k)的圖塊信息，而不破壞立體印象。此外，像素x(i，j)分別相應于單個彩色亞像素(R、G或B)。依據(jù)圖1至3的關系假定為此處根據(jù)本發(fā)明，(最佳的或選取的)觀察間距w和 在光學元件2(即視差障柵屏)與像素x(i，j)組成的柵格1之間的間距s互相獨立地選擇。兩個數(shù)值《和8尤其不與針對眼睛間距或/和像素X(i，j)的大小的預先給定的值彼 此相關，不像現(xiàn)有技術(shù)中常見的那樣。校正因數(shù)f依據(jù)等式f = w/(w+s)來計算。通常在根據(jù)本發(fā)明的方法中，視圖A(k)分別相應于場景/物體的不同透視圖。但 也可以是場景的平行投影或者不同地投射的視圖。將上述二維周期性圖案的上述水平和豎直周期長度設定為直角邊和鄰邊的角度 基本上相應于視差障柵屏2上的透明區(qū)段相對于豎直線的傾斜角a(見圖2)。在圖3中，直 角邊可以例如通過下邊的水平虛線來限定而鄰邊通過右邊的豎直虛線來限定。因此通常最好的信道分離在3D顯示中實現(xiàn)。在圖4中可以看到根據(jù)本發(fā)明的效果的圖解說明，在該圖解說明中，跟現(xiàn)有技術(shù) 相比觀察間距w增加。在此，對于一個或多個觀察者3的觀察間距W、視差障柵屏2與像素χ (i,j)組成的 柵格1之間的間距S、平均瞳孔間距pa以及像素x(i，j)的平均水平大小ha，不等式s/ha <w/pa成立(從附圖中不可直接看出)。虛線清楚地顯示出現(xiàn)有技術(shù)中關系的情況。在那 里不等式剛好不適用。與此相對的是在圖5中可以看到根據(jù)本發(fā)明的效果的圖解說明，在該圖解說明 中，跟現(xiàn)有技術(shù)相比一個或多個觀察者3的觀察間距w減小。在此得知本發(fā)明的特別的優(yōu)點。在這種情況下，對于觀察間距W、視差障柵屏2與 像素x(i，j)組成的柵格1之間的間距s、平均瞳孔間距pa以及像素x(i，j)的平均水平大 小ha，不等式s/ha > w/pa成立(從附圖中不可直接看出)。即在該應用情況中，光學元件或者是視差障柵屏2能夠以距像素x(i，j)組成的柵 格相對較大的間距s來布置。校正因數(shù)f的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造方式正是負責仍然可以實現(xiàn) 實際可接受的觀察間距w，更確切地說是不必對圖像內(nèi)容進行某些操作。在這里虛線也表明現(xiàn)有技術(shù)中關系的情況。可以清楚地看到根據(jù)本發(fā)明的方法 降低了在實際相關的領域中的觀察間距W。圖6a和圖6b示出各一個用于闡述針對觀察間距減小的情況的深度印象增加的簡 圖。在此，在圖6a中可以看到在現(xiàn)有技術(shù)中取決于間距si的觀察間距wl如何實現(xiàn)很大 的感知深度tl。觀察者3的眼睛以間距pa、在這里作為小圓圈示出。在圖6b中，其中在現(xiàn)有技術(shù)中取決于更小的間距s2的更小的觀察間距w2產(chǎn)生 更小的感知深度t2，與圖6b比較，清楚的是為了獲得盡可能大的深度印象，物理間距s是 如何的重要。畫出的視線6分別在視差障柵屏2和像素x(i，j)組成的柵格1上的追蹤點 (Durchsto β punkt)在兩張附圖6a和6b中在各自相同的位置上，也就是說在相同的像素 x(i，j)上且在透明區(qū)段的精確相同的位置上。與此相對，此處由于本發(fā)明的解決方案可能 的是消除w和s之間的相互依賴關系并且即使有很大的間距s仍減少觀察間距w，如借助 圖5圖解說明的那樣。在此，相對較大的深度印象仍然保持存在。在圖7中示出用于標注視差障柵屏2的尺寸的簡圖。其中，透明或不透明的區(qū)段 相對于豎直線的傾斜角為a、e為上述區(qū)段在帶有像素x(i，j)的柵格的水平方向上的寬度、 1為該區(qū)段的高度、ze為該區(qū)段的水平周期且最后zl為該區(qū)段的豎直周期。為了進一步對用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性的布置進行圖解說明，再次用到圖1至圖7。那么首先圖1示出用于實施該布置的示意性結(jié)構(gòu)。