La présente invention concerne le domaine des « écrans interactifs », parfois dénommés « tableaux blancs interactifs » (TBI) ou « tableau numérique interactif » (TNI). Un tableau blanc interactif comprend généralement un ordinateur, un projecteur vidéo (projetant une image fournie par l'ordinateur), un écran de projection (recevant l'image issue du projecteur vidéo), et un système permettant à l'opérateur de contrôler la position de la souris de l'ordinateur en agissant directement au niveau de l'écran de projection, celui-ci se comportant de manière analogue à un écran tactile. L'opérateur peut ainsi piloter io directement l'ordinateur en agissant au niveau de l'image projetée. Ces dispositifs sont largement utilisés dans les domaines de l'enseignement où ils tendent à remplacer les traditionnels tableaux blancs ou noirs qui équipent les écoles. Ces tableaux blancs interactifs sont également utilisés en entreprise, où ils contribuent à rendre beaucoup plus vivantes les présentations is professionnelles, en permettant à l'utilisateur d'agir directement sur les images projetées au niveau de l'écran. Plusieurs technologies sont utilisées classiquement afin de transformer un écran de projection en écran interactif tactile ou pseudo-tactile. Une première catégorie utilise des technologies implantées au niveau 20 de l'écran de projection, celui-ci étant remplacé par un véritable écran tactile (de type résistif, électromagnétique, ou capacitif), ou bien étant muni de capteurs périphériques (détecteurs d'ultrasons, détecteurs optiques...). Ces écrans tactiles permettent de repérer la position (X,Y) du doigt de l'utilisateur ou d'un pointeur spécifique qui vient au contact ou à proximité de l'écran. 25 Une seconde catégorie repose sur des technologies optiques utilisant un capteur de position de type caméra qui observe l'écran de projection, un spot lumineux (en général issu d'une diode lumineuse infra rouge fixée sur un pointeur de désignation) étant déplacé par l'opérateur sur l'écran de projection, sa position sur cet écran étant repérée au moyen de la caméra, 30 puis transformée par calcul afin de fournir à l'ordinateur la position X Y du curseur de l'ordinateur (cf Figures 1-2). On transforme ainsi un écran de projection en écran d'ordinateur, l'opérateur pouvant agir directement sur l'écran de projection afin par exemple de déplacer à sa guise le curseur de l'ordinateur sur l'image projetée. The present invention relates to the field of "interactive screens", sometimes referred to as "interactive whiteboards" (TBI) or "interactive digital table" (TNI). An interactive whiteboard typically includes a computer, a video projector (projecting an image provided by the computer), a projection screen (receiving the image from the video projector), and a system allowing the operator to control the position the computer mouse acting directly on the projection screen, it behaves similarly to a touch screen. The operator can thus directly control the computer by acting at the level of the projected image. These devices are widely used in the fields of education where they tend to replace the traditional white or black boards that equip schools. These interactive whiteboards are also used in business, where they help to make presentations more professional, by allowing the user to act directly on the images projected on the screen. Several technologies are conventionally used to transform a projection screen interactive touch screen or pseudo-touch. A first category uses technologies implanted at the level of the projection screen, this being replaced by a real touch screen (of the resistive, electromagnetic, or capacitive type), or else being provided with peripheral sensors (ultrasonic detectors , optical detectors ...). These touch screens can locate the position (X, Y) of the user's finger or a specific pointer that comes into contact with or near the screen. A second category is based on optical technologies using a camera-type position sensor which observes the projection screen, a light spot (generally derived from an infrared light diode fixed on a designation pointer) being displaced by the light. operator on the projection screen, its position on this screen being located by means of the camera, and then transformed by calculation in order to provide the computer with the XY position of the cursor of the computer (cf. FIGS. 1-2) . A projection screen is thus transformed into a computer screen, the operator being able to act directly on the projection screen in order, for example, to move the cursor of the computer on the projected image as he pleases.
Ces différents dispositifs de vidéo-projection interactifs posent cependant un problème d'utilisation, lié à la nécessité de « calibrer » le dispositif. En effet, il est nécessaire que, sur l'écran de projection, le curseur généré par l'ordinateur soit situé exactement à l'endroit pointé par l'opérateur. These various interactive video projection devices, however, pose a problem of use, related to the need to "calibrate" the device. Indeed, it is necessary that, on the projection screen, the cursor generated by the computer is located exactly at the point pointed by the operator.
Pour cela, il faut repérer avec précision la position de l'image projetée par rapport aux capteurs de position reliés à l'ordinateur. Pour régler le dispositif, il est nécessaire que l'opérateur pointe manuellement sur l'écran plusieurs points de repère générés par l'ordinateur et projetés par le projecteur vidéo. En général neuf points de repère ou plus sont répartis sur la surface de io l'image (cf Figures 4). Dans le cas où l'on utilise une technologie de détection liée à l'écran, cette opération de calibrage doit être renouvelée dès que le projecteur bouge même très peu par rapport à l'écran (cf Figures 6A-6B). Dans le cas où l'on utilise une technologie optique avec une caméra is observant l'écran de projection, le défaut de calibrage est moins important en cas de déplacement du projecteur par rapport à l'écran, à condition que la caméra soit solidaire du projecteur. Mais, dans ce cas, un défaut de calibrage subsiste, la caméra et le projecteur ne voyant pas l'écran de projection sous le même angle (parallaxe). Cette parallaxe est proportionnelle à l'angle formé 20 par la caméra et le projecteur lorsque ceux-ci visent un même point de l'écran. Ainsi, pour un projecteur de très courte focale solidarisé avec un écran de projection, il est nécessaire de calibrer à nouveau le dispositif lorsque le projecteur est soumis à un faible déplacement. D'autre part, et quelle que soit la focale du projecteur, il est jusqu'à présent est impossible d'utiliser un 25 dispositif mobile léger composé uniquement d'un projecteur et d'une caméra d'observation solidaires mécaniquement, susceptible d'être mis en face de n'importe quel écran de projection, sans effectuer obligatoirement un calibrage non seulement au début de chaque séquence d'utilisation du dispositif mais aussi dès qu'on le change de place. Un dispositif de type TNI mobile et léger, 30 utilisable en face de n'importe quel écran, ne nécessitant pas de recalibrage, serait fortement apprécié par les utilisateurs et permettrait d'étendre