DE69601552T2

DE69601552T2 - Verfahren und vorrichtung zur bildverbesserung

Info

Publication number: DE69601552T2
Application number: DE69601552T
Authority: DE
Inventors: Street
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: WO1996031985A1; EP0819359A1; US6075555A; EP0819359B1; GB9506954D0; DE69601552D1; AU5160196A

Description

Diese Erfindung befasst sich mit dem Gebiet dreidimensionaler Abbildung und insbesondere mit der Verbesserung der Bildqualität, die von einem Beobachter wahrgenommen wird, wenn ein dreidimensionales Abbildungssystem jedem der Augen des Beobachters unterschiedliche perspektivische Ansichten eines Schauplatzes liefert.

HINTERGRUND

In der Internationalen Patentanmeldung PCT/GB94/00405 (Street) (WO-A-9420875) wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der zwei zweidimensionale perspektivische Bilder mit Hilfe eines optischen Systems kombiniert werden, so dass jedes Auge des Beobachters eine andere Perspektive sieht, jedoch an derselben Stelle oder Position. Dies bewirkt, dass das Gehirn diese Perspektiven zu einem dreidimensionalen Bild verschmilzt.
Bei einer der bevorzugten Ausführungsformen dient ein Linsenschirm in Kombination mit einer Sperrstreifenanordnung, einem Array von im Abstand angeordneten lichtundurchlässigen Streifen auf einem durchsichtigen Substrat, dazu, Licht in Richtung eines Auges des Beobachters zu lenken. Dieses projizierte Licht tritt durch einen LCD-Schirm hindurch, auf dem eine zweidimensionale Perspektive wiedergegeben wird. Die Anordnung wird für das andere Auge dupliziert, und die beiden Bilder werden dem Beobachter mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels präsentiert, so dass sie übereinander zu liegen scheinen.
Sowohl in der zuvor erwähnten Anmeldung als auch in anderem Stand der Technik wird eine Reihe von anderen Ausführungsformen beschrieben, die es einem Beobachter gestatten, zwei unterschiedliche, jedoch übereinanderliegende Bilder zu betrachten, so dass ein dreidimensionales oder stereoskopisches Bild wahrgenommen wird.
Ein wichtiges Merkmal von sämtlichen dreidimensionalen Vorführsystemen besteht darin, für eine klare Trennung der Bilder des linken und rechten Auges zu sorgen. Jedoch findet man häufig, dass ein gewisses Maß an optischer Überlagerung vorhanden ist, so dass ein Schatten oder Geisterbild des nur für ein Auge bestimmten Bildes tatsächlich vom anderen wahrgenommen wird. Allgemein gesagt, werden Bilder, die von anderen Blickpunkten aus gesehen werden sollen, tatsächlich in Form von Geisterbildern gesehen, die mit dem Bild vermischt sind, das an einem gegebenen Beobachterort tatsächlich gesehen werden soll. Dies kann sehr störend sein und vermindert die vom Beobachter wahrgenommene Deutlichkeit und Bildqualität merklich.
Eine Hauptquelle von optischer Überlagerung bei Mehrkanal- Bildprojektionssystemen kann durch die Streuung von Licht an einer oder mehr Oberflächen zwischen der primären Lichtquelle und dem Beobachter verursacht werden, wie beispielsweise an der Oberfläche eines Linsenschirms, wie er bei der Vorrichtung aus der PCT/GB94/00405 verwendet wird, oder bei einem Linsen-Druck oder Transparentbild. Brechungseffekte können ebenfalls auftreten, zum Beispiel an der Ebene einer LCD. Derartige Vorrichtungen besitzen häufig sehr kleine Elemente, die jeweils eine unabhängig betätigbare Öffnung und, potentiell, eine Quelle gebrochenen Lichts umfassen.
Eine andere Quelle von optischer Überlagerung kann in dem Kamerasystem auftreten, das die Mehrzahl von Bildern, die dargestellt werden sollen, einfängt oder aufnimmt. Zum Beispiel dort, wo dieses ein Zeitfolge- oder Rasterwechselverfahren verwendet, das mit einer elektro-optischen Verschlusseinrichtung verbunden ist, um bei aufeinanderfolgenden Halbbildern unterschiedliche Pupillenpositionen und somit unterschiedliche perspektivische Ansichten auszuwählen, oder wo ein einziger optischer Kanal zwei Ansichten mit unterschiedlichen Polarisationsvektoren überträgt, kann infolge von Unzulänglichkeiten bei den optischen oder elektro-optischen Elementen eine optische Vermischung auftreten.
Ein drittes Beispiel von optischer Überlagerung tritt in einem Zeitfolge- oder Rasterwechsel-Abbildungssystem auf, gewöhnlich dort, wo dieses mit hohen Datengeschwindigkeiten arbeitet. Dies wird normalerweise durch die Latenz des Darstellungssystems verursacht, zum Beispiel die Relaxationszeit von gewissen Phosphoren (gewöhnlich die rote Komponente) in CRT-Systemen.
