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SYSTEME PRODUISANT LA VISION STEREOSCOPIQUE EN PARTANT D'UNE SEULE IMAGEo
La présente invention est relative à un système pour la vision du relief. Elle a pour but d'obtenir la perception du relief au moyen d'une seule représentation des objets considérés ou d'une seule série de telles représentations, et non d'un couple ou d'une série de couples de telles représentations, comme c'est le cas dans les systèmes connus.
La représentation utilisée ici pour la perception du relief peut être une photographie, une image obtenue ou reproduite électroniquement, par procédé magnétique, par fluorescence, par projection directe ou indirecte; on peut encore employer un dessin avec indication des perspectives, etc. Il peut également s'agir d'une succession de telles représentations ou encore d'une image de télévision. L'invention est donc applicable à la vision sté- réoscopique, au cinéma en relief, à la télévision en relief, etc.
Le système suivant la présente invention comprend au moins un dispositif optique donnant au moins une image déformée, de préférence suivant une direction, d'une représentation d'au moins un objet, cette déformation n'étant pas constante dans les diverses zones de l'image, des moyens étant prévus pour permettre la vision, par un seul des yeux de l'observateur, de l'image déformée, des moyens étant en outre prévus pour faire voir à l'autre oeil, une autre image de ladite représentation.
Dans une forme de réalisation avantageuse, il est prévu un dispositif optique donnant au moins une seconde image déformée, de préférence suivant une direction, de la représentation susdite, les déformations des deux images déformées étant différentes, des moyens étant prévus pour permettre la vision par un oeil d'une des images déformées et la vision par l'autre oeil de l'autre image déformée.
Dans une forme d'exécution particulière, le système comprend des
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moyens pour ramener la distance des bords extérieurs de l'image, sensiblement à la valeur qu'elle aurait si l'image n'était pas déformée.
D'autres détsils et particularités de l'invention ressortiront de la description, donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, de diverses formes de réalisation particulières de l'objet de 1'invention reprises ci-après, à titre d'exemples non limitatifs.
Les figures 1 à 4 sont des croquis schématiques relatifs à la déformation théorique des images.
La figure 5 représente schématiquement un moyen de tailler un ménisque.
La figure 6 montre la forme d'un oculaire et d'un objectif.
La figure 7 donne la disposition relative des éléments d'un système conforme à l'invention.
La figure 8 se rapporte à un autre système conforme à l'inven - tion.
La figure 9 montre trois dispositions de filtres polarisants.
On sait que l'impression de relief résulte du fait que, par suite de la vision binoculaire, la différence des angles de visée pour les deux yeux varie avec la distance de l'objet observé. Les demandeurs ont trouvé que si, par un procédé optique, on arrive à faire varier cette différence de manière qu'elle ne soit pas la même pour toutes les parties de la représentation de départ, on crée une impression subjective de relief, parce que ces différentes parties sont vues à des distances différentes.
Si l'on considère (figure 1) un système optique S constitué d'un ensemble réfracteur et/ou réflecteur, un point A de la représentation observée émet une multitude de rayons lumineux qui atteignent le système S sous des angles d'incidence différents. Il y a donc une série de rayons réfractés ou réfléchis. Chaque oeil O1 et O2 de l'observateur, de par sa po- sition relative différente, sélectionnera des rayons provenant de points différents de S,ce qui donnera pour chaque oeil un angle de visée différent. Dès lors, si le système optique S est constitué de façon que la différence z = tg v - tgv1 ne soit pas la même quand A se trouve à divers en- droits de la représentation observée, les divers objets représentés seront vus à des distances différentes. Il en résultera une sensation de profondeur.
En effet, bien que cette sensation soit obtenue artificiellement, on constate qu'au moment de la superposition des deux images de la représentation, le cerveau, par un phénomène psychologique, reconstitue un relief synthétique en s'aidant des effets de perspective, surtout si l'on tient compte de ces derniers; il est donc préférable que les points du centre paraissent plus éloignés que ceux des bords.
Il faut donc'arriver à déterminer le système optique nécessaire.
Celui-ci, comme on le verra plus loin peut avoir un grand nombre de formes.
On supposera d'abord que l'on désire réaliser une lentille plan-convexe (figure 2), dont la section horizontale est limitée par une courbe d'équation y=f (x). La lentille est supposée mince et les angles petits, ce qui permet de confondre les tangentes des angles avec les angles eux-mêmes.
O1 et O2 représentent les deux yeux et ont, dans le système (x, y), les coordonnées (a, e) et (a, -e). Les angles de visée v1 et v2 permet tent de définir la distance z=tg v2 - tg v1 = v2- v1' puisque les angles sont petits. Or v est une fonction de e qui est petit également. v2- v1 est donc la différence des valeurs de v pour un écart 2e; c'est donc le double de la différentielle de v, donc z = -2e v' avec v'=dv (dérivée de v de
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par rapport à e)
On voit à la figure 2 que: v =I'O'- e a s=v-I'O' s= 00' - x
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f n .oo..o......n = indice de réfraction = n r + s = u r La lentille étant mince: u - i = b
P On peut éliminer les variables x, y et e ; eneffet: av = l'O' - e s (00' - x) = y-I'O' Doncen additionnant:
av + s (00' - x) = y - e mais v = sn Donc n av + v (00' - x) = n (y - e) d'où v = n(y-e) na+OO'-x Puisque la lentille est mince, 00' et x diffèrent peu et l'on peut décrire: v=V-e/a i = nr = n (u - s) = nu - v
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u-i=u-nu+v=v+ (n - 1 ) u = h-y u-i=u-nu+v=v+ (n.-1)u= On a donc : pv - p(n - 1)u = h-y et av = y - e En différentiant : (1) pdv - p (n-1) du = - dy (h est une constante) (2 ) adv = dy - de mais (figure 3) : dy = R du cos u, parce l'arc Rdu est petit et peut être confondu avec sa corde.
On a donc : a dv = Rdu cos u - de ce qui permet de remplacer du dans l'équation (1) et d'éliminer dy entre les équations (1) et (2). On obtient ainsi
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VY dv p (n - ) - R cos u de (a+p) R cos u - ap (n-1)
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or z = -2ev' et le point A sera vu à une distance 1 = 2e z Donc 1 (a+b) R cas u - ap(n-1) Donc 1= R cos u - p (n - 1)
La distance à la quelle le point A est vu est donc une fonc - tion homographique de R cos u. Cette fonction est décroissante et le point A paraîtra d'autant plus proche que R sera grand. Comme il est intéressant pour les effets de perspective de rapprocher les bords et d'éloigner le centre, on emploiera une lentille dont le rayon de courbure augmente du cen- tre vers les bords.
On peut donc réaliser un dispositif optique qui crée 1'impres- sion de profondeur. On produit en fait une déformation de l'image qui n'est pas la même pour les deux yeux.
Le principe qui vient d'être mis en évidence peut être appliqué sous diverses formes. On peut prévoir un dispositif optique qui permette de voir avec un des yeux une image non déformée et avec l'autre une image dé- formée suivant une direction et de façon variable, c'est-à-dire qu'il ne s'agit pas d'une déformation linéaire qui n'aurait pour effet, par exemple, que de multiplier par un coefficient constant la largeur de tous les objets.
La déformation est variable, en ce sens que des distances, égales dans la représentation observée, mais qui sont placées à des endroits différents de cette représentation, deviennent inégales dans l'image déformée. On peut encore, et cela accentue l'impression de relief, observer avec un des yeux une image déformée avec une certaine loi de variation et avec l'autre oeil une image déformée suivant une autre loi de variation. Lorsque les deux images sont déformées, elles doivent l'être différemment, la différence pou- vant simplement résulter du fait que les courbes correspondant aux deux lois de variation des déformations sont symétriques.
Lorsqu'il y a deux images déformées, une pour chaque oeil, elles peuvent être produites par deux dispositifs optiques distincts ou par un dispositif unique. On reviendra plus loin sur la nature et la composition de ce dispositif.