rapidement le marché de ces dispositifs. Des remèdes ont été proposés pour résoudre ce problème en simplifiant le processus de calibrage des TNI utilisant une technologie de 35 détection par caméra. En particulier, une des solutions envisageables consiste à faire en sorte que la caméra détecte automatiquement la position d'un ensemble prédéfini de points de repère générés par l'ordinateur et projetés par le projecteur vidéo, lors de la phase de calibrage. L'utilisation de ce procédé se heurte cependant à plusieurs difficultés le rendant peu facile à mettre en oeuvre. Premièrement, la détection automatique par la caméra de points de repère générés le vidéo-projecteur n'est possible que lorsque le vidéo-projecteur et la caméra de détection fonctionnent dans le domaine spectral du visible. Or dans ce cas, la détection des points de repère par la caméra risque d'être perturbée par la lumière parasite susceptible de frapper io l'écran. Afin d'éviter le problème de lumière parasite, certains dispositifs de vidéo-projection utilisent une caméra observant l'écran dans le spectre infra rouge qui permet de bien distinguer le spot émis par un pointeur infrarouge actionné par l'utilisateur et sans être perturbé par l'image fournie par le vidéo projecteur dans le spectre visible. Toutefois, dans ce cas, la caméra is infrarouge ne permet pas de détecter automatiquement des points de repère dans l'image visible générée par le vidéo-projecteur. L'utilisateur doit alors repointer les points de repère à chaque procédure de calibrage. Dans ce cas, le calibrage ne peut pas être automatique. Il n'existe donc pas de dispositif de vidéo-projection comprenant des 20 moyens de calibrage automatique robustes vis-à-vis des déplacements du dispositif de vidéo-projection par rapport à l'écran ainsi que vis-à-vis de la lumière parasite. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne plus particulièrement un dispositif de vidéo-projection interactif 25 autocalibré comprenant un vidéo-projecteur comprenant un système optique de projection ayant une pupille de projection, ledit vidéo-projecteur étant apte à émettre un faisceau d'éclairage suivant un chemin optique d'éclairage pour former une image sur un écran de projection et un système de vidéo-détection comprenant un détecteur et un système optique de détection ayant une pupille 30 de détection, ledit système de vidéo-détection étant apte à recevoir un faisceau de détection suivant un chemin optique de détection provenant de l'écran de projection et à détecter une image dudit écran de projection. Selon l'invention, ledit dispositif de vidéo-projection interactif comprend des moyens optiques de séparation disposés à une intersection entre ledit chemin optique 35 d'éclairage et ledit chemin optique de détection, lesdits moyens optiques de 25 30 séparation étant aptes à être orientés de manière à ce que lesdits chemins optiques d'éclairage et de détection soient superposés entre lesdits moyens optiques de séparation et l'écran de projection. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le vidéo-projecteur et le système de vidéo-détection sont disposés de manière à ce que la pupille de projection et la pupille de détection soient conjuguées optiquement à travers lesdits moyens optiques de séparation. Selon un mode de réalisation préféré le dispositif de vidéo-projection interactif comprend un pointeur optique apte à former sur l'écran de projection io une tache lumineuse dans une bande spectrale d'émission située dans l'infrarouge ou le proche infra-rouge, ledit système de vidéo-détection étant apte à détecter un signal dans ladite bande spectrale d'émission du pointeur optique, ledit vidéo-projecteur étant apte à générer une image dans le domaine spectral du visible, et lesdits moyens optiques de séparation comprennent un is filtre dichroïque apte à séparer spatialement un faisceau dans le domaine spectral du visible et un faisceau dans ladite bande spectrale d'émission du pointeur. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, ledit filtre dichroïque est transparent dans le domaine visible et réfléchissant dans ladite 20 bande spectrale d'émission du pointeur. Selon un second mode de réalisation de l'invention, ledit filtre dichroïque est réfléchissant dans le domaine visible et transparent dans ladite bande spectrale d'émission du pointeur. Selon différents aspects particuliers de l'invention : lesdits moyens optiques de séparation comprennent une lame séparatrice ou un cube séparateur ; - lesdits moyens optiques de séparation comprennent une lame à faces planes et parallèles, ladite lame étant inclinée par rapport à l'axe optique du vidéo-projecteur et par rapport à l'axe optique du système de vidéo-détection ; - lesdits moyens optiques de séparation comprennent un substrat ayant au moins une face courbée de manière à corriger les aberrations optiques de l'image sur l'écran de projection et/ou sur le détecteur ; 5 i0 ledit dispositif comporte en outre des moyens d'atténuation de la lumière parasite produite par le vidéo-projecteur et dirigée par lesdits optiques de séparation en direction du système de vidéo-détection ; - ledit dispositif comporte des moyens de fixation du vidéo-projecteur, des moyens de détection et des moyens de séparation de manière solidaire entre eux ; - ledit dispositif comporte des moyens de déplacement aptes à positionner ledit dispositif de vidéo-projection interactif face à une surface ou un écran de projection. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles. 15 Cette description est donnée à titre d'exemple non limitatif et fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un projecteur vidéo et une caméra solidaire du projecteur observant l'écran de projection selon l'art 20 antérieur ; - la figure 2 illustre les différents éléments et le fonctionnement d'un tableau blanc interactif avec pointeur optique selon l'art antérieur ; - la figure 3 illustre l'aspect de l'image projetée vue par la caméra d'observation selon l'art antérieur ; 25 - la figure 4 illustre la position des points de repère dans l'image projetée, permettant de calibrer le système selon l'art antérieur ; - la figure 5 illustre l'image de ces points de repère vue par la caméra d'observation selon l'art antérieur ; - les figures 6A et 6B illustrent la modification de l'image des points de 30 repères vus par la caméra suite à une variation des positions relatives de l'ensemble projecteur caméra par rapport à l'écran de projection dans un dispositif de l'art antérieur; - la figure 7 représente le schéma optique d'un dispositif suivant l'art antérieur, et illustre les problèmes de calibrage qui se produisent lorsque la position de l'écran de projection varie par rapport à l'ensemble caméra projecteur ; - la figure 8 illustre un premier mode de réalisation de l'invention, la caméra observant l'écran après réflexion sur un miroir séparateur disposé dans le champ du vidéo projecteur ; - la figure 9 représente la position relative des éléments optiques vus dans l'espace optique de l'écran de projection, suivant le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 10 représente un montage solidarisant les divers éléments du io dispositif suivant