CN1829931A

CN1829931A - 三维图象显示系统

Info

Publication number: CN1829931A
Application number: CNA2004800217569A
Authority: CN
Inventors: 帕特里克·莱维－罗森塔尔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-09-06
Also published as: EP1651995A2; US20060203363A1; FR2858692B1; WO2005017602A3; WO2005017602A2; FR2858692A1; JP2007501950A; CA2534409A1

Abstract

本发明涉及用于再现三维图象的系统，包括：用于接收和再现图象的移动屏幕(10)；用于在空间从屏幕产生图象(18)的光学设备(20、22)；同步装置(32)，其使所产生的图象的特性及屏幕的位置与观察者(12)相对于系统的空间位置同步，使得一方面图象总是保持在观察者的视野内，另一方面在屏幕上获取的视角对应于观察者的位置特别是观察者的脸的位置。

Description

三维图象显示系统

本发明涉及用于再现三维图象的系统，这样可从不同角度观察场景。

现有的用于再现三维图象的不同系统包括：全息系统、要求佩戴眼睛的系统、菲涅尔(Fresnel)透镜系统等。

本发明起因于本领域已知所述系统不允许轻松观看可从不同角度和不同轴向看到的场景。在此使用的“场景”是指元素，即一个或多个物体、一个或多个人、一个或多个动物、植物、景观等。

本发明提出了实现这一功能的三维图象发生系统。

因此，根据发明的系统包括：

-接收和再现图象的移动屏幕；

-用于从屏幕产生图象并提供3D效果的装置；及

-依据观察者相对于系统的空间位置调整屏幕及所再现图象的位置的同步装置。

在这些情况下，如果出现在屏幕上的图象由包含或从不同视角接收场景图象的计算机系统提供，则同步装置将提供对应于观察者位置的图象并确保屏幕的某一位移使得观察者总能看到图象。

在一实施例中，从不同视角捕获的图象可从存储器取回。

在另一实施例中，出现在屏幕上的图象由依据观察者的位置从不同视角捕获场景图象的设备提供。

例如，同步装置使得所再现图象的视角随观察者的移动按比例变化。在另一实施例中，为使观察者相对于系统的移动最小，所再现图象的视角以比观察者的移动更快的方式变化。

在一实施例中，系统包含用于实时观测观察者的空间位置的图象捕获设备，如至少一摄像机。观察者的位置由观察者身体的一部分的位置确定，最好是至少下述部分之一：眼睛、鼻子、手、脚。

例如，可能使用软件产品检测身体的一部分，如由澳大利亚的Society Seeing Machine公司发布的产品。

根据一实施例，系统包括一方面用于检测面部部分如眼睛或鼻子的检测装置，另一方面还用于检测观察者身体其它部分特别是手甚至双手的检测装置。在这种情况下，检测观察者手(或身体另一部分)的检测装置在观察者观看三维图象的区域内探测手的存在，且系统包含用于产生所述手探测装置与图象发生或选择装置的交互作用的装置。因此，由手在实际上是软的物体上产生的压力引起所述物体变形，或手的动作引起物体移动。通常，手或身体其它部分与场景的交互作用可修改虚拟场景的其它参数，例如其颜色或结构。

因此，观察者与三维可见的虚拟场景的交互作用(即，所产生图象与屏幕随观察者相对于系统的空间位置移动的同步)可以两种方法实现：

根据第一方法，观察者的移动特别是其面部的移动，引起虚拟场景不同视角的再现。例如，如果观察者先坐下再站起来，其从物体前面经过到所述物体的上面。根据第二方法，手的动作引起虚拟物体的改动或移动。

根据本发明的系统应用非常多。下面列出一些可能的应用，但不用于限制其范围：电视、录像、电影和信息技术。特别地，本发明可被用于表现虚拟对象，尤其是用于在商店或通过传播即因特网出售的对象。

本发明还可用于视频会议。因此，在应用于视频会议的实施例系统中，上述类型的系统提供给至少一个对话者，在第一地点的所述系统包含传送信号以指示观察者位置的装置及将所述指示观察者位置的信号传输给位于第二地点的图象捕获设备的装置，第二地点处有第二观察者，这些设备传递第一地点的观察者位置(即眼睛的位置)所需的角度。例如，第二对话者(在第二地点)的摄像机移动以在第一地点提供对应于第一对话者所需角度的第二观察者的视角。