Die US-A-4 975 772 offenbart ein stereoskopisches Fernsehsystem, in dem Signale, die einem linken und rechten Bild entsprechen, derart verarbeitet werden, dass ein gewichteter Teil des linken Bildes dem rechten Bild überlagert wird, und umgekehrt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der Erfindung, die wahrgenommene optische Überlagerung zu unterdrücken, die bei der Verwendung von stereoskopischen oder autostereoskopischen Anzeigevorrichtungen auftritt, die zwei oder mehr Perspektiven eines Schauplatzes oder Objektfeldes liefern, wodurch die Deutlichkeit der Bilder im linken und rechten Auge des Beobachters verbessert wird.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, die Auswirkungen von optischer Überlagerung in einem Kamerasystem zu beseitigen, das konstruiert ist, um mehr als eine perspektivische Ansicht eines Objektfeldes einzufangen oder aufzunehmen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, die gleichzeitige Übertragung von zwei unterschiedlichen und orthogonal polarisierten Ansichten eines Objektfeldes durch ein optisches System zu ermöglichen, das die ursprüngliche Polarisation dieser beiden Ansichten nicht vollständig bewahrt.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, die Manipulation von Bilddaten zur Darbietung mit einem Linsenschirm zu ermöglichen, so dass die gegenseitige Störung zwischen verschiedenen perspektivischen Ansichten minimiert wird.
Es ist auch ein Ziel der Erfindung, es zu gestatten, die Unterdrückung der Überlagerung in Abhängigkeit von einer Beobachterposition zu steuern.

FESTSTELLUNGEN DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung bei der Darstellung von stereoskopischen Bildern bereitgestellt, wie in den Patentansprüchen 1 und 11 angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die ersten zusätzlichen Bilddaten aus mindestens den zweiten primären Bilddaten abgeleitet, und die zweiten zusätzlichen Bilddaten werden aus mindestens den ersten primären Bilddaten abgeleitet.
Vorzugsweise umfasst die Vorbehandlung der primären Daten die Addition oder Subtraktion der jeweiligen zusätzlichen Daten, und die primären und zusätzlichen Bilddaten sind proportional zu den ihnen entsprechenden und im Gebrauch innerhalb des Bildes beobachteten Lichtpegeln.
Vorteilhafterweise werden die abgeleiteten zusätzlichen Daten im Gebrauch in Abhängigkeit von der Position des Beobachters in Bezug zu der Einrichtung zur Darstellung der Bilddaten modifiziert.
Zusätzliche Daten können eine Funktion von sowohl den primären Daten, aus denen sie abgeleitet werden, und der den primären Daten entsprechenden Position innerhalb des Bildes sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst eine Einrichtung zum Einfangen oder Aufnehmen von Bilddaten, die einer Mehrzahl von perspektivischen Ansichten des Objektfeldes entsprechen, mindestens zwei reelle oder virtuelle Pupillenpositionen, wobei die Pupillen im Abstand angeordnete Schwerpunkte aufweisen, so dass im Gebrauch Licht, das unterschiedlichen Perspektiven entspricht, zu den jeweiligen Pupillenpositionen geleitet wird, um die ersten und zweiten primären Bilddaten bereitzustellen.
Vorteilhafterweise ist ein durchsichtiges doppelbrechendes Element zwischen dem Objektfeld und einer reellen Pupille angeordnet, wodurch zwei virtuelle Pupillen mit im Abstand angeordneten Schwerpunkten bereitgestellt werden, so dass im Gebrauch eine erste virtuelle Pupille Licht weiterleitet, das in einer ersten Richtung polarisiert ist und einer ersten perspektivischen Ansicht des Objektfeldes entspricht, und die zweite virtuelle Pupille Licht weiterleitet, das in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung polarisiert ist und einer zweiten perspektivischen Ansicht des Objektfeldes entspricht.
Zweckmäßig leitet eine kohärente Optikfasereinrichtung gleichzeitig zwei orthogonal polarisierte unterschiedliche perspektivische Ansichten des Objektfeldes zur Bildeinfang- oder Bildaufnahmeeinrichtung weiter, und eine Einrichtung zum Trennen der polarisierten Komponenten vor dem Einfangen oder Aufnehmen des Bildes liefert im Gebrauch die ersten und zweiten primären Bilddaten.
Die beiden orthogonal polarisierten Ansichten können im Uhrzeigersinn bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn zirkular polarisiert sein.
Die Pupillen können nacheinander betätigbar sein, wodurch primäre Bilddaten auf einer Zeitfolgebasis eingefangen oder aufgenommen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorbehandlung der primären Daten ein Konstruieren der Inversen einer Matrix, welche die wechselseitige optische Überlagerung zwischen jedem perspektivischen Kanal und den anderen perspektivischen Kanälen darstellt, wobei die Matrix quadratisch ist und eine Anzahl von Elementen aufweist, die gleich dem Quadrat der Anzahl von perspektivischen Kanälen ist, sowie ein Anwenden der inversen Matrix auf die primären Daten.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einfangen oder Aufnehmen von mindestens einer ersten und zweiten perspektivischen Ansicht eines Objektfeldes bereitgestellt, wie in den Patentansprüchen 7 und 11 angegeben. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben, in denen:
Fig. 1 zeigt, wie Licht aus dem Projektionspfad für ein perspektivisches Bild in die Position zum Betrachten des anderen perspektivischen Bildes gestreut wird,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Auslöschen der Wirkung des gestreuten Lichts aus Fig. 1 ist,
Fig. 3 die Verwendung einer einzigen Kamera mit mehreren elektro-optischen Pupillenpositionen gemäß der Erfindung veranschaulicht, und
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines stereoskopischen Endoskops zur Verwendung gemäß der Erfindung ist.
