EP1649316A1 - Systeme de restitution d images variables avec l'angle de vue - Google Patents

Systeme de restitution d images variables avec l'angle de vue

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Publication number
EP1649316A1
EP1649316A1 EP04767756A EP04767756A EP1649316A1 EP 1649316 A1 EP1649316 A1 EP 1649316A1 EP 04767756 A EP04767756 A EP 04767756A EP 04767756 A EP04767756 A EP 04767756A EP 1649316 A1 EP1649316 A1 EP 1649316A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
screen
light
image
pixels
images
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04767756A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Yves Di Robin-Champigneul
Georges Buchner
Olivier Gachignard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom SA filed Critical France Telecom SA
Publication of EP1649316A1 publication Critical patent/EP1649316A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays

Definitions

  • the present invention relates to the reproduction of images, and in particular systems making it possible to restore an image with a feeling of relief.
  • a first existing rendering system makes it possible to display several images simultaneously on the same screen 1, and is illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • This system includes several image sources, most often 4, each image being made up of a multitude of bright pixels.
  • the pixels of the different sources are interlaced: the pixels of the same source are identified by the same reference number between 1 and 4 in the sequences on the left of the figure.
  • This system also includes cylindrical lenses arranged vertically. These lenses form a lenticular network 2 applied to the screen 1. A set of horizontally interlaced images is formed on the screen. The lenticular network returns each of these images in a different direction sector. The impression of relief consisting in sending a different image to the right eye and the left eye of the observer, it is necessary that the width of the sector where an image is visible is of the order of magnitude of 1 spacing from the eyes of the observer located at the average viewing distance.
  • the two eyes of an observer (the observers are identified by block letters, and their eyes by crosses; the mixed lines correspond to the axes of shooting of the image) and thus view two different images, which makes give rise to a sensation of relief (case of observer A).
  • a slight displacement of the observer also implies that the image seen is modified. Because of the spatial periodicity of the groups of 4 pixels and that of the lenses, the sequence of 4 images is repeated identically in the neighboring sectors, as illustrated in FIG. 2.
  • This system has drawbacks. This system uses complex control of the various point sources and a complex and costly lenticular network in order to generate each image in a sector of the viewing environment. In particular, this system requires extremely precise alignment between the screen and the optical system. In addition, the geometric differences tolerated between the observation sectors must be very limited, which implies a very high manufacturing cost and limits the angular observation area for different images.
  • the use of sets of contiguous images reverses or distorts the relief (pseudoscopy) when an observer presents an eye in one set and the other eye in another set (case of observer B).
  • a second solution consists in using active glasses, the transparency or opacity of which is synchronized with the image of the screen.
  • the image displayed alternately comprises an image intended for the right eye and then an image intended for the left eye.
  • the glasses of the glasses using for example liquid crystals are made alternately transparent, in synchronism with the image of the screen which is intended for them. Such glasses are heavy and expensive, require power, and wiring to synchronize with the screen.
  • the invention therefore proposes an image restitution system comprising: at least one input for the reception of respective image signals simultaneously, these image signals corresponding to different images and comprising pixel signals, a screen having a plurality of pixels with variable optical transmissibility; at least one light source for each image signal, projecting light onto the screen, each source being associated with a set of pixels; a device for channeling the light from each light source exclusively to the set of associated pixels; a sequential ignition control of said light sources; a device for controlling the transmissibility of the screen pixels, applying the pixel signals on the screen so as to multiplex the display of the different corresponding images on the screen, synchronizing the display on the screen with an image corresponding to one of said image signals with the ignition of the source associated with this image signal, and driving the pixels to display each image on one of said respective sets of pixels on the screen; -a Fresnel lens disposed on the path of light passing through the screen; the Fresnel lens, the screen and
  • the system includes an alignment grid interposed between the sources and the screen, transmitting the light generated by each source exclusively to its associated set of pixels.
  • the channeling device consists of light deflectors, such as prisms or mirrors, directing the light coming from a source exclusively towards its associated set of pixels.
  • the light deflectors consist of lenses focusing the light coming from a source exclusively towards its associated set of pixels.
  • the light deflectors are reflectors. Adjacent light sources can also be provided.
  • the light sources are slightly spaced and the system comprises diffusers arranged on the light path between the sources and
  • the system comprises several generators of respective image signals, signals corresponding to respective images of the same object from different points of view, the generators being connected to the signal reception input.