On peut employer des lois de variation des déformations d'allu- res très diverses. On peut notamment produire un étirement progressif de l'image d'un bord vers l'autre. Une telle image peut être observée par un oeil, tandis que l'autre oeil observe l'image non déformée ou encore défor- mée en sens inverse, c'est-à-dire étirée à partir du bord de l'image où fi- nit l'étirement dans le premier cas.
On s'aperçoit ainsi que les perspectives linéaires, de même que les surfaces, figurant dans la représentation observée, varient de plus en plus fortement, dans la direction de l'étirement et davantage quand ces per- spectives ou surfaces couvrent un champ plus grand, ce qui est le cas lors- qu'un sujet est proche, que lorsque ces perspectives ou surfaces couvrent un champ plus restreint, donc si le sujet est plus éloigné. Il semble donc que l'axe d'enregistrement de la représentation (cet axe étant l'axe de pri- se de vues s'il s'agit par exemple d'une photographie) s'est déplacé dans un sens donné. Pour la seconde image déformée (étirement à partir du bord opposé de l'image) l'axe d'enregistrement semble s'être déplacé en sens op- posé au premier.
Or, si l'on trace sur une surface plane verticale, des vertica- les équidistantes entre elles, les yeux d'un observateur étant situés de part et d'autre d'un axe imaginaire, normal à la surface plane et la traver- sant en son centre, ces yeux apercevront la plus grande partie de la surfa- ce en biais et verront de ce fait la distance entre deux verticales consé- cutives allant en diminuant d'un bord latéral à l'autre de la surface et ce-
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ci en des sens opposés pour chaque oeil, donc comme si les verticales avaient été déplacées de façon décroissante, dans des sens opposés pour chaque oeil.
Si les yeux sont situés du même cote de l'axe imaginaire, les verticales sem- blent s'être déplacées dans un même sens, mais de quantités différentes pour chaque oeil.
Il résulte de ce qui précède que chaque oeil perçoit par rap- port à une représentation, dont l'axe d'enregistrement serait situé entre les deux yeux et à égale distance de chacun d'eux, un déplacement des sujets re- présentés, en des sens opposés pour chacun des yeux. ou, si les yeux sont situés d'un même coté de cet axe d'enregistrement, dans le meme sens. mais avec des valeurs différentes pour chaque oeil.
D'autre part, l'on sait que les volumes sont représentés dans une représentation plate au moyen de perspectives ou "fuyantes". Ces fuyan- tes, lorsqu'on se déplace devant des sujets réels, semblent se déplacer plus rapidement dans leur portion proche que dans leur partie lointaine. Un effet analogue se produit lorsqu'on se déplace à bord d'un véhicule rapide : les sujets proches semblent avoir une vitesse supérieure à celle des sujets loin- tains. Il semblerait donc que les fuyantes pivotent autour d'un axe imagi - naire passant par leur point de convergence sur la ligne d'horizon . Par con- séquent, les yeux perçoivent entre eux une plus grande différence pour les perspectives se rapportant aux sujets -proches, que pour elles des sujets
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éloignés.
Ce qui vient d'être dit montre que les images déformées conformément à l'invention se rapprochent des résultats de la vision binoculaire.
C'est pourquoi lorsque deux images étirées dans des sens opposés, comme indiqué ci-avant, sont vues dans un stéréoscope ou par tout autremyen équivalent (lunettes polarisantes, etc...), elles donnent l'illusion de la "troisième dimension", même si l'on permute l'image pour l'oeil droit avec celle destinée à l'oeil gauche. L'illusion du relief est obtenue artificielle ment, mais dans des conditions proches de la réalité; il suffit que l'effet de relief normal existe pour certaines parties de la représentation observée, l'effet psychologique aidant, entraîne automatiquement la perception du relief de l'ensemble de la représentation observée, le cerveau concevant extrêmement difficilement des objets, qu'il est habitué à voir ressortir,se former "en creux" et vice versa.
Donc plus une image sera détaillée, plus elle comprendra de sujets "normalement" en relief et l'effet global sera d'autant plus accentué. Les bonnes photographies et surtout les images de films comprennent énormément de détails, notamment lorsqu'elles sont en couleur. L'"observateur, même averti, ne parvient pas à dissocier les éléments "normalement" en relief des autres, l'ensemble de la représentation observée lui apparaissant correct en profondeur.
L'effet obtenu par l'étirement des images peut encore être réalisé en produisant un raccourcissement progressif de l'image d'un bord vers l'autre. On peut encore provoquer un étirement dégressif à partir d'un bord suivi d'un raccourcissement progressif vers l'autre bord. Les valeurs de l'étirement et du raccourcissement, dans ce cas, peuvent être choisies pour que la modification résultante de la distance entre les deux bords de l'image soit faible ou nulle.
Il y a donc un grand nombre de possibilités pour les déformations des images prévues pour chaque oeil.
L'image perçue par un oeil peut être:
1 ) étirée dans une direction, de façon variable.
2 ) raccourcie dans une direction, de façon variable.
3 ) étirée de façon dégressive à partir d'un de ses bords et raccourcie de façon progressive vers l'autre bord.
4 ) étirée dans ses parties marginales, l'étirement diminuant
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à partir de chaque bord vers la partie centrale.
5 ) raccourcie dans ses parties marginales, le raccourcissement diminuant à partir de chaque bord vers la partie centrale.
L'illusion du relief est obtenue lorsque ;
1) un oeil perçoit une image déformée selon un des modes qui viennent d'être cités, l'autre oeil percevant simultanément, ou presque si- multanément, une image déformée suivant le même mode ou un autre de ces modes, à condition : a) que les modes de déformation choisis pour les deux images soient diffélents. b) si les modes de déformation sont les mêmes, que les déformations s'effectuent pour chaque oeil, à partir de bords opposés de la représentation observée. c) si les modes de déformation sont les mêmes et si les déformations s'ef- fectuent, pour chaque oeil, à partir d'un même bord de la représentation, que les lois de variation des déformations soient différentes.
2) un oeil perçoit une image déformée selon un des modes qui viennent d'être cités, l'autre oeil percevant une image pratiquement non déformée de la représentation observée.
On a vu précédemment que, dans le cas où la déformation de l'image se fait par étirement de certaines parties et raccourcissement d'au tres parties, on peut s'arranger pour que la distance entre les bords de l'image ne soit pas sensiblement modifiée par la déformation. Dans les autres cas, on peut, lorsqu'il y a lieu, ramener à peu près à sa valeur normale la distance entre les bords de l'image, telle que l'on la perçoit en vision binoculaire, soit en se servant d'une image déformée par étirement pour un des yeux et déformée par raccourcissement pour l'autre oeil, soit encore en provoquant, avant, pendant ou après les déformations, une modification d'ensemble de l'image.
C'est ainsi que l'image qui est étirée de façon variable, sera raccourcie dans son ensemble, mais il doit être bien entendu qu'il se s'agit pas d'une seconde déformation variable, mais au contraire d'un raccourcissement constant, donc d'une modification aussi linéaire que possible. On peut admettre une déformation qui ne¯varie pas absolument linéairement, mais la variation de la déformation doit être faible, de manière à ne pas détruire l'effet visé par la déformation principale.
Les lois de variation des déformations des images dont il a été question jusqu'ici, peuvent en principe être quelconques, à l'exclusion du seul cas de deux images, l'une pour l'oeil droit, l'autre pour l'oeil gauche, déformées toutes deux de fagon constante d'un bord à l'autre. Cependant, on obtient d'excellents résultats en choisissant des déformations variant se lon des progressions arithmétiques ou géométriques, les raisons de ces progressions pouvant être les mêmes si les déformations sont de signes contraires (étirement pour une des images et raccourcissement pour l'autre) ou si elles sont de même signe, mais se font à partir de bords opposés de l'image (déformations symétriques) .
Gomme il a été dit ci-avant, il faut, pour produire les déformations voulues, un dispositif optique unique ou deux dispositifs optiques analogues ou différents. Il faut en outre des moyens pour la vision pratiquement simultanée de l'image pour l'oeil droit et de celle pour l'oeil gauche.
De nombreuses solutions peuvent être envisagées:
1/ On utilise un ensemble réfracteur et/ou réflecteur qui est divergent pour l'oculaire, et pour l'objectif, qui est convergent ou formé d'éléments cylindriques ou analogues. L'image obtenue est étirée.