le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 11 illustre une variante d'un dispositif mobile réalisée en utilisant l'invention ; - la figure 12 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention, la caméra observant l'écran au travers d'un miroir séparateur qui réfléchit le is faisceau lumineux issu du vidéo projecteur. Les figures 1 à 7 commentées ci-après illustrent le principe de fonctionnement des dispositifs de type TNI à base de caméra d'observation suivant l'état antérieur de la technique. La figure 1 représente schématiquement un TNI suivant une 20 configuration classique basé sur un projecteur vidéo (1) qui projette une image (3) sur un écran de projection (14) et une caméra de détection (2) qui observe l'écran de projection (14). La caméra (2) est généralement montée de manière solidaire avec le projecteur (1). L'ensemble projecteur (1) caméra (2) est situé à la distance (d) de l'écran (14). La caméra (2) observe l'image (3). Il y a un 25 écart de parallaxe (angle a) entre les objectifs du projecteur (1) et de la caméra (2). La figure 2 représente les divers composants d'un écran interactif à base de technologie optique utilisant une caméra de détection. L'image à projeter est générée par un ordinateur (35), cette image étant transmise au 30 projecteur (1). Ce projecteur génère une image (3) sur un écran de projection (14), cette image incluant un curseur (13). Une caméra (2) observe un spot lumineux émis par un pointeur (18), le champ de vision de cette caméra étant plus étendu que la surface de l'image projetée (3). L'image (15) saisie par la caméra (2) inclue l'image (25) du spot lumineux émis par le pointeur (18). 35 Cette image (15) est traitée par un sous ensemble (30) qui transforme les coordonnées (Xcam Ycam) du point (25) dans le plan de la caméra en coordonnées (Xpc Ypc) dans le plan de la mémoire de l'écran de l'ordinateur. L'ordinateur peut alors positionner le curseur afin que l'image du curseur (13) soit située à l'extrémité du pointeur (18). For this, it is necessary to pinpoint the position of the projected image with respect to the position sensors connected to the computer. To set the device, it is necessary for the operator to manually point on the screen several cue points generated by the computer and projected by the video projector. In general, nine or more landmarks are distributed over the surface of the image (see Figures 4). In the case where a detection technology related to the screen is used, this calibration operation must be renewed as soon as the projector moves very little compared to the screen (see FIGS. 6A-6B). In the case where an optical technology is used with a camera that is observing the projection screen, the calibration defect is less important if the projector is moved relative to the screen, provided that the camera is attached to the camera. projector. But, in this case, a calibration defect remains, the camera and the projector not seeing the projection screen at the same angle (parallax). This parallax is proportional to the angle formed by the camera and the projector when they are aimed at the same point of the screen. Thus, for a projector of very short focal length secured to a projection screen, it is necessary to calibrate the device again when the projector is subjected to a small displacement. On the other hand, and irrespective of the focal length of the headlamp, it is hitherto impossible to use a light mobile device composed solely of a mechanically secured projector and a camera of observation, capable of be placed in front of any projection screen, without necessarily performing a calibration not only at the beginning of each sequence of use of the device but also as soon as it is changed. A mobile and lightweight TNI type device, usable in front of any screen, not requiring recalibration, would be highly appreciated by the users and would allow the market of these devices to be rapidly extended. Remedies have been proposed to solve this problem by simplifying the process of calibrating TNIs using camera sensing technology. In particular, one of the possible solutions is to ensure that the camera automatically detects the position of a predefined set of cue points generated by the computer and projected by the video projector, during the calibration phase. The use of this method, however, faces several difficulties making it difficult to implement. First, the automatic detection by the camera of landmarks generated the video projector is only possible when the video projector and the detection camera operate in the spectral range of the visible. But in this case, the detection of landmarks by the camera may be disturbed by the stray light likely to hit the screen. In order to avoid the problem of stray light, some video-projection devices use a camera observing the screen in the infrared spectrum which makes it possible to clearly distinguish the spot emitted by an infrared pointer operated by the user and without being disturbed by the image provided by the video projector in the visible spectrum. However, in this case, the infrared camera does not automatically detect landmarks in the visible image generated by the video projector. The user must then repoint the reference points at each calibration procedure. In this case, the calibration can not be automatic. There is therefore no video projection device comprising robust automatic calibration means vis-à-vis the movements of the video-projection device with respect to the screen as well as vis-à-vis the stray light . The object of the present invention is to overcome these drawbacks and more particularly concerns an autocalibrated interactive video projection device comprising a video projector comprising a projection optical system having a projection pupil, said video projector being able to transmit a illumination beam according to an illumination optical path for forming an image on a projection screen and a video detection system comprising a detector and an optical detection system having a detection pupil, said video detection system being adapted to receive a detection beam according to an optical detection path from the projection screen and to detect an image of said projection screen. According to the invention, said interactive video-projection device comprises optical separation means disposed at an intersection between said optical illumination path and said optical detection path, said separation optical means being capable of being oriented from whereby said optical illumination and detection paths are superimposed between said optical separation means and the projection screen. According to a preferred embodiment of the invention, the video projector and the video-detection system are arranged in such a way that the projection pupil and the detection pupil are optically conjugated through said optical separation means. According to a preferred embodiment, the interactive video projection device comprises an optical pointer capable of forming on the projection screen a light spot in a spectral emission band located in the infrared or the near infra-red, said video-detection system being able to detect a signal in said emission spectral band of the optical