其中包含圖像顯示器1，其含有 在具有i行和j列的柵格(i，j)中的像素X(i，j)，可以使不同的視圖A(k)的圖塊信息在 這些像素x(i，j)上可視，其中k= 1，……，11且11>= 2，其中，使在每個像素x(i，j)上 僅剛好一個視圖A(k)的圖塊信息可視。至少一個帶有基本上周期性布置的光學結(jié)構(gòu)的光學元件2在觀察者3的觀察方向 上以間距s布置在由像素χ (i,j)組成的圖像顯示器的上游或下游，該光學元件2針對從像 素x(i，j)傳遞或者輻射的光來預先確定傳播方向。在本實施例中，存在剛好一個光學元件 2，該光學元件2實施為視差障柵屏2。當然也可以有多個觀察者3，這些觀察者3基于根據(jù) 本發(fā)明的方法獲得立體印象。此外，圖2示出用于示例性應用到根據(jù)本發(fā)明的布置中的視差障柵屏2的一部分。 該視差障柵屏2包含交替的不透明和透明的區(qū)段，其中，透明的區(qū)段優(yōu)選基本上相應于由 直線界定的線條。透明的和不透明的區(qū)段周期性反復地布置，這些透明的和不透明的區(qū)段 是視差障柵屏2上的光學結(jié)構(gòu)。此處光學結(jié)構(gòu)的平均水平或豎直最小周期長度是像素x(i， j)的平均水平或豎直大小乘以校正因數(shù)f的整數(shù)倍，其中，校正因數(shù)f作為可選擇的觀察間 距w和在視差障柵屏2與具有像素x(i，j)的圖像顯示器1之間的平均間距s的函數(shù)而被 計算，從而一個或多個觀察者3在注視圖像顯示器1時基于視差障柵屏2的光學效果分別 用兩只眼睛僅僅或基本上看到不同的像素x(i，j)和/或像素x(i，j)的部分，由此兩只眼 睛分別僅僅或基本上感知不同的視圖A(k)并因此出現(xiàn)立體視覺印象。針對光學元件作為視差障柵屏2的構(gòu)造還有下列細節(jié)是有利的為了達到實際能良好地生產(chǎn)的布置，視差障柵屏2優(yōu)選由玻璃基板組成，將障柵 結(jié)構(gòu)在背側(cè)安設到該玻璃基板上。此處障柵結(jié)構(gòu)優(yōu)選是已曝光的和已顯影的攝影膠片，將 該膠片在背側(cè)層壓到玻璃基板上，其中，攝影膠片的乳劑層優(yōu)選朝向玻璃基板。此外，視差障柵屏2具有優(yōu)點地包含用于降低干擾光反射的機構(gòu)，優(yōu)選至少一個 干涉光學防反射層。視差障柵屏2具有優(yōu)點地借助于間距保持架持久地安置在圖像顯示器 上，例如粘上或者擰上。與此相比對，可能也有必要的是，將視差障柵屏2以可暫時從圖像 顯示器1上取下的方式來構(gòu)造。此外，圖3描述示例性的五個不同視圖A(k)的圖塊信息的示例性圖像組合，其中 k= 1，……，5。在根據(jù)本發(fā)明的布置中，不同視圖A(k)的圖塊信息在像素x(i，j)組成的 柵格1上的布置具有優(yōu)點地以嚴格二維周期性圖案進行。在本示例中，根據(jù)圖3，水平周期 長度包括八個像素χ (i，j)，而豎直周期長度包括六個像素χ (i，j)，作為虛線框標出。在此， 針對每個像素x(i，j)的圖塊信息分別由相應視圖A(k)中的位置(i，j)來產(chǎn)生。這里所介紹的構(gòu)造示例中，豎直周期長度并非相應于所示出的視圖的數(shù)目η = 5。由于視差障柵屏2的視界限制效果，一個或多個觀察者3分別用兩只眼睛看到基 本上不同的像素X(i，j)和/或像素x(i，j)的部分，由此兩只眼睛分別感知基本上不同的 視圖A(k)并因此出現(xiàn)立體視覺印象。在此，直到一定的角度，同一觀察者3的兩只眼睛甚 至可以看到同一視圖A(k)的圖塊信息，而不破壞立體印象。此外，像素x(i，j)在本示例中分別相應于單個彩色亞像素(R、G或B)。依據(jù)圖1至3的關系假定為此處根據(jù)本發(fā)明，(最佳的或選取的)觀察間距w和在光學元件2 (即視差障柵屏2)與具有像素x(i，j)組成的柵格的圖像顯示器1之間的平 均間距s互相獨立地選擇。兩個數(shù)值《和8尤其不與針對眼睛間距或/和像素x(i，j)的 大小的預先給定的值相關，不像現(xiàn)有技術(shù)中常見的那樣。在此，校正因數(shù)f依據(jù)等式f = w/(w+s)來計算。