  • the generators consist of a computer generating said image signals from a modeled object.
  • the generators consist of a computer generating the image signals by processing the same image of the object.
  • the invention also relates to a set of such systems having the same screen in common.
  • the invention also relates to a method for restoring images, comprising the steps consisting in: receiving simultaneously several image signals corresponding to different images and comprising pixel signals; - sequentially generating a light signal for each image signal by a light source of its own, the light signals being synchronized with the display on the screen of an image corresponding to the respective image signals; -project the light signal on a display screen (2), channeling each light signal generated exclusively to a set of screen pixels associated with this signal; applying the pixel signals on the screen to multiplex the display of the various images on the screen by modifying the transmissibility of the pixels of the screen, the display of the images by the screen being spatially multiplexed; -focus the displayed images to respective respective areas of a screen viewing environment.
  • FIG. 1 a view in horizontal section of a portion of a lenticular network screen
  • FIG. 2 a top view of the observation sectors of the screen in FIG. 1
  • FIG. 3 a view in horizontal section of a portion of an exemplary system according to the invention
  • FIG. 4 a timing diagram of the operation of the system of FIG. 3, FIGS. 5 to 7, views in horizontal section of other systems according to variants of the invention.
  • the invention provides an image reproduction system combining: respective image signals applied to a reception input, a pixel screen with controlled optical transmissibility, a light source for each image signal and a device for controlling the transmissibility of the pixels for multiplexing the display of the various corresponding images on the screen, and a Fresnel lens arranged on the light path crossing the screen.
  • the respective arrangement of the screen, the Fresnel lens and the light sources is such that the light lens converges light from a source towards an area associated with it in the viewing area, so that this convergence is independent of where the rays cross the screen.
  • the nominal plane of observation is that in which the Fresnel lens forms the image of the sources.
  • FIG. 3 A first example of a system according to the invention is illustrated in FIG. 3.
  • the image reproduction system comprises at least one input for the reception of respective image signals simultaneously. These image signals correspond to different respective images. Each image is intended to be viewed in different areas of the viewing environment but must be hidden in other areas of the viewing environment. These image signals include pixel signals.
  • the system comprises a screen 2 having a plurality of pixels with variable optical transmissibility.
  • the screen 2 is intended to display the images in the different zones of the viewing environment 8.
  • the system further comprises at least light sources in number at least equal to that of the image signals.
  • the light sources 71 to 77 are illustrated in the form of a set 1 of light sources. Each light source is intended to project light onto the screen 2, which will selectively cross the screen 2 to display a desired corresponding image in an area of the viewing environment 8.
  • the system also includes a device for controlling the transmissibility of screen pixels. This device applies pixel signals to modify the optical transmissibility of desired pixels. By selectively modifying the transmissibility of a set of pixels and by projecting light onto these pixels, the control device forms an image. The control device applies the pixel signals to the screen so as to multiplex the display of the various corresponding images on the screen.
  • the system further includes a Fresnel lens 3 disposed in the path of light passing through the screen.
  • the arrangement of the Fresnel lens 3, the screen 2 and each light source is such that the associated image displayed by the screen is focused towards a respective zone distinct from a viewing environment 8 of the screen.
  • the observation zone associated with each source extends around the image of the source formed by the Fresnel lens in a volume that the skilled person will be able to determine according to the optical characteristics of this lens.
  • the Fresnel lens therefore ensures the directivity of a given light beam towards an area of the associated viewing environment.
  • the Fresnel lens converges light from a source 76 (here considered as point) to a respective point P in the viewing environment.
  • this convergence is independent of the place where the rays coming from the source 76 cross the screen 2.
  • the display of different images by the system can cover an angular part of the increased observation environment, with simplified source control and also making it possible to multiplex the display of an increased number of images.
  • the control device multiplexes the display of the images temporally.
  • the control device then comprises for example a command for sequential ignition of the light sources 71 to 77.
  • the control device then synchronizes the display of an image corresponding to one of said image signals, with the ignition of the source associated with this image signal.
  • the synchronization of the sources and the display of their respective image on the screen 2 is illustrated by the timing diagram of the figure.
  • the display of 3 images is multiplexed.
  • the system thus presents 3 light sources, associated with the respective images.
  • the system thus displays three different images in three different areas of the viewing environment according to a cycle.
  • the screen display frequency must therefore be n times greater than the cycle frequency, n corresponding to the number of different images whose display must be temporally multiplexed in the viewing environment 8.
