Profielwerkstuk 3d-beeldschermen by Mitchell Mac-Lean

Beeld met Diepgang profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Teon Beijl en Mitchell Mac-Lean 6a | begeleider: G. â&#x20AC;&#x2DC;t Lam | 22 januari 2011

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Beeld met Diepgang profielwerkstuk 3d-beeldschermen

voorwoord Beeld met Diepgang ''Beeld met diepgang'', een mooie omschrijving van de inhoud van dit profielwerkstuk. Dit werkstuk duikt in de derde dimensie, een oogpunt dat het dichtst bij de realiteit komt. Een groot aanbod aan informatie, zodat ieder detail begrijpelijk wordt. Het lijkt er vandaag de dag voor de meeste mensen op dat 3d-beeldschermen de beeldschermen van morgen zijn. De realiteit laat echter iets ander zien: de tijdschriften over 3D TV vliegen de winkel uit en de eerste 3d-beeldschermen pronken al in de woonkamers. Toch is het voor veel mensen nog een vaag begrip, een nieuwe technologie, een grote stap. Voor ons onderzoek waren wij een van deze mensen... Tijdens ons onderzoek was het niet altijd makkelijk om aan de juiste informatie te komen. Het was voor ons beiden een heel nieuw onderwerp en het vinden van geschikte en betrouwbare bronnen was dan ook noodzakelijk. Om een goed werkstuk te schrijven, moesten we ons eerst erg goed verdiepen in de relevante onderwerpen. Het kostte dan ook tijd voordat er daadwerkelijk informatie op papier stond. Grote bedrijven zoals Philips en Samsung waren voor ons helaas niet bereikbaar, waardoor we het ontwikkelings- en productieproces niet in het echt konden volgen. Onze dank gaat daarom uit naar Dimenco, een jong en dynamisch bedrijf, gespecialiseerd in autostereoscopische beeldschermen, dat ons wel betrouwbare informatie kon aanleveren en ons in de gelegenheid stelde om als één van de eersten zonder bril de derde dimensie op een beeldscherm te beleven. Verder willen wij ook onze projectbegeleider dhr. G. ‘t Lam bedanken voor het leiden, corrigeren en beoordelen van ons onderzoek. Wij hopen dat dit werkstuk leidt tot nieuwe inspiratie. Teon Beijl en Mitchell Mac-Lean 6a

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

inhoudsopgave INLEIDING

DEEL 1: BEELDSCHERMTECHNIEKEN 1 INLEIDING

13 14

1.1

PLASMA-BEELDSCHERMEN Plasma De plasmacel Opbouw van plasma-beeldschermen Voor– en nadelen ten opzichte van andere beeldschermtechnieken

1.2

LCD-BEELDSCHERMEN Vloeibare kristallen

Polariseren van licht Pixels Actieve matrix Voor- en nadelen ten opzichte van andere beeldschermtechnieken 1.3

LED– EN OLED-BEELDSCHERMEN

Led-beeldschermen Voor- en nadelen ten opzichte van andere beeldschermtechnieken Oled-beelschermen Voor- en nadelen ten opzichte van andere beeldschermtechnieken

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

DEEL 2: PERCEPTIE

INLEIDING

2.1

ALGEMENE BEELDWAARNEMING

Licht Het oog - Het netvlies - De pupil - Kleuren waarnemen 2.2

VISUELE PROCESSEN

Adapteren - Staafjes en kegeltjes - Adaptatie Accommoderen Convergeren 2.3

DIEPTEPERCEPTIE Binoculaire diepteaanwijzingen Monoculaire diepteaanwijzingen - Beeldgrootte - TextuurgradiĂŤnt - Perspectief - Interpositie - Bewegingsparallax - Kennis van afmetingen Visuele illusies - Gezichtsbedrog - Zichtbedrog - Ambigue figuren - Onmogelijke figuren

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

DEEL 3: STEREOSCOPIE

INLEIDING Stereoscopische beeldschermen Passieve technieken Actieve technieken Overige technieken

3.1

ANAGLYPH

3.2

POLARISATIE Lineaire polarisatie

Circulaire polarisatie 3.3

3.4

WISSELPROJECTIE Vloeibare kristallen

Verdubbeling frequentie STEREOGRAMMEN

Normale stereogrammen Autostereogrammen 3.5

AUTOSTEREOSCOPIE

3.6

LENTICULAIRE LENZEN

3.7

PARALLAX BARRIĂ&#x2C6;RES

3.8

HOLOGRAFIE Het maken van een hologram

De opstelling voor het opnemen van een transmissiehologram Hologrammen zichtbaar maken 3.9

BEELDEN OPNEMEN EN OPSLAAN

CONCLUSIE

SLOTWOORD BRONNENLIJST

64 66

ILLUSTRATIES

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

inleiding REVOLUTIONAIRE BEELDSCHERMEN Toen op 21 september 1967 de eerste kleurentelevisie werd ge誰ntroduceerd, kwam in de wereld van televisie een ware revolutie op gang. Nu, meer dan veertig jaar later, kan men zich amper nog voorstellen hoe het was om zwart-wit televisie te bekijken. In deze veertig jaar is er veel veranderd. De kleurentelevisie is steeds betaalbaarder geworden en ondertussen staat de volgende revolutie alweer voor de deur: 3d-televisie. Hoewel 3d-televisies en 3d-beeldschermen op dit moment nog erg nieuw zijn en een revolutie ver weg lijkt, wordt tussen nu en vijf jaar een doorbraak van 3d-beeldschermen verwacht. Vanwege de actualiteit en onze interesse voor technologie, kozen wij het onderwerp 3dbeeldschermen. We hebben met opzet een hoofdvraag gekozen die niet specifiek is, omdat we zo weinig mogelijk zaken wilden uitsluiten. HOOFDVRAAG Hoe werken 3d-beeldschermen? DEELVRAGEN Hoe werkt het menselijk oog samen met de hersenen? Welke manieren van weergave zijn er bij stereoscopie? Wat heeft holografie te maken met stereoscopie? Hoe werkt een autostereoscopisch beeldscherm? Hoe werken LCD-, Plasma- en LED- beeldschermen? BEELD MET DIEPGANG Het onderzoek hebben we erg breed aangepakt. Bij 3d-beeldschermen zijn tenslotte ook erg veel relevante onderwerpen te behandelen. Toch is het onderzoek of het verslag hierover niet oppervlakkig geworden. Dit profielwerkstuk verdient de titel ''Beeld met Diepgang''.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

AANPAK Ondanks de actualiteit van het onderwerp 3d-beeldschermen, was niet altijd de benodigde informatie meteen voor handen. We hebben bijvoorbeeld gezocht naar boeken over 3d-beeldschermen, maar deze waren door de actualiteit van het onderwerp gewoonweg nog niet te vinden. Internet werd een belangrijke bron van informatie, omdat hier veel meer actuele informatie te vinden is. Daarnaast zijn we langs geweest bij Dimenco, een bedrijf in Eindhoven dat zich specialiseert in de ontwikkeling en productie van 3dbeeldschermen waarvoor de kijker geen speciale bril hoeft te dragen. Al deze bronnen bleken naar onze mening behoorlijk betrouwbaar te zijn, omdat we ze konden verifiĂŤren aan de hand van onze kennis over natuurkunde (tevens het vak waarvoor dit profielwerkstuk werd gemaakt) en techniek. Ook het feit dat we in contact zijn gekomen met een bedrijf dat zich heeft gespecialiseerd in 3d-beeldschermen geeft aan dat de informatie betrouwbaar was. INDELING: 3DELEN Dit profielwerkstuk bestaat uit drie delen: DEEL 1: BEELDSCHERMTECHNIEKEN Dit deel is met opzet aan het begin van dit verslag geplaatst, omdat beeldschermen de basis vormen van 3d-beeldschermen. We behandelen vier verschillende beeldschermtechnieken. DEEL 2: PERCEPTIE Omdat 3d-beeldschermen de perceptie van de mens beĂŻnvloeden, is het goed om te weten hoe de perceptie van de mens precies werkt. Er wordt gekeken naar de werking van het oog, maar ook naar de samenwerking tussen de ogen en de hersenen. DEEL 3: STEREOSCOPIE Het derde deel, Stereoscopie, is aan het einde van het werkstuk te vinden. Hierbij vindt de samensmelting plaats tussen de onderwerpen beeldschermtechnieken, perceptie en de technieken die 3d-beeldschermen gebruiken om de kijker 3d-beelden te laten ervaren.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

1 Beeldschermtechnieken In het eerste deel van dit profielwerkstuk behandelen we verschillende beeldschermtechnieken. Plasma, LCD en led zijn alle drie technieken die op grote schaal toegepast worden in beeldschermen, maar hoe werken ze eigenlijk? Deze vraag wordt in dit onderdeel beantwoord.

Beeldschermtechnieken

1 inleiding Er bestaan meerdere soorten beeldscherm-

technieken. Op dit moment kunnen we al melden dat de drie te behandelen beeldschermtechnieken even goed toe te passen kern

zijn als stereoscopisch beeldscherm.

Als eerste wordt de werking van het plasma-

beeldscherm behandeld, ten tweede het lcdbeeldscherm, daarna het led-beeldscherm en ten slotte het oled-beeldscherm. De eerste twee technieken zijn op dit moment erg populair, terwijl de laatste twee nog in opkomst

figuur 1.1 Een eenvoudige weergave van een atoom met drie schillen

zijn. We zullen de technieken als volgt behandelen: Als eerste de algemene werking van het belangrijkste gedeelte van de beeldschermtechniek, ten tweede uitleg over de onderdelen en opbouw van het beeldscherm en ten slotte de eventuele voor- en nadelen

kern

van de betreffende beeldschermtechniek ten opzichte van andere beeldschermtechnieken.

Het atoom wordt aangeslagen

kern

figuur 1.2 en 1.3 Het atoom wordt in aangeslagen toestand gebracht als een elektron in een hogere schil (dan bij de grondtoestand) terecht komt.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Beeldschermtechnieken

1.1 plasmabeeldschermen Een plasmabeeldscherm bestaat uit allemaal

elektronen elkaar aantrekken. Sommige

kleine tl-lampen. Dit zijn de plasmacellen.

atomen hebben maar een schil, maar de

Voor de werking van de plasmacel wordt uitgelegd, wordt er eerst gekeken wat plasma

meeste atomen hebben meerdere schillen. Elke schil heeft een eigen energieniveau. In

precies is.

figuur 1.1 hebben we te maken met een atoom dat drie schillen heeft.

PLASMA Scheikundig gezien kunnen stoffen zich in

Als het vrije elektron op een atoom botst,

ĂŠĂŠn van de drie aggregatietoestanden bevinden: vast, vloeibaar en gas. Er is echter nog

gebeurt er het volgende: het vrije elektron heeft snelheid, dus ook kinetische energie

een vierde toestand: plasma. Stoffen bestaan

(de energie die te maken heeft met massa

uit moleculen en moleculen bestaan uit ato-

en snelheid). Met deze energie kan het vrije

men. Om te begrijpen wat plasma is, moeten

elektron een elektron in het atoom naar

we ook kijken waaruit atomen bestaan en wat er met atomen onder bepaalde omstandighe-

een hogere schil (dus verder van de kern vandaan) of zelfs helemaal uit het atoom

den kan gebeuren.

botsen. Zie figuur 1.2 en 1.3. In het geval van het botsen naar een hogere schil, gaat

VERDIEPING: HET ATOOM

het elektron naar een hoger energieniveau.

In de figuur 1.1 zie je een eenvoudige weergave van een atoom. Een atoom heeft

Hoe hoger de schil, hoe hoger het energieniveau ervan. Het atoom heeft nu een over-

een kern die bestaat uit neutronen en pro-

schot aan energie ten opzichte van de nor-

tonen. Omdat protonen positief geladen

male toestand (grondtoestand) en komt in

zijn en neutronen ongeladen, is de kern

de aangeslagen toestand.

positief geladen. Behalve een kern zitten er ook elektronen in een atoom. Deze elektronen zijn negatief geladen. Een atoom is

In het geval er een elektron helemaal uit het atoom wordt geslagen, is de verdeling

over het algemeen ongeladen, omdat de

tussen elektronen en protonen niet meer

verdeling tussen protonen en elektronen

in balans. Het atoom is nu iets te positief

gelijk is. Er bestaan ook ionen. Dit zijn ato-

geladen door het ontbreken van een elek-

men met een ongelijke verdeling van positieve en negatieve deeltjes en dus lading.

tron, dat negatief geladen is. Het atoom is nu dus een ion. Het is geĂŻoniseerd. Zie fi-

Een ion kan daarom een beetje te positief

guur 1.3.

of negatief zijn. Als gas onder spanning wordt gezet, gaan er Elektronen draaien in hun eigen baan om

elektronen doorheen. Deze elektronen gaan

de kern heen. Elektronen blijven in hun eigen elektronenschil om de kern draaien,

langs de gasatomen, maar kunnen er ook op botsen. Als de elektronen genoeg snelheid en

omdat de positieve kern en de negatieve

dus kinetische energie hebben, kunnen ze

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Beeldschermtechnieken

elektronen uit de gasatomen botsen. Wat re-

schot aan energie kwijt te raken, zendt het

sulteert is een geïoniseerd gas. Dit wordt plas-

atoom een foton uit. Een foton is stralings-

ma genoemd. DE PLASMACEL

deeltje. Het edelgas, waarmee de plasmacellen gevuld zijn, zendt een foton uit dat voor-

Een plasmabeeldscherm bestaat uit miljoenen

komt in uv-licht. Dit licht is echter niet zicht-

plasmacellen. Ze zijn allemaal gevuld met een

baar voor het menselijk ook. Daarom is aan de

edelgas. Als er spanning op wordt gezet, gaan

binnenkant van de plasmacel een fluoresce-

elektronen zich van de kathode (de negatieve

rende stof aangebracht. Indien hier uv-licht

pool) naar de anode (de positieve pool) bewegen. Onderweg kunnen ze op gasatomen bot-

fotonen op terecht komen, gaat de fluorescerende stof zelf zichtbaar licht uitzenden.

sen. Het gas wordt dan geïoniseerd. In het tweede geval wordt het positief gelaIONISATIE

den atoom (= ion) aangetrokken door de ka-

Plasma is een geïoniseerd gas. Dit is geïoniseerd gas. Dit ontstaat door een gas onder

thode (de negatieve plaat). De kathode bevindt zich voor de plasmacel. Doordat het

spanning te zetten. Als het atoom wordt geïo-

atoom zich richting de kathode beweegt,

niseerd, wordt de lading van het atoom iets te

botst het op de binnenkant van de plasmacel.

positief. Er zijn dan twee mogelijkheden: 1)

Op de binnenkant is, zoals hiervoor al ge-

het atoom vangt een andere, vrije elektron in en komt in de aangeslagen toestand of 2) het

noemd, een fluorescerende stof aangebracht. Als het geïoniseerde atoom hierop botst, gaat

atoom wordt aangetrokken door de kathode

de fluorescerende stof ook zichtbaar licht uit-

en botst op de voorkant van de plasmacel.

zenden.

Als het atoom in de aangeslagen toestand

PIXELS EN SUBPIXELS

komt, heeft het atoom een overschot aan energie. Deze energie heeft het elektron in de

Plasmabeeldschermen, maar ook andere beeldschermen die gebruik maken van een

vorm van kinetische energie aan het atoom

andere techniek dan plasma, hebben veel

gegeven. Wat resulteert is een atoom met een

pixels. Deze pixels zijn zelf opgebouwd uit

elektron in een hogere schil. Het heeft hier-

drie subpixels: een rode, een groene en een

door een hoger energieniveau. Om het over-

blauwe subpixel. De verschillende kleuren van

atoom

figuur 1.4 De kern van het atomen is opgebouwd uit protonen, neutronen. Daaromheen zit een elektronenwolk.

proton

neutron

elektron

ion

atoom +

ion

Ionen ontstaan het aantal protonen en elektronen uit balans raakt. De verdeling tussen deze positieve en negatieve deeltjes is dan niet gelijk. Een ion kan daarom te positief of negatief zijn.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Beeldschermtechnieken

deze subpixels in plasmabeeldschermen ont-

VOOR- EN NADELEN TEN OPZICHTE VAN ANDERE

staan

BEELDSCHERMTECHNIEKEN

door

verschillende

fluorescerende

stoffen te gebruiken. Deze stoffen zenden rood, groen of blauw licht uit als er een uv-

VOORDELEN

foton of ion op terecht komt.