2/ L'ensemble réfracteur et/ou réflecteur est cette fois convergent pour l'oculaire et, pour l'objectif, divergent ou formé d'éléments cy-
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lindriques ou analogues. L'image est raccourcie.
3/ L'ensemble réfracteur et/ou réflecteur est convergent pour l'oculaire et forme d'éléments cylindriques ou analogues pour l'objectif.
Il faut redresser l'image au moyen de prismes ou de moyens analogues.
4/ L'ensemble réfracteur et/ou réflecteur est convergent-diver- gent ou l'inverse pour l'oculaire et pour l'objectif, divergent-convergent ou l'inverse ou est formé d'éléments cylindriques ou analogues. L'image est étirée d'un côté et raccourcie de l'autre., Les ensembles convergents-diver- gents ou divergents-convergents peuvent avoir la forme d'un S, une partie convexe cotoyant une partie concaveo Les réfracteurs peuvent encore avoir la forme de ménisques. Chacun de ceux-ci comporte une partie convergente coto- yant une partie divergente. Le signe, négatif ou positif de la distance fo- cale du réfracteur est déterminé par l'influence des courbures des deux fa- ces en des points correspondants, déterminés par l'angle de visée.
Si pour un couple de points correspondants du réfracteur,la courbure concave d'une face est plus accentuée que la courbure convexe de l'autre face, il y a divergence, et inversement. Les divergences et convergences peuvent être cal- culées en vue d'obtenir la loi désirée pour la variation des déformations.
Il est à noter que l'on peut associer des lentilles en forme de S pour l'o- culaire à des ménisques formant l'objectif et réciproquement.
5/ Chacun des éléments de l'ensemble réfracteur et/ou réflecteur peut avoir la forme d'un tore.
6/ Chacun de ces éléments peut encore être de forme sphérique, mais cela complique la coïncidence des deux images pour les deux yeux.
7/ On peut encore employer des réflecteurs et des réfracteurs dont une faceou éventuellement plusieurs faces pour les réfracteurs, présente deux courbures cylindriques ou analogues, d'axes normaux, une de ces courbures provoquant la déformation variable nécessaire pour la perception du relief,l'autre compensant la modification de la distance entre les deux bords de l'imageo Un moyen de réaliser des éléments de ce genre est indiqué schématiquement à la figure 5.
Un couteau 1 relié à une machine et dont la lame plate épouse la forme d'une des courbures,effectue un mouvement de va-et-vient sur la matière à tailler 2 et ce, non pas selon une trajectoire rectiligne, comme pour une surface cylindrique ordinaire, mais bien en suivent une trajectoire curviligne 3dans le sens de la profondeur, cette trajectoire étant une courbe, concave ou convexe, conforme à la seconde courbure désirée. De tels réfracteurs et réflecteurs peuvent notamment être utilisés dans les ensembles considérés précédemment.
On peut, pour les divers dispositifs optiques décrits formuler des considérations communes. La distance focale d'une portion divergente d'un élément, soit de l'oculaire, soit de l'objectif, doit être inférieure en valeur absolue à celle d'une portion correspondante, mais convergente d'un élément, soit de l'objectif, soit de l'oculaire.
Certaines portions des oculaires ou des objectifs peuvent avoir des axes optiques décalés les uns par rapport aux autres ou avoir des axes optiques inclinés par rapport à l'axe optique de l'ensemble. On arrive ainsi à augmenter la variation de la déformation et à améliorer la netteté.
La loi de variation de la déformation de l'image peut être déterminée à volonté en utilisant pour les ensembles décrits ou pour des portions de ceux-ci des éléments à courbure variable, c'est-à-dire dont les distances focales varient d'un point à l'autre.
On donnera ci-après un exemple de réalisation de lunettes stéréoscopiques réalisées au moyen de ménisques divergents-convergents. La déformation choisie est un raccourcissement d'un côté suivi d'un étirement de l'autre coté. La déformation varie suivant une progression arithmétique.
Si l'on considère la représentation observée comme étant divisée dans le sens
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horizontal en bandes de largeur égale à 1, ces bandes, après déformation pour l'oeil gauche, auront des largeurs de : 0,75 0,77 0,80 0,84 0,89 0 ,95 1,02 1,10 1,19 1,29 1,40 1,52 Dans l'image déformée pour l'oeil droit, les bandes auront des largeurs de : 1,52 1,40 1,29 1,19 1,10 1,02 0,95 0,89 0,84 0,80 0,77 0,75 Pour arriver à ce résultat il faut des distances focales totales pour l'ob- j ectif qui sont de :
pour l'oeil gauche -3,00 -3,35 -4,00 -5,25 -8,09 -19 ,o0 51,00 11,00 6,26 4,45 3 ,50 3,00 et pour l'oeil droit 3,00 3,50 4,45 6,26 11,00 51,00 -19,00 -8,09 -5,25 -4,00 -3,35 -3,00 Pour l'oculaire placé à 1 cm de l'objectif, les distances focales totales seront de:
- pour l'oeil gauche
4,00 4,35 5 ,00 6,25 9 ,09 20,00 -50,00 -10,00 -5,26 -3,45 -2,50 -2 ,00 - et pour l'oeil droit -2 ,00 -2 ,50 -3,45 -5 ,26 -10 ,00 -50,00 20,00 9,09 6,25 5 ,00 4,35 4,00
On peut réaliser les ménisques en plexiglas avec une forme tel- le que celle donnée schématiquement à la figure 6.
L'objectif 4 a une face convexe 5 dont les rayons de courbure sont en cm., respectivement de : - pour l'oeil gauche
17,75 15,00 12,50 la ,25 8,25 6,50 4,52 3,17 2,37 1,88 1,57 1,38 - et pour l'oeil droit 1,38 1,57 1,88 2,37 3,17 4,52 6,50 8,25 10,25 12,50 15,00 17,75 De même pour la face concave 6 de l'objectif 4, les rayons de courbure sont en cm., respectivement de :
- pour l'oeil gauche
1,38 1,51, 1,73 2,09 2,713,86 5,50 7,50 9,75 12,25 15,00 18,00 - et pour l'oeil droit 18,00 15,00 12,25 9,75 7,50 5,50 3,86 2,71 2,09 1,73 1,51 1,38 L'oculaire 7 a une face convexe 8 dont les rayons de courbure sont respectivement de - pour l'oeil gauche
1,79 1,89 2,07 2,37 2,86 3 ,75 5,49 9,28 11,00 13 ,00 15,00 17,00 - et pour l'oeil droit
17,00 15,00 13,00 11,00 9,28 5,49 3,75 2,86 2,37 2,07 1,89 1,79
La face concave 9 a des rayons de courbure de :
- pour l'oeil gauche 17,25 14,50 12,00 9,75 7,75 6,00 4,50 3,25 2,12 1,52 1,15 0,94 - et pour l'oeil droit
0,94 1,15 1,52 2,12 3 ,25 4,50 6,00 7,75 9,75 12,00 14,50 17,25
Il est facile de vérifier que la loi choisie pour la variation de la déformation donne bien l'illusion du relief.
En effet, si l'on consi- dère un segment couvrant la largeur de la cinquième bande, à partir de la droite, le rapport des déformations pour les deux yeux est 1,1/@@ =1,23 0. 89
Par contre, si l'on considère un segment couvrant la largeur de la quatrième et de la cinquième bandes à partir de la droite, le rapport des déformations pour les deux yeux. est 2.29/@@=1,32 1,73
Donc un segment plus long produira une différence plus grande entre les deux yeux qu'un segment plus petit.
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Or les perspectives et surfaces des sujets proches embrassent une portion de champ latéral plis importante que les perspectives et surfa- ces des mêmes sujets, s'il sont plus éloignés, lesquels sont représentés en plus petites dimensions. On voit que;, dans la variation des déformations choisies,les perspectives et surfaces des sujets proches créent des diffé- rences, entre les visions des deux yeux, plus grandes pour les sujets pro- ches que pour les sujets éloignés. On a donc bien l'illusion du relief.
Ayant créé les images déformées voulues d'une représentation dé- terminée, il faut encore examiner les possibilités existant pour l'observa- tion de l'image en relief, qui se reforme à partir des images déformées.
