专利名称：产生三维图像的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一图像承载装置，可以产生自动立体视维的图像，透视被摄录物体的所在区域。
已经知道的是US4 571 616和DE35 29 819公开的投影仪，其显示平面是静态的，显示屏以柱面透镜式的光栅分组，从而产生立体视维的图像。在此过程中，图像被分裂成垂直的线并投射在屏幕的后壁上，然后它们通过前置的柱面透镜被方向选择，由此给观察者以空间图像的效果。另外，补色立体图法也是已知的。此方法中，两个旁侧被移动的图像被叠置投射，通过滤色眼镜观察叠置的图像，就产生了三维的效果。滤色眼镜的镜片完全染成和两幅投射图像相同的颜色。此外，光栅眼镜(Chip 5/98 S.32)也是已知的。它们把时间上推迟的各幅图像的视图，同步在屏幕上演示给左右眼睛，由此产生三维图像。
JP 07-64 020A公开了一种三维展示也是已知的。此方法中，数个简单物镜放置于一个显示平面上，它们包括一个短焦距的凸透镜，一个光源以及一个在其间定位的灵活的驱动器。通过灵活的驱动器，凸透镜和光源之间的距离发生变化，通过凸透镜成像的光源图像的位置由此发生改变，最终投射出想象的图像。此装置也可以让简单物镜组成几何体，例如圆柱体或球体，这样观察者可以让想象的“前图或后图”的投射在一个360°的观察半径中完成。在此类视觉直接投射技术中，视在的图像借助简单物镜通过变焦产生空间上的想象图像，并应用了一种感觉心理效果(没有用眼镜或类似的辅助设施)，此效果以经验上通过视觉获得的记忆为基础，并利用了物体距离估测与其感觉成像的体积的关联。
上面提到的补色立体图法的一个缺点是颜色分量的高流失。前面描述过的光闸-眼镜-方法的缺点是必须使用特殊的眼镜，并且受图像分配的限制，只能利用一半的图像重复频率。而US4 571 616和DE35 29 819的三维图像效果都有一定比例的削弱，因为视角和到显示屏的距离被改变，以便在空间上能够感觉到更大的图像物体的透视。后面提到的工艺规程必须要有很高的技术消耗，以提高空间图像的效果，让遮蔽的图像内容能够传递给观察者。这一点的是通过倍增垂直线、额外的投影或让投影匹配观察位置(计算)来实现的。本来这一工艺规程就存在缺点，即当显示屏旋转到与显示屏原来的位置正交时，三维视维就不存在了。传播通过旋转显示屏或水平面上的由多个观察者同时使用的显示屏(“Responsive Workbench”-Chip 5/98 32页)来进行时，这一缺点变显现出来了。前文提到的工艺规程，除了光闸技术，都只是使用了垂直线筛分工艺规程的不同变化方式。
借助于简单物镜直接投射的技术，与上面的工艺程序相比，质量明显地偏差，而财政和技术消耗更高。传递的图像内容越复杂，此消耗就越显著地成倍增加。
因此从现有技术出发，本发明的根本任务，是开发一种显示屏幕，其表面结构可以产生一个三维图像，而无须另外的技术辅助设施去感觉图像的景深。此显示屏幕应该这样设计，即对于显示屏幕来说，观察者不需要以处在固定的位置上为前提，或者观察者的位置发生变化时，不会产生新的图像，并且感觉质量不会受到限制。特别要考虑到，当显示屏幕旋转到与显示屏幕原来的位置正交时，要保持立体视维的效果。
通过按照权利要求1构造的装置，这一问题能得以解决。
显示屏幕最好由单个的发光二极管段(像素)组成，每一像素可以产生三种加色法原色。替代发光二极管，既可以用尺寸合适的旋光元件，也可以用尺寸合适的反光元件。发光二极管作为头位于一高度可以改变的像素支架上。这些像素支架在控制的时候，能够彼此独立地在不同的高度(像素高度)活动。不同的像素高度分为零位置(相应于零位面)，和从零位置开始往观察者方向和相反方向偏差的像素高度。零位置并不一定和起始位置一致，因为可以将像素平面调到规定高度，然后此规定高度产生相应的零位面。通过相应的调节，像素的下降和/或升高能够达到零位面以上或以下。例如像素支架可以设计成由数个层状接合的压电晶体组成，以致于调节的时候产生总括的高空效应。这种高空效应既能够在零位面也能在起始位置，既能在观察者方向，也能在相反方向产生。同时空间景深信息，例如通过一个Z缓冲器，能够成比例地被转化为高度信息，也就是说，没有其他的中间环节。在其他使用场合(例如体育馆显示，广告牌等)可以应用其他驱动单位，作为所提到的压电晶体，其控制时间相应缩短(例如在其他应用时产生电场效应。)。