- hoog contrast, toont diepe zwarttinten - grotere kijkhoek

OPBOUW VAN HET PLASMABEELDSCHERM

- minder gevoelig voor reflectie in lichte

De kathode en de anode waarover we hiervoor hebben gesproken, hebben niet de vorm van een plaat, maar van elektriciteitsdraden:

ruimtes - zeer hoge verversingssnelheid van de beelden mogelijk

elektroden. De elektroden zijn loodrecht ten opzicht van elkaar geplaatst. De volgorde van

NADELEN

onderdelen in het plasmabeeldscherm is van

- pixels zijn behoorlijk groot, niet geschikt

de achterkant tot de voorste glasplaat als volgt: aan de achterkant van het beeldscherm

voor kleine beeldschermen - gevoelig voor inbranding van beelden

zit 1) een glazen plaat, 2) horizontaal ge-

- de fluorescerende stof gaat geleidelijk aan

plaatste elektroden, 3) eerste dielektische laag

minder goed werken, waardoor het beeld

(een soort isolatie voor de elektroden), 4) plas-

steeds minder helder beeld toont

macellen, 5) tweede dielektrisch laag, waarin transparante elektroden verticaal zijn ge-

- hoog verbruik van elektriciteit

plaatst en 6) de voorste glasplaat.

2 4

5 6

figuur 1.5 De opbouw van een plasma-beeldscherm

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Beeldschermtechnieken

1.2 lcd-beeldschermen Lcd-beeldschermen worden overal toegepast,

vorm. Als de atomen niet meer op een vaste

van horloges en navigatiesystemen tot breed-

plek zitten en zich door elkaar heen bewegen

beeldtelevisies en laptops. De wereld kan niet meer zonder. Lcd is de afkorting van Liquid

is de stof in vloeibare vorm en wanneer de atomen snel en chaotische door elkaar heen

Crystal Display, dat vloeibare kristallen beeld-

bewegen is het in gasvormige vorm.

scherm betekent. Het scherm werkt dus met vloeibare kristallen.

Van aan aantal organische verbindingen heeft men ontdekt dat ze tussen de vaste en de

Deze vloeibare kristallen werden in 1888 ontdekt door de Oostenrijkse wetenschapper

vloeibare fase nog een soort 4e vorm kennen. In deze fase verlaten de moleculen de kristal-

Friedrich Reinitzer. Toen hij cholesterol ben-

structuur, maar ze gaan nog niet helemaal

zoaat liet smelten zag hij dat deze substantie

door elkaar zweven. Afhankelijk van de stof

bij het afkoelen eerst blauw kleurde voordat

nemen ze bepaalde tweedimensionale vor-

het uitkristalliseerde.

men aan.

Pas vele jaren later in de 20e eeuw ontdekten

Deze vormen kun je in twee fases indelen:

wetenschappers dat vloeibare kristallen ook

De ‘nematishe’ fase

verkleuren als ze onder spanning worden ge-

De moleculen groeperen zich in de lengte-

zet. RCA een Amerikaans bedrijf dat tv’s produceerde maakte in 1968 een experimenteel

richting van de stof De ‘cholistische’ fase (ook wel twisted nehematic

lcd-beeldscherm. Twee jaar later produceerde

genoemd)

het Zwitserse bedrijf Hoffmann - La Roche het

De moleculen groeperen zich ook in de leng-

eerste praktische exemplaar. Na deze grote

terichting van de stof alleen in de verschillen-

stap werden lcd-beeldschermen steeds meer

de lagen onderling zijn de moleculen ook nog

toegepast in de maatschappij.

eens gedraaid. Er ontstaat als het ware een soort schroef.

VLOEIBARE KRISTALLEN Scheikundig gezien lijkt de term ‘vloeibaar

POLARISEREN VAN LICHT

kristal’ niet te kloppen. Scheikundig gezien is

De vloeibare kristallen worden in het lcd-

een stof vast (s), vloeibaar (l) óf gasvormig (g) . De meeste stoffen vormen als ze in vaste fase

beeldscherm gebruikt om het licht te sturen. In twee stukken glas worden banen geëtst.

zijn kristallen, de moleculen zijn dan volgens

Een stukje glas heeft horizontale banen en de

een vast driedimensionaal patroon geordend.

andere verticale. De vloeibare kristallen worden tussen de twee stukjes glas aangebracht.

In welke fase de stof zich verkeert heeft te ma-

De twee stukken glas staan hier loodrecht op

ken met de onderlinge positie van de atomen. Als de atomen op hun eigen plek blijven en

elkaar. De kristallen die aan de geëtste banen grenzen nemen deze positie aan. Zo draaien

dezelfde positie houden is de stof in vast

de kristallen precies 90°. Zie figuur 1.6 en 1.7.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Beeldschermtechnieken

Op beide stukjes glas wordt een polarisatiefil-

kleur niet weergegeven worden. Als er geen

ter aangebracht. Deze polarisatiefilters lopen

spanning is en het licht de richting van de

parallel met de geëtste banen in het stukje glas.

kristallen volgt zal de kleur wel weergegeven worden.

Achter het eerste glasplaatje wordt door een

Als een kleurenscherm van 1024 x 768 pixels

lamp wit licht door het eerste polarisatiefilter

aangestuurd moet worden , betekent dit dat

gezonden. Het licht volgt de kristallen en

er 2.359.296 pixels (1024 x 768 x 3) ‘aan’ en

draait zo dus 90° en gaat door het tweede polarisatiefilter.

‘uit’ geschakeld moeten worden. Het scherm wordt daarom aangestuurd door een matrix¹ met het juiste aantal rijen (768) en kolommen

Door wisselspanning met elektrodes op de

(1024 x 3 = 3024). Als er een subpixel ‘uit’

substantie met kristallen te zetten, gaan de

moet, zorgt een doorzichtige printplaat met

kristallen recht liggen in plaats van de gedraaide vorm. Het licht verstrooit in de sub-

elektronica achterop de elektrode dat de juiste rij en kolom onder stroom wordt gezet.

stantie en er komt geen licht door het laatste

Waar de kolom en de rij elkaar kruist komt de

polarisatiefilter.

subpixel onder spanning en gaat deze ‘uit’. Dit type aansturing wordt een ‘passieve’ matrix

PIXELS Om pixels op een lcd-beeldscherm bepaalde

genoemd. Er zit wel een klein nadeel aan de ‘passieve matrix’ omdat het iets traag kan rea-

kleuren uit te laten stralen zijn ze opgebouwd

geren op de stroomstootjes. Ook kun je niet

uit drie van de systemen die net uitgelegd

optimaal de controle hebben over de span-

zijn. Elke systeem (subpixel) krijgt een eigen

ningshoeveelheid. Hierdoor kunnen pixels die

kleurenfilter. De pixel krijgt zo de drie basis-

dichtbij liggen ook per ongeluk aangaan. Ook

kleuren (RGB); rood, groen en blauw. Wanneer er spanning op een subpixel wordt gezet zal

is het moeilijk om grijswaarden te maken en dat gaat ten koste van het contrast.

het licht niet door het filter komen en zal de ¹ Een matrix is een algemene chemische-materiaalkundige term voor een materiaal of een stof dat als raamwerk dient, ter ondersteuning of ter omringing van een ander materiaal of stof. Bron: www.wikipedia.org

figuur 1.6 Vloeibare kristallen hebben normaal gesproken een draaivorm van 90°. Dit laat lichtgolven, afkomstig uit het verticale polarisatiefilter, een kwartslag draaien, waardoor deze lichtgolven ook door het horizontale polarisatiefilter komen. glasplaten

kleurenfilter

horizontaal polarisatiefilter

verticaal polarisatiefilter

Als de vloeibare kristallen onder spanning worden gezet, verandert de draaivorm in een rechte vorm.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Beeldschermtechnieken

ACTIEVE MATRIX

Er zijn wel een aantal nadelen aan het ‘actieve’

Om deze nadelen tegen te gaan is er een

lcd-beeldscherm. De prijs ligt door de hogere

duurdere maar betere matrix, die ‘actieve matrix’ genoemd wordt. Deze matrix is veel

productiekosten hoger dan een passief beeldscherm, zeker als het om grote afmetingen

nauwkeuriger dan de ‘passieve’.

gaat. Ook kunnen er ‘dode’ pixels aanwezig zijn. Deze doen het niet meer en geven een

Aan de achterkant van de elektrode wordt

stip op het scherm. Er is een marge gesteld

een doorzichtige printplaat aangesloten met

aan het aantal defecte pixels.

een set van transistor² en condensator³ voor alle subpixels. De subpixels worden ‘aan’ of

VOOR- EN NADELEN TEN OPZICHTE VAN ANDERE

‘uit’ gezet door de transistors. Zo kan elke sub-

BEELDSCHERMTECHNIEKEN

pixel afzonderlijk aangestuurd worden zonder

VOORDELEN

dat de omliggende pixels ook aangestuurd

- betaalbaar

worden door dat elektrische signaal. De condensator slaat de elektrische lading op zodat

- goede kleurenweergave - dunne beeldschermen mogelijk

er ook nog in sterkte van de spanning kan worden gevarieerd. De variatie is belangrijk

NADELEN

voor de kleurfrequentie, die hierdoor veel pre-

- mogelijke vertraging in weergave

ciezer geregeld wordt.

- niet energiezuinig - er kunnen dode pixels ontstaan

² Een transistor is een klein elektronisch onderdeel, waarmee men een signaal kan versterken. Bron: www.encyclo.nl ³ Een condensator is een elektrische component die elektrische lading en elektrische energie opslaat. Bron: www.wikipedia.org

figuur 1.7

achtergrond verlichting verticaal polarisatiefilter

vloeibare kristallen

kleurenfilter glasplaat horizontaal polarisatiefilter

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Beeldschermtechnieken

1.3 led- en oled-beeldschermen Om lcd-beeldschermen energiezuiniger en

(organisch

licht-uitzendende

diode).

Een

dus milieuvriendelijker te maken is er een

OLED scherm bestaat uit een emitterende

nieuw soort beeldscherm ontwikkeld. Het is in alle opzichten een beeldscherm met dezelfde

(stralende) laag van een speciaal type polymeer⁴, van koolwaterstofverbindingen. Deze

techniek als van een lcd-beeldscherm alleen

emitterende laag wordt tussen twee geleiders

dan is de achtergrondverlichting (backlight)

geplaatst, de anode⁵ en de kathode⁶.

niet gemaakt van een tl-lamp maar van led

Als er spanning op de twee geleiders wordt

verlichting. Dit kost veel minder energie en

gezet, licht het organische materiaal op.

geeft minder warmte af. Het grote verschil en voordeel van de OLED is VOORDELEN

dat er bij dit beeldscherm geen achtergrond-

- lager energieverbruik

verlichting nodig is omdat het materiaal zelf

- dunner beeldscherm mogelijk

licht geeft. Dit scheelt zo wel in het energie-

- langere levensduur - hoger contrast

verbruik als in de dikte van het scherm. Omdat de lichtpuntjes zelf licht geven is er

- beter kleurbereik

een veel hoger contrast en is het beeld hel-

NADELEN

derder. Het beeld is niet meer vaag. Ook is het

- Hoge aanschafprijs

mogelijk om het beeld volledig uit te schake-

Een andere toepassing van led in beeldscher-

len en compleet zwart weer te geven (dit is bij een lcd-beeldscherm niet mogelijk omdat er

men is een scherm dat alleen maar uit leds

altijd een beetje licht door de polarisatiefilters

bestaat. Deze schermen zijn ideaal op grote

heen komt).

afstanden, zoals bijvoorbeeld in een stadion of concertzaal. Omdat de leds groter zijn dan

Doordat de OLED schermen zo dun zijn is het

een pixel zijn ze heel goed te onderscheiden en dus ongeschikt voor een beeldscherm dat

zelfs mogelijk om ze buigbaar en transparant te maken.

dichtbij staat. VOORDELEN OLED

- energiezuinig

De OLED werd in 1985 toevallig ontdekt door een medewerker van Kodak. Hij was bezig in

- ultradun - heldere weergave

een laboratorium toen hij een stofje morste.

- korte reactietijd

Hij ontdekte dat het groen oplichtte, hij wist echter niet dat dit verschijnsel revolutionair

NADELEN

zou zijn in de beeldschermindustrie.

- hoge prijs

OLED betekent Organic Light Emitting Diode

- beperkte levensduur

⁴ Polymeer = groot molecuul, opgebouwd uit een aaneenschakelen van talrijke kleine, gelijke moleculen. Bron : www.wisiwis.ugent.be ⁵ Elektrische positieve pool. Bron www.energie.nl ⁶ Elektrische negatieve pool. Bron: www.energie.nl

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

2 Perceptie Het tweede deel van dit profielwerkstuk gaat over de manier waarop mensen de realiteit zien. De ogen en de hersenen werken samen om onze perceptie te verzorgen. De werking van het oog en de verwerking van de opgevangen beelden door de hersenen staan centraal.

Perceptie

2 inleiding Perceptie betekent â&#x20AC;&#x2DC;waarnemingâ&#x20AC;&#x2122;. Waarnemen is niet alleen maar het zien van beelden, maar ook het verwerken ervan. Het is een gecompliceerd proces. Waarnemen kan in een aantal fases verdeeld worden; verwerven, interpreteren, selecteren en organiseren. De informatie die in deze fases verwerkt wordt, is afkomstig van het oog. Het oog is een complex zintuig dat licht omzet in chemische prikkels. De hersenen zetten dit om naar informatie. De ogen moeten zich aanpassen om de informatie juist te verwerven. Dit gebeurt door adaptatie, accommodatie en convergentie. Bij het interpreteren van de zintuigelijke informatie kan diepte worden waargenomen. Deze diepte wordt veroorzaakt door binoculaire en monoculaire diepteaanwijzingen. Soms interpreteren de hersenen de informatie die afkomstig is van het oog anders, de optische illusie. Deze illusies tonen eigenschappen aan van ons visueel perceptiesysteem, dit is het systeem dat grotendeels bepaalt wat wij menen waar te nemen.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Perceptie

2.1 algemene beeldwaarneming Als we het hebben over het kijken naar

Elektromagnetische golven zijn dragers

beeldschermen is het van belang dat we weten hoe je hersenen beelden waar-

van energie. Ze worden beschouwd als een stroom van deeltjes. Elk deeltje is dan

neemt. De eerste stap begint bij het licht. Wat wij namelijk waarnemen is licht. Dit

een energiepakketje: een foton. Fotonen zijn dus kleine â&#x20AC;&#x153;pakketjesâ&#x20AC;? stralingsener-

licht is in verschillende kleuren aanwezig. De hersenen moeten deze lichtprikkels

gie. De energie die het licht overdraagt wordt dus vervoerd door de fotonen. De-

omzetten naar beeldvorming. Het belangrijkste zintuig hiervoor is het oog.

ze massaloze deeltjes bestaan uit stralingsenergie.

LICHT

Licht komt in verschillende kleuren voor.

Het elektromagnetisch spectrum is een verzameling van alle soorten elektromag-

De kleur van het licht wordt bepaald door de golflengte. Het menselijk oog kan

netische golven. Deze elektromagnetische golven hebben allemaal een eigen (golf)

echter niet alle lichtgolven opvangen. Er is namelijk zichtbaar licht en onzichtbaar

lengte. Een klein deel van het elektromagnetisch spectrum bestaat uit lichtgolven.

licht. Zie figuur 2.1. Onder zichtbaar licht vallen de hoofdkleuren rood, groen en

Licht bestaat dus ook uit elektromagnetische golven. We kunnen met ons oog al-

blauw. Zonlicht is daarom zichtbaar, omdat wij deze kleuren kunnen zien. Infra-

leen de lichtgolven opvangen en bijvoorbeeld geen radiogolven, omdat het men-

rood en ultraviolet licht kunnen wij niet zien en valt dus onder onzichtbaar licht.

selijk oog alleen gevoelig is voor de golflengte van licht.

deel van het elektromagnetische spectrum infrarood

ultraviolet

zichtbaar licht

800 nm

380 nm

figuur 2.1 Een deel van het elektromagnetisch spectrum met daarbij het voor het menselijk oog zichtbaar licht.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Perceptie

HET OOG

DE PUPIL

HET NETVLIES

Voor de lens zit een vlies met kleuren, de iris. De iris kan de pupil kleiner of groter

Zie figuur 2.2. Het netvlies is een soort projectiescherm. Je kunt iets waarnemen

maken. De pupil is een opening in het midden van de iris in het oog. De pupil

als er licht door je ooglens valt. De ooglens maakt dan een beeld op het netvlies.

lijkt zwart maar dat komt doordat je de binnenkant van het oog ziet.