Lorsque, par l'intermédiaire d'un ensemble réflecteur concave, cylindrique ou analogue, on regarde des représentations formées ou placées après le foyer, de préférence à proximité de celui-ci, par exemple au cen- tre de courbure, les yeux, par suite de leur espacement, voient se former l'image de la représentation utilisée en des endroits différents du réflec- teur. Celui-ci ayant une courbure variable calculée en vue de produire une divergence ou une convergence croissante des rayons incidents s'approchant de ses bords, chaque oeil voit, de la représentation de départ, une image provenant d'une partie du réflecteur dont la courbure en cet endroit présen- te quelque différence avec celle de l'endroit du réflecteur où se forme l'i- mage pour l'autre oeil. De ce fait, chaque oeil semble percevoir une image différente.
Lorsque la variation de courbure du réflecteur est judicieuse- ment choisie en vue de procurer à un au moins des yeux une image déformée selon un des modes de déformation indiqué précédemment, l'image finale ob- tenue donne l'illusion de la troisième dimension".
Il est à noterque plus la représentation utilisée est proche du foyer, plus elle apparait grande et ses images couvrent ainsi, pour cha- que oeil, une portion plus importante du réflecteur; les yeux perçoivent donc plus de différence entre les deux images vues; une meilleure illusion du relief étant fonction d'une plus grande différence entre les images vues par les deux yeux, il y a donc intérêt à ce que la représentation utilisée soit située à proximité du foyer.
Pour le type de réflecteur considéré, la variation de courbure sera déterminée en vue de produire de préférence une divergence croissante des rayons incidents s'approchant des bords de ce ré- flecteur; or, plusieurs rayons tombant sur un réflecteur concave convergent moins fortement, lorsque la courbure de ce réflecteur présente un rayon, donc une distance focale, plus long que lorsque la courbure est plus accen- tuée; c'est pourquoi la courbure d'un tel réflecteur doit ici être plus for- te au centre que vers.les côtés, la variation de courbure s'effectuant d'une manière continue du centre vers ces cotés.
Il est également préférable,mais pas absolument indispensable que la surface portant la représentation obser- vée soit incurvée, la face concave étant tournée vers le réflecteur, cette courbure influant sur celle du réflecteur et permettant soit de diminuer celle-ci, soit d'obtenir une plus forte variation de la déformation de l'i- mage; cette courbure de la surface portant la représentation évite également que l'image ne paraisse bombée.
On peut encore placer la représentation avant le foyer du réflec- teur, mais l'illusion du relief est moindre parce que les images vues par les deux yeux; se forment sur le réflecteur assez près l'une de l'autre et ne présentent par conséquent que de faibles différenceso
Si l'on emploie un ensemble réfracteur convergent, cylindrique ou analogue, une représentation formée ou placée après le foyer sera vue en- core une foispar les deux yeux avec l'illusion du relief,si l'on donne au réfracteur la courbure voulue pour obtenir des images déformées, dans les conditions énoncées précédemment. Ici la variation de courbure devra provo- quer de préférence une divergence croissante des rayons incidents s'appro- chant des bords du réfracteur.
Encore une :Ibis, si la représentation est placée avant le foyer,
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l'illusion du relief est moindre.
On peut aussi utiliser un ensemble réfracteur divergent, cylindrique ou analogue. Les réflecteurs et réfracteurs peuvent être en forme de tore ou de sphère ou encore ils peuvent présenter deux courbures cylindriques dans des directions normales.
Le rétablissement, s'il y a lieu, de la distance entre les bords des images peut s'effectuer de diverses manières, notamment : a) en ajoutant, au projecteur de la représentation ou à l'appareil de prises de vue, un objectif amenant une déformation générale, inverse de celle provoquée pour l'illusion du relief, b) en rétrécissant ou élargissant la représentation par un moyen électronique, si elle est formée sur l'écran d'un tube cathodique, c) en projetant la représentation, par l'intermédiaire du réflecteur ou du réfracteur lui-même, sur un écran convenablement placé, d) en ajoutant un ensemble réflecteur ou réfracteur produisant la déformation supplémentaire nécessaire, e)
en taillant ou en moulant des réfracteurs dont les deux faces présentent chacune une courbure dont les effets conjugués reproduisent une image convenablement proportionnée.
On peut donner, à propos des réfracteurs et des réflecteurs décrits, un exemple numérique analogue à celui repris ci-avant pour des lunettes stéréoscopiques. Pour réaliser un réfracteur pour une représentation formée sur un écran de télévision, par exemple, on choisit d'abord la loi de variation de la déformation due au réfracteur. En supposant celui-ci divisé en bandes de largeur égale à 1, ces bandes, après déformation, auront les largeurs suivantes:
EMI10.1
1,3 6 1,22 1,10 1,00 oye92 os,86 oye82 os80 oye82 os86 0 ,92 1,00 0,10 1,22 1,36
On suppose que l'indice de réfraction est de 1,5 et que l'on utilise une lentille cylindrique biconvexe, de courbure variable.
Les ra- yons de courbures, en cm., pris en des points séparés par des arcs ayant des angles au centre de 5 , sont les suivants :
107 63 45 35 29 25 22 20 22 25 29 35 45 63 107
On interpose une lentille sphérique ou un ensemble équivalent entre l'écran du tube cathodique ou d'une autre représentation observée et la lentille cylindrique, le plus près possible de celle-ci. La distance focale de la lentille sphérique est de 22,5 cm. La lentille cylindrique est placée à 18 cm de l'écran du tube cathodique ou de la représentation observée. L'écran ou la représentation peuvent n'avoir que 8 cm de large, le dispositif optique choisi produisant un agrandissement.
On peut réaliser un réflecteur qui, comme on le verra, plus loin peut être utilisé pour le cinéma en relief, à partir d'un film ordinaire en adoptant une courbure qui pourrait être celle d'une tige flexible courbée par une corde fixée à ses extrémités à la manière d'un arc. La courbe obtenu peut être agrandie proportionnellement dans n'importe quelle direction.
La courbure est plus accentuée au centre que vers les cotés.
On a décrit deux séries de systèmes : les premiers comprenant des ensembles applicables devant chaque oeil et donnant deux images différentes, dont l'une au moins est déformée; les seconds dans lesquels l'on voit directement se reformer l'image en relief. Ces systèmes servent aussi bien à la vision directe qu'à la reproduction, à la prise de vues, au tirage et à la projection d'images utilisables ensuite par les procédés de relief ordinaires (stéréoscopes, lumière polarisée, anaglyphes, etc...). Les objectifs de prise de vues prennent alors respectivement la place de chaque oeil et enregistrent l'image telle que chacun d'eux la voit.
Ils permettent en outre
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de créer certains effets spéciaux utilisables en cinématographie et en té- lévisiono Lorsqu'un appareil de prise de vues se déplace latéralement de- vant un des systèmes décrits précédemment et dans lesquels l'on voit se re- former directement l'image en relief, ou lorsque cet appareil de prise de vue est simplement pourvu d'un des dispositifs optiques précédemment dé- crits et produisant les images déformées et qu'il se déplace devant la re- présentation observée, le spectateur a la sensation d'effectuer le tour du sujet de l'image.
Les reflecteurs décrits ci-avant conviennent particulièrement bien au cinéma. Ainsi au moyen d'un appareil 10 (figure 7) on projette un film ou une représentation quelconque sur l'écran 11, judicieusement placé, suivant le type de réflecteur utilisé, soit directement, soit par l'intermédiaire du réflecteur 12 lui-même, dans lequel le spectateur 13 voit se re- former,en relief,la succession d'images du film. Les haut-parleurs, si possible revêtus d'un pavillon les rendant directifs, sont dirigés de préférence vers ledit réflecteur et sont placés si possible à l'endroit où se trouve l'écran. Le son parait ainsi jaillir de la portion de l'espace situé près du foyer du réflecteur, c'est-à-dire là où à proximité de la zone où se reforme l'image.