通常在本發(fā)明中，視圖A(k)分別相應于場景/物體的不同透視圖。但也可以是場 景的平行投影或者不同地投射的視圖。將上述二維周期性圖案的上述水平和豎直周期長度設定為直角邊和鄰邊的角度 基本上相應于視差障柵屏2上的透明區(qū)段相對于豎直線的傾斜角a(見圖2)。在圖3中，直 角邊可以例如通過下邊的水平虛線來限定而鄰邊通過右邊的豎直虛線來限定。因此通常最好的信道分離在3D顯示中實現(xiàn)。在圖4中可以看到根據(jù)本發(fā)明的效果的圖解說明，在該圖解說明中，跟現(xiàn)有技術(shù) 相比觀察間距w增加。在此，對于一個或多個觀察者3的觀察間距W、視差障柵屏2與像素χ (i,j)組成的 柵格1之間的平均間距S、平均瞳孔間距pa以及像素χ (i,j)的平均水平大小ha，不等式s/ ha<W/pa成立(從附圖中不可直接看出)。借助于虛線表明現(xiàn)有技術(shù)中關系的情況。在 那里不等式不適用，并且觀察間距會更小。與此相對的是在圖5中可以看到根據(jù)本發(fā)明的效果的圖解說明，在該圖解說明 中，跟現(xiàn)有技術(shù)相比一個或多個觀察者3的觀察間距w減小。在此得知本發(fā)明的特別的優(yōu)點。在這種情況下，對于觀察間距W、視差障柵屏2與 像素x(i，j)組成的柵格1之間的平均間距s、平均瞳孔間距pa以及像素x(i，j)的平均水 平大小ha，不等式s/ha > w/pa成立(從附圖中不可直接看出)。即在該應用情況中，視差障柵屏2能夠以距帶像素x(i，j)組成的柵格的圖像顯示 器相對較大的間距s來布置。校正因數(shù)f的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造方式剛好負責仍然實現(xiàn)實際 可接受的觀察間距《，更確切地說是不必對圖像內(nèi)容進行某些操作，例如在一個像素x(i， j)中對多個視圖A(k)的圖塊信息進行混合。在這里也借助于虛線表明現(xiàn)有技術(shù)中關系的情況?？梢郧宄乜吹礁鶕?jù)本發(fā)明 的布置降低了在實際相關的領域中的觀察間距W。圖6a和圖6b示出各一個用于闡述針對觀察間距減小的情況的深度印象增加的簡 圖。在此，在圖6a中可以看到在現(xiàn)有技術(shù)中取決于間距si的觀察間距wl如何實現(xiàn)很大 的感知深度tl。觀察者3的眼睛以間距pa、在這里作為小圓圈示出。在圖6b中，在現(xiàn)有技術(shù)中取決于更小的間距s2的更小的觀察間距w2產(chǎn)生更小的 感知深度t2，與圖6b比較，清楚的是為了獲得盡可能大的深度印象，物理間距s是如何的 重要。畫出的視線6的追蹤點分別在視差障柵屏2和像素x(i，j)的柵格1上，在兩張附圖 6a和6b中在各自相同的位置上，也就是說在相同的像素χ (i，j)上且在透明區(qū)段的精確相 同的位置上。與此相對，此處由于本發(fā)明的解決方案可能的是消除《和s之間的相互依賴 關系并且即使有很大的間距s仍減少觀察間距w，如在圖5中圖解說明的那樣。在此，相對 較大的深度印象按照愿望地仍然保持存在。在圖7中示出用于標注視差障柵屏的尺寸的簡圖。其中，a為透明或不透明的區(qū)段 相對于豎直線的傾斜角、e為上述區(qū)段在帶有像素x(i，j)的柵格的水平方向上的的寬度、1為該區(qū)段的高度、Ze為該區(qū)段的水平周期且最后zl為該區(qū)段的豎直周期。示例性地，此處作為圖像顯示器1，帶有彩色亞像素(R、G、B)作為像素x(i，j)的 8.4〃 -液晶(IXD)-顯示屏是可行的，其中，像素x(i，j)的高度約為0. 1665mm且寬度ha 約為0.0555mm。視差障柵屏2的透明區(qū)段相對于豎直線具有傾斜角a = 23. 96248897°。 上述區(qū)段在帶有像素x(i，j)的柵格的水平方向上的寬度e分別為0.1109054mm且該區(qū)段 的高度1 = 0. 249537mm。此外，水平周期為ze = 0. 4436216mm且間距s = 1. 91mm，觀察間 距為w = 800mm。最后，透明區(qū)段的豎直周期zl = 0. 998148mm。這意味著，在這里實施觀 察間距的縮短，因為滿足不等式s/ha > w/pa，其中，以人的平均瞳孔間距pa為標準的55mm 與70mm之間計入不等式中。在現(xiàn)有技術(shù)中，對于觀察間距w = 800mm的前述條件，間距s須實施為s = 0. 68308mm，這在技術(shù)上和實踐只能非常復雜地實現(xiàn)。借助于本發(fā)明就不需這樣了。