Het netvlies is een dun en doorzichtig membraan en ligt als een soort bekleding

Met een diafragma regel je in een fotocamera de hoeveelheid licht die binnen-

op de achterwand van het oog. Het netvlies bestaat uit miljoenen lichtgevoelige

komt. Hetzelfde doet de iris bij het oog. Het bereik van deze regeling is maar be-

cellen (fotoreceptoren), de kegeltjes en de staafjes. Deze cellen zetten de chemische

perkt, een wijde pupil laat een factor tien grotere hoeveelheid licht door dan een

prikkel (licht) om naar een elektrische prikkel die via het zenuwstelsel aan de herse-

nauwe pupil. De grote van de pupil wordt be誰nvloed

nen wordt doorgegeven.

door de lichtsterkte , maar ook door psychologische oorzaken (emotie). Als een

De belangrijkste onderdelen van het netvlies zijn de gele vlek in het midden van

persoon iets leuk of mooi vindt, worden de pupillen onbewust groter.

het netvlies en de blinde vlek die daar 15 graden onder ligt. De gele vlek is de

KLEUREN WAARNEMEN

plaats, waarmee het scherpst gezien kan

De waarneming van kleuren ontstaat door

worden. De blinde vlek is de plaats waar de gezichtszenuw het oog verlaat. Hier

het mengen van licht van drie kleuren, de primaire kleuren. Dit zelfde principe wordt

ontbreken lichtgevoelige cellen. In deze plek valt dus je hele gezichtsveld weg.

ook gebruikt in televisies, hier later meer over (zie LCD). Bij fotografie en in druk-

figuur 2.2 Een schematische dwarsdoorsnede van het oog.

4 3

2 5

1 6

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Onderdelen 1: lens 2: netvlies 3: pupil 4: iris 5: hoornvlies 6: oogzenuw

Perceptie

werk wordt er niet op de zelfde manier kleuren gemengd omdat kleurstoffen andere reageren op mengen dan gekleurd licht. De kleur van licht wordt veroorzaakt door de verschillende golflengten die lichtstralen hebben, elke kleur heeft een eigen golflengte. Een oppervlak dat alle golflengten volledig absorbeert, wordt als zwart gezien, een voorwerp dat alle golflengten volledig weerkaatst, wordt als wit gezien. De regenboog heeft een spectrum dat bestaat uit kleuren die uit een enkele golflengte van zichtbaar licht komen. Onderscheid in kleuren wordt door verschillende soorten kegeltjes mogelijk gemaakt. Ze hebben ieder een eigen gevoeligheidsmaximum In totaal kunnen we tussen de 120 en 160 zuivere kleuren van elkaar onderscheiden, mits we ze naast elkaar kunnen zien.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Perceptie

2.2 visuele processen Net als bij een camera moet het oog zich aan-

STAAFJES EN KEGELTJES

passen aan het beeld dat moet worden waar-

Het oog heeft twee verschillende soorten ge-

genomen. Waar je bij een camera kunt zoomen en flitsen, doet het oog ook een aantal

zichtszintuigen. Deze worden de kegeltjes en de staafjes genoemd. De kegeltjes zijn be-

aanpassingen om het beeld goed en scherp te

perkt gevoelig voor licht en zorgen ervoor dat

kunnen zien. Het klinkt misschien onlogisch

wij details kunnen waarnemen. De kegeltjes

maar is noodzakelijk voor het waarnemen.

zijn kleurgevoelig. De combinatie tussen deze twee eigenschappen zorgt ervoor dat ze opti-

ADAPTEREN HERHALING: HET OOG

maal functioneren bij een helder verlichtingsniveau.

Het vallen van licht in het oog is vergelijkbaar met het vallen van licht in een fotoca-

De staafjes zijn veel lichtgevoeliger. De licht-

mera. Net zoals bij een camera passeert het

gevoeligheid van één staafje is ongeveer tien

licht in het oog een lens. De frontlens is het hoornvlies, daarachter ligt de iris. Het licht

keer zo groot dan dat van een kegeltje. Hierdoor kunnen staafjes veel makkelijk verblind

gaat door het ronde gaatje in het midden

worden. Ze zijn daarom niet geschikt voor het

van de iris; de pupil.

waarnemen van kleuren en details. Ze functio-

Met een diafragma regel je in een fotoca-

neren optimaal bij ene laag verlichtingsni-

mera de hoeveelheid licht die binnenkomt. Hetzelfde doet de iris bij het oog. Het be-

veau. De gevoeligheid van staafjes is het grootst voor groen -blauw licht.

reik van deze regeling is maar beperkt, een

Deze twee manieren van zien worden ver-

wijde pupil laat een factor tien grotere

deeld in scotopisch zien ( een laag verlich-

hoeveelheid licht door dan een nauwe pu-

tingsniveau waarbij de staafjes domineren) en

pil.

fotopisch zien ( een hoog verlichtingsniveau

Het verkleinen van de pupildiameter is vaak

waarbij de kegeltjes domineren) Het oog kan dus veel verschillende verlich-

niet voldoende om het netvlies tegen inbran-

tingssterktes waarnemen. Hier onder vindt je

den te beschermen. Bij een zeer grote toena-

een aantal verlichtingssterktes die je dagelijks

me van de lichtintensiteit vormt het netvlies

tegen komt.

zelf extra tijdelijk pigment om de grote hoeveelheid licht te absorberen. Situatie

Verlichtingssterkte

Daglicht bij volle zon midden zomer

50.000 - 100.000 lux

Daglicht bij betrokken hemel

1.000 - 10.000 lux

Daglicht gemiddeld

5.000 lux

Schemering

10 lux

Volle maan bij heldere hemel

0,25 lux

Nieuwe maan bij heldere hemel

0,002 lux

Geheel maanloze, zwaar bewolkte nacht

0,001 lux

Bureauverlichting

200-800 lux

s Avonds normaal verlichte kamer

25-40 lux

Verlichting hoofdverkeersweg

20 lux

Woonstraat

3 lux

Leesdrempel

0,3 lux

Grens kleuren zien (mens)

0,1 lux

Bron: Platform Lichthinder

1 Lux ≈ 4,09 × 10¹⁸ fotonen per seconde per m²

Perceptie

ADAPTATIE

persoon vrijwel alle dingen die zichtbaar zou-

Op een filmpje van een fotocamera wordt in

den moeten zijn, kunnen zien. Het tegenover-

de fabriek de lichtgevoeligheid bepaalt en ligt dus bij elk filmpje definitief vast. Het oog kan

gestelde, dus van donker naar licht , gaat veel sneller. Het doet meestal even zeer als je naar

deze lichtgevoeligheid zelf regelen. Van zeer

een te felle verlichtingssterkte kijkt, maar na

hoog tot zeer laag. Het hangt dus af van het

enkele minuten kun je alles goed waarnemen.

verlichtingsniveau dat aanwezig is. Het zelf regelen van de lichtgevoeligheid noemt men

CONTRASTGEVOELIGHEID

adapteren of adaptatie. Het woord adaptatie betekent letterlijk; geschiktmaking. Het oog

Contrastgevoeligheid is het vermogen om verschillen in helderheid te zien. Dit is een

wordt dus geschikt gemaakt om bij de aanwe-

kwaliteit van het zien die pas de laatste jaren

zige verlichtingssterkte goed te functioneren.

uitvoerig is onderzocht. In veel opzichten is zij

Dit adapteren gaat onbewust.

in het dagelijks leven van zeer groot belang,

Als iemand â&#x20AC;&#x2DC;s nachts in het donker naar een

vooral als de contrastverschillen gering zijn, bijvoorbeeld in het wegverkeer, waar het van

volle maan kijkt is deze voor de persoon heel

levensbelang is om (levende of niet levende)

helder. Maar dezelfde persoon zal overdag in

obstakels tijdig te onderscheiden.

de volle zon de maan niet meer waar kunnen nemen omdat het oog aangepast is op de veel grotere lichtsterkte van de zon.

ACCOMMODEREN De beeldafstand, de afstand tussen ooglens en netvlies, kun je bij het oog niet veranderen.

Het adapteren van het oog heeft tijd nodig.

Om voorwerpen op verschillende afstanden

Als iemand uit een ruimte komt met een hoge

toch scherp te kunnen afbeelden, is het voor

verlichtingssterkte en daarna een donkere

het oog noodzakelijk dat de brandpuntsaf-

(dus lage verlichtingssterkte) binnenloopt, begint de adaptatie. In het begin ziet de per-

stand van de ooglens kan variĂŤren. Dit gebeurt door de ooglenzen boller of minder bol

soon even niets, maar na een paar minuten

te maken. Zie figuur 2.3. Doordat de ooglen-

lukt het om de details te onderscheiden. Na

zen elastisch zijn, kunnen ze makkelijk van

ongeveer een half uur tot een uur, moet de

vorm veranderen. Wanneer er geen kracht op

kringspieren gespannen

straalvormig lichaam

bolle lens

figuur 2.3 Het accommoderen van de ooglens. Door de kringspier te spannen, wordt de diameter van het straalvormig lichaam kleiner. De lensbandjes zijn dan minder strak gespannen en de ooglens kan een bollere vorm aannemen.

kringspieren ontspannen

straalvormig lichaam

platte lens

Door de kringspieren te ontspannen, wordt de diameter van het straalvormig lichaam groter. De lensbandjes zijn dan strakker gespannen. Door het uitrekken wordt de ooglens minder bol.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Perceptie

de ooglenzen wordt uitgeoefend, hebben de

voorwerp in de verte kijkt, staan beide ogen

ooglenzen door hun elasticiteit een maximale

recht. De afbeelding van het voorwerp valt in

bolling. De lens hangt aan lensbandjes in het straalvormig lichaam. In de straalvormige li-

beide ogen op het midden van het netvlies en wordt scherp waargenomen. Om bij het nade-

chamen liggen kringspieren. Als de kringspie-

rende voorwerp het voorwerp nog steeds

ren zich samentrekken wordt de diameter van

scherp te kunnen zien moet het beeld dus ook

de straalvormige lichamen groter. De lens-

dan in het midden van het netvlies vallen.

bandjes zijn dan minder strakgespannen en

Daarom moeten de ogen naar binnen draaien.

de lens kan dan zijn maximale bolling aannemen. Als de kringspieren zich ontspannen

Zie figuur 2.4 en 2.5. Over het algemeen is er een vaste verhouding tussen het accommo-

worden de lensbandjes strakgespannen en de

deren en convergeren

lens uitgerekt waardoor deze minder bol wordt.

Tijdens het lezen maak je veel gebruik van

Als een voorwerp zich op minder dan vijf me-

convergentie omdat je je ogen op een enkel punt dat dichtbij is moet scherp stellen. Een

ter afstand bevindt wordt de lens aangepast.

gezond oog kan convergeren tot het puntje

Dit noemen we accommoderen (letterlijk

van je neus.

â&#x20AC;&#x2DC;aanpassenâ&#x20AC;&#x2122;) CONVERGEREN

Het tegenovergestelde van convergentie is divergentie. Dan kijken beide ogen naar bui-

Om een naderend voorwerp scherp te kunnen

ten. Deze twee vormen van kijken valt onder

blijven zien moeten de ogen naar binnen

de term gedisjugeerde beweging. Dit bete-

draaien. Deze naar binnen gerichte draaibe-

kent dat beide ogen in een tegengestelde

weging noem je convergentie. Als je naar een

richting bewegen.

figuur 2.4 De ogen zijn bijna parallel gericht bij een grote beeldafstand.

figuur 2.5 Als een voorwerp dichterbij is (de beeldafstand is kleiner dan 5 m) , gaan de ogen convergeren. De ogen draaien allebei naar binnen toe om het voorwerp te kunnen blijven zien.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Perceptie

2.3 diepteperceptie Een persoon met gezonde ogen kan diepte

meters uit elkaar staan. Je ziet het voorwerp

zien. In vaktermen wordt dit ook wel de per-

dus uit twee verschillende perspectieven. Het

ceptie van diepte genoemd. De hele wereld om ons heen zien wij in drie dimensies terwijl

verschil tussen deze twee hoeken noem je de binoculaire dispariteit. Een duidelijk voor-

ons netvlies alleen maar de inslag van fotonen

beeld hiervan kun je ervaren als je met één

registreert die afhankelijk is van de hoogte en

oog naar je wijsvinger kijkt en daarna met het

de breedte, deze registratie is niet afhankelijk

andere oog. Het lijkt dan alsof je vinger ver-

van de diepte van de inslag. Toch kunnen wij

springt ten opzichte van de achtergrond. De-

de wereld om ons heen driedimensionaal waarnemen. Ook in afbeeldingen, schilderijen,

ze twee monoculaire beelden worden door je hersenen samengevoegd tot een driedimensi-

foto’s en films kunnen wij diepte zien. Het ob-

onaal beeld. Een oog is dominant over het

ject dat jij bekijkt (papier, doek, scherm) is

andere oog, het beeld van het dominante oog

tweedimensionaal, maar in de afgebeelde si-

zal dan ook zwaarder wegen.

tuatie kun je wel diepte zien. De vraag is hoe dit mogelijk is. Voor de per-

MONOCULAIRE DIEPTEAANWIJZINGEN

ceptie van diepte gebruiken wij diepteaanwij-

Monoculaire diepteaanwijzingen zorgen er-

zingen die in twee types onderverdeeld kun-

voor dat we zelfs met een oog dicht nog

nen worden: binoculair en monoculair.

steeds diepte kunnen schatten.

BINOCULAIRE DIEPTEAANWIJZINGEN

BEELDGROOTTE

Als een persoon met één oog naar een voor-

De grootte van het beeld op het netvlies

werp kijkt en vervolgens met het andere, zal

wordt kleiner als een voorwerp verder weg

de persoon merken dat het voorwerp niet in

staat. Als een voorwerp klein is, lijkt het ook

allebei de ogen er precies hetzelfde uitziet.

dat het verder weg staat terwijl dat in werke-

Het voorwerp wordt namelijk uit twee verschillende hoeken waargenomen.

lijkheid niet zo hoeft te zijn. De grootte van het beeld op het netvlies wordt dus gebruikt

Dit komt omdat onze ogen een aantal centi-

om afstand te schatten.

figuur 2.6 Naarmate een voorwerp of persoon kleiner afgebeeld is, lijkt het alsof het zich verder weg bevindt.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Perceptie

TEXTUURGRADIﾃ起T

rizontale lijnen lopen evenwijdig en komen

Textuurgradiﾃｫnt of dichtheid van weefsel-

dus samen in het verdwijnpunt. In veel afbeel-

structuur is de mate waarin details te onderscheiden zijn. Als in een landschap elementen

dingen zijn er meerder lijnen die evenwijdig aan elkaar lopen. Er zijn dan ook meerdere

kleiner worden en dichter op elkaar staan, bij-

verdwijnpunten.

voorbeeld de bomen en struiken of bergen, lijkt het alsof dit deel van het landschap ver-

Atmosferisch

der weg staat. Ook een foto van een mensen-

Atmosferisch perspectief wordt vooral in de

massa laat duidelijk de werking van de textuurgradiﾃｫnt zien. De mensen die achteraan

schilderkunst gebruikt. Een landschap op de achtergrond wordt met vage kleuren geschil-

staan, staan dichter bij elkaar en lijken kleiner.

derd en de contouren worden niet duidelijk

De details zijn veel moeilijker om waar te ne-

aangegeven. Er wordt eigenlijk een dichte

men. Terwijl de mensen vooraan juist veel

textuur aan het landschap gegeven. Zo lijkt de

beter in details te onderscheiden zijn. Zo kun je diepte zien in de foto.

achtergrond verder weg dan het voorwerp op de voorgrond dat dan weer gedetailleerd wordt getekend. De Mona Lisa van Leonardo

PERSPECTIEF

Da Vinci is hier een mooi voorbeeld van.