作为变化，为防止发射摄像机的移动，摄像机系统在一地点包括两个捕获对话者图象的摄像机，其同时将它们在不同角度的图象发送给另一地点的三维视觉系统，且在所述另一地点，系统包含再现第二对话者3D图象的装置。在本实施例中，在两个对话者之间传输信息的数量比视频会议系统的第一实施例多两倍。

无论根据本发明的系统的应用是什么，三维效果可以不同的方式获得。

根据一实施例，光学设备如一个或一组镜面连接到屏幕，其将来自屏幕的图象反射到观察者眼睛所看向的空间位置。

在这种情况下，例如，系统包含分别修改屏幕位置和光学设备位置的装置。

在一变化中，屏幕和光学设备连接到外壳或底座，并具有相对于所述外壳或底座的固定位置，所述外壳或底座具有用于使其移动的命令装置，如在两个正交轴方向移动。

当光学设备具有至少一镜面时，该镜面具有例如球面或抛物面形状。

因此，本发明涉及再现三维图象的系统，包括：

-接收和再现图象的移动屏幕；

-用于在空间产生屏幕图象的光学设备；及

-同步装置，其使所产生图象的特性及屏幕位置与观察者相对于系统的空间位置同步，以一方面实现图象永久保持在观察者的视野内，另一方面实现在屏幕上获取的图象视角对应于观察者的位置特别是观察者的脸的位置。

在一实施例中，系统包括存储同一场景的大量多视角图象的存储器，同步装置再现对应于与观察者位置相关的视角的图象。

在一变化中，系统包括捕获场景图象的命令设备，在同步装置的协助下，其使从对应于观察者位置的视角捕获图象成为可能。

在这种情况下，摄像机可依据观察者的位置移动。

这一变化中，具有至少两个用于提供同一场景的两个视角的摄像机或类似设备，同步装置包括处理装置，其从两个视角再现对应于观察者位置的视角。

在一实施例中，系统构成可用于视频会议的系统，并包括用于为远程对话者再现使用该系统的对话者的图象的图象捕获设备。

在一实施例中，同步装置包括检测观察者脸或脸的一部分特别是眼睛的位置的检测装置、及用于检测观察者身体的其它部分如手或脚的位置的检测装置、以及处理装置，从而身体其它部分的出现和移动引起所捕获的三维图象的变化，例如该变化是移动变形或结构或颜色的变化。

例如，光学设备具有固定位置。

在一变化中，系统包括底座，其在一端连接到屏幕，在另一端连接到光学设备。其中屏幕和光学设备连接到该底座，且同步装置包括用于改变底座位置的装置。

最好，光学设备包括至少一个球面或抛物面镜。

本发明进一步的特性和优点将在说明书的一些实施例中描述，说明书通过参考下列附图描述：

图1是根据本发明的系统实施例方案；

图2和图3是根据本发明的另一系统实施例方案；及

图4是使用本发明的系统的方案。

在图1所示例子中，根据本发明的系统包括从计算机(未示出)甚或在来自电视系统如视频会议系统的线上接收图象的屏幕10。屏幕可以是，例如液晶、等离子或阴极射线管屏幕。

图象发生设备连接到屏幕，其依据观察者的位置特别是观察者的脸最好是观察者的眼睛12提供场景的画面。屏幕10连接到垂直支撑14，垂直支撑连接到命令设备以使支撑14绕其轴移动。而且，由于第二命令装置连接接合点或支撑14，屏幕10可绕水平轴移动。所述第一和第二命令装置依据观察者12的位置调整屏幕10的位置，从而观察者12可看见的三维的虚拟图象18可永久保持在其视野中。

系统包含光学设备，其包含两个抛物面镜20和22。当观察者站在图1中可见的位置12时，且当屏幕保持在位置10时，屏幕上的图象被反射在抛物面镜20的上部24，随后再反射到同一抛物面镜20的下部26以聚焦在位置18。当观察者从位置12移动到位置12’，屏幕移到图1中虚线表示的位置10’。屏幕产生的图象被抛物面镜22的上部28反射，随后再被所述抛物面镜22的下部30反射，并聚焦在相同位置18。

观察者的位置由设备检测，其包含摄像机32及识别观察者身体如脸的一部分特别是眼睛的装置。

3D效果是由于屏幕图象被聚焦在一个空间点，因此观察者不会有观看屏幕的感觉，而是看见对象浮在空中。此外，当观察者移动时，3D效果被图象的同步放大。

在图2和图3所示的另一实施例中，提供了屏幕36及带有两个转播镜38和40的光学设备，屏幕与镜38和40的组合被连接到外壳或底座42，外壳或底座连接到命令装置，命令装置使所述底座绕水平轴和纵轴46移动。