pointer, said video projector being able to generate an image in the spectral range of the visible, and said optical separation means comprise a dichroic filter capable of spatially separating a beam in the visible spectral range and a beam in said spectral transmission band of the pointer. According to a first embodiment of the invention, said dichroic filter is transparent in the visible range and reflecting in said spectral transmission band of the pointer. According to a second embodiment of the invention, said dichroic filter is reflective in the visible and transparent domain in said spectral emission band of the pointer. According to various particular aspects of the invention: said optical separation means comprise a separating plate or a splitter cube; said optical separation means comprise a plate with plane and parallel faces, said plate being inclined with respect to the optical axis of the video projector and with respect to the optical axis of the video-detection system; said optical separation means comprise a substrate having at least one curved surface so as to correct the optical aberrations of the image on the projection screen and / or on the detector; Said device further comprises means for attenuating the stray light produced by the video projector and directed by said separation optics towards the video-detection system; said device comprises means for fixing the video projector, detection means and separation means in solidarity with each other; said device comprises displacement means able to position said interactive video-projection device facing a surface or a projection screen. The present invention also relates to the features which will emerge in the course of the description which follows and which will have to be considered individually or in all their technically possible combinations. This description is given by way of nonlimiting example and will better understand how the invention can be made with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows schematically a video projector and a camera attached to the projector observing the screen projection according to the prior art; FIG. 2 illustrates the various elements and the operation of an interactive whiteboard with optical pointer according to the prior art; FIG. 3 illustrates the appearance of the projected image seen by the observation camera according to the prior art; FIG. 4 illustrates the position of the reference points in the projected image, making it possible to calibrate the system according to the prior art; FIG. 5 illustrates the image of these landmarks seen by the observation camera according to the prior art; FIGS. 6A and 6B illustrate the modification of the image of the reference points seen by the camera following a variation of the relative positions of the camera projector assembly with respect to the projection screen in a device of the art prior; FIG. 7 represents the optical diagram of a device according to the prior art, and illustrates the calibration problems that occur when the position of the projection screen varies with respect to the projector camera assembly; FIG. 8 illustrates a first embodiment of the invention, the camera observing the screen after reflection on a separating mirror disposed in the field of the video projector; FIG. 9 represents the relative position of the optical elements seen in the optical space of the projection screen, according to the first embodiment of the invention; FIG. 10 represents an assembly that solidifies the various elements of the device according to the first embodiment of the invention; FIG. 11 illustrates a variant of a mobile device made using the invention; FIG. 12 illustrates a second embodiment of the invention, the camera observing the screen through a splitter mirror which reflects the light beam coming from the video projector. Figures 1 to 7 commented below illustrate the principle of operation of TNI-type devices based on observation camera according to the prior art. FIG. 1 schematically shows a TNI according to a conventional configuration based on a video projector (1) which projects an image (3) onto a projection screen (14) and a detection camera (2) which observes the projection screen (14). The camera (2) is generally mounted integrally with the projector (1). The projector (1) camera assembly (2) is located at the distance (d) of the screen (14). The camera (2) observes the image (3). There is a parallax gap (angle a) between the objectives of the projector (1) and the camera (2). Figure 2 shows the various components of an interactive display based on optical technology using a detection camera. The image to be projected is generated by a computer (35), this image being transmitted to the projector (1). This projector generates an image (3) on a projection screen (14), this image including a cursor (13). A camera (2) observes a light spot emitted by a pointer (18), the field of view of this camera being larger than the surface of the projected image (3). The image (15) captured by the camera (2) includes the image (25) of the light spot emitted by the pointer (18). This image (15) is processed by a subset (30) which transforms the coordinates (Xcam Ycam) of the point (25) in the plane of the camera into coordinates (Xpc Ypc) in the plane of the screen memory. from the computer. The computer can then position the cursor so that the image of the cursor (13) is located at the end of the pointer (18).
La figure 3 représente le plan image (15) de la caméra (2) avec la zone de l'image projetée (16) acquise par la caméra (2). La figure 4 représente l'image (3) projetée par le projecteur (1) sur l'écran (14), avec 9 repères (17) de type graphique qui sont pointés successivement par l'opérateur en utilisant le pointeur (18) afin de calibrer le io dispositif. La figure 5 représente le plan image (15) de la caméra (2) avec la zone de détection (16) comprenant l'image projetée (3) par le projecteur (1) sur l'écran (14) avec les images (19) des neuf points de repère (17) projetés. La figure 6A est semblable à la figure 5. La figure 6B représente le plan is image de la caméra après une modification de la position relative de l'écran par rapport à l'ensemble projecteur-caméra. On observe que la position de l'image (16) a bougé par rapport au plan image (15) de la caméra (2), par suite de la parallaxe entre le projecteur (1) et la caméra (2). Il est alors nécessaire de calibrer à nouveau le dispositif, de manière identique au 20 procédé de la figure 4, pour obtenir à nouveau la superposition sur l'écran de projection (14) de l'image du curseur (13) généré par l'ordinateur et de l'extrémité du pointeur (18). La figure 7 représente le schéma optique d'un dispositif suivant l'état antérieur de la technique. La caméra d'observation est munie d'un objectif (6) 25 ayant une pupille (8) et un plan focal (26). Le projecteur est muni d'un objectif (5) avec une pupille (7) est un plan focal (28). Lorsque le dispositif est bien calibré, l'écran de projection (14) est situé à une distance (d) du projecteur. Si on pointe le stylet (18) sur le point (29) de l'image projetée (3), le plan focal (26) de la caméra recevra un point lumineux (25), et le