In Fig. 1 wird Licht aus einer Quelle 1 von einem halbdurchlässigen Spiegel 2 in zwei Komponenten geteilt. Der Spiegel 3 lenkt ungefähr 50% des Lichts zur Rückseite eines Sperrstreifen-Arrays oder Schirms 4. Dieser weist eine Reihe von Durchlassöffnungen auf, die so im Abstand angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen der Teilung eines Linsenschirms 5 entsprechen. Der Schirm 5 weist eine streuende Rückseite 6 auf, auf welcher der Schatten des Sperrschirms ein Lichtmuster erzeugt. Der Maßstab dieses Musters wird festgelegt, indem man den Abstand zwischen den beiden Schirmen anpasst, bis der Beobachter 7 mit seinem rechten Auge 8 Licht von der gesamten Fläche des Schirms 5 über einen halbdurchlässigen Spiegel 9 empfängt, während sein linkes Auge 7 kein Licht vom Schirm S sehen soll. In der Praxis wird sowohl an der Oberfläche des Linsenschirms 5 und von einer im Lichtpfad angebrachten LCD- Konsole 11 Licht gestreut. Dieses Streulicht, das schematisch als unterbrochene Linien 12 dargestellt ist, kommt am linken Auge an, das nur Licht sehen soll, das über den anderen optischen Kanal ankommt. Dieser zweite Kanal besteht aus einem Spiegel 13, einem Sperrstreifen-Array 14; einem entsprechenden Linsenschirm 15 und einer zweiten LCD-Konsole 16. In derselben Weise, in der das linke Auge nur Licht aus dem zweiten Kanal sehen soll, wird an der Oberfläche des Schirms 15 und der LCD 16 etwas Licht gestreut, als unterbrochene Linien 17 dargestellt, und kommt an der Position des rechten Auges des Beobachters an.
Das gestreute Licht stellt in der Tat eine optische Überlagerung dar. Dies kann mathematisch als eine 2 · 2-Matrix dargestellt werden. Unter der Annahme, die nur im Symmetriefall gültig ist, dass ein Anteil k des Lichts, das für die Betrachtungszonen für ein Auge vorgesehen ist, in die Zonen für das andere Auge gestreut wird, wobei diesem der Anteil (1-k) verbleibt, kann diese Matrix wie folgt geschrieben werden:
wobei SL und SR das vom linken bzw. rechten Auge des Beobachters empfangene optische Signal darstellen, C eine Konstante ist, die den Anteil des gesamten verfügbaren Lichts darstellt, der in jede der Pupillen des Beobachters eintritt, und LL und LR die Komponenten für das linke und rechte Auge der Lichtsignale sind, welche für die jeweiligen Augen des Beobachters vorgesehen sind. Durch Umkehren oder Invertieren dieser Matrix und Erzeugen von zwei vorbehandelten Lichtsignalen durch Anwendung dieser Korrekturmatrix auf die ursprünglichen Werte von LL und LR können zwei neue Signale erzeugt werden. Unter Verwendung derselben Schreibweise wie oben, werden diese vorbehandelten Signale PL und PR wie folgt abgeleitet:
Wenn diese vorbehandelten Signale bei den beiden optischen Kanälen aus Fig. 1 verwendet werden, wird eine wirksame Auslöschung der aus dem Streuungsanteil k resultierenden optischen Überlagerung erreicht. Dies ist gültig, solange das angeforderte Signal nicht negativ wird, wobei diese Bedingung für eine breite Auswahl von natürlichen Bildern erfüllt wird. Selbst wenn es negativ werden sollte, ist es in der Praxis gewöhnlich völlig akzeptabel, auf das Signal für beide Augen eine neutrale Gesamtvorspannung aufzubringen, so dass Raum bleibt, um das erforderliche Korrektursignal zu subtrahieren.