En cas de stéréophonie, les haut-parleurs sont placés à une certaine distance les uns des autres, le relief sonore étant ainsi parfaitement rendu. Le son destiné à l'oreille de gauche doit être émis par un ou plusieurs haut-parleurs placés à droite de l'écran et dirigés vers la droite du réflecteur et réciproquement.
Les réfracteurs décrits conviennent plus particulièrement à la télévision. Ils sont alors placés devant l'écran de télévision sur lequel on pourra éventuellement produire une représentation rétrécie ou élargie, laquelle donnera lieu à une image ayant des proportions normales, après réfraction.
L'image se reforme en relief, pour les spectateurs, dans les réfracteurs mêmes. On peut, par exemple, placer entre l'écran d'un appareil de télévision et le spectateur, la lentille plan-convexe de la figure 3, la face plane, tournée vers le spectateur, formant l'écran stéréoscopique.
Pour éviter une trop grande distance entre l'écran du tube et la lentille, il est avantageux d'intercaler une lentille sphérique jouant le rôle de loupe, ce qui permet même l'utilisation d'un tube cathodique dont l'écran a des dimensions réduites puisque l'image vue par le spectateur est agran- die.
C'est alors une image virtuelle, mais elle pourrait être réelle, à condition que le spectateur se tienne à une distance suffisante de l'appareil de télévisiono
Les dispositifs optiques applicables devant chaque oeil conviennent soit pour des lunettes stéréoscopiques utilisables avec des représentations ordinaires,telles que des photographies,des tableaux, y des films cinématographiques, des écrans de télévision, etc.... soit pour être adap-' tés à des agrandisseurs ou tireuses photographiques et permettre ainsi de produire des couples stéréoscopiques à partir de négatifs ordinaires, soit pour être adaptés à des tireuses cinématographiques, dans le même but, soit pour être appliqués à des appareils de prise de vues, comme il a déjà été dit, soit aussi à des appareils de projection.
Dans ce dernier cas, les images convenant aux deux yeux et reproduites sur l'écran sont perçues par chacun d'eux au moyen de lunettes polarisantes.
On peut prévoir un appareil placé à l'objectif d'un projecteur 14 (fig. 8), ou constituant lui-même l'objectif et qui sélectionne, déforme judicieusement (15 et 17), polarise (16), rétablit les proportions (18 et 19) et fait converger sur un écran adéquat deux images (20) provenant de chaeune des images du film, qui sont donc les représentations de départ.
On peut encore employer d'autres méthodes,- on obtient côte à côte deux images identiques à chaque image d'un film par adjonction, à l'objectif du projecteur de prismes ou de miroirs, on intercepte ces images au
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moyen des dispositifs optiques décrits précédemment et qui produisent les déformations voulues des deux séries d'images, on fait reconverger sur 1'é- cran les images déformées au moyen de prismes ou de miroirs, éventuellement par pivotement de certains des premiers prismes ou miroirs, tout en polari- sant ces images au moyen de filtres convenablement orientés l'un par rap- port à l'autre (la superposition ne laissant à ce moment passer aucune lu- mière) , ces filtres étant disposés le long du trajet lumineux emprunté par chacune des images.
Avec certains des réflecteurs et des réfracteurs consi- dérés précédemment, la convergence s'effectue d'elle-même et la seconde sé- rie de prismes ou de miroirs devient superflue. Ces réflecteurs ou réfrac- teurs peuvent, dans certains cas, être placés directement devant l'objectif, côte à côte,le décalage naturel de l'image provoqué par eux et parfois l'ab- sence même d'un tel décalage, compensée par l'inclinaison des réflecteurs ou réfracteurs suffisant à donner aux images une convergence permettant leur perception, sans fatigue des yeux. On peut donc alors supprimer non seulement les prismes ou les miroirs, mais encore les filtres polarisants. Ces réflec- teurs ou réfracteurs pourront être fabriqués à cet effet en une seule pièce, mais il faut prévoir une séparation en leur milieu, afin de permettre une meilleure sélection des deux images.
Lorsque l'on a à sa disposition un objectif ordinaire produisant une aberration de dimension sur les côtés de l'image, il suffit d'adjoindre à cet objectif, deux filtres polarisants, placés cote à côte et convenable- ment orientés l'un par rapport à l'antre, comme ceux de lafigure 9.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux diverses formes de réalisation décrites et que bien des modifications peu- vent être apportées à ces dernières, sans sortir du cadre du présent brevet.
REVENDICATIONS.
1. - Système pour la vision du relief, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif optique donnant au moins une image déformée, de préfé- rence suivant une direction, d'une représentation d'au moins un objet, cet- te déformation n'étant pas constante dans les diverses zones de l'image, des moyens étant prévus pour permettre la vision, par un seul des yeux de l'observateur, de l'image déformée, des moyens étant en outre prévus pour faire voir à l'autre oeil, une autre image de ladite représentation.
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SYSTEM PRODUCING STEREOSCOPIC VISION FROM A SINGLE IMAGE
The present invention relates to a system for the vision of the relief. Its purpose is to obtain the perception of relief by means of a single representation of the objects considered or of a single series of such representations, and not of a couple or a series of couples of such representations, such as c is the case in known systems.
The representation used here for the perception of the relief may be a photograph, an image obtained or reproduced electronically, by magnetic process, by fluorescence, by direct or indirect projection; one can also use a drawing with indication of the perspectives, etc. It can also be a succession of such representations or else a television image. The invention is therefore applicable to stereoscopic vision, relief cinema, relief television, etc.
The system according to the present invention comprises at least one optical device giving at least one distorted image, preferably in one direction, of a representation of at least one object, this deformation not being constant in the various zones of the image. image, means being provided to allow the vision, by only one of the eyes of the observer, of the distorted image, means being furthermore provided for making the other eye see another image of said representation.
In an advantageous embodiment, an optical device is provided giving at least one second distorted image, preferably in one direction, of the aforementioned representation, the deformations of the two distorted images being different, means being provided to allow vision by one eye of one of the distorted images and the other eye's vision of the other distorted image.
In a particular embodiment, the system comprises
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means for reducing the distance from the outer edges of the image, substantially to the value it would have if the image were not distorted.
Other details and features of the invention will emerge from the description, given below with reference to the accompanying drawings, of various particular embodiments of the object of the invention given below, by way of non-examples. limiting.
Figures 1 to 4 are schematic sketches relating to the theoretical deformation of the images.
Figure 5 schematically shows a way to cut a meniscus.
Figure 6 shows the shape of an eyepiece and a lens.
FIG. 7 gives the relative arrangement of the elements of a system according to the invention.
FIG. 8 relates to another system according to the invention.
Figure 9 shows three polarizing filter arrangements.
It is known that the impression of relief results from the fact that, as a result of binocular vision, the difference in the viewing angles for the two eyes varies with the distance from the object observed. The applicants have found that if, by an optical process, we manage to vary this difference so that it is not the same for all the parts of the initial representation, we create a subjective impression of relief, because these different parts are seen at different distances.
If we consider (FIG. 1) an optical system S made up of a refractor and / or reflector assembly, a point A of the observed representation emits a multitude of light rays which reach the system S at different angles of incidence. There is therefore a series of refracted or reflected rays. Each eye O1 and O2 of the observer, by virtue of its different relative position, will select rays coming from different points of S, which will give for each eye a different viewing angle. Therefore, if the optical system S is constructed so that the difference z = tg v - tgv1 is not the same when A is at various places in the observed representation, the various objects represented will be seen at different distances . This will result in a feeling of depth.
Indeed, although this sensation is obtained artificially, we note that at the time of the superposition of the two images of the representation, the brain, by a psychological phenomenon, reconstitutes a synthetic relief with the help of the effects of perspective, especially if the latter are taken into account; it is therefore preferable that the points of the center appear further apart than those of the edges.
We must therefore be able to determine the optical system required.
This, as we will see later, can have a large number of forms.
We will first assume that we want to make a plano-convex lens (figure 2), the horizontal section of which is limited by a curve of equation y = f (x). The lens is assumed to be thin and the angles small, which allows the tangents of the angles to be confused with the angles themselves.