本發(fā)明的優(yōu)點是多方面的。根據(jù)本發(fā)明的方法和相應的布置尤其允許自動立體顯 示，在該立體顯示中，借助硬件，即使有對于從光學元件到顯示屏或者說像素的柵格的最小 間距的確定的機械強制性，仍可以按照愿望地調(diào)整3D-觀察間距。在減少觀察間距的情況 下甚至可以提高相關深度感知。本發(fā)明可以借助非常簡單的機構(gòu)來實現(xiàn)，在視差障柵屏的應用中只須容易地改變 障柵結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)過程中針對相應的3D顯示屏完全不用作任何改變。
權(quán)利要求
用于對觀察者與立體能夠感知顯示的布置之間的觀察間距進行縮短或延長的方法，其中，-使不同視圖A(k)的圖塊信息在具有i行和j列的像素x(i，j)組成的柵格(1)上可視，其中k＝1，……，n且n＞＝2，其中，使在每個像素x(i，j)上僅剛好一個視圖A(k)的圖塊信息可視，并且-至少一個帶有周期性布置的光學結(jié)構(gòu)的光學元件(2)以間距s布置在所述像素x(i，j)組成的柵格(1)的上游或下游，所述光學元件(2)針對從所述像素x(i，j)傳遞或者輻射的光來預先確定傳播方向，-所述至少一個光學元件(2)上的所述光學結(jié)構(gòu)的平均水平和/或豎直最小周期長度或者所述平均水平和/或豎直最小周期長度的倍數(shù)是一個像素x(i，j)的平均水平大小和/或豎直大小乘以校正因數(shù)f的整數(shù)倍，-其中，所述校正因數(shù)f作為能選擇的觀察間距w和在所述至少一個光學元件(2)與所述像素x(i，j)組成的柵格(1)之間的平均間距s的函數(shù)而被計算，-從而一個或多個觀察者(3)在注視所述柵格(1)時基于所述至少一個光學元件(2)的光學效果分別用兩只眼睛僅僅或占優(yōu)地看到不同的像素x(i，j)和/或看到所述像素x(i，j)的部分，由此兩只眼睛分別僅僅或占優(yōu)地感知不同的視圖A(k)并因此出現(xiàn)立體視覺印象，其特性在于，縮短所述觀察間距w，方法是調(diào)節(jié)不等式s/ha＞w/pa，其中，在所述至少一個光學元件(2)與所述像素x(i，j)組成的柵格(1)之間的所述平均間距s以及平均瞳孔間距pa不變，但是通過有針對性地改變所述校正因數(shù)f來縮小所述光學結(jié)構(gòu)的所述平均水平最小周期長度，或者延長所述觀察間距w，方法是調(diào)節(jié)不等式s/ha＜w/pa，其中，在所述至少一個光學元件(2)與所述像素x(i，j)組成的柵格(1)之間的所述平均間距s以及所述平均瞳孔間距pa同樣不變，但是通過有針對性地改變所述校正因數(shù)f來放大所述光學結(jié)構(gòu)的所述平均水平最小周期長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正因數(shù)f 依據(jù)等式f= w/(w+s)來 計算。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述像素x(i，j)相應于彩色亞像 素0 、6或鍆或者彩色亞像素的組合(例如RG或GB)或者全彩像素。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，將視差障柵屏作為光學元件(2) 來應用，所述視差障柵屏包括透明的和不透明的區(qū)段作為光學結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，將透鏡屏作為光學元件(2)來應 用，其中，所述光學結(jié)構(gòu)通過柱面透鏡的相應布置來實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述透明的區(qū)段相應于平直的、波浪狀的 或梯級狀的線條，所述線條基本上以傾斜角a相對于豎直線傾斜。