In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, zum Erzeugen der notwendigen Signale für die LCD-Konsolen für das linke und rechte Auge der Ausführungsform aus Fig. 1. An Eingängen 18 bzw. 19 werden Signale LL und LR angelegt. Zwei Umkehrverstärker 20 und 21 erzeugen Signale für zwei Summierverstärker 22 und 23, die ebenfalls umkehren, womit die richtige Signalpolarität erzeugt wird. Der geeignete kleine Anteil der umgekehrten Ausgangsgröße des Eingangsverstärkers 20 für das linke Auge wird vom Verstärker 24 umgekehrt und dem Summierknoten des Ausgangsverstärkers 23 für das rechte Auge als zusätzliche Daten zugeführt. Umgekehrt führt der Verstärker 25 eine kleine umgekehrte Komponente der Ausgangsgröße des Eingangsverstärkers 21 für das rechte Auge dem Summierknoten des Ausgangsverstärkers 22 für das linke Auge zu. Die Ausgangsgrößen 26 und 27 der Verstärker 22 und 23 werden den Eingängen der LCD-Konsolen 16 bzw. 11 zugeführt. Durch Anpassen von Stellwiderständen 28 und 29 kann die korrekte Vorbehandlung an dem Kanal für das linke bzw. rechte Auge durchgeführt werden. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass für die besondere Ausführungsform aus Fig. 1 ein beliebiges Videosignal, das zu einer der LCD-Konsolen zugeführt wird, organisiert sein muss, um das Bild in einer horizontalen Richtung abzutasten, die entgegengesetzt zu derjenigen des entsprechenden Videosignals ist, das der anderen LCD-Konsole zugeführt wird. Dies ist notwendig, um die Wirkung des halbdurchlässigen Spiegels 9 auszugleichen. Bei der Ausführungsform, wie in Fig. 2 dargestellt, wird davon ausgegangen, dass dies erreicht wird, indem man die LCD selbst umdreht. Alternativ kann dasselbe Ergebnis erreicht werden, indem man Leitungspuffer verwendet und die primären Bilddaten und/oder Vorbehandlungsbilddaten in der geeigneten Richtung ausliest, bevor man diese zu den LCD-Konsolen weiterleitet.
In Systemen, wo das Maß der Streuung nicht konstant ist, zum Beispiel, wo dieses von der Position des Beobachters oder der Position innerhalb der Bildfläche abhängt, ist für den Fachmann ersichtlich, dass die Verstärkungen der Verstärker 24 und 25 dynamisch gesteuert werden können, vorausgesetzt die relevanten Daten sind verfügbar. Dies wird bei Systemen von der in der Anmeldung PCT/GB94/00405 beschriebenen Art der Fall sein, wo ein Kopffolgesystem den Beobachter lokalisiert. Die Ausführungsform aus Fig. 1 behandelt jedes Videosignal so, als ob es einen einzigen Kanal für jedes Auge umfasst. Es ist häufig vorteilhaft, Farbsignale als drei unabhängige primäre Kanäle für die rote, grüne und blaue Komponente des Bildes (als RGB bekannt) zu verarbeiten. Jede Farbe würde dann von einer Schaltung von der Form aus Fig. 2 verarbeitet und könnte dort, wo die Streuung farbabhängig ist, vor der Darstellung ein unterschiedliches Maß an Vorbehandlung aufweisen. Eine wichtige Bedingung für die erfolgreiche Anwendung der Schaltung aus Fig. 2 besteht darin, dass die Übertragungsfunktion des Systems linear ist. Das heißt, eine prozentuale Veränderung bei dem am Eingang 18 der Schaltung angelegten Signal sollte zu derselben prozentualen Veränderung des von der LCD-Konsole 16 aus Fig. 1 durchgelassenen Lichts führen. Da LCDs gewöhnlich eine nicht-lineare Übertragungsfunktion besitzen, muss dies durch die Ausgangsstufen 22 und 23 der Schaltung kompensiert werden, indem sie zweckmäßig nicht-linear sind. Außerdem findet man, dass bei vielen LCDs die tatsächliche Funktion, die der Nichtlinearität der LCD entspricht, stark vom vertikalen Betrachtungswinkel abhängt. Die Übertragungsfunktion des Systems zwischen den Summierverstärkern aus Fig. 2 und den LCD-Konsolen aus Fig. 1 wird zweckmäßig in Abhängigkeit von Kopfpositionsdaten gesteuert, wenn diese verfügbar sind, wie dies bei einer autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, wie in der Anmeldung PCT/GB94/00405 beschrieben, gewöhnlich der Fall ist. Ein wichtiger zusätzlicher Vorteil einer derartigen Steuerung besteht darin, dass über einen wesentlichen Dynamikbereich der LCD und für einen wesentlichen Bereich von Betrachtungswinkeln ein korrektes Farbgleichgewicht aufrechterhalten wird.
Während die Ausführungsform aus Fig. 1 die Verwendung von zwei getrennten LCDs zeigt, ist diese Erfindung gleichfalls auf ein System anwendbar, bei dem ein Schirm verwendet wird, um zwei oder mehr Ansichten für eine autostereoskopische Betrachtung zu erzeugen. Bei Systemen dieser Art wird gewöhnlich ein Linsenschirm vor der Darstellungsoberfläche verwendet, um die Ansichten für das linke und rechte Auge zu trennen. Weil die Oberfläche eines derartigen Schirms bewirkt, dass etwas Licht gestreut wird, wird eine optische Überlagerung vorhanden sein. Andere autostereoskopische Projektionssysteme, die zurückstrahlende oder richtungsselektive Schirme verwenden, werden ähnliche Eigenschaften zeigen. Indem man jede Ansicht, die dargestellt werden soll, gemäß dieser Erfindung vorbehandelt, kann die Auswirkung einer derartigen Überlagerung wesentlich vermindert werden.
