用于再生图像信息的方法和自动立体屏幕的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在自动立体屏幕上再生图像信息的方法，以及适合于执行该方法的自动立体屏幕。
[0002]由此，本发明涉及本身已知的一种类型的屏幕的使用，该类型的屏幕称为自动立体屏幕并且用于显示3D图像，使得可以三维地感知3D图像，而无需特殊的眼镜。这种屏幕包括具有多个像素的像素矩阵以及布置在该像素矩阵的前方的光栅，其中，像素矩阵的像素布置成使得它们形成彼此相邻等距布置且具有竖直行方向或相对于竖直面倾斜的行方向的多行，并且其中，光栅包括平行于这些行取向且彼此相邻等距布置的条状结构族，且在每一种情况下设定至少一个限定的用于脱离像素的光的传播平面，所述传播平面从限定的水平传播方向和行方向横跨。
【背景技术】
[0003]表示为光场显示器的特定类别的自动立体屏幕以特定几何结构为特征。关于这些屏幕，由相邻的条状结构的横向偏移所限定的光栅的周期长度对应于直接相邻的像素行的横向偏移的整数倍，其中该因子大于2。例如H.Hoshino,F.0kano,H.1sono和1.Yuyama在1998年在期刊“J.0pt.Soc.Am.A 15，2059”中描述了这种屏幕。
[0004]这种矩阵屏幕的行可以以周期性序列被分布到多个通道上，该多个通道对应于行距离与光栅周期之间的整数比。由于特殊的几何结构，脱离矩阵屏幕的光然后被光栅导向成或限制成使得脱离这些通道中的每个通道的像素的光形成光束或光柱，光束或光柱以平行方式被引导到光栅的后面。然后屏幕的指定用途设想这些通道中的每个通道利用多个视图中的恰好一个视图的图像信息得以激活，该多个视图对应于场景从略微不同方向的平行投影。然后因此这些视图中的恰好一个视图被再生在这些通道中的每个通道的像素上。光场产生在屏幕前方的观看空间中，屏幕的观看者可以在该光场中移动并用双眼看到两个图像，这两个图像在每一种情况下形成为平行投影的视图中的不同视图的混合。这些图像然后对应于两个中心投影的图像，这两个中心投影的图像作为立体的半图像彼此补偿成为立体图像，从而观看者以三维方式感知场景，并且具体地从根据他的位置的方向感知场景。这一类型的图像再生称为全景成像。然而，仅相对小的图像深度可以以该方式真实地被再生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是利用所描述类型的屏幕，利用相对大的图像深度提供尽可能地渲染3D图像的表示的措施。
[0006]根据本发明，该目的通过具有主要权利要求的特征的用于在自动立体屏幕上再生图像信息的方法以及通过具有辅助权利要求的特征的自动立体屏幕来实现。本发明的有利的设计和另外的改进将从从属权利要求的特征得到。
[0007]因此提出了一种用于在自动立体屏幕上再生图像信息的方法，并且如前所述，该屏幕包括具有多个像素的像素矩阵以及布置在所述像素矩阵前方的光栅，其中，所述像素矩阵的所述像素布置成使得它们形成彼此相邻等距布置且具有竖直的行方向或相对于竖直面倾斜的行方向的多行，并且其中所述光栅包括平行于所述行取向且彼此相邻等距布置的条状结构族且在每一种情况下设定至少一个用于脱离所述像素的光的限定传播平面，所述传播平面从限定的水平传播方向和所述行方向横跨，其中由相邻的条状结构的横向偏移所限定的所述光栅的周期长度是直接相邻的行的横向偏移的整数因子η倍大，其中η大于2，通常显著地大于2，例如8或者更大。利用所提出的方法，所述像素矩阵被激活用于从所述屏幕前方的限定的视距对3D图像的自动立体观看，其中该方法包括以下步骤:
[0008]-在每一种情况下，将第一局部坐标值和第二局部坐标值分配到所述行中的每行，其中，所述第一局部坐标值在每一种情况下指定在所述屏幕前方的所述视距处水平取向的坐标轴上的位置，由所述光栅设定的脱离各自行的所述光的所述限定传播平面或者这些传播平面中的一者在该位置处与该坐标轴相交，并且其中，所述第二局部坐标值在横向方向上指定所述各自行的位置或所述光栅的所述条状结构的位置，脱离该行的所述像素的所述光下落通过该位置，
[0009]-对于每一所述行，在每一种情况下通过图像合成计算图像的提取部，其中，该图像在每一种情况下通过待再生的所述3D图像的从由分配到所述各自行的所述第一局部坐标值限定的位置的视角来给定，并且其中，所述提取部在每一种情况下通过该图像的条状部来限定，该图像中的所述条状部具有对应于分配到所述各自行的所述第二局部坐标值的横向位置，
[0010]-以一种方式激活所述像素矩阵的所述像素，使得对于该行以这种方式计算的所述提取部被写入到每一所述行中。