Lineair Bij lineair perspectief speelt de horizon een belangrijke rol. Lijnen lijken samen te komen

INTERPOSITIE Als een voorwerp ervoor zorgt dat je een an-

in een punt achter de horizon; het verdwijn-

der voorwerp minder goed kan zien noem je

punt. Het meest bekende voorbeeld van line-

dat interpositie (overlapping). Het voorwerp

air perspectief is een tekening van een trein-

dat een deel van het andere voorwerp bedekt

spoor of een lange weg in de woestijn. De ho-

lijkt dichterbij te zijn.

figuur 2.7 Lineair perspectief

figuur 2.8 en 2.9 Door de relatieve verschillende snelheid waarmee voorwerpen voorbij komen, ontstaat een bewegingsparallax.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Perceptie

BEWEGINGSPARALLAX Als een persoon naar voorwerpen kijkt terwijl hij of zij beweegt, lijken de voorwerpen met verschillende snelheden voorbij te gaan. Neem als voorbeeld dat je in de auto zit. Een voorwerp dat dichtbij is gaat veel sneller voorbij dan een voorwerp dat ver weg is (bijvoorbeeld een lantaarnpaal en de zon). Zo kunnen je hersenen dit ook tegenovergesteld redeneren; als een voorwerp snel voorbij gaat wordt het als dichtbij gezien en als een voorwerp langzaam voorbij beweegt wordt het gezien als een voorwerp dat op een grotere afstand staat Zie figuur 2.8 en 2.9. KENNIS VAN AFMETINGEN De grootte van voorwerpen en hoe groot voorwerpen lijken is duidelijk van groot belang voor het zien van diepte. Daardoor speelt de kennis van de grootte en omvang van voorwerpen ook een grote rol. Je weet dat een mens niet groter is dan ongeveer 2 meter en een deur ook, maar dat een huis al snel 7 meter hoog is. Zo kun je op basis van kennis de grootte van voorwerpen schatten. Deze inschatten zorgen er ook voor dat je de diepte waar kunt nemen. Zie figuur 2.10 en 2.11.

figuur 2.10 en 2.11 Kennis van afmetingen zorgt ervoor dat de mens dieptes in kan schatten. In de linker figuur lijkt het alsof het poppetje minder ver van ons vandaan is dan het poppetje in de rechter figuur.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Perceptie

VISUELE ILLUSIES

AMBIGUE FIGUREN

Er zijn een aantal soorten visuele illusies: ge-

Ambigue figuren zijn afbeeldingen die je op

zichtsbedrog, zichtbedrog, ambigue (dubbelzinnige) figuren en onmogelijke figu-

twee manieren kunt bekijken. Je kunt er twee dingen in herkennen. De bekendste is wel de

ren.

afbeeldingen van een jonge dame met uitgedoste kleding, terwijl als je er anders naar kijkt

GEZICHTSBEDROG

zie je een oude vrouw.

Gezichtsbedrog is het waarnemen van het beeld dat niet overstemt met de werkelijkheid. Een bekent voorbeeld hiervan zijn de

ONMOGELIJKE FIGUREN Onmogelijke figuren zijn, zoals de naam al

evenwijdige lijnen die als je ze op een bepaal-

zegt, figuren die niet mogelijk zijn. Escher

de manier tekent, niet evenwijdig lijken. Zie

heeft veel bekende werken gemaakt die on-

figuur 2.12

mogelijk waren. Trappen die in verbinding

ZICHTBEDROG

met elkaar staan terwijl dat in de ruimte niet zou kunnen. De onmogelijk driebalk is waar-

Zichtbedrog is het als de waarneming tot an-

schijnlijk een van de bekendste figuren die er

dere resultaten leidt dan andere waarnemin-

is. Zie figuur 2.16 en 2.17.

gen van het zelfde object onder andere omstandigheden. Zo is het blad zonder potloden duidelijk verdeeld in 4 kleuren blauw. Met de potloden erop lijken het maar twee kleuren.

figuur 2.12 Door de relatieve verschillende snelheid waarmee voorwerpen voorbij komen, ontstaat een bewegingsparallax.

figuur 2.13 en 2.14 Doordat het potlood de scheidingslijn tussen de verschillend gekleurde vlakken bedekt, treedt er zichtbedrog op.

figuur 2.15 In deze figuur zijn twee personen te vinden: de jonge dame met uitgedoste kleding, maar ook een oude vrouw.

figuur 2.16 De bekende driebalk laat een onmogelijk figuur zien. De hersenen worden voor de gek gehouden door de schaduwen.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Perceptie

figuur 2.16 Een tweede, zeer bekende figuur is deze tekening van Escher. Door de invulling van voorwerpen en personen lijken bepaalde platformen en trappen meerdere onmogelijke vormen te hebben.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

3 Stereoscopie In het derde en laatste deel van dit profielwerkstuk richten we ons volledig op onze hoofdvraag. Door het onderwerp stereoscopie te behandelen, krijgen we het antwoord hierop. De voorgaande delen (Beeldschermtechnieken en Perceptie) vormen de basis van stereoscopie.

Stereoscopie

3 inleiding Stereoscopie is een techniek om de illusie van

STEREOSCOPISCHE BEELDSCHERMEN

diepte in een beeld te wekken. Het woord ste-

Wanneer er gekeken wordt naar conventione-

reoscopie is afkomstig uit het Grieks. De woorden ''stereo'' en ''skopeō'' betekenen letterlijk

le beeldschermen (die dus geen stereoscopische beelden tonen), ontvangen beide ogen

ruimtelijk en kijken/zien. Net zoals vele andere

precies hetzelfde, platte beeld. De hersenen

technieken werkt stereoscopie door de natuur

kunnen hierdoor geen beeld met diepte con-

na te bootsen. In dit profielwerkstuk staat de

strueren, omdat ze de daarvoor vereiste infor-

werking van 3d-beeldschermen, of beter ge-

matie niet ontvangen. Ondanks dit, kan men

zegd: stereoscopische beeldschermen, centraal. Alle soorten stereoscopische beeld-

bij het bekijken van conventionele beeldschermen (met behulp van de monoculaire

schermen werken door de perceptie van men-

diepteaanwijzingen) de derde dimensie visua-

sen op een bepaalde manier te beïnvloeden.

liseren.

HERHALING: PERCEPTIE Onze ogen hebben een verschillende posi-

Stereoscopische beeldschermen kunnen naast monoculaire ook binoculaire diepteaan-

tie. Hierdoor is de kijkhoek van elk oog an-

wijzingen doorgeven aan de kijker en daar-

ders en daarmee ook de twee beelden die

door een echte illusie van diepte veroorza-

de ogen opvangen. Dit wordt binoculaire

ken. Dit wordt bereikt door elk oog van de

dispariteit genoemd. Elk oog geeft een beeld met maar twee dimensies door aan

kijker een verschillend beeld te tonen. Objecten lijken echt voor het beeld te zweven of

de hersenen. Door de verschillen tussen

juist ver erachter te zijn. Met stereoscopische

deze twee beelden kunnen onze hersenen

beeldschermen wordt de ervaring van het

een nieuw beeld construeren met daarin

kijken naar beelden geheel anders. Deze

ook de derde dimensie: diepte.

beeldschermen mogen echter niet minder

Stereoscopie maakt handig gebruik van

makkelijk in het gebruik zijn dan conventionele beeldschermen. Dit is belangrijk voor toe-

binoculaire dispariteit om de hersenen een

passing in het zakenwereld, maar helemaal

beeld met diepte te laten construeren.

voor gebruik door consumenten.

Naast binoculaire diepteaanwijzingen maken de hersenen ook gebruik van monoculaire diepteaanwijzingen om diepte in te

IN DIT DEEL TE BEHANDELEN ONDERDELEN In dit deel worden verschillende technieken

schatten: beeldgrootte, textuurgradiënt,

behandeld die gebruikt (kunnen) worden

perspectief, interpositie, bewegingsparal-

voor het tonen van stereoscopische beelden.

lax, kennis van afmetingen, positie in

Ook wordt er gekeken naar overige relevante

beeld, licht en schaduw en helderheid en

onderwerpen die te maken hebben met stere-

contrast.

oscopie, zoals het opnemen en afspelen van stereoscopische beelden.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

Er zijn meerdere technieken waarmee stereoscopische beelden getoond kunnen worden. De technieken worden in drie categorieën behandeld: passieve, actieve en overige technieken. Deze categorieën verschillen van elkaar door de manier waarop de technieken werken: met of zonder bril. PASSIEVE TECHNIEKEN Onder passieve technieken verstaat men de technieken die werken met passieve brillen. Deze brillen zijn zelf niet actie. Ze worden enkel beïnvloed door het beeldscherm. Deze brillen zorgen er enkel voor dat het beeld dat voor het linkeroog bedoeld is alleen het linkeroog kan bereiken en vice versa. Er zijn meerdere soorten passieve technieken, waarvan we de twee belangrijkste zullen bespreken: 1.

ANAGLYPHEN

POLARISATIE - Lineaire polarisatie - Circulaire polarisatie

ACTIEVE TECHNIEKEN Onder actieve technieken verstaat men de technieken die werken met actieve brillen. Deze brillen doen actief mee aan de techniek om stereoscopische beelden te kunnen tonen. Er zijn meerdere soorten actieve technieken, waarvan de belangrijkste besproken zullen worden: 3.

WISSELPROJECTIE

OVERIGE TECHNIEKEN Onder deze categorie vallen de technieken waarvoor geen bril nodig is. 4.

STEREOGRAMMEN - Normale stereogrammen - Autostereogrammen

AUTOSTEREOSCOPIE - Parallax barrières - Lenticulaire lenzen - Holografie

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

De technieken worden aan de hand van de volgende punten behandeld: WERKING EN BENODIGDHEDEN Bij dit onderdeel wordt de werking van de techniek behandeld. Indien van toepassing, worden ook de benodigdheden behandeld. Met benodigdheden wordt uiteraard niet het beeldscherm zelf bedoeld, maar de zogenaamde viewers: brillen die reageren of samenwerken met het beeldscherm. TOEPASSINGEN IN DE PRAKTIJK Stereoscopie is een techniek die op vele, erg uiteenlopende manieren toegepast kan worden. Daarom worden de toepassingen in de praktijk uitgebreid behandeld. Er wordt gekeken waar de techniek wordt toegepast, op welke manier dat gebeurt en wat hier de toegevoegde waarde van is. ACTUELE ONTWIKKELINGEN Stereoscopische beeldschermen en stereoscopie zijn, zoals eerder al genoemd, erg actuele onderwerpen. Omdat het van belang is om te weten wat de betreffende techniek vandaag de dag en in de toekomst zal verrichten, zullen we de actuele ontwikkelingen niet onbehandeld laten.

3.1 anaglyph WERKING EN BENODIGDHEDEN

renfilter geldt dit natuurlijk ook, maar dan om-

De bekendste techniek waarmee stereoscopi-

gedraaid: het rechter kleurenfilter laat enkel

sche beelden mee getoond kunnen worden, is de techniek van de anaglyphen. Deze tech-

licht door met de kleur cyaan, waardoor het rechter oog enkel het beeld met de kleur cy-

niek maakt gebruik van kleurenfilters om elk

aan ziet. Het resultaat is dat de kijker twee ver-

oog het juiste beeld te tonen. Er zijn verschil-

schillende beelden opvangt en dus diepte lijkt

lende kleurenfiltercombinaties waarvan de

te zien.

meest voorkomende kleurenfiltercombinatie rood en cyaan is. Er bestaan ook ander kleurencombinaties die bestaan uit de kleuren

TOEPASSING IN DE PRAKTIJK Het voordeel van de anaglyph techniek is de

blauw, groen, magenta en geel. Het is een ver-

eenvoud ervan. De benodigde anaglyphbril-

eiste dat de gecombineerde kleuren comple-

len zijn goedkoop in aanschaf. Ook het te ge-

mentaire zijn. Dit houdt in dat de kleuren te-

bruiken beeldscherm hoeft niet meer te kun-

genover elkaar staan in een kleurencirkel.

nen dan het tonen van kleurenbeelden, omdat deze techniek enkel gebruikt maakt van

De kleurenfilters zijn meestal in de vorm van

verschil in kleur.

een anaglyphbril. Het linker filter heeft hierbij de kleur rood en het rechter filter de kleur cy-

Het nadeel van het gebruiken van kleurenfil-

aan. Omdat het rode kleurenfilter enkel rood licht doorlaat, ziet het rechter oog alleen het

ters is het verlies van kleurhelderheid. De twee filters laten maar een bepaalde kleur

beeld met de rode kleur. Bij het rechter kleu-

door en houden het overige licht tegen. Dit

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

resulteert in het verlies van een bepaalde hoe-

daag de dag zijn er veel andere technieken

veelheid licht. Daardoor is het beeld dus min-

die de nadelen van anaglyphen grotendeels

der helder en kunnen er minder kleuren gezien worden.

wegnemen en de ervaring van stereoscopische beelden bekijken verbeteren. Anaglyphen blinken uit in hun eenvoud. Deze

Vanwege deze nadelen wordt de anaglyph

techniek bezit echter nauwelijks mogelijke

techniek niet veel (meer) gebruikt. Vanwege

verbeterpunten, terwijl er nog genoeg nade-

de relatief lage prijs van anaglyphbrillen en

len zijn. Waarschijnlijk zal de techniek van de

het niet nodig hebben van speciale beeldschermen, is deze techniek uitermate geschikt

anaglyphen nooit meer echt relevant worden, gewoonweg door de alternatieven die er zijn.

voor bijvoorbeeld eenmalige presentaties, waarbij de illusie van diepte en een lage prijs een hogere prioriteit hebben dan het zien van kleuren en comfortabel kijken. ACTUELE ONTWIKKELINGEN Anaglyphen worden al erg lang toegepast voor veel verschillende doeleinden. Deze techniek heeft ten opzichte van andere technieken een erg langste geschiedenis. Daarom zijn er op het gebied van actuele ontwikkelingen niet veel relevante zaken te melden. Van-

figuur 3.1 Het rode filter laat enkel rood licht door en dus ook alleen het beeld dat rood gekleurd is.

figuur 3.2 Ditzelfde geldt voor het blauwe filter: deze laat enkel het beeld dat blauw gekleurd is door.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

3.2 polarisatie WERKING EN BENODIGDHEDEN

lager de frequentie. De golflengte en dus

Polarisatie maakt gebruik van polarisatiefil-

de frequentie bepalen de kleur van het

ters. Deze techniek is op het moment erg populair. Om te begrijpen wat polarisatie precies

licht. Ook is er de amplitude van de lichtgolven. Lichtgolven zijn te vergelijken met

is, kijken we terug naar het onderwerp licht.

geluidsgolven. Een grote amplitude zorgt

Licht heeft drie variabelen: kleur, lichtsterkte

bij geluidsgolven voor een hoge geluidsin-

en polarisatie. De eerste twee variabelen zijn

tensiteit, ofwel: harder geluid.

in deel 2, Perceptie, grotendeels al behandeld.

geldt dit ook. Hoe groter de amplitude,

We zullen ons nu vooral richten op de derde en laatste variabele: polarisatie.

hoe hoger de lichtsterkte.

Bij licht

POLARISATIE HERHALING: PERCEPTIE - KLEUR EN LICHTSTERKTE

De derde en laatste variabele van licht is de

Licht beslaat een klein deel van het elektro-

polarisatie. Elektromagnetische straling is het

magnetisch spectrum. Het elektromagnetisch spectrum is een verzameling van alle

resultaat van samenwerking tussen golven uit het elektrische en het magnetische veld. Deze

soorten elektromagnetische golven. Deze

twee velden staan loodrecht op elkaar. Met de

elektromagnetische golven hebben alle-

polarisatie van licht wordt de manier waarop

maal een andere (golf)lengte. Doordat alle

de elektrische veldvector trilt bedoeld. De

elektromagnetische golven, dus ook lichtgolven, dezelfde snelheid hebben (299 792

meeste lichtbronnen, bijvoorbeeld de zon, stralen licht met alle mogelijke polarisaties uit.