Bei dem angegebenen Beispiel wird eine 2 · 2-Matrix umgekehrt, um Fehler auszulöschen, die durch ein Zweikanalsystem eingeführt werden. Für den Fachmann wird deutlich, dass diese Erfindung auf autostereoskopische Mehrkanalsysteme angewandt werden kann, sowohl für statische und dynamische Bilder. Obwohl das Beispiel der Schaltung aus Fig. 2 zeigt, wie die wohlüberlegte Vermischung von zwei optischen Kanälen in der Tat die wahrgenommene Überlagerung zwischen ihnen verringern kann, kann das Prinzip dieser Erfindung auf Systeme ausgedehnt werden, die eine größere Anzahl von perspektivischen Ansichten verwenden. Die Überlagerung von jeder unabhängigen Ansicht in den Bildkanal einer beliebigen anderen Ansicht kann gemäß den vorangehend angegebenen Prinzipien als Matrix definiert werden. Diese Matrix kann dann umgekehrt werden, und so ein geeignetes Vorbehandlungsnetzwerk errichtet werden, um die sichtbare Wirkung der unerwünschten Überlagerung zu verringern.
Zum Beispiel kann ein Linsenschirm eine große Anzahl von perspektivischen Ansichten aufweisen, die an der Brennebene seiner Linsenelemente dargestellt werden. Eine gewisse optische Überlagerung kann sich durch Streuung an der Linsenoberfläche des Linsenschirms oder andere Beschränkungen in der optischen Leistungsfähigkeit des Systems ergeben. Diese Überlagerung kann als N · N-Matrix (gewöhnlich symmetrisch) dargestellt werden, in der die diagonalen Ausdrücke nahezu gleich sind, die abseits der Achsen liegenden Ausdrücke klein sind, und N die Anzahl der zum Zweck der Überlagerungsunterdrückung dargestellten Ansichten ist. Die inverse oder umgekehrte Matrix kann erfindungsgemäß für jede jeweilige Ansicht abgeleitet und auf die ursprünglichen Bilddaten angewandt werden, womit die Auswirkungen der unerwünschten Überlagerungen gemildert werden. Für dieses besondere Beispiel ist es praktischer, einen Faltungsvorgang anzuwenden, um die zur Unterdrückung der Überlagerung erforderliche Vorbehandlung abzuleiten. Jeder Punkt wird von seinen nahen Nachbarn in einer ähnlichen Weise beeinflusst, und die Matrix ist tatsächlich sehr groß, wobei die Ausdrücke abseits der Diagonalen in einem gewissen Abstand von dieser verschwindend klein werden. Ähnliche Argumente gelten für ein Projektionssystem mit mehreren Ansichten, bei dem ein zurückstrahlender oder richtungsselektiver Schirm verwendet wird, um die Betrachtungspositionen für unterschiedliche Ansichten am Ort des Beobachters zu trennen.
Die Prinzipien dieser Erfindung können auf den Bildeinfang- oder Bildaufnahmevorgang Anwendung finden. Dies wird mit Hilfe von Fig. 3 veranschaulicht. Ein schematisch dargestelltes Objektfeld 30 weist Punkte A und B auf, die von einer Linse 31 abgebildet werden, um auf einem CCD-Array 32 ein Bild zu erzeugen. Die am Punkt A ausgehenden Strahlen 33 bis 35 laufen zu einem Punkt P vor der Oberfläche 36 der CCD zusammen, während die Strahlen 37 bis 39 von dem näher bei der Linse 31 liegenden Punkt B zu einem Punkt hinter der Oberfläche 36 zusammenlaufen. Die Linse 31 weist eine Blende auf, die als eine Linie 40 mit einer Lücke dargestellt ist. Unmittelbar hinter der Blende 40 befindet sich ein elektrisch betätigter Segmentverschluss mit einem linken Teil 41 und einem rechten Teil 42. Jeder Teil kann durch eine Steuerschaltung 43 durchlässig oder im Wesentlichen undurchsichtig gemacht werden. Wenn der linke Teil undurchsichtig ist, sollen die schraffierten Bereiche zwischen den Strahlen 33 und 34 und diejenigen zwischen den Strahlen 37 und 38 ohne Licht sein. Dies entspricht einer Blockierung einer perspektivischen Ansicht des Objektfeldes für das "linke Auge". Umgekehrt kann der Teil 42 des Verschlusses undurchsichtig und der Teil 41 durchlässig gemacht werden, wenn die perspektivische Ansicht für das "rechte Auge" blockiert wird. Die Leitung 44 von der Schaltung 43 steuert die Bildfrequenz der CCD 32, und die Leitungen 45 und 46 die Synchronisierung der Verschlussteile 41 bzw. 42, so dass diese synchronisiert werden, um Halbbilder der CCD abwechseln zu lassen. Während die Perspektive-Bilddaten für jedes Auge aus der CCD 32 auf der Leitung 47 ausgelesen werden, werden diese von der Schaltung 43 durch einen von zwei analogen Schaltern 48 und 49 geleitet und in Puffern 50 und 51 gespeichert. Jeder dieser Puffer weist zwei Schnittstellen auf und liefert während jedes Halbbildes Ausgangsgrößen auf den Leitungen 52 und 53. Auf diese Weise werden stereoskopische Bilddaten unter Verwendung eines Einzellinsensystems bereitgestellt. In der Praxis kann es sein, dass die Betätigung der Verschlusssegmente 41 und 42 nicht 100%-ig wirksam ist. Dies kann insbesondere der Fall sein, wo der Betrieb für das grüne Band optimiert worden ist, wenn etwas blaues und rotes Licht selbst dann weiter durchgelassen wird, wenn ein bestimmtes Segment für undurchsichtig erachtet wird. Diese Unzulänglichkeit kann am Eingang eines stereoskopischen Videosystems als optische Überlagerung angesehen werden. Indem man die beiden Signale aus den Leitungen 52 und 53, die dort, wo RGB-Daten verarbeitet werden, tatsächlich Gruppen von drei körperlich vorhandenen Leitungen darstellen können, in eine Schaltung zuführt, deren Form ähnlich ist, wie diejenige aus Fig. 2, können mühelos Ausgangsgrößen erzeugt werden, die den geforderten tatsächlichen Bilddaten entsprechen.