O1 and O2 represent the two eyes and have, in the system (x, y), the coordinates (a, e) and (a, -e). The sighting angles v1 and v2 allow to define the distance z = tg v2 - tg v1 = v2- v1 'since the angles are small. Now v is a function of e which is also small. v2- v1 is therefore the difference of the values of v for a difference 2e; it is therefore the double of the differential of v, therefore z = -2e v 'with v' = dv (derivative of v of
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with respect to e)
We see in figure 2 that: v = I'O'- e a s = v-I'O 's = 00' - x
EMI3.1
f n .oo..o ...... n = refractive index = n r + s = u r The lens being thin: u - i = b
P We can eliminate the variables x, y and e; indeed: av = O '- e s (00' - x) = y-I'O 'So by adding:
av + s (00 '- x) = y - e but v = sn So n av + v (00' - x) = n (y - e) hence v = n (ye) na + OO'-x Since the lens is thin, 00 'and x differ little and we can describe: v = Ve / ai = nr = n (u - s) = nu - v
EMI3.2
ui = u-nu + v = v + (n - 1) u = hy ui = u-nu + v = v + (n.-1) u = We therefore have: pv - p (n - 1) u = hy and av = y - e By differentiating: (1) pdv - p (n-1) du = - dy (h is a constant) (2) adv = dy - de maize (figure 3): dy = R du cos u, because the arc Rdu is small and can be confused with its string.
We therefore have: a dv = Rdu cos u - de which makes it possible to replace du in equation (1) and eliminate dy between equations (1) and (2). We thus obtain
EMI3.3
VY dv p (n -) - R cos u of (a + p) R cos u - ap (n-1)
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or z = -2ev 'and the point A will be seen at a distance 1 = 2e z So 1 (a + b) R case u - ap (n-1) So 1 = R cos u - p (n - 1)
The distance at which point A is seen is therefore a homographic function of R cos u. This function is decreasing and the point A will appear all the closer as R is large. As it is advantageous for the effects of perspective to bring the edges closer and to move the center away, a lens will be used whose radius of curvature increases from the center to the edges.
An optical device can therefore be realized which creates the impression of depth. In fact, a distortion of the image is produced which is not the same for the two eyes.
The principle which has just been demonstrated can be applied in various forms. It is possible to provide an optical device which makes it possible to see with one of the eyes an undeformed image and with the other an image deformed in one direction and in a variable manner, that is to say that it is not not a linear deformation which would only have the effect, for example, of multiplying by a constant coefficient the width of all objects.
The deformation is variable, in the sense that distances, equal in the observed representation, but which are placed at different places of this representation, become unequal in the distorted image. It is still possible, and this accentuates the impression of relief, to observe with one of the eyes an image distorted with a certain law of variation and with the other eye an image distorted according to another law of variation. When the two images are deformed, they must be differently, the difference can simply result from the fact that the curves corresponding to the two laws of variation of the deformations are symmetrical.
When there are two distorted images, one for each eye, they can be produced by two separate optical devices or by a single device. We will come back to the nature and composition of this device later.
We can use laws of variation of the deformations of very different rates. In particular, it is possible to produce a progressive stretching of the image from one edge to the other. Such an image can be observed by one eye, while the other eye observes the undeformed image or even distorted in the opposite direction, that is to say stretched from the edge of the image where fi- nit stretching in the first case.
We can thus see that the linear perspectives, as well as the surfaces, appearing in the observed representation, vary more and more strongly, in the direction of the stretching and more when these perspectives or surfaces cover a larger field. , which is the case when a subject is close, when these perspectives or surfaces cover a more restricted field, therefore if the subject is further away. It therefore seems that the recording axis of the representation (this axis being the shooting axis if it is for example a photograph) has moved in a given direction. For the second distorted image (stretching from the opposite edge of the image) the recording axis appears to have moved in the opposite direction to the first.
However, if one draws on a vertical flat surface, vertices equidistant from one another, the eyes of an observer being situated on either side of an imaginary axis, normal to the flat surface and the transverse sizing in its center, these eyes will see most of the surface at an angle and will therefore see the distance between two consecutive verticals decreasing from one side edge to the other of the surface and this-
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ci in opposite directions for each eye, therefore as if the verticals had been moved in a decreasing manner, in opposite directions for each eye.
If the eyes are located on the same side of the imaginary axis, the verticals seem to have moved in the same direction, but in different amounts for each eye.
It follows from the foregoing that each eye perceives with respect to a representation, the recording axis of which would be situated between the two eyes and at an equal distance from each of them, a displacement of the subjects represented, in opposite senses for each of the eyes. or, if the eyes are located on the same side of this recording axis, in the same direction. but with different values for each eye.
On the other hand, it is known that the volumes are represented in a flat representation by means of perspectives or "elusive". These escapees, when moving in front of real subjects, seem to move faster in their near portion than in their far portion. A similar effect occurs when traveling in a fast vehicle: close subjects seem to have a higher speed than distant subjects. It would therefore seem that the vanishing lines pivot around an imaginary axis passing through their point of convergence on the horizon line. Consequently, the eyes perceive a greater difference between them for the perspectives relating to close subjects, than for them to the subjects.
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distant.
What has just been said shows that the images distorted in accordance with the invention are similar to the results of binocular vision.
This is why when two images stretched in opposite directions, as indicated above, are seen in a stereoscope or by any other equivalent (polarizing glasses, etc.), they give the illusion of the "third dimension" , even if we swap the image for the right eye with that for the left eye. The illusion of relief is obtained artificially, but under conditions close to reality; it suffices that the normal relief effect exists for certain parts of the observed representation, the psychological effect helping, automatically entails the perception of the relief of the whole of the observed representation, the brain having great difficulty in conceiving objects, which it is used to seeing emerging, forming "hollow" and vice versa.
So the more detailed an image is, the more subjects it will include "normally" in relief and the overall effect will be all the more accentuated. Good photographs and especially film images include a lot of detail, especially when they are in color. The "observer, even informed, does not succeed in dissociating the elements" normally "in relief from the others, the whole of the observed representation appearing to him correct in depth.
The effect obtained by stretching the images can still be achieved by producing a gradual shortening of the image from edge to edge. It is still possible to induce a declining stretch from one edge followed by a progressive shortening towards the other edge. The values of stretch and shortening, in this case, can be chosen so that the resulting change in the distance between the two edges of the image is small or no.
There are therefore a large number of possibilities for the deformations of the images provided for each eye.
The image perceived by an eye can be:
1) stretched in one direction, variably.
2) shortened in one direction, variably.
3) stretched degressively from one of its edges and gradually shortened towards the other edge.
4) stretched in its marginal parts, the stretch decreasing
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from each edge to the central part.
5) shortened in its marginal parts, the shortening decreasing from each edge towards the central part.
The illusion of relief is obtained when;
1) one eye perceives an image distorted according to one of the modes just mentioned, the other eye perceiving simultaneously, or almost simultaneously, an image distorted according to the same mode or another of these modes, on condition: a ) that the deformation modes chosen for the two images are different. b) if the deformation modes are the same, that the deformations are carried out for each eye, from opposite edges of the observed representation. c) if the modes of deformation are the same and if the deformations occur, for each eye, from the same edge of the representation, that the laws of variation of the deformations are different.
2) one eye perceives an image deformed according to one of the modes which have just been mentioned, the other eye perceiving a practically undeformed image of the observed representation.
We have seen previously that, in the case where the deformation of the image is made by stretching certain parts and shortening of other parts, it is possible to arrange so that the distance between the edges of the image is not noticeably modified by deformation. In other cases, the distance between the edges of the image, as seen in binocular vision, as seen in binocular vision can be brought back to approximately its normal value, where appropriate, either by using an image distorted by stretching for one of the eyes and distorted by shortening for the other eye, or again by causing, before, during or after the distortions, an overall modification of the image.
This is how the image which is variably stretched will be shortened as a whole, but it must be understood that this is not a second variable deformation, but on the contrary a constant shortening. , therefore of a modification as linear as possible. One can admit a strain which does not vary absolutely linearly, but the variation of the strain must be weak, so as not to destroy the effect aimed by the principal strain.