système générera un 30 curseur (27) sur le plan focal (28) du projecteur, de telle façon que l'image (30) de ce curseur pointe exactement sur l'écran (14) le point (29) de l'image projetée (3). Supposons que l'on fasse varier la position de l'écran (14) en le reculant à la distance (d') du projecteur, et qu'on pointe avec le stylet (18) le point (31) de l'écran de projection, ce point (31) ayant une image située au 35 même endroit sur le plan focal (26) de la caméra que celle du point (29) pointé précédemment. Le système générera à nouveau un curseur (27) sur le plan focal (28), au même endroit que précédemment. Mais l'image du curseur pointera maintenant le point (32) dans le plan de projection à la distance d', et non pas le point (31) initial. La distance entre les points (31) et (32) illustre le défaut de calibrage induit par la modification de la position relative entre l'écran de projection et l'ensemble vidéo-projecteur et caméra. Pour pouvoir utiliser le dispositif de la figure 7 de manière interactive, il est donc nécessaire de recalibrer le dispositif pour la nouvelle position relative de l'écran par rapport à l'ensemble de video-projection et de détection. io Nous allons maintenant décrire un dispositif qui permet de résoudre le problème de recalibrage. Une constatation faisant partie de l'invention est qu'idéalement, pour que les points (32) et (31) restent confondus quelle que soit la distance (d') et quelle que soit la position pointée par le stylet (18), il faut que les pupilles (8) is et (7) des objectifs (6) et (5) soient confondues dans l'espace de l'écran. Dans les dispositifs antérieurs, cette condition n'est matériellement pas possible à réaliser pour des raisons d'encombrement. La mise en oeuvre de cette condition est cependant un aspect particulier de la présente invention. Le dispositif de vidéo-projection interactif de l'invention comprend un 20 composant optique qui permet de conjuguer optiquement les pupilles de sortie de la caméra de vidéo détection et du projecteur vidéo. Cette conjugaison permet de confondre dans l'espace optique de l'écran, les positions de l'objectif du vidéo projecteur et de l'objectif de la caméra, supprimant ainsi l'effet de parallaxe entre ces deux sous ensembles. Ce dispositif optique dirige 25 d'autre part le flux lumineux issu du projecteur vidéo dans le domaine visible vers l'écran de projection, et dirige le flux lumineux, issu du spot actionné par l'opérateur et diffusé par l'écran de projection, vers la caméra. Ce dispositif optique remplit à la fois la fonction de superposition des chemins optiques (vers l'écran) et de séparation des chemins optiques respectivement vers le 30 vidéo-projecteur et vers la caméra. Plus précisément, le dispositif optique permet de superposer les chemins optiques du vidéo-projecteur et du système de vidéo-détection entre l'écran et le dispositif optique. Le dispositif optique de séparation est positionné à l'intersection du champ de projection du vidéo-projecteur et du champ de vision de la caméra. La pupille de l'objectif (5) qui 35 émet la lumière et de l'objectif (6) qui la reçoit étant confondues optiquement, un point émettant de la lumière dans le plan focal du projecteur aura une image toujours située au même endroit dans le plan focal de la caméra quelque soit la position de l'écran de projection (14), dès lors que la caméra observe un champ au moins égal à la taille de l'image projetée, et que les objectifs du vidéo projecteur et de la caméra sont au point à la même distance. De préférence, le dispositif de vidéo-projection interactif comprend un vidéo projecteur apte à recevoir une image vidéo issue d'un ordinateur et à projeter une image sur un écran, un générateur de spot lumineux (par io exemple dans le domaine infra rouge) actionné par l'opérateur et un système de vidéo détection solidaire du vidéo projecteur. Le système de vidéo détection comprend une caméra apte à acquérir une image de l'écran et du spot lumineux. Le système de vidéo détection est couplé à un système de traitement apte à analyser l'image de vidéo détection et à interagir sur is l'ordinateur. En outre, le dispositif de vidéo-projection interactif comprend un dispositif optique permettant de corriger le défaut de parallaxe entre le projecteur vidéo et la caméra. On utilise de préférence un vidéo-projecteur ayant une source de type diode ou diode laser de faible étendue et de grande luminosité. Un tel vidéo- 20 projecteur permet de former une image nette sur une très grande profondeur de champ. De ce fait, l'image formée sur l'écran reste nette, même si la distance entre le vidéo-projecteur et l'écran varie. Il n'est donc pas nécessaire de refaire la mise au point de l'objectif du vidéo-projecteur suite à une variation de distance entre le vidéo-projecteur et l'écran. Par ailleurs, la 25 caméra (2) est disposée de manière à pouvoir observer un champ supérieur ou égal à la taille de l'image projetée (3). L'objectif (6) de la caméra (2) est de préférence choisi de manière à ne pas nécessiter de remise au point de l'image sur le détecteur lorsque la distance entre l'écran et le détecteur varie. On règle de préférence à la fabrication le vidéo-projecteur et le système de 30 détection de manière à que les deux objectifs puissent former des images nettes de et sur l'écran de projection quelle que soit la distance entre l'écran et le dispositif de vidéo-projection interactif sans nécessiter de mise au point des objectifs. Plusieurs modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre pour 35 implémenter ce dispositif en fonction du type d'objectif du vidéo projecteur, de l'objectif de la caméra, du dispositif optique de conjugaison des pupilles de ces deux objectifs, et selon de la disposition relative de ces différents composants. Les figures 8 à 12 commentées ci-après illustrent des modes de 5 réalisation particuliers de l'invention. Dans un premier mode de réalisation, le flux lumineux issu du projecteur est dirigé directement vers l'écran de projection, la caméra observant l'écran après une réflexion par un dispositif optique séparateur situé dans le champ de projection du vidéo projecteur. io La figure 8 représente un premier mode de réalisation de l'invention, la caméra (2) observant la zone de l'écran contenant l'image projetée (3) après réflexion sur un miroir séparateur (4) disposé dans le champ du vidéo projecteur (1). Sur la figure 8, le miroir séparateur (4) est plan et les pupilles des objectifs (5) et (6) sont situées symétriquement par rapport à ce miroir (4). is De l'autre coté du miroir (4) par rapport à la caméra (2), on place un écran noir (9) absorbant la lumière parasite (10) issue du projecteur (1) éventuellement réfléchie par le miroir (4). L'axe de la caméra (2) vise le centre de l'image projetée (3) après réflexion sur le miroir (4). Le miroir séparateur est traité de telle manière qu'il transmette le spectre visible émis (flux lumineux émis par le 20 vidéo projecteur) et qu'il réfléchisse au moins partiellement le spectre infrarouge correspondant à la diode fixée sur l'extrémité du stylet (18) que le manipulateur utilise pour désigner des points sur l'écran de projecteur. De préférence, miroir séparateur (4) réfléchit au moins 5% du spectre infrarouge dans la bande d'émission du pointeur optique (18). 