458 m/s, de lichtsnelheid c), kunnen we het

Dit licht wordt ongepolariseerd genoemd. Het

volgende zeggen: Hoe langer de golfleng-

is dus eigenlijk een mengsel van alle soorten

te, hoe minder golven er in ĂŠĂŠn seconde

polarisaties (= soorten waarop de elektrische

een bepaald punt kunnen passeren, hoe

veldvector E trilt).

figuur 3.3 Transversale golven komen in drie vormen voor: lineair, circulair en elliptisch.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

VERDIEPING: GOLVEN - TRANSVERSALE GOLVEN

vector trilt hier volgens een andere golf

Licht gedraagt zich in een vacuüm als een

dan de magnetische veldvector.

transversale golf. Er wordt van een transversale golf gesproken als de elektrische en

Een elliptische gepolariseerde golf is eigen-

magnetische veldcomponenten loodrecht

lijk een bijzondere vorm van een circulair

op de voortplantingsrichting staan. Er be-

gepolariseerde golf. Het enige verschil is, is

staan drie soorten transversale golven: li-

dat de golf van de magnetische veldvector

neair, circulair en elliptisch gepolariseerde

een kleinere amplitude heeft.

golven. Het is dus mogelijk een lichtgolf een beBij lineair gepolariseerde golven trillen de

paalde polarisatie te geven. Dit biedt de

elektrische en magnetische veldvectoren

mogelijkheid om stereoscopische beelden

in fase, ze trillen dus volgens dezelfde golf.

te tonen. Er worden hiervoor twee soorten

Dit resulteert in een lineair gepolariseerde golf. Deze golf bevindt zich, in tegenstel-

polarisatie gebruikt: 1) lineaire en 2) circulaire polarisatie. Wat het verschil hiertussen

ling tot circulair en elliptisch gepolariseer-

is, zullen we nu behandelen.

de golven, in maar één vlak. De Lineair gepolariseerde golf is de meest eenvoudige

LINEAIRE POLARISATIE

transversale golf.

Zoals hiervoor al benoemd, is polarisatie een erg geschikte techniek om stereoscopische

In tegenstelling tot de lineair gepolariseer-

beelden te tonen. Lineair gepolariseerd licht,

de golf, bevindt de circulair gepolariseerde

de eerste en meest eenvoudige vorm van po-

golf zich niet in één vlak. De golf is nog

larisatie, werd als eerste gebruikt voor het be-

steeds een transversale golf, maar plant

kijken van stereoscopische beelden. Het pola-

zich nu voort volgens een circulaire golf. Dit wordt veroorzaakt door de veldvector E

riserende beeldscherm zendt twee soorten lineair gepolariseerde golven uit: horizontaal

die hier niet meer in fase trilt met de mag-

en verticaal gepolariseerde golven. Het linker

netische veldvector. De elektrische veld-

glas laat enkel verticaal gepolariseerde golven

figuur 3.4 Het horizontale polarisatiefilter laat enkel lineaire, horizontale golven door en het verticale polarisatiefilter enkel lineaire, verticale golven.

figuur 3.5 De polarisatiebril werkt niet goed als de bril niet recht wordt gehouden; het horizontale en verticale polarisatiefilter reageren dan anders op de golven. Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

door en het rechter glas enkel horizontaal ge-

circulair gepolariseerde lichtgolfsoorten kan

polariseerde golven door. Het is dus onmoge-

scheiden, kan de kijker stereoscopische beel-

lijk voor het verticaal gepolariseerde licht om het rechter oog te bereiken.

den bekijken zonder de polarisatiebril recht te hoeven houden. Dit laatste is gemakkelijk te verklaren. Bij een lineaire lichtgolf is de hoek

Doordat de glazen enkel verticaal en horizon-

waarin deze golf zich voorplant van belang.

taal gepolariseerd doorlaten, moet de kijker

Deze hoek bepaalt namelijk of de gepolari-

de bril recht voor het beeldscherm houden

seerde lichtgolf een horizontaal of verticaal

om de techniek goed te laten werken.. De bril en dus ook het hoofd mogen daarom niet

gepolariseerde lichtgolf is. Bij een circulair gepolariseerde lichtgolf is de hoek niet van

schuin gehouden worden.

belang. Circulair houdt in dat de golf zich voortplant volgens de vorm van een veer. Of

CIRCULAIRE POLARISATIE

de polarisatiebril recht of schuin wordt ge-

Dit soort polarisatie wordt gebruikt om de polarisatie techniek praktischer te laten zijn.

houden maakt niet uit. De polarisatiefilters van de polarisatiebril zullen in elke hoek de

Lineaire polarisatie heeft het nadeel dat de

circulair gepolariseerde lichtgolven volledig

bril volkomen recht gehouden moet worden.

kunnen doorlaten of juist volledig kunnen

Om dit verhelpen, is circulaire polarisatie ont-

blokkeren.

wikkeld. TOEPASSING IN DE PRAKTIJK Deze manier van polariseren werkt op een

De benodigde polarisatiebrillen zijn erg goed-

soortgelijke wijze als lineaire polarisatie. Het

koop, zeker in vergelijking met de brillen die

enige verschil is dat de golven hier niet lineair

nodig zijn voor wisselprojectie, de volgende

zijn (horizontaal of verticaal), maar circulair.

techniek die wordt behandeld. Polarisatiebril-

Door linksdraaiende en rechtsdraaiende circulair gepolariseerde lichtgolven te gebruiken

len hebben niet alleen een lage prijs, maar zijn ook passief en hoeven zelf niets uit te voeren

en een polarisatiebril die deze twee soorten

om de techniek te laten werken.

figuur 3.6 Deze polarisatiebril laat bij elk venster ĂŠĂŠn van de volgende circulair gepolariseerde golven door: linksdraaiend of rechtsdraaiend.

figuur 3.7 Doordat de circulair gepolariseerde golven zelf al een draaiende vorm hebben, is het niet vereist om de bril recht te houden.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

De polarisatietechniek is het meest geschikt

tussen de werking van het scherm zelf en het

voor het tonen van stereoscopische beelden

stereoscopische aspect.

op een projectiescherm door een beamer. Het scherm waarop de beamer de beelden projec-

ACTUELE ONTWIKKELINGEN

teert mag de polarisatie van de lichtgolven

Op dit moment is de polarisatie techniek erg

niet verstoren. Daarom wordt er een vaak een

populair voor het bekijken van 3d-films in de

zilverscherm gebruikt. In dit scherm zijn stuk-

bioscoop. De polarisatiebrillen zijn erg goed-

jes metaal zoals aluminium of zilver verwerkt.

koop en laten kleuren grotendeels intact. Wel

Doordat deze metalen erg weerspiegelend zijn, weerkaatsen ze de lichtgolven zo dat de

gaat er een kleine hoeveelheid helderheid verloren door de polarisatiebril. Polarisatie-

polarisatie ervan onaangetast blijft. De beno-

techniek is een behoorlijk geavanceerde tech-

digde zilverschermen zijn duurder dan nor-

niek en wordt daarom (nog) niet veel gebruikt

male projectieschermen.

voor stereoscopische beeldschermen voor

Daarnaast is er het probleem dat de bepaalde beamers zelf niet in staat zijn om beelden te

consumenten. Afgezien van het feit dat deze techniek geavanceerd en complex is, zijn de

polariseren. De meest voorkomende oplos-

benodigde brillen erg geschikt voor thuisge-

sing hiervoor is het plaatsen van twee bea-

bruik.

mers en voor de lenzen daarvoor een polarisatiefilters te plaatsen. Deze beamers projecteren dan (door de verschillende polarisatiefil-

Fabrikanten zoals LG ontwikkelen lcdbeeldschermen voor thuisgebruik. Deze

ters) een beeld op hetzelfde projectiescherm.

beeldscherm worden zo ontwikkeld dat de polarisatie van het stereoscopische aspect en

Wat betreft beeldschermen zou de polarisa-

het lcd-beeldscherm elkaar niet tegenwerken.

tietechniek nog wel eens voor botsende tech-

Deze beeldscherm zijn vooralsnog erg duur

nieken kunnen zorgen. Zo werken lcdbeeldschermen ook door middel van polarisa-

om te produceren. We zullen dus nog enige tijd moeten wachten tot deze schermen be-

tie van licht. Dit kan resulteren in een storing

taalbaar genoeg zijn voor particulieren.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

3.3 wisselprojectie WERKING EN BENODIGDHEDEN

voor dat er helemaal of amper licht door

Wisselprojectie is net als polarisatie een popu-

wordt gelaten. Door vloeibare kristallen onder

laire techniek om stereoscopische beelden te tonen. Bij deze techniek wordt gebruik ge-

spanning te zetten, worden de moleculen zo geordend dat ze wel licht doorlaten: ze veran-

maakt van zogenaamde "shutter glasses" of

deren de polarisatie van licht.

ook wel sluiterbrillen. Om te zorgen dat de ogen een verschillend beeld zien, laat het

De sluiterbril laat één van de twee lc-glazen

beeldscherm om de beurt een beeld voor elk

een fractie van een seconde ondoorzichtig

oog zien. De sluiterbril sluit steeds één glas. Hierdoor kan het bijbehorende oog het beeld

zijn, zodat het bijbehorende oog het beeldscherm niet kan zien en het voor het andere

dat voor het andere oog bestemd is niet op-

oog bestemde beeld niet kan opvangen. Hier-

vangen.

na wordt bij het andere oog het omgekeerde gedaan. Het beeldscherm zorgt ervoor dat er

VLOEIBARE KRISTALLEN Het is een vereiste dat het beeldscherm en de

op een bepaald moment een beeld getoond wordt en na een bepaalde tijd gewisseld

bril samenwerken, omdat geen van beide

wordt voor een beeld dat bestemd is voor het

ogen beelden mogen opvangen dat voor het

andere oog. Door dit vele malen te herhalen

andere oog bestemd is. Dit wordt bereikt door

per seconde, ervaart de kijker stereoscopie.

gebruik te maken van een bril met twee glazen die vloeibare kristallen bevatten, ook wel

VERDUBBELING FREQUENTIE

lc’s (liquid crystals) genoemd. In een bepaalde

Doorgaans verversen "normale" beeldscher-

toestand zorgen deze vloeibare kristallen er-

men het beeld minstens zestig keer per se-

beeld voor het linker oog

beeld voor het rechter oog

open

gesloten

open

figuur 3.8 De sluiterbril opent eerst alleen het linker venster, waardoor alleen het linker oog een beeld opvangt. De bril communiceert met het stereoscopische beeldscherm welk beeld er aan dit oog getoond moet worden. Daarna sluit dit venster en opent het rechter venster zich. Dit oog krijgt een ander beeld te zien.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

conde. Dit betekent dat het beeldscherm een

heid, een kabeltje, is erg onhandig, omdat de

frequentie heeft van 60 Hz. Voor sluiterbrillen

kijker hier continu rekening moet houden. De

moet het beeldscherm twee keer zo veel beelden tonen. Om te voorkomen dat de kijker

tweede mogelijkheid zorg ook voor discomfort. De bril zal zwaarder en groter zijn. Dit

een flikkering ziet door de sluiting van de bril

laatste lijkt niet erg te zijn, maar consumenten

en de overgang tussen de beelden, moet het

zullen toch geneigd zijn om te kijken naar

beeldscherm de frequentie verdubbelen. Het

comfortabelere alternatieven.

beeldscherm dat wordt gebruikt voor wisselprojectie zal dus minstens een frequentie van 120 Hz moeten hebben.

ACTUELE ONTWIKKELINGEN Op dit moment zijn de meeste beeldschermfabrikanten hoofdzakelijk gericht op wissel-

TOEPASSING IN DE PRAKTIJK

projectie. Dit heeft verschillende redenen: 1)

Omdat er per glas van de sluiterbril zestig

de techniek heeft de beste prijs/resultaat ver-

beelden per seconde moeten worden getoond, voldoen alleen de (op dit moment)

houding en 2) de techniek is het makkelijkst te combineren met bestaande beeldschermen.

duurdere beeldschermen. Dit betekent dat

Zoals hiervoor al gezegd, zijn de benodigde

deze technologie vanwege de prijs niet weg-

beeldschermen niet goedkoop. Toch zijn

gelegd is voor het grootste deel van de parti-

beeldschermen voor de alternatieve tech-

culieren. Naast het feit dat de prijs van beeldschermen die 120 Hz aankunnen aan de hoge

nieken duurder.

kant is, zijn de sluiterbrillen zelf ook relatief

Er zijn, afgezien van de minimale vereiste fre-

duur. De prijs ligt op dit moment rond de 20

quentie van 120 Hz, geen aanpassingen nodig

euro, ongeveer 20 maal zo duur als polarisa-

aan het beeldscherm om stereoscopische

tiebrillen.

beelden te kunnen tonen. Wel moet het

Net als bij polarisatiefilters gaat ook bij sluiter-

beeldscherm kunnen communiceren met de sluiterbril om het bedoelde resultaat te beha-

brillen een bepaalde hoeveelheid helderheid

len.

verloren. Dit komt doordat de ogen de helft van de tijd geen licht opvangen. Daarboven-

De beeldschermfabrikanten die zich het

op zijn de lc-glazen niet helemaal transparant.

meest bezighouden met campagnes (die gevoerd worden ter bevordering van het ge-

Ten slotte is er het nadeel dat de brillen

bruik van deze techniek door consumenten)

stroom nodig hebben om te kunnen functio-

zijn Samsung en Panasonic. Ook video-

neren. Hiervoor zijn twee oplossingen: 1) een

kaartenfabrikant Nvidia houdt zich veel bezig

kabeltje en 2) een batterij. De eerste mogelijk-

met de wisselprojectietechniek.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

3.4 stereogrammen De stereogram is geen opzichzelfstaande

staand punt achter het beeld gekeken. Bij het

techniek. Dit onderwerp wordt enkel behan-

gekruist kijken richten de ogen zich juist op

deld omdat het van belang is voor het onderwerp stereoscopie. Ook vormt het gedeeltelijk

een punt voor het beeld.

een inleiding tot de daaropvolgende tech-

AUTOSTEREOGRAMMEN

nieken. Daarom worden alleen de werking en

Een bijzonder soort stereogram is de autoste-

de benodigdheden besproken. De toepassing

reogram. Een autostereogram is een door de

in de praktijk en de actuele ontwikkelingen

computer geproduceerde afbeelding waarin

zijn voor ons onderzoek niet van belang.

twee beelden door elkaar weergegeven worden. In feite is een autostereogram hetzelfde

NORMALE STEREOGRAMMEN

als een stereogram met als enige verschil de

Een stereogram is een beeldpaar van twee

manier waarop de autostereogram bekeken

afbeeldingen. Deze twee afbeeldingen heb-

kan worden. Het bekijken van stereogrammen

ben een iets verschillend perspectief. Stereogrammen zijn te bekijken met behulp van een

kan op twee manieren (zie onderdeel Normale stereogrammen). Voor het bekijken van de

stereoscoop (een speciaal instrument om

autostereogram is het gebruik van een stereo-

beeldparen te bekijken), maar ook met het

scoop of het richten van elk oog op een enke-

blote oog. Voor deze laatste manier is echter

le afbeelding niet meer nodig. De kijker hoeft

wel enige oefening vereist. De kijker moet namelijk zelf elk oog op een apart beeld rich-

de ogen enkel gekruist of bijna parallel te richten op de autostereogram. De naam

ten. De ogen kunnen op twee manieren op

''autostereogram'' bevat het woord ''auto'', dat

aparte beelden gericht worden: parallel en

''zelf'' betekent. De autostereogram zorgt er

gekruist. Door de ogen parallel te richten,

zelf namelijk voor dat de kijker met elk oog

wordt er ''door'' het beeld naar een niet be-

een verschillend beeld opvangt.

figuur 3.9 Een normale stereogram. Deze afbeelding bevat twee beelden die verschillend perspectief hebben ten opzichte van elkaar.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

De twee beelden zijn verborgen in een, in

Een autostereogram bevat allerlei kleine ge-

eerst instantie ruisachtige lijkende afbeelding.

bieden waarin stereogrammen te zien zijn:

Beide ogen zien de afbeelding, maar niet op precies hetzelfde punt. De twee gebieden die

beeldenparen. In één zo’n gebied zijn dus twee verschillende beelden te zien. Elk beeld

de ogen bekijken verschillen een fractie van

laat hetzelfde deel van het object zien, met als

elkaar. In principe zijn deze twee gebieden de

verschil een verschuiving van het object ten

verschillende aanzichten van de ogen op een

opzichte van de achtergrond. De gebieden in

object.

de autostereogram hebben een ruisachtige

HERHALING: PERCEPTIE - BEWEGINGS PARALLAX

achtergrond. Doordat de kijker elk oog op de twee beelden in een gebied richt, vangt elk

Zoals in deel 2, Perceptie, besproken is,

oog een verschillend beeld op.

verschuift een object op de voorgrond dan de achtergrond. Elk oog vangt een ander