  • the synchronization of the sources and of the screen 2 can be managed by an internal command of the system, by a specific internal clock or by a clock external to the system.
  • the control device controls the display of an image while the associated light source is on and the other light sources are off. Thus, when displaying an image, this image is visible only in the zone of the viewing environment which is assigned to it and not visible in the others.
  • Screen 2 preferably has a sufficiently short remanence time so that the image displayed during the ignition of a source is completely erased and replaced by a new image during the next time interval corresponding to the ignition of another source.
  • the system further comprises a device for channeling the light from each light source to a set of screen pixels associated exclusively with this source.
  • the piloting device controls the pixels to display each image on one of said respective sets of pixels on the screen. This produces a spatial multiplexing of the display of the images on the screen. For a given number of different images to be displayed, spatial multiplexing alone or combined with time multiplexing makes it possible to reduce the screen display frequency compared to time multiplexing alone. Because a light source only illuminates an exclusive set of pixels, the different sources lights can be illuminated simultaneously.
  • the spatial multiplexing of the images is obtained with a system comprising an alignment grid 4 (also designated by the term parallax barrier) interposed between the sources Al, A2, Bl, B2, Cl, C2 and the screen 2.
  • This alignment grid 4 transmits the light generated by each source only to its associated set of pixels. In this case, the light generated by the source A1 (or A2) is transmitted only to the pixels 2A shown in gray.
  • the light emitted by the source B1 (or B2) is transmitted only to the pixels 2B shown hatched.
  • the light emitted by the source C1 (or C2) is transmitted only to the pixels 2C shown in white.
  • the grid 4 comprises for example slots regularly spaced according to a pattern. This pattern is such that light from a source passes through them and is transmitted to a set of pixels associated with this source. This set of pixels is arranged in a corresponding pattern.
  • the channeling device consists of light deflectors. This variant makes it possible to reduce the energy losses at the level of the grid, since the major part of the light energy emitted by a source arrives in the display environment 8.
  • lenses 9 arranged in an array 6 form the light deflectors.
  • the light generated by a source having the same reference as in FIG. 6 is transmitted exclusively to the same set of pixels by the lenses.
  • Such lenses 9 can possibly deflect the peripheral light rays.
  • This phenomenon can be compensated for by lengthening the focal length of the lenses and by moving them away from the screen 2.
  • This phenomenon can also be compensated by having a second network of lenses close to the screen, and forming a substantially afocal optical system with the first network 6. This second network has one lens per pixel of the screen.
  • the two networks can be formed on respective faces of the same plate of transparent material.
  • Light reflectors can also be used as light deflectors.
  • the light reflectors can be electrically controlled to modify their angle of incidence with a given light source.
  • at least two sources generate respective lights having orthogonal polarizations between them. These sources are associated with a screen having two sets of pixels respectively associated with the two sources. Each set filters the light generated with an identical polarization to that of their respective source.
  • This variant also makes it possible to double the number of multiplexed images displayed by the screen, by displaying two nested images associated with respective polarizations.
  • this film can be used by interposing before a pixel on two a half-wave plate suitably oriented, and which thus modifies the polarization of the light beams crossing the screen. It is of course possible to provide for combining the different variants of multiplexing of the images described. It is thus possible to increase the number of different images that it is possible to display in the viewing area.
  • a variant of the system according to the invention is particularly advantageous for reproducing different points of view of the same object.
  • This system includes several respective image signal generators. These signals correspond to respective images of the same object from different points of view. The generators are connected to the signal reception input. A point of view is then assigned to an area in the observation environment 8 and the appropriate image is restored in this area.
  • the image generator can apply multiplex image signals to a single input to the system.
  • the system can also have several inputs, each input corresponding to an image signal.
  • the generators can consist of a computer generating said image signals from a modeled object. Each image signal can be calculated according to angles of view of a 3-dimensional computer model. One can also provide for retouching images taken by cameras filming a real object.
  • the generators can then consist of a computer generating image signals by processing the same image of the object. To improve the realism of the corresponding modified images for all the viewing angles, it is of course preferable to have a certain number of shots distributed over a total viewing angle. The image at a viewing angle close to a shot is then produced from the image of this shot.
  • FIG. 5 illustrates another variant solving this latter problem.
  • This variant includes a set of adjoining systems and having image generators.