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述柱面透鏡基本上以傾斜角a相對于所 述豎直線傾斜地布置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，不同視圖A(k)的所述圖塊信息到 所述像素x(i，j)的分配在二維周期性圖案中實現(xiàn)，其中，在水平和豎直方向上的所述周期長度優(yōu)選各自包括不多于32個的像素x(i，j)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述豎直周期長度等于所示視圖的數(shù)目
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，作為圖像顯示器(1)能夠應用彩 色-液晶-顯示屏、等離子顯示器、投影屏、基于發(fā)光二極管的顯示屏、基于有機發(fā)光二極管 的顯示屏、表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示屏或真空熒光顯示屏。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述視圖A(k)的所述數(shù)目n等于 4、5、6、7、8或9并且所述水平周期長度相應于n個像素x (i，j)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為圖像顯示器(1)應用帶有彩色亞像 素(R、G、B)作為像素x(i，j)的8，4"-液晶-顯示屏，其中，所述像素x(i，j)的高度約為 0. 1665mm且寬度約為0. 0555mm，不同視圖A (k)的所述圖塊信息如下地布置，即，x(i, j)1234567891A⑴A⑴A⑵A⑶A⑶A⑷A (5)A (5)A⑴2A⑵A⑵A⑶A⑷A⑷A (5)A (5)A⑴A⑵3A⑵A⑶A⑷A⑷A (5)A⑴A⑴A⑵A⑵4A⑶A⑷A (5)A (5)A⑴A⑴A⑵A⑶A⑶5A⑷A (5)A (5)A⑴A⑵A⑵A⑶A⑷A⑷6A (5)A⑴A⑴A⑵A⑵A⑶A⑷A⑷A (5)7A⑴A⑴A⑵A⑶A⑶A⑷A (5)A (5)A⑴[^！| | | ~~卜'列大小通過如下方式來確定，即，所述視差障柵屏(2)的所述透明區(qū)段相對于所述豎直線 具有傾斜角a = 23. 96248897°，所述區(qū)段在帶有所述像素x (i，j)的所述柵格的水平方向 上的寬度e分別為0. 1109054mm且所述區(qū)段的高度1 = 0. 249537mm,并且最后所述水平周 期ze = 0. 4436216mm，所述間距s = 1. 91_，所述觀察間距為w = 800mm以及所述透明區(qū) 段的所述豎直周期zl = 0. 998148mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及立體顯示領域，特別是針對同時多個觀察者而無需輔助工具的立體可感知的顯示，即所謂的自動立體觀測可視化。本發(fā)明的目的在于，實現(xiàn)自動立體顯示的可行性，該自動立體顯示允許觀察間距的調(diào)整獨立于針對從圖像顯示器到光學元件(例如障柵或者透鏡)的間距的構(gòu)造方式的限制條件。本目的通過用于立體顯示的方法得以解決，在該方法中，使不同視圖A(k)的圖塊信息在像素x(i，j)組成的柵格(1)上可視，其中k＝1，......，n且n＞＝2，其中，使在每個像素x(i，j)上僅剛好一個視圖A(k)的圖塊信息可視，至少一個光學元件(2)布置在像素x(i，j)組成的柵格(1)的上游或下游，其中，根據(jù)本發(fā)明，觀察間距w和在至少一個光學元件(2)與像素x(i，j)組成的柵格(1)之間的平均間距s互相獨立地選擇。
文檔編號H04N13/00GK101836459SQ200880107985
公開日2010年9月15日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者斯蒂芬·奧特, 馬庫斯·克利普斯坦 申請人:維斯莫申有限公司