Om de ogen op twee naast elkaar gelegen

beeld op. Op het ene beeld is het object verschoven ten opzichte van de achter-

beelden in een gebied te richten, kan de kijker de ogen parallel of gekruist richten.

grond in vergelijking met het andere beeld. Dit resulteert in het zien van diepte.

figuur 3.10 Een autostereogram. Om dit soort stereogrammen te bekijken, is het parallel of gekruist richten van de ogen niet meer nodig. Wel moet een bepaalde kijkafstand aangehouden worden. Bij deze autostereogram betreft deze afstand ongeveer 50 cm.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

3.5 autostereoscopie Autostereoscopie is de laatste te behandelen

Er bestaan drie techniek die worden gebruikt

techniek. Deze techniek is waarschijnlijk de

voor het tonen van autostereoscopische beel-

belangrijkste, zowel voor ons onderzoek als voor de toepassing bij stereoscopische beeld-

den. De eerste techniek is die van de lenticulaire lenzen. Deze techniek wordt op dit mo-

schermen in de praktijk. Autostereoscopie is

ment het meest gebruikt voor autostereosco-

de techniek die beeldscherm gebruiken om

pie. De tweede techniek gebruikt barriĂ¨res om

zelf twee verschillende beelden naar de oog

twee beelden voor de ogen van de kijker te

van de kijker te sturen. Na dit te weten te zijn

tonen: parallax barriĂ¨res. Ten slotte hebben

gekomen, is de naam autostereoscopie makkelijk te verklaren. Het woord "auto" betekent

we een derde techniek die op het gebied van werking afwijkt van de twee hiervoor ge-

"zelf". De nadruk ligt hier op het kunnen to-

noemde technieken: holografie. Deze tech-

nen van stereoscopische beelden zonder ge-

niek valt officieel wel onder autostereoscopie,

bruik te maken van hulpmiddelen zoals pas-

maar gaat op een geheel andere manier te

sieve of actieve brillen.

werk om autostereoscopie te verzorgen. Voordat we hier meer over vertellen, behandelen we eerst de lenticulaire lenzen.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

3.6 lenticulaire lenzen De op dit moment meest gebruikte techniek

heid door de lens dan door de lucht. Als

voor autostereoscopische beeldschermen is

een lichtbundel niet loodrecht uit de lens

de techniek van de lenticulaire lenzen. Er wordt gebruik gemaakt van lenzen die de

komt, zullen er bepaalde delen van de lichtbundel zijn die eerder de lens verlaten

beelden afkomstig van het beeldscherm zo

dan de rest van de lichtbundel. Het deel

afbuigen, dat elk oog een verschillend beeld

van de lichtbundel dat als eerste de lens

opvangt. Dit is simpelweg een gevolg van de

verlaat, komt als eerste in de licht en gaat

verschillende posities van de ogen en het

zich ook sneller voortbewegen. Omdat een

daardoor verschillende effect dat de lenzen hebben. Omdat deze techniek bijna volledig

deel van de lichtbundel zich op dat moment nog in de lens bevindt en dus langza-

steunt op de werking van lenzen, zullen we

mer voortbeweegt, wordt de lichtbundel

dat onderdeel als eerste behandelen. In deel

scheefgetrokken.

2, Perceptie, hebben we de werking van het menselijk oog reeds behandeld. Daarbij hoorde de werking van lenzen. Vandaar een deel

Het principe van breking is als volgt voor te stellen: Acht personen rennen vanuit de

herhaling.

zee naast elkaar, hand in hand, het strand op. Ze rennen niet loodrecht richting het

HERHALING: PERCEPTIE - LENZEN

strand, maar schuin. De eerste persoon die

Het boek Natuurkunde Overal vwo deel 3 vertelt:

het strand bereikt, zal ook als eerste kunnen gaan versnellen, omdat hij geen last

“Een lens is een doorzichtig voorwerp met

meer heeft van de weerstand die het zee-

aan één of twee zijden een gekromd op-

water biedt. Echter, de personen lopen nog

pervlak. De lens heet hol of negatief als hij

steeds hand in hand. De persoon die als

in het midden dunner is dan aan de ran-

eerste het strand bereikte, zal van richting

den. Bij een bolle of positieve lens is het midden juist dikker. Een lens verandert de

moeten veranderen om te blijven rennen. De tweede persoon die het strand bereikt,

lichtbundel die erop valt. Lichtstralen ver-

zal precies hetzelfde doen: sneller kunnen

anderen van richting, zowel als ze de lens

rennen door de afname van weerstand,

ingaan, als wanneer ze eruit gaan. ”

maar van richting veranderen om aan de andere personen gebonden te blijven.

Lenzen kunnen lichtbundels en dus lichtstralen van richting veranderen. Hiervoor maken ze gebruik van het principe genaamd breking. Dit heeft te maken met dichtheid van de lens en de lichtsnelheid.

figuur 3.11 Een lens verbuigt lichtstralen en lichtbundels door breking.

VERDIEPING: LENZEN - BREKING Het materiaal waarvan de lens is gemaakt, heeft een hogere dichtheid dan lucht. Het licht gaat daardoor met een lagere snelBeeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

Lenticulaire lenzen zijn halve cilindervormige

Een lenticule is voor een aantal subpixels ge-

lenzen. De cilindervormige lenzen zijn dus

plaatst. Dit heeft als resultaat dat elk oog van

een soort rechte, bolle lenzen. Een aparte cilindervormige lens noem je een lenticule. Len-

de kijker verschillende subpixels te zien krijgt. Voor het creëren van het 3d-effect blijft voor

zen kunnen lichtstralen veranderen van rich-

het beeldscherm enkel de taak van het ver-

ting. Zie figuur 3.11.

sturen van de goede informatie naar de subpixels over. Meerdere kijkhoeken worden mo-

Lenticulaire lenzen worden als een plastic,

gelijk door een lenticule meerdere subpixels

geribbeld vel op een beeldscherm aangebracht. Elke lenticule bedekt een aantal sub-

te laten overlappen. Het licht dat deze subpixels uitzenden, wordt door de lenticule

pixels. Hierdoor ziet het oog van de kijker, dat

meerdere kanten opgestuurd. Door deze len-

loodrecht op het beeldscherm is gericht, het

ticulen te herhalen, kunnen hele beelden

deel van het beeldscherm dat direct achter

meerdere kanten op gestuurd worden.

het midden van de lens is geplaatst. Het tweede oog van de kijker ziet deze lenticule van

Het autostereoscopische beeldscherm is van-

een andere kant. Dit heeft als resultaat dat dit

uit verschillende posities te bekijken. Dit

oog een ander deel van het beeldscherm, dat

wordt, zoals eerder gezegd, mogelijk gemaakt

hierachter ligt, ziet.

door de lenticulaire lenzen. In tegenstelling

HERHALING: BEELDSCHERMTECHNIEKEN - PIXELS EN

tot wat logischerwijs verondersteld zou worden, tonen de meeste autostereoscopische

SUBPIXELS

beeldschermen geen twee, maar meer dan vijf

Een plasma- of lcd-beeldscherm heeft een

beelden met een verschillend aanzicht. Laten

hoog aantal pixels. Al deze pixels bestaan

we in ons geval uitgaan van een multi-view

uit drie langwerpige pixels. De subpixels

beeldscherm dat negen beelden met verschil-

hebben allemaal één van de kleuren die wit licht bevat: rood, groen en blauw.

lende aanzichten toont. Het tonen van meerdere beelden met verschillende aanzichten

lenticulaire lenzen

recht

links

pixels Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

figuur 3.12 Lenticulaire lenzen zorgen ervoor dat de ogen verschillende (sub)pixels en dus ook verschillende beelden zien.

Stereoscopie

naast elkaar biedt de mogelijkheid dat de kij-

linker oog beeld nummer acht ziet en het

ker het hoofd kan bewegen en zo in bepaalde

rechter oog beeld nummer één, kan het brein

mate om het object kan kijken, omdat er negen naast elkaar gelegen aanzichten worden

het beeld met diepte niet construeren. De beelden kloppen dan niet in vergelijking met

getoond; het look-around effect.

hoe we de realiteit zien. De beelden worden omgedraaid als de kijker

De multi-view eigenschap verzorgt twee mo-

zich in twee "kijkzones" tegelijk bevindt. Het

gelijkheden: 1) als enkele kijker het hoofd op

multi-view beeldscherm kan bekeken vanuit

verschillende manieren voor het beeldscherm kunnen positioneren, omdat er meerdere mo-

meerdere hoeken, maar de overgang hiertussen is niet naadloos. Als de kijker het hoofd

gelijke kijkhoeken zijn en 2) met meerdere

bijvoorbeeld steeds verder naar rechts be-

mensen tegelijk stereoscopische beelden be-

weegt, kan het voorkomen dat het linker oog

kijken (uiteraard zonder bril).

beeld nummer acht ziet, terwijl het rechter

Om een goed resulterend stereoscopisch

oog al in de volgende kijkzone naar beeld nummer één kijkt.

beeld te garanderen, moet de afstand van de kijker tot het beeldscherm precies goed zijn.

KORTOM

Dit vanwege de werking van de lenzen.

Als gevolg van de verschillende posities van

VERSTORING BIJ OVERGANG

de ogen van de kijker, ontvangt elk oog het licht van een verschillende pixel. Vele pixels

De negen beelden met verschillende aanzich-

samen vormen een beeld. Door de kijker ver-

ten worden naast elkaar herhaald. Rechts van

schillende pixels te tonen, door middel van

beeld nummer negen zijn beelden nummer

lenticulaire lenzen en als gevolg van de ver-

één tot en met negen opnieuw geplaatst. De

schillende posities van de ogen, ontvangt elk

ervaring van diepte is goed, zo lang het linker oog een beeld ziet dat daadwerkelijk een aan-

oog een verschillend beeld en krijgt de kijker de illusie van diepte te zien. Door het hoofd

zicht heeft dat links van het aanzicht van het

naar recht te verschuiven, krijgen beide ogen

rechterbeeld ligt. Bijvoorbeeld: beeld nummer

andere, naastgelegen pixels te zien die andere

vier voor het linker oog en beeld nummer zes

beelden (met andere aanzichten) tonen. Als

voor het rechter oog. De ervaring van de illusie van diepte zien wordt echter verstoord als

het hoofd verder naar recht wordt bewogen, kan er verstoring optreden vanwege het bekij-

de ogen omgekeerd zien. Als bijvoorbeeld het

ken van beelden in verschillende kijkzones.

figuur 3.13 Beide ogen moeten in dezelfde kijkzone gehouden worden. Als dit niet gebeurt, vangen de ogen verkeerde beelden op. Dit kan als resultaat hebben dat de ogen elkaars beelden opvangen, waardoor de hersenen geen beeld met diepte kunnen construeren.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

TOEPASSING IN DE PRAKTIJK Momenteel

worden

kijkzones en 2) de lagere maximaal haalbare autostereoscopische

resolutie.

beeldschermen nog niet op grote schaal aangeboden of verkocht. Het zijn vooral de be-

OVERGANG TUSSEN KIJKZONES

drijven die gebruik maken van deze beeld-

Er worden op dit moment beeldschermen

schermen voor reclame of presentaties. Stere-

ontwikkeld die "head-tracking" gebruiken om

oscopische beeldschermen zullen er echter

de positie van het hoofd en de ogen van de

uiteindelijk voor gaan zorgen dat de beeld-

kijker(s) waar te nemen. Deze informatie is

schermsector een impuls krijgt. Stereoscopische beeldschermen moeten daarvoor op

voor het autostereoscopische beeldscherm waardevol, omdat de kijkzones dan aangepast

grote schaal verkocht worden. Dit zal enkel

kunnen worden en de kijker(s) het hoofd kan/

lukken als ook consumenten stereoscopische

kunnen bewegen zonder dat de verstoring

beeldschermen gaan aanschaffen. In de toe-

door de overgang tussen kijkzones optreedt.

komst zullen autostereoscopische beeldschermen een belangrijke rol vervullen bij de door-

De head-tracking techniek werkt als volgt: Een camera probeert het hoofd en de ogen van de

braak van stereoscopische beeldschermen

kijker(s) te herkennen. De camera kan het

voor consumenten, de belangrijkste doel-

hoofd en de ogen herkennen met behulp van

groep. Er zijn geen speciale brillen meer nodig

voorgeprogrammeerde informatie. Herken-

en er wordt niet ingeleverd op het gebied van helderheid of kleur van het beeldscherm.

ningspunten zoals de vorm van het hoofd, de oren en de neus helpen de camera de ogen te

Voordat het zover is, moeten er nog een aan-

herkennen. Als de camera het hoofd herkent,

tal problemen verholpen worden. De beeld-

worden deze gegevens gebruikt om het

schermen voor de consument mogen onder

beeldscherm en de lenticulaire lenzen zo aan

andere geen opvallende overgang meer heb-

te passen dat de kijker zich altijd in maar ĂŠĂŠn

ben tussen verschillende kijkzones. Daarnaast is er het probleem dat er negen maal zoveel

kijkzone bevindt. Zo kan de kijker het hoofd vrij bewegen zonder gestoord te worden door

pixels nodig zijn om een frame van een bewe-

de overgang tussen kijkzones en ontvangt elk

gend beeld te tonen. Tot nu wordt het verla-

oog altijd het goede beeld.

gen van de resolutie van de negen verschillende beelden als oplossing gebruikt. Dit betekent dus een achteruitgang ten opzichte

RESOLUTIE Hedendaagse beeldschermen die enkel twee-

van normale beeldschermen en een minder

dimensionale beelden kunnen tonen, hebben

goede ervaring van de illusie van diepte. Deze

behoorlijk hoge resoluties. De resolutie geeft

problemen proberen producenten op ver-

aan hoeveel pixels en in welke verhouding

schillende manieren op te lossen. Welke ma-

een beeldscherm heeft. HD-formaat (1280 bij

nieren dit zijn, is te lezen bij het volgende onderdeel, actuele ontwikkelingen.

720 pixels) en Full HD-formaat (1920 bij 1080 pixels) zijn op dit moment de meest voorkomende hoge resoluties voor beeldschermen.

ACTUELE ONTWIKKELINGEN

Omdat autostereoscopische beeldschermen

Autostereoscopische beeldschermen hebben

negen maal zoveel pixels nodig hebben om

op dit moment nog enkele tekortkomingen. Zoals bij het vorige onderdeel reeds ge-

een frame te tonen, worden er beeldschermen gebruikt die een nog hogere resolutie

noemd, staan er twee problemen centraal: 1)

hebben: Quad Full HD, of QFHD (3840 bij 2160

de opvallende overgang tussen verschillende

pixels).

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

3.7 parallax barrières De tweede manier die wordt gebruikt om au-

ken. Beeldschermen maken handig gebruik

tostereoscopie te verzorgen is het aanbren-

van de parallax (barrières) om autostereosco-

gen van parallax barrières voor het beeldscherm. Deze barrières zorgen ervoor dat de

pie te verzorgen. Deze barrières simuleren de werking van parallax. Door het hoofd te be-

ogen bepaalde pixels van het beeldscherm

wegen, worden andere pixels zichtbaar. De

kunnen zien en andere niet. Het idee is dat

ogen zelf zien op hun beurt ook weer verschil-

bijvoorbeeld het rechter oog enkel de pixels

lende pixels. Als de kijker op precies de goede

ziet die het beeld, bestemd voor het rechter

afstand naar het beeldscherm kijkt, zien de

oog, tonen. Het linker oog ziet deze pixels niet, omdat de barrières de pixels bedekken

ogen twee verschillende beelden. Dit resulteert in het zien van een illusie van diepte.

voor het linkeroog. Dit oog ziet juist enkel de pixels die het beeld voor het linker oog tonen,

TOEPASSING IN DE PRAKTIJK

terwijl het rechter oog deze pixels door de

Omdat de techniek van de parallax barrières

barrières niet kan zien.

vele malen eenvoudiger werkt dan de techniek van de lenticulaire lenzen, is deze tech-

HERHALING: PERCEPTIE - PARALLAX

niek op dit moment nog populairder. Er zijn

Parallax is het verschijnsel dat de schijnba-

echter enkele problemen die tot nu toe niet

re positie van een voorwerp ten opzichte

opgelost konden worden, in tegenstelling tot

van een ander voorwerp en/of de achtergrond varieert als men het vanuit verschil-

de problemen bij de lenticulaire lenzen. Een groot nadeel van deze techniek is dat de helft

lende posities bekijkt.

van de helderheid van het beeldscherm verloren gaat. Hier is geen oplossing voor, omdat

Parallax is dus een verschijnsel dat mede

het beeldscherm juist gebruik maakt van het

wordt veroorzaakt door de verschillende posi-

wegnemen van licht om autostereoscopisch

ties waaruit men kijkt. Met andere woorden kan worden gezegd dat onder andere de ver-

te zijn. Voorlopig zal deze techniek dus nog wel gebruikt worden, maar er is waarschijnlijk

schillende kijkhoeken de parallax veroorza-

geen toekomst voor.

parallax barrières figuur 3.14 Parallax barrières zorgen ervoor dat het beeld maar één oog kan bereiken. Het beeld voor het linker oog kan enkel opgevangen door dit oog. Voor het rechter oog geldt hetzelfde, maar dan omgedraaid.

rechts

links

pixels Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

3.8 holografie Holografie is de laatste techniek, die voor au-

HET MAKEN VAN EEN HOLOGRAM

tostereoscopie geschikt zou kunnen zijn, die

Om een hologram te maken zijn er verschil-

wordt behandeld. Zoals eerder genoemd, werkt deze techniek geheel anders dan de

lende onderdelen nodig. Hieronder zijn deze onderdelen genoemd met daarbij de van be-

lenticulaire lenzen en parallax barrières. Het is

lang zijnde eigenschappen.

zelfs zo dat er nog helemaal of nauwelijks autostereoscopische beeldschermen zijn die

BENODIGDHEDEN: HOLOGRAFIE – HET MAKEN VAN EEN

met holografie werken. Vanwege het feit dat

HOLOGRAM

holografie een erg complexe techniek is, zullen we niet elk onderdeel volledig uitwerken.