  • each system has a screen, a Fresnel lens and several light sources associated with an object (identified respectively by the references 21, 31 and 11 for example).
  • each screen 21 to 24 which displays a part of the image, can be formed of a part of a single screen 2.
  • the observation position considered or outside the observation plane the image displayed for this position remains correct.
  • the width of the beam of an image displayed in the observation environment 8 is thus reduced when one moves away from the nominal observation plane.
  • the overlapping of consecutive images is thus reduced at a distance from the nominal plane.
  • the light sources used are preferably adjacent, in particular to increase the compactness of the system.
  • a diffusing plate can be placed in front of them in order to fill the gaps which separate them and in order to cover a continuous solid angle in the restitution space.
  • the diffusing plate is for example close enough for each point, it is only lit by a source, or 2 sources along their border.
  • the diffusing plate preferably diffuses the light at an angle such that the beam from a source is superimposed only on the edge of the beam coming from an adjacent source. This angle is in this case relatively high.
  • sources with uniform lighting are used for the zone to which they are assigned, so as not to have differences in contrast in the displayed image.
  • the brightness of a source can also be made uniform by interposing a diffuser distant from the source, on the light path between this source and the screen 2. It is then expected that this diffuser slightly deflects the light, for example by using light tight undulations of its surface. The deviation must then be limited so as to limit the superposition of the beams coming from sources adjacent to their edge. Provision may be made for all the sources to cover a solid angle without leaving unlighted intervals.
  • Adequate sources will be used to be switched quickly enough when using the variant using time multiplexing.
  • Adequate sources can be used such as light emitting diodes or a light emitting screen of which a set of pixels is used to form each source.
  • the sources can also be formed from a single extended light emitter and modulators arranged on the light path between the emitter and the screen 2. The modulators make it possible to selectively obscure the undesirable zones when the variant using is used. time multiplexing.
  • the single extended light emitter implies increased energy consumption. When the images are only multiplexed horizontally, sources can be used in the form of thin vertical bands.
  • the sources are for example distributed in a plane parallel to the plane of the screen.
  • several nested images are displayed simultaneously on the screen 6, each of them being illuminated only by certain sources.
  • the sources whose reference presents the same letter of the alphabet are associated with the same image.
  • several images are thus displayed, each of which can be associated with a subset of the sources.
  • Other multiplexing modes such as time multiplexing can be applied to each of these source subsets and to the associated pixel subsets. This increases the number of different images that can be displayed simultaneously in separate areas.
  • the transmissibility of the pixels of the screen can vary continuously between two transmissibility limits. We can thus modulate the display intensity of each pixel in good conditions. It is also preferable to use a screen having pixels with variable transmissibility but not deflecting the incident light from the sources.
  • the Fresnel lens 3 is arranged on one side or the other of the screen 2.
  • the Fresnel lens 3 is arranged near the screen 2, at a distance sufficient to focus the light from a source to an area of the respective viewing environment.
  • a person skilled in the art will easily be able to determine such a distance from his general knowledge.
  • the lens achieves a vertical concentration of the beam passing through it, in order to avoid loss of light. It is then also possible to use vertical lenses of substantially cylindrical shape.
  • the pixels of the same vertical screen display the pixels of the same image.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système de restitution d'images (1), comprenant une entrée pour la réception de signaux d'image en simultané; un écran (2) présentant une pluralité de pixels à transmissibilité optique variable; au moins une source lumineuse (71-77) pour chaque signal d'image, projetant de la lumière sur l'écran (2) ; un dispositif de pilotage de la transmissibilité des pixels de l'écran multiplexant l'affichage des différentes images correspondantes sur l'écran; une lentille de Fresnel (3) disposée sur le trajet de la lumière (2); la lentille de Fresnel (3), l'écran (2) et les sources lumineuses (71-77) étant disposés de sorte que les images transmises soient focalisées vers des zones respectives distinctes d'un environnement de visualisation. L'invention concerne également un ensemble de tels systèmes et un procédé associé. L'invention permet notamment d'augmenter l'angle d'affichage d'images différentes dans un environnement d'observation.

Description

SYSTEME DE RESTITUTION D'IMAGES VARIABLES AVEC L'ANGLE DE VUE
La présente invention concerne la restitution d'images, et notamment des systèmes permettant de restituer une image avec une sensation de relief.
