3D – so funktioniert’s
Grundprinzip
Es gibt unterschiedliche Schirmtechniken, um 3D-Bilder zu generieren. Die unter den 3D-Fernsehern am meisten verbreitete ist die Shutter-Technik, auch XpanD genannt. Dem gegenüber steht das Polfilter- und das Anaglyphen-Prinzip. Allen gemeinsam ist, dass fürs räumliche Sehen zwei unterschiedliche Bilder notwendig sind:
Im ersten Schritt zeichnen spezielle Kameras und Kamerasysteme zwei Bilder auf, die den unterschiedlichen Blickwinkeln der Augen entsprechen. Denn das menschliche Gehirn hat gelernt, diese beiden Perspektiven zu scharfen, räumlichen Bildern zusammenzufügen. Die gefilmten Blickwinkel werden abwechselnd abgespeichert.
Im zweiten Schritt kommen Zuspieler und Bildschirm zum Zug. Sie müssen in der Lage sein, die beiden Kameraperspektiven weiter- und wiederzugeben. Die beiden von der Kamera aufgenommenen Blickwinkel stellt der Bildschirm oder Projektor mit jeweils eigener Technik dar (siehe unten). Dabei werden die Bilder entweder nacheinander oder gleichzeitig gezeigt.
Im dritten Schritt ordnet eine Brille jeweils den linken und rechten Blickwinkel einem Auge zu. Ohne Hilfsmittel sähe man die beiden Perspektiven auf dem Bildschirm als zwei sich überschneidende Bilder.
Im vierten Schritt kommt das Gehirn zum Zug. Es hat gelernt, die zwei Blickwinkel zu einem dreidimensionalen Bild zusammen zu fügen. Wie beim tägliche Sehen erzielt nun auch der Schirm immense Bildtiefe, oder die Motive scheinen aus dem Schirm herauszuragen.
Shutter-Technik (XpanD)
+ | volle Bildauflösung |
- | teure Brillen |
- | deutliche Bildhelligkeitseinbuße |
Bei der Shutter-Technik ist der Fernseher besonders gefordert, da er die Blickwinkel nicht gleichzeitig, sondern abwechselnd nacheinander darstellen muss. Um flimmerfrei und scharf 3D-Bildabfolgen wiederzugeben zu können, müssen bei jedem Auge mindestens 60 Bilder pro Sekunde (60 Hertz) ankommen. In der Summe ist daher eine Schaltgeschwindigkeit von mindestens 120 Hertz erforderlich. Je nach Hersteller wird noch jeweils eine kurze Schwarzphase zwischengeschoben, um beide Kameraperspektiven für die Augen eindeutig von einander zu trennen. Sonst entstehen Übersprechungen, die leichte Doppelkonturen und eine weniger klare 3D-Staffelung mit sich bringen. Die Schwarzphasen können aus Schwarzbildern bestehen, oder die Elektronik schaltet das Schirmlicht (Backlight) aus. Für Letzteres kommt auch "Scanning Backlight" infrage. Hierbei dunkelt stets nur ein Teil des Schirmlichts ab. Dies erhöht die Helligkeit der 3D-Bilder, erfordert jedoch einen größeren Synchronisationsaufwand mit den Bildinhalten.
Während Plasmas per se äußerst schnell schalten, wird bei LCDs gut funktionierende 200-Hertz-Technik erforderlich. Erhöhen die Hersteller durch das Ausschalten des Backlights die wahrgenommene Bildwechselgewschwindigkeit auf 400 Hertz, kann dies die 3D-Qualität erhöhen.
Polfiltertechnik (Lichtpolarisation)
+ | geringe Bildhelligkeitseinbußen |
+ | sehr leichte und günstige Brillen |
- | halbierung der Bildpunktzahl |
- | feines Zeilenraster in hellen Bildern erkennbar |
Lichtwellen verbreiten sich unterschiedlich ausgereichtet. Auf dieser Eigenschaft baut die Polarisationstechnik (Polfiltertechnik) ihr 3D-Prinzip auf. Einem über den Bildschirm gelegten Lichtfilter ist es möglich, lediglich einzelne dieser Lichtwellen passieren zu lassen oder sie entsprechend zu drehen. Er „polarisiert“ das Licht. Als einfache Polfiltervariante gibt der Bildschirm zum Beispiel die linke Kameraperspektive mittels senkrecht polarisiertem Licht wieder, die rechte mittels waagrecht polarisiertem (Grafik links). Auch die Brille des Betrachters weist Lichtfiltereigenschaften auf: Zum linken Auge dringt nur das senkrecht polarisierte Licht durch, zum rechten das Gegenstück. Bei dieser „linearen“ Polfiltervariante darf man den Kopf nicht neigen, sonst verdunkelt sich das Bild. Weiterentwickelt ist die zirkulare Variante, die bei 3D-Fernsehern zum Einsatz kommt (Grafik rechts). Hier wird das Licht rotierend polarisiert, weswegen man den Kopf schräg halten darf. Der Polarisationsfilter am Bildschirm ist dabei zeilenförmig strukturiert, wobei alle ungeraden Zeilen die eine Kameraperspektive wiedergeben, alle geradzahligen die andere.
Polfiltertechnik mit UHD-TVs
Polfiltertechnik mit UHD-TVs | |
+ | hohe Schärfe trotz halber Bildpunktzahl |
+ | geringe Bildhelligkeitseinbußen |
+ | günstige Brillen |
Mit UHD-Auflösung bleibt das Grundprinzip der Polfiltertechnik dasselbe wie oben beschrieben. Allerdings macht sich die hohe Bildpunktzahl der Schirme entscheidend bemerkbar. Zwar reduziert die Polfilterscheibe auch hier die Auflösung um die Hälfte. Sie bleibt allerdings so hoch, dass der Auflösungs- und Schärfeverlust kaum noch auffällt.
Die Rechnung lautet dabei: UHD (3840 mal 2160 Bildpunkte) ist viermal so hoch wie Full HD (1920 mal 1080 Bildpunkte). Mit Polfiltertechnik reduziert sich die Zeilenzahl und damit die vertikale Auflösung auf Full HD (1920 Zeilen), die horizontale bleibt konstant (2160 Spalten). Damit zählt das Bild trotz halbierter Auflösung immer noch mehr Bildpunkte als Full HD. Ein feines Zeilenraster, Abstufungen an Motivkanten oder ein übermäßiger Detailschärfeverlust bleiben auf diese Weise aus.
Anaglyphentechnik
+ | sehr leichte und günstige Brillen |
- | verursacht deutliche Farbgebungsfehler |
- | deutliche Helligkeitseinbuße |
Schon seit längerem auch in den Wohnzimmern bekannt ist die Anaglyphentechik. Hier erfolgt die Trennung der Blickwinkel, indem sie eingefärbt werden. Einer der Blickwinkel ist dabei dem roten, der andere dem grünen Brillenglas zugeordnet. Es gibt auch noch weitere Farbpinzipien, um die Farbdarstellung in den Bildern zu verbessern. Die beiden auf dem Schirm sichtbareren Perspektiven sind schließlich in die jeweiligen Komplementärfarben getaucht. Bei herkömmlichen DVDs kommt diese Technik noch zum Einsatz. Für Blu-ray oder eine zukünftige TV-Übertragung wird sie keine Bedeutung haben.