1) LASER

Daarnaast moeten we rekening houden met

- Lichtbron die enkel lichtgolven met dezelf-

de relevantie voor ons onderzoek.

de golflengte uitzendt. - Zendt een coherente lichtbundel uit. Dat

WERKING EN BENODIGDHEDEN Omdat er nog geen of nauwelijks autostereo-

wil zeggen dat de lichtgolven in dezelfde frequentie, fase en met dezelfde amplitude

scopische beeldschermen bestaan die gebruik

trillen.

maken van holografie, wordt niet de werking

- De lichtbundel is evenwijdig.

van deze beeldschermen behandeld, maar

2) SPIEGEL

van een hologram zelf. Een hologram is een driedimensionale afbeelding van een voor-

- Laat een lichtbundel volledig weerspiegelen.

werp. Ten eerste wordt gekeken hoe holo-

3) DEELSPIEGEL

grammen gemaakt worden en ten tweede

- De lichtbundel die op een deelspiegel ge-

hoe hologrammen zichtbaar worden.

richt staat wordt in tweeën gedeeld. De helft van het licht wordt weerspiegeld en de andere helft wordt doorgelaten.

figuur 3.15 De opstelling voor het maken van een hologram 1 laser 2 spiegel 3 deelspiegel 4 lens 5 fotografische plaat 6 voorwerp

voorwerpsbundel

referentiebundel

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

4) LENS

13.17 zie je deze twee golven. Als deze gol-

- Heeft het vermogen om lichtstralen van

ven worden gecombineerd, treedt er inter-

richting te laten veranderen en lichtbundel breder of smaller te maken.

ferentie op: de resulterende golf is een combinatie van de twee verschillende gol-

5) FOTOGRAFISCHE PLAAT

ven. Er treedt versterking en uitdoving op.

- Plaat waarin interferentiepatronen vastge-

Versterking wil zeggen dat de twee licht-

legd kunnen worden. Wat interferentie is,

golven elkaars amplitude vergroten. Verdo-

behandelen we verderop.

ving zorgt voor het omgekeerde: twee

6) VOORWERP - Een hologram is een driedimensionale af-

lichtgolven met elkaars inverse amplitude doven elkaar uit.

beelding van een voorwerp. Het is daarom niet meer dan logisch dat dit onderdeel

DE OPSTELLING VOOR HET OPNEMEN VAN EEN TRANS-

nodig is voor het maken van een holo-

MISSIEHOLOGRAM

gram.

In figuur 13.15 zie je de opstelling van alle onderdelen die nodig zijn om een hologram te

Voor het maken van een hologram wordt er

maken. Zoals te zien in deze figuur wordt een

gebruik gemaakt van interferentie.

voorwerp beschenen met twee laserlichtbundels. Deze bundels hebben dezelfde oor-

VERDIEPING: GOLVEN - INTERFERENTIE Interferentie is een principe dat optreedt

sprong (de laser), maar zijn door de deelspiegel gesplitst.

als er verschillende golven worden gecombineerd. Het woord interferentie betekent

DE DOOR DE DEELSPIEGEL DOORGELATEN LICHT-

letterlijk storing. Lichtgolven kunnen op

BUNDEL (VOORWERPSBUNDEL)

zichzelf verschillen in golflengte, amplitude

De bundel die door de deelspiegel gaat,

en polarisatie. Lichtgolven kunnen ten opzichte van elkaar ook verschillen in fase: dit

komt op een spiegel terecht. Deze spiegel weerspiegelt de lichtbundel op een holle

geeft het verschil in positie van een punt in

lens. Hierdoor wordt de evenwijdige licht-

een golfbeweging aan. Zie figuur 13.16.

bundel divergent (breder) gemaakt. Dit is nodig omdat de lichtbundel het voorwerp

Om interferentie uit te leggen, gebruiken we een voorbeeld waarbij twee lichtgolven

volledig moet beschijnen. Het voorwerp weerkaatst het licht zelf weer naar de foto-

enkel verschillen in amplitude. In figuur

grafische plaat, dit is de voorwerpsbundel.

amplitude

figuur 3.16 Twee golven met dezelfde golflente en amplitude. De onderste golf heeft wel een faseachterstand: de golven trillen niet in fase.

golflengte

faseachterstand

figuur 3.17 Twee golven met dezelfde golflengte en amplitude die in fase trillen. Deze twee golven versterken elkaar (zie onderste golf).

+ = Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

DE DOOR DE DEELSPIEGEL WEERSPIEGELDE LICHT-

tiepatroon in de fotografische plaat. Door in-

BUNDEL (REFERENTIEBUNDEL)

terferentie hebben bepaalde golven een gro-

De lichtbundel die door de deelspiegels weerspiegeld wordt, komt op een holle

tere of juist kleinere amplitude gekregen. Hierdoor is het licht intenser of juist niet. Door

lens terecht en daar op een spiegel. Deze

dit verschil wordt er in meerdere maten in de

spiegel weerspiegelt de lichtbundel op de

fotografische plaat gebrand. De fotografische

holografische plaat.

plaat wordt door het graferen een soort tralie.

Het verschil tussen deze twee lichtbundels is, afgezien van de andere volgorde van het pas-

VERDIEPING: TRALIE Een normale tralie is een plaat met vele

seren van de instrumenten, dat de lichtbun-

smalle spleetjes naast elkaar. Als er een

del, die door de deelspiegel is doorgelaten,

lichtbundel op de tralieplaat valt, worden

via het voorwerp op de fotografische plaat

de lichtstralen uit deze bundel van richting

terecht komt. Doordat deze twee lichtbundels verschillende wegen hebben afgelegd en

veranderd. Dit komt door de zijkanten van de spleetjes die de lichtstralen afketsen.

daarbij via het voorwerp of direct op de fotografische plaat terecht zijn gekomen, zijn de

Door het ingraveren ontstaat er in de fotogra-

lichtgolven veranderd. Ze zijn ondanks hun

fische plaat een patroon dat vergelijkbaar is

zelfde oorsprong niet meer identiek. De amplitude en/of de fase kunnen verschillen. Het

met een tralie. Alle ingegraveerde stukjes hebben het vermogen om licht af te kaatsen.

faseverschil ontstaat zowel doordat de lichtbundels een verschillende weg hebben afge-

HOLOGRAMMEN ZICHTBAAR MAKEN

legd, maar ook omdat elke lichtgolf in de

Om het hologram zichtbaar te maken, is op-

voorwerpsbundel

weg

nieuw een laser nodig. Deze laser moet licht

aflegt. Het faseverschil zegt dus iets over de afgelegde weg en afstand. Omdat de lichtgol-

uitzenden met precies dezelfde lichtgolven als die van de laser die werd gebruikt voor het

ven niet uit zichzelf een faseverschil mogen

maken van het hologram. Het ingegraveerde

hebben als ze de opstelling ingaan, wordt er

interferentiepatroon is namelijk karakteristiek

gebruik gemaakt van een laser. Deze lichtbron

voor het gebruikte laserlicht. Elk ingegraveerd

is monochromatisch: er wordt een lichtbundel uitgezonden met daarin lichtgolven met de-

stukje bevat een deel informatie van het totale interferentiepatroon. Dit complete interfe-

zelfde golflengte en zonder faseverschil.

rentiepatroon bevat informatie over de af-

Op het moment dat de twee lichtbundels ge-

standen van de fotografische plaat tot delen

combineerd worden, gaat interferentie een rol

van het reĂŤle voorwerp op het moment van

spelen. De twee lichtbundels bestaan uit licht-

opname.

golven met faseverschillen en verschillende amplitudes. Door deze verschillen treedt er

Door met laserlicht de ingegraveerde fotogra-

interferentie op: de lichtbundels gaan elkaar

fische plaat te beschijnen, wordt het virtuele

beĂŻnvloeden. De resulterende lichtbundel (die

beeld in het hologram zichtbaar. De fotografi-

gevormd wordt door de twee verschillende

sche plaat laat de laserlichtgolven afkaatsen

lichtbundels) grafeert een bepaald interferen-

en worden hierdoor allerlei kanten opge-

een

verschillende

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

stuurd. Dit zorgt ervoor dat een hologram er

complex is en daardoor nog niet toe te pas-

vanaf verschillende kanten anders uit komt te

sen, toch is er voor deze techniek een grote

zien. Het principe van stereoscopie, waar alle voorgenoemde techniek gebruik van maken

rol weggelegd in de toekomst. Dit vanwege de vele voordelen ervan. Er zal geen verlies

om de illusie van diepte te verzorgen, is hier

zijn van helderheid of kleur en het beeld kan

ook werkzaam. De ogen hebben een verschil-

uit alle mogelijke hoeken bekeken worden. In

lende positie en ontvangen dus ook elk een

tegenstelling tot autostereoscopie door lenti-

verschillend beeld. Door het af te beelden

culaire lenzen zijn er geen overgangen tussen

voorwerp (reĂŤel) samen met de holografische plaat te draaien, wordt het mogelijk om een

kijkzones meer nodig.

hologram, met daarin het virtuele voorwerp,

ACTUELE ONTWIKKELINGEN

te maken dat van alle kanten te bekijken is.

Onder andere Japanse universiteiten zijn bezig met het ontwikkelen van bewegende ho-

TOEPASSING IN DE PRAKTIJK Momenteel wordt holografie nog niet of nau-

lografische beelden en de daarbij behorende apparatuur om deze beelden af te spelen. Er

welijks gebruikt voor autostereoscopische

worden al pogingen gedaan om holografi-

beeldschermen. Dit heeft er alles mee te ma-

sche beeldschermen te maken, maar deze zijn

ken dat het een complexe techniek is en daar-

verre van volmaakt. Voorlopig zal holografie

door lastig toepasbaar te maken voor beeldschermen. Zoals hierboven beschreven, kun-

dus nog niet toegepast worden voor autostereoscopische beeldschermen. Holografie zal

nen er, voor zover ons onderzoek reikte, op dit

in de toekomst echter wel een belangrijke rol

moment enkel stilstaande holografische beel-

gaan spelen. Afgezien van het feit dat holo-

den gemaakt worden, omdat er na het mo-

grafie nu nog niet geschikt is voor het tonen

ment van opname een proces van ontwikke-

van bewegende beelden, is de techniek beter

ling vereist is. Holografie heeft op dit moment dan wel het grote nadeel dat de techniek

dan lenticulaire lenzen en parallax barriĂ¨res.

figuur 3.18 Een hologram wordt zichtbaar door de fotografische plaat te beschijnen met een laser. De fotografische plaat is door het inbranden gaan functioneren als tralie. De laser wel hetzelfde licht uitzenden als de laser die werd gebruikt voor het inbranden van de fotografische plaat.

laser

fotografische plaat lens

object Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

3.9 beelden opnemen en opslaan Omdat stereoscopische beeldschermen ook

aan de hand van patronen de achter- en voor-

inhoud nodig hebben om te kunnen tonen,

grond en de eventuele tussenliggende lagen.

worden nu meerdere manieren behandeld waarop stereoscopische beelden opgenomen

Deze manier kost de computer behoorlijk veel rekenkracht en daardoor meestal ook veel tijd,

en opgeslagen kunnen worden.

alhoewel dit afhankelijk is van de specificaties van de computer.

Na het behandelen van de technieken om stereoscopische beelden te tonen, gaan we nu

DRIEDIMENSIONALE MODELLEN OP DE COMPUTER

kijken naar manieren om deze beelden op te nemen en op te slaan.

De derde en laatste manier is vooral bij animatiefilms populair. Voor animatiefilms worden er 3d-modellen getekend op de computer. Dit

STEREOSCOPISCHE BEELDEN OPNEMEN

zorgt ervoor dat de computer de vormen van de object heel goed kent. De computer maakt

STEREOSCOPISCHE CAMERA’S De eerste, meest voor de hand liggende ma-

hier fotorealistische afbeeldingen van door deze 3d-modellen te renderen. Kortgezegd

nier om stereoscopische beelden op te ne-

werkt dit als volgt: de computer rekent uit hoe

men, is door stereoscopische camera’s te ge-

lichtstralen op de 3d-modellen vallen en

bruiken. Deze camera’s hebben twee of meer

weerkaatst worden. Dit resulteert in een be-

lenzen. Hiermee wordt eigenlijk de binoculaire dispariteit van de menselijk perceptie

paald beeld, gegenereerd door de computer. Door de computer beelden vanuit verschillen-

geïmiteerd: er worden beelden met verschil-

de aanzichten te genereren, kunnen er stereo-

lende perspectieven opgevangen. Net als een

scopische beelden gemaakt worden.

echt oog kan elke lens (uiteraard) scherpstellen, accommoderen. Het unieke aan de came-

STEREOSCOPISCHE BEELDEN OPSLAAN

ra’s die stereoscopische beelden opnemen is dat de lenzen net als de twee ogen samen op

Naast het ontvangen van stereoscopische

één punt richten, convergeren. De richting

beelden moeten de beelden ook opgeslagen

van de lenzen kan uiteraard variëren, net als

worden. Er is op dit moment nog geen stan-

het menselijk oog dat kan.

daard formaat om stereoscopisch materiaal

CONVERTEREN VAN 2D NAAR 3D

op te slaan. Dit maakt duidelijk hoe nieuw deze technologie nog is. Vele producenten van

Een tweede manier om stereoscopische beel-

stereoscopisch materiaal zijn nog aan het ex-

den te maken is door de computer bij de be-

perimenteren en hebben nog geen standaard

staande frames extra beelden te laten genere-

bestandstype. Een bestandstype dat door alle

ren met andere perspectieven. Voor deze ma-

producenten wordt gebruikt is helemaal ver

nier is geen stereoscopische camera nodig. De computer onderzoekt elk frame en herkent

weg.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

Stereoscopie

Een op dit moment eenvoudige en daardoor

de twee beelden met bepaalde eigenschap-

populaire manier om stereoscopisch video-

pen tegelijk getoond aan de kijker. In het ge-

materiaal op te slaan is door bestaande bestandtype te gebruiken en het beeld voor

val van de wisselprojectietechniek, worden de twee beelden om de beurt getoond aan de

links en rechts naast of onder elkaar te monte-

kijker.

ren tot één enkel beeld. Tijdens het afspelen wordt het beeld dan weer op de juiste manier

In principe komt het er op neer dat het beeld-

gesplitst.

scherm de twee verschillende beelden ont-

Een andere, afwijkende manier om stereosco-

vangt en naar twee verschillende segmenten in het stereoscopische beeldscherm stuurt.

pisch beelden op te slaan wordt gebruikt bij

Afhankelijk van de gebruikte techniek, wor-

de ''2d + diepte'' map. Simpel gezegd komt

den deze beelden tegelijk of afwisselend ge-

deze manier erop neer dat het beeld bestaat

toond.

uit meerdere 2d-beelden. Deze hebben zelf geen diepte, maar het uiteindelijke beeld

AUTOSTEREOSCOPISCHE BEELDSCHERMEN

heeft dat wel. Dit wordt bereikt door de apar-

Autostereoscopische beeldschermen gebrui-

te 2d-beelden verschillende dieptes ten op-

ken meer dan twee verschillende beelden. In

zicht van elkaar te geven. Het voordeel van dit

ons geval gingen we uit van negen naast el-

bestandstype is dat er in een redelijk eenvoudig bestand alle informatie zit over de diepte

kaar gelegen beelden. De meest eenvoudige manier waarop een autostereoscopisch beeld-

van het beeld.

scherm kan werken is door de negen verschillende beelden tegelijk naar het beeldscherm

STEREOSCOPISCHE BEELDEN AFSPELEN

te sturen en het stereoscopische beeldscherm deze beelden tegelijk te laten tonen.