25 La figure 9 représente le schéma optique de ce premier mode de réalisation, dans l'espace optique de l'écran de projection (14). La pupille (7) est celle de l'objectif (5) du projecteur (1). La pupille (8) est celle de l'objectif (6) de la caméra (2). Le centre (11) de la pupille (7) de l'objectif (5) du vidéo-projecteur (1) est symétrique du centre (12) de la pupille (8) de l'objectif (6) de 30 la caméra (2) par rapport au plan du miroir séparateur (4). On peut noter que le miroir séparateur (4) est préférentiellement traité antireflet sur la face en regard du vidéo-projecteur et que le coefficient de transmission global du miroir séparateur (4) dans le domaine du visible doit être aussi proche de 1 que possible. On peut également noter que ce miroir séparateur (4) est 35 préférentiellement réalisé à l'aide d'un support suffisamment mince, afin de limiter les aberrations optiques induites sur l'image projetée (3). La surface (9) est noire mat afin d'absorber au mieux la lumière parasite provenant du projecteur et réfléchie par le miroir (4). On voit que dans ces conditions, et quelle que soit la position relative de l'ensemble projecteur caméra (1 et 2) par rapport à l'écran (14), on peut confondre dans l'espace optique de l'écran les rayons lumineux passant par le centre (11) de la pupille (7) de l'objectif (5) du projecteur (1) avec les rayons lumineux passant par le centre (12) de la pupille (8) de l'objectif (6) de la caméra (2). Les positions relatives des objets projetés sur l'écran par le projecteur (1) et de leur image captées par la caméra (2) io resteront alors fixes, quelle que soit la position de l'écran (14). Cette propriété permet de se dispenser de calibrer à nouveau le dispositif lorsque l'écran (14) est déplacé par rapport à l'ensemble projecteur caméra (1 et 2). La figure 10 représente schématiquement un dispositif mécanique permettant de solidariser le projecteur (1), la caméra (2) et le miroir séparateur is (4) à l'aide d'une platine (33). En agissant sur la molette (34), il est possible de faire varier la hauteur de l'image projetée, sans dérégler la calibration. La figure 11 représente schématiquement un Tableau Numérique Interactif Mobile, monté sur roulettes (20), pouvant être positionné en face de n'importe quel écran de projection sans avoir à calibrer le dispositif. 20 Dans un deuxième mode de réalisation, la caméra observe l'écran directement au travers d'un dispositif optique séparateur qui réfléchit le flux lumineux issu du projecteur. La figure 12 représente schématiquement un dispositif de vidéo-projection interactif suivant un second mode de réalisation de l'invention. Le 25 Tableau Numérique Interactif comprend un projecteur ultra courte focale (21) muni d'un miroir séparateur (23) monté de manière solidaire avec une caméra d'observation (2). Le support de fixation (24) de l'ensemble projecteur-caméra est fixé par exemple à un mur qui supporte également l'écran de projection (14). Ici le miroir séparateur (23) réfléchit en face avant le spectre visible et 30 transmet au moins partiellement le spectre infrarouge. La caméra (2) est également positionnée de telle manière que la pupille de son objectif soit située au même endroit que la pupille de l'objectif du projecteur (21) dans l'espace optique de l'image projetée (3). Généralement, ce type de projecteur ultra courte focale (21) est utilisé avec un miroir (23) non pas plan mais 35 asphérique, de forme généralement complexe, et muni d'un traitement réfléchissant en face avant, qui contribue à la fonction dioptrique du projecteur. Dans le cadre de l'invention, la forme de la face avant de ce miroir reste inchangée par rapport à l'état de l'art, la face arrière du miroir étant sensiblement parallèle à la face avant, afin de limiter les aberrations optiques pour la caméra d'observation (2). Suivant diverses variantes, le système optique séparateur peut être réalisé en utilisant un miroir, ou bien un cube ou un système équivalent permettant de superposer les pupilles des objectifs du projecteur et de la caméra, la caméra observant l'ensemble de l'image projetée. io Le choix entre ces deux modes de réalisation et la configuration du dispositif optique séparateur dépend essentiellement du type de vidéo projecteur utilisé. On préférera utiliser le premier mode de réalisation, avec un dispositif séparateur composé d'une lame séparatrice plane, transmettant le rayonnement visible et réfléchissant au moins partiellement le rayonnement is infra rouge (miroir « chaud ») dans le cas où on emploie un vidéo projecteur longue focale (une distance de l'ordre de 1,5 m ou plus séparant le projecteur longue focale de l'écran, pour une image projetée de 1 m de base). On préférera utiliser le deuxième mode de réalisation lorsqu'on emploie un vidéo projecteur ultra courte focale (une distance de l'ordre de 0,3 m ou moins 20 séparant le projecteur ultra courte focale de l'écran, pour une image projetée de 1 m de base), avec un miroir asphérique réfléchissant le rayonnement visible et transmettant au moins partiellement le rayonnement infra rouge (miroir « froid »). L'invention permet de réaliser des dispositifs interactifs dont le calibrage 25 ne varie pas en fonction de la position relative du projecteur et de l'écran de projection. L'invention permet d'améliorer les dispositifs de projection interactifs utilisant une caméra optique de détection, en supprimant la nécessité de calibrer le dispositif lorsque le vidéo projecteur bouge par rapport à l'écran. Il 30 est ainsi possible de réaliser des projecteurs indéréglables et mobiles. Par construction, le dispositif de l'invention reste calibré. De plus, le dispositif de l'invention permet de supprimer la parallaxe entre le vidéo-projecteur et la caméra, cette paralaxe étant responsable de déformations dans les images détectées. Figure 3 shows the image plane (15) of the camera (2) with the area of the projected image (16) acquired by the camera (2). FIG. 4 represents the image (3) projected by the projector (1) on the screen (14), with 9 markers (17) of graphic type which are successively pointed by the operator using the pointer (18) to to calibrate the device. FIG. 5 shows the image plane (15) of the camera (2) with the detection zone (16) including the projected image (3) by the projector (1) on the screen (14) with the images (19). ) of the nine projected landmarks (17). Fig. 6A is similar to Fig. 5. Fig. 6B shows the picture plane of the camera after a change in the relative position of the screen with respect to the projector-camera assembly. It is observed that the position of the image (16) has moved with respect to the image plane (15) of the camera (2), as a result of the parallax between the projector (1) and the camera (2). It is then necessary to calibrate the device again, identically to the method of FIG. 4, to obtain again the superposition on the projection screen (14) of the image of the cursor (13) generated by the computer and the end of the pointer (18). FIG. 7 represents the optical diagram of a device according to the prior art. The observation camera is provided with a lens (6) having a pupil (8) and a focal plane (26). The projector is provided with a lens (5) with a pupil (7) and a focal plane (28). When the device is properly calibrated, the projection screen (14) is located at a distance (d) from the projector. If the stylus (18) is pointed at the point (29) of the projected image (3), the focal plane (26) of the camera will receive a luminous point (25), and the system will generate a slider (27) in the focal plane (28) of the projector, so that the image (30) of this cursor exactly points on the screen (14) the point (29) of the projected image (3). Suppose that the position of the screen (14) is varied by moving it back to the distance (d ') of the projector, and that the stylus (18) is pointed at the point (31) of the screen. projection, this point (31) having an image located at the same location on the focal plane (26) of the camera as that of the point (29) pointed earlier. The system will again generate a cursor (27) on the focal plane (28) at the same location as before. But the image of the cursor will now point the point (32) in the projection plane to the distance of, and not the point (31) initial. The distance between the points (31) and (32) illustrates the calibration defect induced by the modification of the relative position between the projection screen and the video projector and camera assembly. In order to be able to use the device of FIG. 7 interactively, it is therefore necessary to recalibrate the device for the new relative position of the screen with respect to the video projection and detection assembly. We will now describe a device which makes it possible to solve the problem of recalibration. A statement forming part of the invention is that ideally, so that the points (32) and (31) remain merged regardless of the distance (d ') and whatever the position pointed by the stylet (18), it The pupils (8) is and (7) objectives (6) and (5) must be combined in the screen space. In the previous devices, this condition is not physically possible to achieve for reasons of space. The implementation of this condition, however, is a particular aspect of the present invention. The interactive video projection device of the invention comprises an optical component which optically couples the exit pupils of the video detection camera and the video projector. This conjugation makes it possible to confuse in the optical space of the screen, the positions of the objective of the video projector and the objective of the camera, thus eliminating the effect of parallax between these two subsets. This optical device also directs the luminous flux coming from the video projector in the visible range towards the projection screen, and directs the luminous flux, coming from the spot actuated by the operator and diffused by the projection screen. towards the camera. This optical device fulfills both the superposition function of the optical paths (towards the screen) and the separation of the optical paths respectively towards the video projector and towards the camera. More precisely, the optical device makes it possible to superimpose the optical paths of the video projector and the video-detection system between the screen and the optical device. The optical separation device is positioned at the intersection of the projection field of the video projector and the field of view of the camera. The pupil of the objective (5) which emits the light and the objective (6) which receives it being optically confused, a point emitting light in the focal plane of the projector will have an image always situated at the same place in the focal plane of the camera irrespective of the position of the projection screen (14), provided that the camera observes a field at least equal to the size of the projected image, and that the objectives of the video projector and the camera are in focus at the same distance. Preferably, the interactive video-projection device comprises a video projector capable of receiving a video image from a computer and projecting an image on a screen, a light spot generator (for example in the infra-red field) actuated by the operator and a video detection system attached to the video projector. The video detection system includes a camera capable of acquiring an image of the screen and the light spot. The video detection system is coupled to a processing system capable of analyzing the video detection image and interacting on the computer. In addition, the interactive video projection device comprises an optical device for correcting the parallax defect between the video projector and the camera. A video projector having a source of diode type or laser diode of small extent and high brightness is preferably used. Such a video projector makes it possible to form a sharp image on a very large depth of field. As a result, the image formed on the screen remains clear, even if the distance between the video projector and the screen varies. It is therefore not necessary to redefine the objective of the video projector after a variation in distance between the video projector and the screen. Furthermore, the camera (2) is arranged to be able to observe a field greater than or equal to the size of the projected image (3). The objective (6) of the camera (2) is preferably chosen so as not to require refocusing of the image on the detector when the distance between the screen and the detector varies. The video projector and the detection system are preferably manufactured so that both lenses can form sharp images of and on the projection screen regardless of the distance between the screen and the display device. Interactive video projection without the need to focus lenses. Several embodiments can be implemented to implement this device depending on the type of objective of the video projector, the lens of the camera, the optical device conjugating the pupils of these two lenses, and according to the arrangement. relative of these different components. Figures 8 to 12 commented below illustrate particular embodiments of the invention. In a first embodiment, the luminous flux from the projector is directed directly to the projection screen, the camera observing the screen after reflection by a separating optical device located in the projection field of the video projector. FIG. 8 represents a first embodiment of the invention, the camera (2) observing the zone of the screen containing the projected image (3) after reflection on a separating mirror (4) arranged in the field of the video projector (1). In FIG. 8, the separating mirror (4) is plane and the pupils of the lenses (5) and (6) are situated symmetrically with respect to this mirror (4). On the other side of the mirror (4) relative to the camera (2) is placed a black screen (9) absorbing stray light (10) from the projector (1) possibly reflected by the mirror (4). The axis of the camera (2) aims at the center of the projected image (3) after reflection on the mirror (4). The separating mirror is processed in such a way that it transmits the visible spectrum emitted (luminous flux emitted by the video projector) and that it reflects at least partially the infrared spectrum corresponding to the diode fixed