The laws of variation of the deformations of the images which have been discussed so far can in principle be arbitrary, with the exception of the sole case of two images, one for the right eye, the other for the eye. left, both constantly deformed from edge to edge. However, excellent results are obtained by choosing deformations varying according to arithmetic or geometric progressions, the reasons for these progressions may be the same if the deformations are of opposite signs (stretching for one of the images and shortening for the other) or if they are of the same sign, but are made from opposite edges of the image (symmetrical distortions).
As stated above, in order to produce the desired deformations, a single optical device or two similar or different optical devices are required. Means are also required for practically simultaneous vision of the image for the right eye and that for the left eye.
Many solutions can be considered:
1 / A refractor and / or reflector assembly is used which is divergent for the eyepiece, and for the objective, which is convergent or formed of cylindrical or similar elements. The resulting image is stretched.
2 / The refractor and / or reflector assembly is this time convergent for the eyepiece and, for the objective, diverge or formed of cy-
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lindrical or the like. The image is shortened.
3 / The refractor and / or reflector assembly converges for the eyepiece and forms cylindrical or similar elements for the objective.
The image must be straightened by means of prisms or similar means.
4 / The refractor and / or reflector assembly is convergent-diverge or vice versa for the eyepiece and for the objective, diverge-converge or vice versa or is formed of cylindrical or similar elements. The image is stretched on one side and shortened on the other., Convergent-diverging or diverging-converging sets can have the shape of an S, with a convex part next to a concaveo part Refractors can still have the form of menisci. Each of these has a converging part alongside a divergent part. The sign, negative or positive, of the focal length of the refractor is determined by the influence of the curvatures of the two faces at corresponding points, determined by the angle of sight.
If for a pair of corresponding points of the refractor, the concave curvature of one face is more accentuated than the convex curvature of the other face, there is divergence, and vice versa. The divergences and convergences can be calculated in order to obtain the desired law for the variation of the deformations.
It should be noted that S-shaped lenses for the ocular can be associated with menisci forming the objective and vice versa.
5 / Each of the elements of the refractor and / or reflector assembly can have the shape of a torus.
6 / Each of these elements can still be spherical in shape, but this complicates the coincidence of the two images for both eyes.
7 / It is also possible to use reflectors and refractors, one side of which, or possibly several sides for refractors, has two cylindrical or similar curvatures, with normal axes, one of these curvatures causing the variable deformation necessary for the perception of the relief, the another compensating for the modification of the distance between the two edges of the image. A means of making elements of this kind is shown schematically in figure 5.
A knife 1 connected to a machine and whose flat blade conforms to the shape of one of the curvatures, performs a back and forth movement on the material to be cut 2 and this, not in a rectilinear path, as for a surface ordinary cylindrical, but indeed follow a curvilinear trajectory 3dans the direction of the depth, this trajectory being a curve, concave or convex, conforming to the second desired curvature. Such refractors and reflectors can in particular be used in the assemblies considered above.
Common considerations can be formulated for the various optical devices described. The focal length of a divergent portion of an element, either of the eyepiece or of the objective, must be less in absolute value than that of a corresponding portion, but convergent of an element, or of the lens or the eyepiece.
Certain portions of the eyepieces or objectives may have optical axes offset with respect to each other or have optical axes inclined relative to the optical axis of the assembly. It is thus possible to increase the variation of the deformation and to improve the sharpness.
The law of variation of the deformation of the image can be determined at will by using for the sets described or for portions thereof elements with variable curvature, that is to say whose focal lengths vary by point to point.
An exemplary embodiment of stereoscopic glasses produced by means of divergent-convergent menisci will be given below. The chosen deformation is a shortening on one side followed by a stretch on the other side. The deformation varies according to an arithmetic progression.
If we consider the observed representation as being divided in the direction
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horizontal in bands of width equal to 1, these bands, after deformation for the left eye, will have widths of: 0.75 0.77 0.80 0.84 0.89 0, 95 1.02 1.10 1 , 19 1.29 1.40 1.52 In the distorted image for the right eye, the bands will have widths of: 1.52 1.40 1.29 1.19 1.10 1.02 0.95 0.89 0.84 0.80 0.77 0.75 To achieve this result, total focal lengths are required for the lens which are:
for the left eye -3.00 -3.35 -4.00 -5.25 -8.09 -19, o0 51.00 11.00 6.26 4.45 3, 50 3.00 and for l right eye 3.00 3.50 4.45 6.26 11.00 51.00 -19.00 -8.09 -5.25 -4.00 -3.35 -3.00 For the placed eyepiece at 1 cm from the lens, the total focal lengths will be:
- for the left eye
4.00 4.35 5.00 6.25 9.09 20.00 -50.00 -10.00 -5.26 -3.45 -2.50 -2.00 - and for the right eye - 2.00 -2.50 -3.45 -5, 26 -10, 00 -50.00 20.00 9.09 6.25 5.00 4.35 4.00
The menisci can be made from plexiglass with a shape such as that given schematically in figure 6.
The lens 4 has a convex face 5 whose radii of curvature are in cm., Respectively: - for the left eye
17.75 15.00 12.50 la, 25 8.25 6.50 4.52 3.17 2.37 1.88 1.57 1.38 - and for the right eye 1.38 1.57 1 , 88 2.37 3.17 4.52 6.50 8.25 10.25 12.50 15.00 17.75 Similarly for the concave face 6 of the lens 4, the radii of curvature are in cm. , respectively of:
- for the left eye
1.38 1.51, 1.73 2.09 2.713.86 5.50 7.50 9.75 12.25 15.00 18.00 - and for the right eye 18.00 15.00 12.25 9.75 7.50 5.50 3.86 2.71 2.09 1.73 1.51 1.38 The eyepiece 7 has a convex face 8 whose radii of curvature are respectively - for the left eye
1.79 1.89 2.07 2.37 2.86 3.75 5.49 9.28 11.00 13.00 15.00 17.00 - and for the right eye
17.00 15.00 13.00 11.00 9.28 5.49 3.75 2.86 2.37 2.07 1.89 1.79
The concave face 9 has radii of curvature of:
- for the left eye 17.25 14.50 12.00 9.75 7.75 6.00 4.50 3.25 2.12 1.52 1.15 0.94 - and for the right eye
0.94 1.15 1.52 2.12 3.25 4.50 6.00 7.75 9.75 12.00 14.50 17.25
It is easy to verify that the law chosen for the variation of the deformation gives the illusion of relief.
Indeed, if we consider a segment covering the width of the fifth band, from the line, the deformation ratio for the two eyes is 1.1 / @@ = 1.23 0. 89
On the other hand, if we consider a segment covering the width of the fourth and fifth bands from the line, the ratio of the deformations for the two eyes. is 2.29 / @@ = 1.32 1.73
So a longer segment will produce a greater difference between the two eyes than a smaller segment.
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However, the perspectives and surfaces of close subjects embrace a portion of the lateral fold field that is important than the perspectives and surfaces of the same subjects, if they are more distant, which are represented in smaller dimensions. We see that, in the variation of the deformations chosen, the perspectives and surfaces of the close subjects create differences, between the visions of the two eyes, greater for the close subjects than for the distant subjects. We therefore have the illusion of relief.
Having created the desired distorted images of a certain representation, it is still necessary to examine the possibilities existing for the observation of the relief image, which is reformed from the distorted images.
When, by means of a concave, cylindrical or the like reflector assembly, one looks at representations formed or placed after the focal point, preferably close to the latter, for example at the center of curvature, the eyes, for example. as a result of their spacing, see the formation of the image of the representation used in different places of the reflector. This one having a variable curvature calculated in order to produce a divergence or an increasing convergence of the incident rays approaching its edges, each eye sees, from the starting representation, an image coming from a part of the reflector whose curvature in this place presents some difference from that of the place of the reflector where the image is formed for the other eye. Because of this, each eye seems to perceive a different image.
When the variation in curvature of the reflector is judiciously chosen with a view to providing at least one of the eyes an image deformed according to one of the deformation modes indicated above, the final image obtained gives the illusion of the third dimension " .
It should be noted that the closer the representation used is to the focus, the larger it appears and its images thus cover, for each eye, a larger portion of the reflector; the eyes therefore perceive more difference between the two images seen; a better illusion of the relief being a function of a greater difference between the images seen by the two eyes, it is therefore advantageous for the representation used to be located close to the focus.