NIET AUTOSTEREOSCOPISCHE BEELDSCHERMEN De op dit moment meest populaire maar ook

Een tweede, meer praktisch manier is door

eenvoudige manier om stereoscopische beel-

een 2d + diepte map te gebruiken. Dit be-

den aan het niet autostereoscopische beeld-

stand bevat alle informatie over de diepte in

scherm door te geven is door de beelden door

het resulterende beeld. Hiervoor is het niet

een eigen kabel naar het beeldscherm te sturen. Twee beelden, die een verschillend per-

meer vereist om negen verschillende beelden te ontvangen. Naast de 2d + diepte map

spectief hebben, gaan door hun eigen kabel

wordt één beeld doorgestuurd. Het autostere-

naar het beeldscherm. Deze beelden toont

oscopische beeldscherm interpreteert deze

het stereoscopische beeldscherm op zijn ei-

twee bestanden tegelijk en construeert daar-

gen manier. Zoals we hiervoor hebben ont-

mee de negen verschillende beelden. Dit kan

dekt, zijn er meerdere technieken die stereoscopische beelden gebruiken om de stereo-

het beeldscherm zelfstandig doen, omdat alle benodigde informatie over de diepte in het

scopische beelden te tonen. In het geval van

beeld in de 2d + diepte map opgeslagen is.

de anaglyph en polarisatietechniek, worden

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

conclusie Aan het eind van dit profielwerkstuk kijken we

laire diepteaanwijzingen. Deze laatste catego-

terug naar het onderzoek. Er wordt, naast het

rie bestaat uit: beeldgrootte, textuurgradi毛nt,

beoordelen van het onderzoeksproces, een conclusie getrokken door het beantwoorden

perspectief, interpositie, bewegingsparallax en kennis van afmetingen.

van onze hoofdvraag: De hersenen maken gebruik van monoculaire ''Hoe werken 3d-beeldschermen?''

diepteaanwijzingen om diepte in te schatten. Bincoulaire diepteaanwijzingen zorgen ervoor

3d-beeldschermen bestaan uit een normaal beeldscherm en gebruiken daarnaast een be-

dat mensen diepte zien. De monoculaire diepteaanwijzingen hoeven

paalde techniek om de perceptie van mensen

niet altijd te kloppen. Visuele illusies zoals ge-

zo te be茂nvloeden, dat de kijker een illusie van

zichtsbedrog en onmogelijke figuren bewij-

diepte ziet.

zen dit.

BEELDSCHERMTECHNIEKEN

STEREOSCOPIE

Er zijn vier verschillende beeldschermtech-

Stereoscopie is een techniek om de illusie van

nieken: plasma, lcd, led en oled. Plasmabeeld-

diepte in een beeld te wekken. Deze illusie

schermen werken door middel van gas dat

wordt veroorzaakt door elk oog een verschil-

oplicht als het onder spanning staat. In lcdbeeldschermen draait het licht een kwartslag

lend beeld te laten zien. Omdat de ogen van een mens een verschillende positie hebben,

om bepaalde pixels op te laten lichten. Led en

verschillen de beelden die de ogen opvangen

oled werken door middel van speciale oplich-

van elkaar. Mensen zien de realiteit dus met

tende stoffen. Dit maakt dunnere beeldscher-

twee beelden tegelijk, oftewel via stereoscopi-

men mogelijk.

sche beelden.

Ons onderzoek heeft uitgewezen dat alle vier

Er zijn meerdere technieken waarmee de illu-

de beeldschermtechnieken toepasbaar zijn

sie van diepte verzorgd kan worden door ste-

voor 3d-beeldscherm.

reoscopie: anaglyphen, polarisatie, wisselprojectie, stereogrammen en autostereogram-

PERCEPTIE Het menselijk oog kan adapteren, accommo-

men. Deze technieken zijn allemaal te gebruiken voor 3d-beeldschermen, maar hebben

deren en convergeren om beelden goed op te

een groot nadeel gemeen: de kijker moet 贸f

kunnen vangen. Deze beelden bevatten zelf

een bril dragen 贸f de ogen trainen om de ste-

geen informatie over diepte. Doordat de ogen

reoscopische beelden goed te kunnen bekij-

samenwerken met de hersenen, kan de mens

ken. Autostereoscopie is hiervoor een uit-

wel diepte zien of in schatten. Er wordt hierbij gebruik gemaakt van binoculaire en monocu-

komst. Bij autostereoscopische beeldschermen kan de kijker de ogen normaal op het

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

beeldscherm richten en is er geen bril meer

mende lichtstralen allerlei kanten op ketsen.

nodig. Het beeldscherm zorgt er zelf voor dat

De lichtstralen en dus lichtbundels vormen

elk oog een eigen beeld ziet.

verschillende beelden op verschillende plaatsen. De ogen vangen deze lichtbundel in de

Autostereoscopie kan op drie manieren be-

vorm van een beeld op. Omdat de ogen een

reikt worden. De eerste manier is door lenticu-

verschillende positie hebben, worden er ook

laire lenzen aan te brengen op het beeld-

verschillende beelden opgevangen. Ook hier-

scherm. Elke lenticule bedekt een aantal sub-

door kan een illusie van diepte verzorgd wor-

pixels. Hierdoor ziet het oog van de kijker, dat loodrecht op het beeldscherm is gericht, het

den.

deel van het beeldscherm dat direct achter

Op het moment dat we de werking van holo-

het midden van de lens is geplaatst. Het twee-

grafie gingen onderzoeken, werden we ver-

de oog van de kijker ziet deze lenticule van

rast dat de kans groot is dat deze techniek in

een andere kant. Dit heeft als resultaat dat dit oog een ander deel van het beeldscherm, dat

de toekomst echt gebruikt gaat worden voor autostereoscopische beeldschermen. De tech-

hierachter ligt, ziet. Door de goede informatie

niek kan dan nog niet goed toepasbaar zijn,

naar de subpixels te verzenden, is het moge-

maar het is een kwestie van tijd voordat deze

lijk dat de ogen verschillende beelden opvan-

techniek wel gebruikt kan worden voor auto-

gen en dus een illusie van diepte zien.

stereoscopische beeldschermen.

De tweede manier om autostereoscopie te

De bronnen die gebruikt zijn waren vooral op

bereiken is door parallax barrières aan te

internet te vinden. Dit had alles te maken met

brengen op het beeldscherm. Deze barrières

hoe nieuw het onderwerp 3d-beeldschermen

zijn hele smalle strookjes die voor de pixels

nog is. Dit was ook de reden waarom we ge-

van het beeldscherm geplaatst zijn. De ogen kunnen langs deze barrières naar het beeld-

zocht hebben naar hulp van externe partijen zoals producenten van 3d-beeldschermen.

scherm kijken. Doordat de ogen een verschil-

Uiteindelijk hebben niet alle externe partijen

lende positie hebben, zien ze niet dezelfde

gereageerd op ons verzoek, terwijl we wel

delen van het beeldscherm. Op deze manier is

behoefte hadden aan informatie vanuit deze

het mogelijk dat de beelden een verschillend beeld zien en daardoor een illusie van diepte

betrouwbare bronnen. De volgende keer zouden we deze bronnen dus graag wel kunnen

te zien krijgen.

raadplegen.

De derde en laatste manier waarop autostere-

Al met al vinden wij dat er een volledig ant-

oscopie bereikt kan worden is door holografi-

woord is gegeven op de hoofdvraag, ondanks

sche beelden te maken. Een hologram wordt gemaakt met een fotografische plaat. In deze

het ontbreken van enkele gewenste bronnen. Het onderzoek was erg breed en op bepaalde

plaat is door een laser informatie over de

punten behoorlijk diep.

vorm van een reëel voorwerp gebrand. Deze fotografische plaat gedraagt zich dan als een

Het volgende onderzoek zullen we waar-

tralie. Dat wil zeggen: zodra de plaat met een laser beschenen wordt, gaat de plaat de inko-

schijnlijk op dezelfde manier aanpakken, maar hopelijk met meer efficiëntie.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

slotwoord Tot slot willen wij een kort advies geven met betrekking tot het aanschaffen van een 3dbeeldscherm. De huidige varianten zijn van uitstekende kwaliteit. De prijs ligt voor de meeste mensen echter nog aan de hoge kant. Deze zal waarschijnlijk in de loop van de tijd afnemen. Op dit moment heeft de prijs dus de grootste invloed op de keuze van particulieren als het gaat om de aanschaf van 3dbeeldschermen. Autostereoscopische beeldschermen zijn momenteel nog niet toereikend genoeg voor gebruik door consumenten. Dit heeft met de prijs te maken, maar ook met het feit dat het ontwikkelingsproces nog niet is afgerond. Er wordt geprobeerd om de laatste mankementen en tekortkomingen op te lossen. We zullen dus nog even geduld moeten hebben voor we televisie kunnen op dezelfde manier als we op dit moment doen.

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

bronnenlijst LITERATUUR BIBLIOTHEEK ROTTERDAM BLAAK Michael Holm - Nils Lykke - Steffen Toksvig, In het oog van de toeschouwer: de constructie en het effect van stereogrammen, Antwerpen 1995, pagina 10 - 46 Michael Wright, Mukul Patel, David Baker, Henk Moerdijk, Hoe de dingen werken, Londen 2000, pagina 82, 83, 95, 100 - 15 Chris Woodford, Kate Bradshaw, Kevin Jones, Henk van Bakel, Cool! Maar hoe werkt het?, Utrecht 2006, pagina 24, 25 OVERIG Marc Brysbaert, Psychologie, Gent 2006, pagina 155-157 Leen De Coninck, Goed gekeken, maar anders gezien, Mechelen 2005, pagina 23 Pieter Hogenbirk, Jan FrankemĂślle, Dik Jager, Raoul Majewski, Theo Timmers, Natuurkunde overal vwo deel 3, Houten 2008, pagina 80 - 107 Philips, verschillende documentatie, Eindhoven, 2007 Jan de Jong, Holografie voor beginners, Delft 2001, pagina 1-4 Mitchell Mac-Lean, Annejet Hasselaar, Erwin Rietveld, Lorena Zander, De TL-lamp, Rotterdam 2010, pagina 6 â&#x20AC;&#x201C; 11 SURFnet/Kennisnet innovatieprogramma, Eindreportage technologieverkenning 3D video, Utrecht 2010, pagina 1-9 De diepte in met 3DTV, 3DTV Magazine, november 2010

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

INTERNET WWW.WIKIPEDIA.ORG

- Plasmascherm,

december 2010

- Plasma (aggregatietoestand),

december 2009

- Plasma (physics),

januari

2011

- Stereoscopie,

januari

2011

- Stereoscopy,

januari

2011

- Anaglyph image, - Polarisatie (elektromagnetisme),

19 15

januari januari

2011 2010

- Polarisation (waves),

januari

2011

- Polarized 3D glasses,

december 2010

- Liquid crystal,

januari

2011

- Liquid crystal display - Liquid crystal shutter glasses,

8 19

januari januari

2011 2011

- Autostereoscopy,

januari

2011

- Stereogram,

december 2010

- Autostereogram,

juli

- Autostereogram, - Lenticular lens,

17 14

januari 2011 december 2010

- Lenticular printing,

januari

2011

- Parallax barrier,

januari

2011

- Holografie,

december 2010

- Hologram,

januari

2010

2011

WWW.DIMENCO.EU

- History,

2010

- Perception,

2010

- The real world,

2010

- Display technologies, - Content Format,

2010 2010

- Frequently Asked Questions (FAQ),

2010

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

OVERIG www.delta.tudelft.nl, Stereo-kijken komt dichterbij,

september 1996

www.3dtelevisie.biz, Over 3d-tv, www.3dfusion.com , Glasses free 3d optics,

september 2009 2010

www.3dtvreview.nl, 3D Technologie,

2010

www.3dtvnieuws.nl, Lenticulair systeem,

september 2009

www.diskidee.nl, Kijken in drie dimensies,

mei

2010

www.kennislink.nl, 3D-TV in de woonkamer,

augustus

2008

www.tweakers.mobi, 3d-stereo-beeldschermen, klaar voor de massa?, 4 mei www.business-sites.philips.com, Frequently Asked Questions (FAQ) about 3d solutions

2005 2007

www.dvscene.nl, Alles wat u moet weten over kijken naar 3D-video op de pc

2010

www.bcc.nl, Alles over 3D televisie,

2009

telescript.denayer.wenk.be, 3D of stereoscopie,

augustus

2007

www.3dtelevisie.info, 3D technologie, www.bits-chips.nl, Philips boort goudmijn aan met 3D-schermen,

17 8

augustus februari

2009 2008

www. electronica.infonu.nl, 3D-HD televisie in opmars,

maart

2010

www.seereal.com, Holografic technology,

2010

www.beamerplanet.be, 3D uitleg,

2009

www.fullhd3d.panasonic.eu, essentiĂŤle benodigdheden voor het bekijken van 3D-beelden www.mediamarkt.nl, Autostereoscopische 3D,

2009 2010

www.biodoen.nl, Accommoderen,

2009

mail.vssd.nl, Het visuele zintuig,

2007

www.sonoo.info, Wat is stereopsis?

2008

library.thinkquest.org, Binocular Disparity,

2007

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen

illustraties ILLUSTRATIES De meeste illustraties zijn door ons zelf gemaakt. De onderstaande figuren zijn afkomstig van het internet en uit boeken: figuur 1.5: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Plasma-display-composition.svg figuur 1.6: http://gadgetophilia.com/wp-content/uploads/2009/03/300px-lcd_subpixel_en.png figuur 1.7: http://www.hdtvfaq.org/img/lcd-pixel.gif figuur 2.2: http://www.mydr.com.au/files/images/categories/eyes/anatomy_of_eye.gif figuur 2.3: http://www.biodoen.nl/biodoenLite.php?Id=4439&Checksum=af1c284a figuur 2.8: Marc Brysbaert, Psychologie, Gent 2006, pagina 155-157 figuur 2.12: http://lh6.ggpht.com/_ccS7HymN8mI/S9Mj3B0SN_I/AAAAAAAABaw/ jMZcGSnG4tQ/ Gezichtsbedrog.jpg figuur 2.13: http://lh4.ggpht.com/_Dy0ZkxgRjL4/StjMLKiHGzI/AAAAAAAAI5g/XIGs2TLIM-k/ image.png?imgmax=800 figuur 2.14: http://lh3.ggpht.com/_Dy0ZkxgRjL4/StjMKg68YmI/AAAAAAAAI5c/JIwo3a5aqs8/ potloden2%5B1%5D.jpg?imgmax=800 figuur 2.15: http://i32.photobucket.com/albums/d10/big-mama-of2/mopjes/ gezichtsbedrog26.gif figuur 2.16: http://www.brightguys.nl/wp-content/uploads/Driehoek.gif figuur 2.17: https://reich-chemistry.wikispaces.com/file/view/escher-relativity-woodcutmedium.jpg/45046149/escher-relativity-woodcut-medium.jpg figuur 3.3: http://nl.wikipedia.org/wiki/Polarisatie_%28elektromagnetisme%29 figuur 3.9: http://gfxmonk.net/images/photolawstereo.jpg figuur 3.10: http://i31.photobucket.com/albums/c359/psycholog/stereogram3schaak.jpg figuur 3.18: http://scienceblogs.com/startswithabang/upload/2010/03/ is_the_universe_a_giant_hologr/hologram-16.gif

Beeld met Diepgang | profielwerkstuk 3d-beeldschermen