Ein einfaches geteiltes Pupillensystem (zwei Segmente) ist verwendet worden, um zu veranschaulichen, wie die Erfindung benutzt werden kann, um unterschiedliche perspektivische Ansichten wiederherzustellen, die man durch einen einzigen optischen Kanal erhalten hat. Andere Kamera-Anordnungen sind möglich, wobei einige die Verwendung von Endoskopen und dergleichen einschließen. Hier können mehrere Pupillen vorhanden sein, die einen einzigen optischen Kanal verwenden, oder es kann eine Polarisation verwendet werden, um zwei unabhängige Bildkomponenten zu identifizieren. Die optische Vermischung, die in solchen Systemen auftritt, kann zweckmäßigerweise überwunden werden, indem man die Prinzipien dieser Erfindung anwendet.
In Fig. 4 ist ein Beispiel eines Endoskopsystems dargestellt, bei dem die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zweckmäßig angewandt werden können. Ein kohärentes Faseroptikbündel 54 überträgt ein Bild von einer Stirnfläche 55 zur anderen 56. Am distalen Ende des Endoskops befindet sich eine Objektivlinsen- Einheit 57, die auf der Fläche 55 ein erstes Bild des Objektfeldes erzeugt. Vor dem Objektiv 57 befindet sich eine zusammengesetzte Pupille 58. Diese zusammengesetzte Pupille weist zwei Segmente 58L und 58R auf. Weil jedes Segment einen Schwerpunkt besitzt, der im Abstand von demjenigen des anderen angeordnet ist, und sich selbst als Pupille verhält, entsprechen die Segmente etwas unterschiedlichen Blickpunkten, wobei diese Anordnung im Prinzip äquivalent zu derjenigen aus Fig. 3 ist. Das Segment 58L leitet Licht zur Betrachtung mit dem linken Auge weiter, während das Segment 58R Licht zur Betrachtung mit dem rechten Auge weiterleitet. Jedes Segment umfasst ein polarisierendes Element. Beim Element von 58L ist die Polarisationsrichtung orthogonal zu derjenigen des Elements von 58R. Obwohl die Prinzipien dieser Erfindung in dem Fall angewandt werden können, wo das Licht planpolarisiert bleibt, wird es häufig als zweckmäßig angesehen, zwischen den Polarisatoren und der kohärenten Faser 54 eine Viertelwellenplatte 59 in den Lichtpfad einzusetzen, so dass die linear polarisierte Komponente für das linke und rechte Auge zirkular polarisiert werden. Das auf der Austrittsfläche 56 des Faserbündels erzeugte Bild umfasst zwei im Wesentlichen zirkular polarisierte Komponenten, obwohl innerhalb der Faser eine gewisse Entpolarisierung stattfindet. Wenn die beiden Bildkomponenten getrennt werden, indem eine zweite Viertelwellenplatte 60 und ein polarisierender Strahlteiler 61, verwendet werden, wird eine gewisse Vermischung oder optische Überlagerung beobachtet. Eine Linse 62 erzeugt die beiden Bilder auf zwei CCDs 63 und 64. Die Prinzipien dieser Erfindung können angewandt werden, um ein Bild für das linke und rechte Auge ohne diesen unerwünschten Effekt bereitzustellen. Da beide Bilder gleichzeitig erzeugt werden, ist keine Speicherung der Signale erforderlich, und diese können unmittelbar zum Betrachtungssystem übertragen werden.
Bei der Ausführungsform aus Fig. 4 ist eine körperlich vorhandene Pupille 58 in zwei seitlich versetzte polarisierende Teile 58L und 58R aufgeteilt worden. Eine Alternative, die ein ähnliches Ergebnis erzielt, ist das Einbringen einer Tafel aus doppelbrechendem Material, wie beispielsweise Calcit, in den Pfad zwischen der körperlichen Pupille 58 und dem Objektfeld. Wenn sie unter einem passenden Winkel zu ihren Hauptachsen geschliffen ist, führt diese eine Relativverschiebung zwischen dem Schwerpunkt von zwei virtuellen Bildern der eigentlichen Pupille ein, und in der Tat leitet jede von diesen Licht weiter, das zu demjenigen, das von der anderen weitergeleitet wird, orthogonal polarisiert ist, jedoch von einem etwas unterschiedlichen Blickpunkt des Objektfeldes stammt.