Des systèmes connus permettant d'afficher au moins deux images sur un même écran sont principalement utilisés pour créer une sensation de relief. La sensation de relief est due à deux effets: d'une part à la différence entre les images vues par les deux yeux, d'autre part à la modification de ces images lorsque l'observateur se déplace. Outre la modification de la perspective, les éléments situés à l'avant-plan et à l'arrière-plan présentent des positions relatives variables selon la position d'observation. Un premier système de restitution existant permet d'afficher plusieurs images simultanément sur un même écran 1, et est illustré aux figures 1 et 2. Ce système comprend plusieurs sources d'images, le plus souvent 4, chaque image étant constituée d'une multitude de pixels lumineux. Les pixels des différentes sources sont entrelacés: les pixels d'une même source sont identifiés par un même numéro de référence entre 1 et 4 dans les séquences de la partie gauche de la figure. Ce système comprend également des lentilles cylindriques disposées verticalement. Ces lentilles forment un réseau lenticulaire 2 appliqué sur l'écran 1. On forme sur l'écran un ensemble d'images entrelacées horizontalement. Le réseau lenticulaire renvoie chacune de ces images dans un secteur de direction différente. L'impression de relief consistant à envoyer une image différente vers l'oeil droit et l'œil gauche de l'observateur, il est nécessaire que la largeur du secteur où une image est visible soit de l'ordre de grandeur de 1 ' écartement des yeux de l'observateur situé à la distance moyenne d'observation. Les deux yeux d'un observateur (les observateurs sont identifiés par des caractères d'imprimerie, et leurs yeux par des croix; les traits mixtes correspondent aux axes de prise de vue de l'image) visionnent ainsi deux images différentes, ce qui fait naître une sensation de relief (cas de l'observateur A). Un léger déplacement de 1 ' observateur implique également que l'image vue est modifiée. En raison de la périodicité spatiale des groupes de 4 pixels et de celle des lentilles, la séquence de 4 images se répète à l'identique dans les secteurs voisins, comme illustré à la figure 2. Ce système présente des inconvénients. Ce système utilise une commande complexe des différentes sources ponctuelles et un réseau lenticulaire complexe et coûteux afin de générer chaque image dans un secteur de l'environnement de visualisation. Ce système exige notamment un alignement extrêmement précis entre l'écran et le système optique. En outre, les différences géométriques tolérées entre les secteurs d'observation doivent être très limitées, ce qui implique un coût de fabrication très élevé et limite la zone angulaire d'observation pour des images différentes. L'utilisation d'ensembles d'images accolés inverse ou déforme le relief (pseudoscopie) lorsqu'un observateur présente un œil dans un ensemble et l'autre œil dans un autre ensemble (cas de 1 ' observateur B) .
Une deuxième solution consiste à utiliser des lunettes actives, dont la transparence ou l'opacité est synchronisée avec l'image de l'écran. L'image affichée comprend alternativement une image destinée à l'œil droit puis une image destinée à l'œil gauche. Les verres des lunettes, utilisant par exemple des cristaux liquides sont rendus alternativement transparents, en synchronisme avec l'image de l'écran qui leur est destinée. De telles lunettes sont lourdes et coûteuses, nécessitent une alimentation, et un câblage de synchronisation avec l'écran.
