Wissen: Funktionsweise von 3D-Brillen

3D-Brillen im Vormarsch: auch Computerspiele wie hier "Killzone 3" mit der Playstation 3 nutzen 3D-Brillen.
3D-Brillen im Vormarsch: auch Computerspiele wie hier "Killzone 3" mit der Playstation 3 nutzen 3D-Brillen.

3D-Technologie gibt es schon seit beinahe 100 Jahren. Doch erst mit dem rasanten technischen Fortschritt der vergangenen Jahre wurde die Technik endlich so weit verbessert, dass ihr der flächendeckende Durchbruch gelang. Mit der Entwicklung von 3D-Fernsehern und dem Riesenerfolg von 3D-Kinofilmen wie Avatar ist Unterhaltung in der dritten Dimension heute omnipräsent. Doch wie funktionieren die 3D-Brillen eigentlich?

Räumliches Sehen

Räumliches Sehen entsteht durch die Art und Weise, wie das menschliche Gehirn Bildinformationen von zwei verschiedenen Quellen wahrnimmt. Die Augen liegen beim Menschen etwa 5 bis 6,5 cm auseinander – unsere beiden Augen sehen die Welt also aus zwei leicht unterschiedlichen Winkeln. 3D-Technologie simuliert diese beiden unterschiedlichen Perspektiven für unsere Augen. Diese Bilder müssen etwa zeitgleich, aber getrennt pro Auge, im Gehirn ankommen, damit dieses daraus ein 3D-Bild zusammensetzt. Im Grunde gaukelt das Bild unserem Gehirn vor, einer einzigen Quelle zu entstammen. Das kann auf unterschiedliche Art und Weisen erreicht werden.

Anaglyphenbrillen

Das ursprüngliche 3D-Verfahren nutzt zwei verschiedene Farben, um eine gewisse Raumtiefe zu imitieren. Einige erinnern sich vielleicht noch an die 3D-Brillen, die früher in Kinos ausgeteilt wurden und die aus zwei verschiedenfarbigen Gläsern bestanden, einem roten und einem grünen oder bläulichen. Bei diesen sogenannten Anaglyphenbrillen oder Farbfilterbrillen gibt die Bildquelle zwei übereinandergelagerte Bilder räunlich versetzt wieder. Durch den Farbfilter in den Brillengläsern nimmt jedes Auge aber nur ein Bild wahr und löscht das andere aus. Da beide Augen nun unterschiedliche Bilder sehen, setzt das Gehirn sie wieder zu einem einzigen räumlichen Bild zusammen. Allerdings ist die Bildqualität bei dieser 3D-Methode relativ schlecht, insbesondere die Farben leiden.

Anaglyphenbrille
Anaglyphenbrille oder Farbfilterbrille. Sie ist leicht und günstig, erfordert auch kein spezielles Display. Deutliche Qualitätseinbußen beim Farbeindruck und dem Detailkontrast müssen allerdings akzeptiert werden.

Polfilterbrillen (Kino)

Heute werden in den Kinos daher sogenannte Polfilterbrillen verteilt, deren Gläser ungefärbt sind. Diese neuere Technik bedient sich der Polarisation, um Bildinformationen auszulöschen. Zwei getrennte Bilder werden hier mittels polarisierten Lichts ausgestrahlt. Im Kino wird das durch zwei Projektoren erzielt, die die Bilder versetzt, aber einander überlagernd wiedergeben. Dafür werden die Bilder von zwei verschiedenen Kameras aufgenommen, die aus unterschiedlichen Winkeln filmen. Die entsprechende Brille besteht ebenfalls aus zwei Polarisationsfiltern, die jeweils nur das richtig polarisierte Licht durchlassen. Das anders polarisierte Bild wird von dem Polfilter abgeschirmt, sodass jedes Auge nur das ihm zugedachte Bild erhält. Im Gehirn werden die so wahrgenommenen Bilder wieder zu einem räumlichen Bild zusammengesetzt, wie auch bei der Farbfilterbrille. Diese Methode führt zu einer höheren Bildqualität, da beide Bilder dieselben Farbinformationen enthalten. Auch ohne Brille wirkt das Bild mehr oder weniger normal.

