1. März 2014

Controller-System für Autostereoskopische 3D-Displays

Latenzarme Verarbeitung von 3D-Videodaten

Das flexible Controller-System für autostereoskopische 3D-Displays des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts ermöglicht die Verarbeitung von hochaufgelösten 3D-Videodaten in Echtzeit – basierend auf einer neuartigen FPGA-Hardwareplattform mit entsprechend optimierten Implementierungen (IP-Cores). Die Technologie des Fraunhofer HHI ermöglicht die latenzarme, hochratige Übertragung und dynamische Zwischenverarbeitung von digitalen Bildsignalen von PC- und Kamera-Schnittstellen.

Technischer Hintergrund

Das Controller-System des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts wurde speziell für 3D-Displays mit brillenloser dreidimensionaler Darstellung entwickelt. Mittels Linsen- und Barriererasterverfahren wird jedem Auge des Betrachters eine entsprechende Perspektive dargestellt. Durch die Ansteuerung einzelner Bildpunkte können Bildinformationen dynamisch der Position des linken oder rechten Auges zugeordnet werden.

Die im 3D-Display eingebaute Stereo-Kamera erfasst die Augen des Betrachters. Eine nachgeschaltete separate Verarbeitungseinheit erfasst die Augen im Bild (Eye-Tracking) und meldet dem 3D-Display-Controller die Position des Betrachters vor dem Bildschirm. Die Verteilung der einzelnen Bildpunkte des Eingangssignals (z. B. einer 3D-Kamera) wird anschließend neu berechnet und – in Abhängigkeit von der Betrachterposition und der verwendeten Trennraster-Konstruktion – als verschachteltes Stereosignal auf dem Display dargestellt. Dies erfolgt synchron mit dem Bildaufbau auf dem Displaypanel. Bewegt sich der Betrachter, werden die Bildinformationen jeweils den aus den Augenpositionen sichtbar werdenden Subpixelpositionen zugeordnet. 

Bei einem Full-HD 3D-Bild mit einer Bildwiederholrate von 60 Hz ergibt sich eine Datenrate von bis zu 20 Gigabit pro Sekunde. Da klassische PC-Systeme diese hohen Datenraten nicht in Echtzeit berechnen können, nutzt das Controller-System eine leistungsfähige FPGA-basierte Hardware-Plattform. Das System ist sowohl integriert in ein Display als auch als Set-Top-Box nutzbar. 

Durch die Auslegung auf autostereoskopische Displays und echtzeitfähige 3D-Aufbereitung werden neuartige Visualisierungen z. B. in den Bereichen Gaming oder auch in der Produktions-, der Automatisierungs- und der Automobiltechnik möglich. Mehrere Schnittstellen und 3D-Bildformate gestatten es, die Videoströme sowohl von Computern als auch Kameras darzustellen. 

Anwendungsgebiete

  • Visualisierung räumlicher Konstruktionen z. B. im Maschinenbau
  • 3D-Ansichten von unzugänglichen Orten
  • 3D-Mikroskopie z. B. für Materialanalysen
  • Virtuelle Produktion
  • 3D-Displays für virtuelles Prototyping

Nutzen des 3D Controller Systems 

  • 3D-Signalkonditionierung und Verarbeitung für autostereoskopische 3D-Displays in Echtzeit
  • Bewegungsfreiheit durch schnelle Anpassung an die Betrachterposition
  • Integration komplexer Signalverarbeitungsschritte in ein schlankes System
  • Hervorragende Reaktionsgeschwindigkeiten für zeitkritischen Anwendungen
  • Reduzierter Hardware-Aufwand und Stromverbrauch
  • Standardgerechte Display- und Kameraschnittstellen
  • Wiedergabe von HDMI 1.4a konformen Videodaten