Es versteht sich, dass der Ausdruck stereoskopisch für Zwecke dieser Erfindung den Ausdruck autostereoskopisch einschließt.
Während die Unterdrückung von Überlagerung im Zusammenhang mit zwei unterschiedlichen Perspektiven desselben Objektfeldes beschrieben worden ist, ist ersichtlich, dass die beiden Bilder ganz verschiedene Gegenstände umfassen können, oder Ansichten desselben Gegenstands zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Der Geltungsbereich des Ausdrucks "unterschiedliche perspektivische Ansicht" sollte daher als jegliches unterschiedliche zweidimensionale Bild einschließend angesehen werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Verwendung beim Darstellen von stereoskopischen Bildern durch im Wesentlichen gleichzeitige Wiedergabe einer Mehrzahl von perspektivischen Ansichten eines Objektfeldes und/oder Schauplatzes, umfassend eine Anzeigeeinrichtung (1-6,9,11,13-16), eine Einrichtung (20- 25,28,29) zum Vorbehandeln von ersten und zweiten primären Bilddaten, wobei die besagten ersten und zweiten primären Daten einer ersten bzw. zweiten zweidimensionalen perspektivischen Ansicht des besagten Objektfeldes und/oder Schauplatzes entsprechen, und, im Anschluss an die Vorbehandlung im Gebrauch, zum Darstellen zur Betrachtung durch das erste bzw. zweite Auge eines Beobachters, wobei die besagte Vorbehandlungseinrichtung angeordnet ist, um erste zusätzliche Bilddaten mit den besagten ersten primären Bilddaten und zweite zusätzliche Bilddaten mit den besagten zweiten primären Bilddaten zu kombinieren, wobei die ersten zusätzlichen Bilddaten aus mindestens den zweiten primären Bilddaten abgeleitet werden, und die zweiten zusätzlichen Bilddaten aus mindestens den ersten primären Bilddaten abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung mindestens eine Flüssigkristallanzeige (LCD)(11,16) und eine Einrichtung (22, 23) mit einer nicht-linearen Kennlinie zum Ansteuern der LCD umfasst, so dass im Gebrauch das von einem Punkt auf der LCD zum Beobachter weitergeleitete Licht in einer linearen Beziehung zu dem in die Ansteuereinrichtung eingegebenen, dem besagten Punkt entsprechenden Signal steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, um die nicht-lineare Kennlinie der Ansteuereinrichtung in Abhängigkeit von der Position des Beobachters in Bezug zur LCD zu verändern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Vorbehandlung von Bilddaten im Gebrauch in Abhängigkeit von den Daten der Kopfposition des Beobachters modifiziert wird.

4. Vorrichtung nach einem beliebigen vorangehenden Anspruch, bei der die abgeleiteten zusätzlichen Daten eine Funktion von sowohl den primären Daten, von denen sie abgeleitet werden, und der Position innerhalb des Bildes entsprechend den besagten primären Daten sind.

5. Vorrichtung nach einem beliebigen vorangehenden Anspruch, bei der die Vorbehandlungseinrichtung eine Einrichtung zum Aufbringen einer neutralen Gesamtvorspannung auf die Signale für beide Augen umfasst.

6. Vorrichtung nach einem beliebigen vorangehenden Anspruch, umfassend eine Einrichtung zum Einfangen von Bilddaten, die einer Mehrzahl von perspektivischen Ansichten des Objektfeldes entsprechen, wobei die besagte Bildeinfangeinrichtung mindestens zwei reelle oder virtuelle Pupillenpositionen umfasst, wobei die besagten Pupillen im Abstand angeordnete Schwerpunkte aufweisen, so dass im Gebrauch Licht, das unterschiedlichen Perspektiven entspricht, an jeweilige Pupillenpositionen geleitet wird, um die ersten und zweiten primären Bilddaten bereitzustellen.