For the type of reflector considered, the variation in curvature will be determined with a view to preferably producing an increasing divergence of the incident rays approaching the edges of this reflector; now, several rays falling on a concave reflector converge less strongly when the curvature of this reflector has a radius, and therefore a focal length, longer than when the curvature is more accentuated; this is why the curvature of such a reflector must here be greater at the center than towards the sides, the variation in curvature taking place continuously from the center towards these sides.
It is also preferable, but not absolutely essential that the surface bearing the observed representation be curved, the concave face being turned towards the reflector, this curvature influencing that of the reflector and making it possible either to reduce the latter or to obtain a greater variation in the deformation of the image; this curvature of the surface carrying the representation also prevents the image from appearing curved.
We can still place the representation before the focus of the reflector, but the illusion of relief is less because the images seen by both eyes; form on the reflector quite close to each other and therefore show only small differences.
If a convergent, cylindrical or similar refractor assembly is employed, a representation formed or placed after the focus will be seen once again by both eyes with the illusion of relief, if the refractor is given the desired curvature for obtain distorted images, under the conditions set out above. Here the variation in curvature should preferably cause an increasing divergence of the incident rays approaching the edges of the refractor.
Another: Ibis, if the representation is placed before the foyer,
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the illusion of relief is less.
It is also possible to use a diverging, cylindrical or the like refractor assembly. The reflectors and refractors can be in the shape of a torus or a sphere or they can have two cylindrical curvatures in normal directions.
The restoration, if necessary, of the distance between the edges of the images can be carried out in various ways, in particular: a) by adding, to the projector of the representation or to the camera, a lens causing a general deformation, the opposite of that caused for the illusion of relief, b) by narrowing or widening the representation by electronic means, if it is formed on the screen of a cathode-ray tube, c) by projecting the representation, via the reflector or the refractor itself, on a suitably placed screen, d) adding a reflector or refractor assembly producing the necessary additional deformation, e)
by cutting or molding refractors whose two faces each have a curvature, the combined effects of which reproduce a suitably proportioned image.
With regard to the refractors and reflectors described, a digital example similar to that given above for stereoscopic glasses can be given. To produce a refractor for a representation formed on a television screen, for example, the law of variation of the deformation due to the refractor is first chosen. Assuming it is divided into bands of width equal to 1, these bands, after deformation, will have the following widths:
EMI10.1
1.3 6 1.22 1.10 1.00 oye92 os, 86 oye82 os80 oye82 os86 0, 92 1.00 0.10 1.22 1.36
It is assumed that the refractive index is 1.5 and that a biconvex cylindrical lens of variable curvature is used.
The radii of curvature, in cm., Taken at points separated by arcs with central angles of 5, are as follows:
107 63 45 35 29 25 22 20 22 25 29 35 45 63 107
A spherical lens or an equivalent assembly is interposed between the screen of the cathode ray tube or of another observed representation and the cylindrical lens, as close as possible thereto. The focal length of the spherical lens is 22.5 cm. The cylindrical lens is placed 18 cm from the screen of the cathode ray tube or the representation observed. The screen or representation may be as small as 8 cm wide, with the optical device chosen producing an enlargement.
A reflector can be produced which, as will be seen later, can be used for cinema in relief, from an ordinary film by adopting a curvature which could be that of a flexible rod bent by a cord fixed to its ends like a bow. The resulting curve can be proportionally enlarged in any direction.
The curvature is more accentuated in the center than towards the sides.
Two series of systems have been described: the first comprising sets applicable in front of each eye and giving two different images, at least one of which is distorted; the second in which we directly see the relief image reforming. These systems are used as well for direct vision as for reproduction, shooting, printing and projection of images which can then be used by ordinary relief processes (stereoscopes, polarized light, anaglyphs, etc. ). The shooting objectives then respectively take the place of each eye and record the image as each of them sees it.
They also allow
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to create certain special effects that can be used in cinematography and television When a camera moves sideways in front of one of the systems described above and in which the relief image can be seen directly, or when this camera is simply provided with one of the optical devices previously described and producing the distorted images and moves in front of the observed representation, the viewer has the sensation of walking around the camera. subject of the image.
The reflectors described above are particularly suitable for cinema. Thus by means of an apparatus 10 (FIG. 7) a film or any representation is projected onto the screen 11, judiciously placed, depending on the type of reflector used, either directly or through the intermediary of the reflector 12 itself. , in which the spectator 13 sees the succession of images of the film reformed in relief. The loudspeakers, if possible covered with a horn making them directional, are preferably directed towards said reflector and are placed if possible where the screen is located. The sound thus appears to emerge from the portion of the space located near the focus of the reflector, that is to say where close to the zone where the image is reformed.
In the case of stereophony, the loudspeakers are placed at a certain distance from each other, the sound relief being thus perfectly rendered. The sound intended for the left ear must be emitted by one or more loudspeakers placed to the right of the screen and directed towards the right of the reflector and vice versa.
The refractors described are more particularly suitable for television. They are then placed in front of the television screen on which it is possible, if necessary, to produce a narrowed or enlarged representation, which will give rise to an image having normal proportions, after refraction.
The image is reformed in relief, for the spectators, in the refractors themselves. One can, for example, place between the screen of a television apparatus and the viewer, the plano-convex lens of FIG. 3, the planar face, turned towards the viewer, forming the stereoscopic screen.
To avoid too great a distance between the screen of the tube and the lens, it is advantageous to insert a spherical lens acting as a magnifying glass, which even allows the use of a cathode ray tube whose screen has dimensions reduced since the image seen by the spectator is enlarged.
It is then a virtual image, but it could be real, provided that the viewer is at a sufficient distance from the television set.
The optical devices applicable in front of each eye are suitable either for stereoscopic spectacles usable with ordinary representations, such as photographs, tables, motion pictures, television screens, etc., or to be adapted to enlargers or photographic printers and thus make it possible to produce stereoscopic pairs from ordinary negatives, either to be adapted to cinematographic printers, for the same purpose, or to be applied to cameras, as has already been done said, or also to projection devices.
In the latter case, the images suitable for both eyes and reproduced on the screen are perceived by each of them by means of polarizing glasses.
One can provide an apparatus placed at the objective of a projector 14 (fig. 8), or constituting itself the objective and which selects, deforms judiciously (15 and 17), polarizes (16), restores the proportions ( 18 and 19) and converges on a suitable screen two images (20) coming from each of the images of the film, which are therefore the starting representations.
We can still use other methods, - one obtains side by side two identical images to each image of a film by addition, to the objective of the projector of prisms or mirrors, one intercepts these images at the
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By means of the optical devices described above and which produce the desired deformations of the two series of images, the deformed images are reconverted onto the screen by means of prisms or mirrors, possibly by pivoting some of the first prisms or mirrors, while polarizing these images by means of filters suitably oriented with respect to each other (the superposition not allowing at this moment any light to pass), these filters being arranged along the light path taken by each of the images.
With some of the reflectors and refractors considered above, the convergence takes place on its own and the second set of prisms or mirrors becomes superfluous. These reflectors or refractors can, in some cases, be placed directly in front of the objective, side by side, the natural shift of the image caused by them and sometimes the very absence of such shift, compensated by the inclination of the reflectors or refractors sufficient to give the images a convergence allowing their perception, without fatigue of the eyes. It is therefore possible to eliminate not only the prisms or the mirrors, but also the polarizing filters. These reflectors or refractors can be manufactured for this purpose in a single piece, but it is necessary to provide a separation in their middle, in order to allow a better selection of the two images.
When we have at our disposal an ordinary objective producing an aberration of dimension on the sides of the image, it suffices to add to this objective two polarizing filters, placed side by side and suitably oriented one by one. compared to the cave, like those in figure 9.
It should be understood that the invention is in no way limited to the various embodiments described and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present patent.
CLAIMS.
1. - System for the vision of relief, characterized in that at least one optical device giving at least one deformed image, preferably in one direction, of a representation of at least one object, this deformation not being constant in the various zones of the image, means being provided to allow the vision, by only one of the eyes of the observer, of the distorted image, means being furthermore provided for showing the 'other eye, another image of said representation.