[0011]由此结果是可以相当于3D图像在常规的所谓多视图显示器上的表示的情况，利用该多视图显示器，多个横向偏移视区之一在每一种情况下的一定数目个立体的半图像在该显示器前方的视距处是可见的，所述视距取决于所应用的显示器的几何结构，并且这些成对的半图像彼此补偿成可三维感知的立体图像。此处所提出的措施关于它们的效果允许可与此相当的图像再生，尽管所应用的屏幕由于看第一眼时的像素行的距离(一方面)与光栅的周期长度(另一方面)之间的整数比而似乎适合于这种图像再生。对比于上面所描述的所谓的全景成像(实际上构思用于该全景成像的这类屏幕)，可以通过此再生具有事实上无限的图像深度的3D图像。额外的优点由于以下事实而产生:对比于常规的多视图显示器，可以至少在特定限度内自由选择视距。由此3D图像至少从位于屏幕前方的视距处的特定宽度的观察空间以良好的质量可见并且自动立体地可感知为三维的。由此，观看者可以在该观察空间内自由地移动，特别是横向自由地移动，其中仅仅所感知的视角根据横向运动改变，而没有三维印象损失。由此，三维印象(正如利用常规的多视图显示器的情况)通过看到两个不同的图像的观看者的两只眼睛而产生，该两个不同的图像表示不同的视角并且至少对应于几乎两个彼此补偿成立体图像的立体的半图像。尽管这两个图像本身包括略微不同的视角的提取部，然而这两个提取部之间的视角差异保持得这么小，使得它们没有被看成是显著混乱的。
[0012]相应地，由本发明提出的自动立体屏幕也是有利的，利用本发明提出的自动立体屏幕，图像信息可以以所描述的方式表示。该自动立体屏幕包括具有多个像素的像素矩阵、布置在所述像素矩阵前方的光栅、以及用于激活所述像素矩阵的控制单元，其中，所述像素矩阵的所述像素布置成使得它们形成彼此相邻等距布置且具有竖直的行方向或相对于竖直面倾斜的行方向的多行，其中所述光栅包括平行于所述行取向且彼此相邻等距布置的条状结构族，且在每一种情况下设定至少一个用于脱离所述像素的光的限定传播平面，所述传播平面从限定的水平传播方向和所述行方向横跨，其中由相邻的条状结构的横向偏移所限定的所述光栅的周期长度是直接相邻的行的横向偏移的整数因子η倍大，其中η大于2 (通常显著地大于2)，以及其中所述控制单元被配置成激活所述像素矩阵，用于在所述屏前方的视距处对3D图像的自动立体观看，并且为此，所述控制单元被配置成执行以下步骤:
[0013]-计算或评估分配，所述分配在每一种情况下将第一局部坐标值和第二局部坐标值分配到所述行中的每行，其中，所述第一局部坐标值在每一种情况下指定在所述屏幕前方的所述视距处水平取向的坐标轴上的位置，由所述光栅设定的脱离各自行的所述光的所述限定传播平面或者这些传播平面中的一者在该位置处与该坐标轴相交，并且其中，所述第二局部坐标值在横向方向上指定所述各自行的位置或所述光栅的所述条状结构的位置，脱离该行的所述像素的所述光下落通过该位置，
[0014]-对于每一所述行，在每一种情况下通过图像合成计算图像的提取部，其中，该图像在每一种情况下通过待再生的所述3D图像的从由分配到所述各自行的所述第一局部坐标值限定的位置的视角来给定，并且其中，所述提取部在每一种情况下通过该图像的条状部来限定，该图像中的所述条状部具有对应于分配到所述各自行的所述第二局部坐标值的横向位置，
[0015]-以一种方式激活所述像素矩阵的所述像素，使得对于该行所计算的所述提取部被写入到每一所述行中。
[0016]要注意的是，坐标轴通常自然地以直的方式且平行于由像素矩阵或光栅所限定的平面延伸。然而二者并非绝对必要。因此，坐标轴在某些情况下还可以关于屏幕倾斜地放置。这会导致观察空间在左端比右端处更靠近屏幕或者更远离屏幕，3D图像从该观察空间是自动立体可见的。坐标轴还可以通过具有弧形线路的线来给定，其中第一局部坐标值则通过该线的一维参数化来限定，并且在每一种情况下限定该线上的位置。这种线还被理解为广义的坐标轴。
[0017]该控制单元在计算所述提取部时通常被配置成，确定所述提取部的图像点的亮度值，以及通过利用所述亮度值激活形成所述各自行的所述像素而将所述提取部写入到所述像素矩阵的所述行中，所述亮度值是针对各自的提取部的图像点而确定的。因此所述提取部的计算可以包括确定所述提取部的图像点的亮度值，其中，通过形成所述各自行的利用所述亮度值激活的所述像素，将所述提取部写入到所述像素矩阵的所述行中，所述亮度值是针对各自的提取部的图像点而确定的。用于计算提取部的图像合成(还称为渲染)可以以本身已知的方式来执行。因此，常规的渲染方法可以应用于此，其中相比于常规应用，利用这种渲染方法或图像合成不会产生增加的计算工作量，这是由于不同视角的相对大量的不同图像不需要被完全计算，而是计算所提到的提取部就已足够，因此在每一种情况下，仅仅计算这些图像的相对小的部分。
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