7. Vorrichtung zum Einfangen von mindestens einer ersten und zweiten perspektivischen Ansicht eines Objektfeldes, umfassend eine Bildeinfangeinrichtung (32), eine optische Einrichtung (31) zur Weiterleitung der besagten Ansichten zur Bildeinfangeinrichtung, bei der die optische Einrichtung bewirkt, dass Licht von der mindestens ersten und zweiten Ansicht eine gewisse optische Überlagerung erleidet, um mindestens ein erstes und ein zweites zusammengesetztes Bild auf der Einfangeinrichtung zu erzeugen, sowie eine Verarbeitungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung mindestens zwei reelle oder virtuelle Pupillenpositionen umfasst, wobei die besagten Pupillen im Abstand angeordnete Schwerpunkte aufweisen; die Einfangeinrichtung mindestens eine CCD umfasst, die für ein lineares Ansprechverhalten auf darauf einfallendes Licht sorgt; und die Verarbeitungseinrichtung (43,48-51) im Gebrauch in einer linearen Weise die Videodaten umfassend das erste zusammengesetzte Bild mit den Videodaten umfassend das zweite zusammengesetzte Bild kombiniert, um erste und zweite primäre Bilddaten bereitzustellen, die im Wesentlichen der ersten und zweiten perspektivischen Ansicht des Objektfeldes entsprechen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, einschließend ein durchsichtiges doppelbrechendes Element zwischen dem Objektfeld und einer reellen Pupille, wodurch zwei virtuelle Pupillen mit im Abstand angeordneten Schwerpunkten bereitgestellt werden, so dass im Gebrauch eine erste virtuelle Pupille Licht weiterleitet, das in einer ersten Richtung polarisiert ist und einer ersten perspektivischen Ansicht des Objektfeldes entspricht, und die zweite virtuelle Pupille Licht weiterleitet, das in einer zweiten Richtung orthogonal zu der besagten ersten Richtung polarisiert ist und einer zweiten perspektivischen Ansicht des Objektfeldes entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend eine kohärente Optikfasereinrichtung, um zwei orthogonal polarisierte unterschiedliche perspektivische Ansichten des Objektfeldes gleichzeitig zur Bildeinfangeinrichtung weiterzuleiten, sowie eine Einrichtung zur Trennung der besagten polarisierten Komponenten vor dem Einfangen des Bildes, um im Gebrauch die ersten und zweiten primären Bilddaten bereitzustellen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die beiden orthogonal polarisierten Ansichten im Uhrzeigersinn bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn zirkular polarisierte Ansichten sind.

11. Verfahren zur Verwendung beim Darstellen von stereoskopischen Bildern durch im Wesentlichen gleichzeitige Wiedergabe einer Mehrzahl von perspektivischen Ansichten eines Objektfeldes und/oder Schauplatzes, umfassend: Vorbehandeln von ersten und zweiten primären Bilddaten, wobei die besagten ersten und zweiten primären Daten einer ersten bzw. einer zweiten zweidimensionalen perspektivischen Ansicht des besagten Objektfeldes und/oder Schauplatzes entsprechen, durch Ableitung von ersten zusätzlichen Bilddaten aus mindestens den zweiten primären Bilddaten und zweiten zusätzlichen Bilddaten aus mindestens den ersten primären Bilddaten; Kombinieren der besagten ersten zusätzlichen Bilddaten mit den besagten ersten primären Bilddaten und der besagten zweiten zusätzlichen Bilddaten mit den besagten zweiten primären Bilddaten, sowie Darbieten auf mindestens einer Flüssigkristallanzeige (LCD) der besagten ersten vorbehandelten Bilddaten einem ersten Auge eines Beobachters und der besagten zweiten vorbehandelten Bilddaten dem zweiten Auge des besagten Beobachters, gekennzeichnet durch Ansteuern der LCD mit einer nicht-linearen Kennlinie, so dass im Gebrauch das zum Beobachter weitergeleitete Licht in linearer Beziehung zu dem in die Ansteuereinrichtung eingegebenen Signal steht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Vorbehandeln der primären Daten ein Konstruieren der Inversen einer Matrix umfasst, welche die wechselseitige optische Überlagerung zwischen jedem perspektivischen Kanal und den anderen perspektivischen Kanälen darstellt, wobei die besagte Matrix quadratisch ist und eine Anzahl von Elementen gleich dem Quadrat der Anzahl von perspektivischen Kanälen aufweist; und Anwenden der besagten inversen Matrix auf die besagten primären Daten.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, bei dem das Vorbehandeln der primären Daten ein Beproben eines aus Bilddaten bestehenden vollständigen Bildes, Bestimmen des kleinsten Wertes der vorbehandelten Daten und Anlegen einer gleichförmigen Vorspannung an die besagten vorbehandelten Daten einschließt, um sicherzustellen, dass dies keine Anforderung für negative Werte zur Darstellung durch die Anzeigevorrichtung darstellt.

14. Verfahren zum Einfangen von mindestens einer ersten und zweiten perspektivischen Ansicht eines Objektfeldes, welches die Schritte einschließt: Bereitstellen einer optischen Einrichtung, einer Bildeinfangeinrichtung und einer Verarbeitungseinrichtung; Weiterleiten der besagten Ansichten zur Bildeinfangeinrichtung über die besagte optische Einrichtung, um dadurch zu bewirken, dass Licht von der mindestens ersten und zweiten Ansicht eine gewisse wechselseitige optische Überlagerung erleidet, die in der Erzeugung von mindestens einem ersten und zweiten zusammengesetzten Bild auf der Einfangeinrichtung resultiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bereitstellens der optischen Einrichtung einschließt: Bereitstellen von mindestens zwei reellen oder virtuellen Pupillen mit im Abstand angeordneten Schwerpunkten; der Schritt des Bereitstellens der Einfangeinrichtung einschließt: Bereitstellen von mindestens einer CCD mit einem linearen Ansprechverhalten auf darauf einfallendes Licht; und der Verarbeitungsschritt einschließt: Kombinieren von mindestens den dem ersten zusammengesetzten Bild entsprechenden Videodaten mit den dem zweiten zusammengesetzten Bild entsprechenden Videodaten in einer linearen Weise, um dadurch erste und zweite primäre Bilddaten bereitzustellen, die im Wesentlichen der ersten und der zweiten perspektivischen Ansicht des Objektfeldes entsprechen.