Polfilterbrille von RealD für 3D
Polfilterbrillen wie diese von RealD haben den Vorteil, dass sie sehr günstig sind und beim Blick weg vom Fernseher wie eine schwache Sonnenbrille wirken. Der wesentliche Nachteil bei entsprechenden Displays für daheim besteht in einer reduzierten Auflösung (50% vertikal)

Polfilterbrillen (Fernseher)

Während bei einer 3D-Vorstellung im Kino zwei vollständige Bilder überlagert werden, stellt die in einigen TV-Geräten eingesetzte (passive) Polarisationstechnik die beiden Bilder nur zeilenweise dar. Mit anderen Worten: das Bild am Fernseher wird in gerade und ungerade Zeilen zerteilt. Diese sind unterschiedlich polarisiert, sodass spezielle Polfilter in der Brille die Bildinformationen trennen müssen und sie dann gleichzeitig zum jeweils richtigen Auge leiten. Das linke Auge sieht also ausschließlich die Zeilen 1, 3, 5, 7 und so weiter, das rechte wiederum nur die dazwischenliegenden. Im Vergleich zur sequentiellen Darstellung mittels Shutterbrillen (siehe nächsten Punkt) halbiert sich durch die passive 3D-Technik die vertikale Auflösung, sodass jedes Bild letztenlich nur 1.920 x 540 Pixel besitzt – bei TV-Sendungen, die in 3D ausgestrahlt werden, bleiben sogar gerade einmal 25 Prozent der ursprünglichen Bildpunkte übrig. Dieses Problem hat das unabhängige Testlabor AVTOP in einer ausführlichen Studie aufgegriffen. Die Vorteile der Polarisation liegen allerdings darin, dass das Bild heller ist, kein Flimmern auftritt und das Risiko des Übersprechens (Crosstalk) minimiert wird. Zudem sind die dazugehörigen Brillen leichter, günstiger, universell einsetzbar und auf keinen Akku angewiesen.
Der südkoreanische Elektronikhersteller LG zum Beispiel setzt bei seinen aktuellen 3D-Fernsehern ausnahmslos auf die Polfiltertechnik.

AVTOP führte eine Laborstudie zur 3D-Auflösung durch
Direkter Auflösungsvergleich von zwei 3D-Fernsehern mit unterschiedlichen Technologien: links die aktive Shuttertechnik, rechts die passive Polarisationstechnik

Shutterbrillen

Eine höhere Bildqualität wird hier durch den Einsatz der Active-Shutter-Technologie erzielt. Der Bildschirm stellt hierfür nacheinander abwechselnd das linke und rechte Halbbild dar. Jedes der Brillengläser der Active-Shutter-Brille ist mit Flüssigkristall gefüllt. Für einen Sekundenbruchteil wird dann synchron im Takt des Monitorbildes abwechselnd jeweils eines durchsichtig und eines lichtundurchlässig, sodass nur jeweils ein Auge das entsprechende Bild sieht und beim Betrachter aufgrund der perspektivischen Verschiebung der beiden Teilbilder ein 3D-Bild entsteht. Um ein Beispiel zu nennen: Die Sony BRAVIA 3D-Fernseher verwenden hierfür eine eigens entwickelte High Frame Rate Technologie, mit der verschiedene hochauflösende Einzelbilder gleichzeitig auf das linke und rechte Auge projiziert werden, und verbinden so 3D-Technologie mit Full High Definition-Qualität. Anders als bei anderen 3D-Fernsehtechnologien entstehen bei diesem Verfahren keine „Geistereffekte“ oder „Doppelbilder“. Die Active-Shutter-Brillen schotten außerdem das Umgebungslicht ab.
Shutter-Brillen unterscheiden sich nicht nur in Ihrer Lichtdurchlässigkeit und den Flimmer-Eigenschaften, sondern sind auch ziemlich teuer und passen meist nur zu einem bestimmten Fernseher. Es ist zudem davon auszugehen, dass sich die Shutter-Technologie in naher Zukunft noch deutlich verändern beziehungsweise verbessern wird.

Shutterbrille, Modell 2011 am CES-Stand von Samsung. Zwischen den LCD-Lichtschotten(Brillengläser) sitzt ein Infrarot-Sensor, der Signale vom Fernseher empfängt und den Rythmus der Umschaltung vorgibt.
Shutterbrille, Modell 2011 am CES-Stand von Samsung. Zwischen den LCD-Lichtschotten(Brillengläser) sitzt ein Infrarot-Sensor, der Signale vom Fernseher empfängt und den Rythmus der Umschaltung vorgibt. Die verbreiterten Enden beherbergen Elektronik und Akku.