本发明的优点在于，通过活动的显示屏幕表面，在目前的工艺程序中产生一个高程轮廓。通过这一高程轮廓，在侧面观察和从所有其他的视向观察时，能够显著地感觉图像信号的空间景深。用现有的计算技术，可以直接利用关于图像景深的信息(例如在三维图形卡的Z缓冲器里进行管理)，以便把它们转化为立体的图像景深。也就是说，通过像素高度体现的图像颜色信号和物体图像景深完善成为新质量的图像。高度差距和其各个阶段的分辨率越大，产生一个真实的空间景深的可能性就越高。它与通过着色和亮度复制的景深相一致。另外压电晶体还有一特殊的可能性，即将其高频振荡传送，图像信息如此叠加，以便图像能够传递给观察者。图像从不同的位置被计算或感受，即每一立体结构同步节奏配置于一半帧。前面提到的立体结构这个概念，解释为由像素矩阵组成的显示屏幕表面，其中每一单独的像素的高都是确定的。
作为应用的例子，在
图1能看到一个三维图像产生装置的单个的发光二极管段。像素支架(3)含有一压电元件(1)，它在加上电压时往观察者位置的方向(7)延伸。此像素支架(3)具有一个脚(6)，脚的上方另外有一壳状的压电元件(2)，其末端支撑整个机械结构或其末端固定在一个组装平板(4)上。它使进一步远离观察者(8)的基本活动成为可能。像素支架上作为头，有红、绿和蓝的三个发光二极管(5)。产生三维图像的整个装置，比如这里(用作广告板)，由所提到的段的480×270的较大的矩阵组成，大小为160厘米×90厘米。
作为另外一个例子，在图2上，像素支架(3)延伸为三个线性排列的环电绕线圈(4)。像素支架里有一个铁心(5)，它通过环形电绕线圈定位于相应的高度。另外像素支架上有一盘簧(6)，它在非控制状态时提升像素支架到起始位置。
权利要求
1．三维图像产生装置，由单个的旋光或反光的段(像素)组成，它们构成显示屏幕的表面，其特征在于，这些像素位于一个相对于显示屏幕表面可调节高度的像素支架上。
2．如权利要求1所述的三维图像产生装置，其特征在于，像素支架能够彼此独立地被放置在不同的高度上。
3．如权利要求1或2所述的三维图像产生装置，其特征在于，像素高度概括起来，能位于零位置，这相应于零位面，和从零位置开始的往观察者方向(正)和/或相反方向(负)偏差的位置。
4．如权利要求1或2所述的三维图像产生装置，其特征在于，装置开始工作的时候，像素支架被调到一个像素规定高度(零位置)，操纵的时候，像素支架的位置可以往观察者的方向(正)和/或相反的方向(负)移动。
全文摘要
本发明涉及一个产生自动立体视维图像的装置,可以透视被摄录物体所在的区域。显示屏幕表面由单个的段(像素)组成,每一像素可以产生三种加色法原色。像素作为头位于一个高度可以改变的像素支架上。这些像素支架在控制的时候,可以彼此独立地在不同的高度(像素高度)活动。通过相应的调节,像素的可以下降和/或升高。高空效应既能在观察者方向,也能在相反方向产生。同时可以把空间景深信息,例如通过一个Z缓冲器,转换成相应比例的像素高度,也就是说,没有其他的中间环节。用现有的计算技术,可以直接利用关于图像景深的信息,以便把它们转化为立体的图像景深。也就是说,通过像素高度体现的、带有物体图像景深的图像颜色信号,完善成为新质量的图像。
文档编号G03C9/08GK1319310SQ99811237
公开日2001年10月24日 申请日期1999年9月8日 优先权日1998年9月22日
发明者阿尔法·霍尔德·切尔西希, 弗兰克·祖博克 申请人:阿尔夫·霍尔格·切尔西希, 弗兰克·祖博克