屏幕36及镜38和40 42具有依赖于底座的固定位置。因此，如图3中所见，外壳42包括面与镜40相对的很宽的正面开口48。且虚拟图象在正面开口48之前形成。

系统的正面部分包含在其上部的用于检测观察者脸部的一部分如眼睛或鼻子的位置的摄像机50。此外，在其下部提供了两台摄像机52和54，其用于在观察者的手靠近开口48时即靠近虚拟对象聚焦位置时检测它们的位置。

在一变化中，摄像机50用于同时检测脸的一部分的位置和手的位置。

当然，依据虚拟对象和观察者之间所需的交互作用，摄像机和相关的处理装置可被安排以检测身体的其他部分。例如，在一变化中，如果是依靠虚拟球进行的游戏，摄像机52和54(或摄像机50)被安排以检测观察者的脚。

图4是视频会议系统的方案，其提供3D图象并对每一对话者同时包含如图1或图2、3所示的系统60、62。

每一系统60、62包含上面关于图1、2和3所述的不同元件，即用于检测观察者的脸部特别是眼睛的位置的摄像机(未在图4中示出)。

在该系统中，所提供的图象具体是对话者的脸。换句话说，提供给系统60的观察者64的图象是系统62的观察者66的脸的图象。

为使观察者66被观察者64看到的角度对应于所需角度，所需角度由观察者64的眼睛的位置决定，摄像机70被连接到系统62及用于沿轨道72移动所述摄像机的装置，这样，摄像机就能在观察者64所需的角度获取观察者66的图象。

同样，连接到系统60的摄像机74沿轨道76移动，该摄像机74以观察者66所需角度即根据对话者66眼睛的位置将对话者64的图象提供给观察者66。

在一变化中，两台摄像机(未在图中示出)连接到系统60、62，其提供观察者的两个不同的视角，所述视角传送给另一对话者的系统。在这种情况下，系统包括用于从两个接收到的画面提供对应于另一端的观察者所需角度的画面的处理装置。

当然，本发明不限于这里所描述的具体实施方式，其还包括各种变化。特别地，可使用不同于摄像机的图象捕获设备。因此，假设系统是全息系统，激光系统可用于捕获图象。

Claims

1、用于再现三维图象的系统，包括：

-用于接收和再现图象的移动屏幕(10、36)；

-用于在空间从屏幕产生图象(18)的光学设备(20、22、38、40)；

-同步装置(32)，其使所产生的图象的特性及屏幕的位置与观察者(12)相对于系统的空间位置同步，使得一方面图象总是保持在观察者的视野内，另一方面在屏幕上获取的视角对应于观察者的位置特别是观察者的脸的位置。

2、根据权利要求1的系统，还包括依据观察者的移动修改所要再现的图象的视角的设备。

3、根据权利要求1或2的系统，其中系统包括用于实时检测观察者空间位置的设备。

4、根据权利要求1到3任一所述的系统，包括其中存储有同一场景在多个视角的大量图象的存储器，同步装置在此再现对应于与观察者位置相关的视角的图象。

5、根据权利要求1到3任一所述的系统，包括通过同步装置捕获场景图象的命令设备，其以对应于观察者位置的角度捕获场景图象。

6、根据权利要求5的系统，其中图象捕获设备(70、74)可依据观察者的位置移动。

7、根据权利要求5的系统，其中图象捕获设备为至少两个用于捕获同一场景的两个观察者角度的摄像机或类似设备，同步装置在此包含用于从该两个视角再现对应于观察者位置的视角的处理装置。

8、根据前述权利要求之一的系统构成可用于视频会议的系统，其中所述系统包括用于为远程对话者再现使用该系统的对话者的图象的图象捕获设备。

9、根据前述权利要求之一的系统，其中同步装置一方面包括用于检测观察者的脸或其中一部分特别是眼睛的位置的装置，另一方面包括用于检测观察者身体其他部分如手或脚的位置的装置以及处理装置，从而所述身体其他部分的出现和移动修改在三维环境获取的图象，该修改用于例如移动、变形或结构或颜色的变化。

10、根据前述权利要求之一的系统，其中光学设备(20、22)具有固定位置。

11、根据权利要求1到9之一的系统，包括一端连接屏幕(36)、另一端连接光学设备(38、40)的底座(42)，其中屏幕和光学设备连接到所述底座，同步装置包含用于修改底座位置的装置。

12、根据前述权利要求之一的系统，其中光学设备包含至少一个球形或抛物形镜面。