on the end of the stylus (18). ) that the manipulator uses to designate points on the projector screen. Preferably, the separator mirror (4) reflects at least 5% of the infrared spectrum in the transmission band of the optical pointer (18). Fig. 9 shows the optical scheme of this first embodiment in the optical space of the projection screen (14). The pupil (7) is that of the objective (5) of the projector (1). The pupil (8) is that of the lens (6) of the camera (2). The center (11) of the pupil (7) of the objective (5) of the video projector (1) is symmetrical with the center (12) of the pupil (8) of the lens (6) of the camera ( 2) relative to the plane of the separating mirror (4). It may be noted that the separating mirror (4) is preferentially anti-reflective on the side facing the video projector and that the overall transmission coefficient of the separating mirror (4) in the visible range must be as close to 1 as possible. It may also be noted that this separator mirror (4) is preferably made using a sufficiently thin support, in order to limit the optical aberrations induced on the projected image (3). The surface (9) is matt black in order to better absorb the stray light coming from the projector and reflected by the mirror (4). It can be seen that under these conditions, and whatever the relative position of the camera projector assembly (1 and 2) with respect to the screen (14), the light rays can be confused in the optical space of the screen. passing through the center (11) of the pupil (7) of the objective (5) of the projector (1) with the light rays passing through the center (12) of the pupil (8) of the lens (6) of the camera (2). The relative positions of the objects projected on the screen by the projector (1) and their image captured by the camera (2) io will then remain fixed, regardless of the position of the screen (14). This property makes it unnecessary to calibrate the device again when the screen (14) is moved relative to the camera projector assembly (1 and 2). Figure 10 schematically shows a mechanical device for securing the projector (1), the camera (2) and the separating mirror is (4) with a plate (33). By acting on the wheel (34), it is possible to vary the height of the projected image without disturbing the calibration. Figure 11 schematically shows a Mobile Interactive Digital Table, mounted on wheels (20), being positionable in front of any projection screen without having to calibrate the device. In a second embodiment, the camera observes the screen directly through a splitter optical device that reflects the luminous flux from the projector. Figure 12 schematically shows an interactive video projection device according to a second embodiment of the invention. The Interactive Digital Table comprises an ultra-short-throw projector (21) provided with a splitter mirror (23) integrally mounted with an observation camera (2). The fixing bracket (24) of the projector-camera assembly is fixed for example to a wall which also supports the projection screen (14). Here the separating mirror (23) reflects on the front face the visible spectrum and at least partially transmits the infrared spectrum. The camera (2) is also positioned in such a way that the pupil of its lens is located at the same place as the pupil of the objective of the projector (21) in the optical space of the projected image (3). Generally, this type of ultra-short-throw projector (21) is used with a mirror (23) which is not flat but aspherical, of generally complex shape, and provided with a reflective treatment on the front face, which contributes to the dioptric function of the projector. In the context of the invention, the shape of the front face of this mirror remains unchanged from the state of the art, the rear face of the mirror being substantially parallel to the front face, in order to limit the optical aberrations for the observation camera (2). According to various variants, the optical separator system can be achieved by using a mirror, or a cube or equivalent system for superimposing the pupils of the objectives of the projector and the camera, the camera observing the entire projected image. The choice between these two embodiments and the configuration of the optical separation device depends essentially on the type of video projector used. It will be preferred to use the first embodiment, with a separator device composed of a flat separating plate, transmitting the visible radiation and at least partially reflecting the infra red radiation ("hot" mirror) in the case where a video projector is used. long focal length (a distance of about 1.5 m or more separating the long throw projector from the screen, for a projected image of 1 m base). It will be preferred to use the second embodiment when employing an ultra short-throw video projector (a distance of about 0.3 m or less between the ultra-short throw projector and the screen for a projected image of 1 m base), with an aspherical mirror reflecting visible radiation and at least partially transmitting infrared radiation (mirror "cold"). The invention makes it possible to produce interactive devices whose calibration does not vary as a function of the relative position of the projector and the projection screen. The invention makes it possible to improve the interactive projection devices using an optical detection camera, eliminating the need to calibrate the device when the video projector moves relative to the screen. It is thus possible to produce foolproof and mobile projectors. By construction, the device of the invention remains calibrated. In addition, the device of the invention makes it possible to eliminate the parallax between the video projector and the camera, this paralaxe being responsible for deformations in the detected images.
Le dispositif de l'invention est très facile à utiliser, compatible avec les projecteurs déjà utilisés pour les écrans interactifs, et induit un sur coût limité par rapport aux dispositifs antérieurs. L'invention permet de disposer d'un dispositif de vidéo-projection interactif optique, pouvant être mobile, ne nécessitant pas de calibrage lorsqu'il est déplacé par rapport à l'écran de projection. Le vidéo-projecteur est avantageusement basé sur un système ne nécessitant pas d'opération de mise au point lors d'une variation de distance entre l'écran et le vidéo-projecteur. io Le dispositif de l'invention est également robuste vis-à-vis de la lumière parasite provenant non seulement du vidéo-projecteur mais aussi de l'environnement d'utilisation. 5 i0 The device of the invention is very easy to use, compatible with projectors already used for interactive screens, and induces a limited cost over previous devices. The invention makes it possible to have an optical interactive projection device that can be mobile and does not require calibration when it is moved relative to the projection screen. The video projector is advantageously based on a system that does not require focusing operation during a variation in distance between the screen and the video projector. The device of the invention is also robust vis-à-vis the stray light from not only the video projector but also the environment of use. 5 i0