L'invention vise donc à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention propose pour cela un système de restitution d'images, comprenant : -au moins une entrée pour la réception de signaux d'image respectifs en simultané, ces signaux d'image correspondant à différentes images et comprenant des signaux de pixels, -un écran présentant une pluralité de pixels à transmissibilité optique variable; -au moins une source lumineuse pour chaque signal d'image, projetant de la lumière sur l'écran, chaque source étant associée à un ensemble de pixels ; -un dispositif de canalisation de la lumière de chaque source lumineuse exclusivement vers 1 ' ensemble de pixels associé; -une commande d'allumage séquentiel desdites sources lumineuses; -un dispositif de pilotage de la transmissibilité des pixels de l'écran, appliquant les signaux de pixels sur l'écran de sorte à multiplexer l'affichage des différentes images correspondantes sur l'écran, synchronisant l'affichage sur l'écran d'une image correspondant à un desdits signaux d'image avec l'allumage de la source associée à ce signal d'image, et pilotant les pixels pour afficher chaque image sur un desdits ensembles de pixels respectif de l'écran; -une lentille de Fresnel disposée sur le trajet de la lumière traversant l'écran; -la lentille de Fresnel, l'écran et les sources lumineuses étant disposés de sorte que les images transmises soient focalisées vers des zones respectives distinctes d'un environnement de visualisation de 1 ' écran . Selon une variante, le système comprend une grille d'alignement interposée entre les sources et l'écran, transmettant la lumière générée par chaque source exclusivement vers son ensemble de pixels associé. Selon encore une variante, le dispositif de canalisation est constitué de déviateurs lumineux, tels que des prismes ou des miroirs, dirigeant la lumière issue d'une source exclusivement vers son ensemble de pixels associé. Selon une autre variante, les déviateurs lumineux sont constitués de lentilles focalisant la lumière issue d'une source exclusivement vers son ensemble de pixels associé. Selon encore une autre variante, les déviateurs lumineux sont des réflecteurs. On peut également prévoir des sources lumineuses adjacentes. Selon une variante, les sources lumineuses sont légèrement espacées et le système comprend des diffuseurs disposés sur le trajet lumineux entre les sources et
1 ' écran. Selon encore une variante, le système comprend plusieurs générateurs de signaux d'image respectifs, signaux correspondant à des images respectives d'un même objet selon des points de vue différents, les générateurs étant reliés à l'entrée de réception de signaux. Selon une autre variante, les générateurs sont constitués d'un calculateur générant lesdits signaux d'image à partir d'un objet modélisé. Selon encore une autre variante, les générateurs sont constitués d'un calculateur générant les signaux d'image par traitement d'une même image de l'objet. L'invention porte encore sur un ensemble de tels systèmes ayant le même écran en commun. L'invention porte également sur un procédé de restitution d'images, comprenant les étapes consistant à: -réceptionner en simultané plusieurs signaux d'images correspondant à différentes images et comprenant des signaux de pixels; -générer séquentiellement un signal lumineux pour chaque signal d'image par une source lumineuse qui lui est propre, les signaux lumineux étant synchronisés avec l'affichage sur l'écran d'une image correspondant aux signaux d'image respectifs ; -projeter le signal lumineux sur un écran d'affichage (2), en canalisant chaque signal lumineux généré exclusivement vers un ensemble de pixels de l'écran associé à ce signal; -appliquer les signaux de pixels sur l'écran pour multiplexer l'affichage des différentes images sur l'écran en modifiant la transmissibilité des pixels de l'écran, l'affichage des images par l'écran étant multiplexe spatialement ; -focaliser les images affichées vers des zones respectives distinctes d'un environnement de visualisation de l'écran. Selon une variante, les signaux d'image réceptionnés correspondent à des images respectives d'un même objet selon des points de vue différents. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures suivantes dans lesquelles : -la figure 1, une vue en coupe horizontale d'une portion d'écran à réseau lenticulaire; -la figure 2, une vue de dessus des secteurs d'observation de l'écran de la figure 1; -la figure 3, une vue en coupe horizontale d'une portion d'un exemple de système selon l'invention; -la figure 4, un chronogramme du fonctionnement du système de la figure 3 , -les figures 5 à 7, des vues en coupe horizontales d'autres systèmes selon des variantes de l'invention. L'invention propose un système de restitution d'image combinant : des signaux d'image respectifs appliqués sur une entrée de réception, un écran à pixels à transmissibilité optique commandée, une source lumineuse pour chaque signal d'image et un dispositif de pilotage de la transmissibilité des pixels pour multiplexer l'affichage des différentes images correspondantes sur l'écran, et une lentille de Fresnel disposée sur le trajet de la lumière traversant l'écran. La disposition respective de l'écran, de la lentille de Fresnel et des sources lumineuses est telle que la lentille lumineuse fait converger la lumière issue d'une source vers une zone qui lui est associée dans la zone de visualisation, de sorte que cette convergence soit indépendante de l'endroit où les rayons traversent l'écran. Le plan nominal d'observation est celui où la lentille de Fresnel forme l'image des sources. Un premier exemple de système selon l'invention est illustré à la figure 3. Le système de restitution d'images selon l'invention comprend au moins une entrée pour la réception de signaux d'image respectifs en simultané. Ces signaux d'image correspondent à différentes images respectives. Chaque image est destinée à être visionnée dans différentes zones de l'environnement de visualisation mais doit être masquée dans d'autres zones de l'environnement de visualisation. Ces signaux d'image comprennent des signaux de pixels. Le système comprend un écran 2 présentant une pluralité de pixels à transmissibilité optique variable.
L'écran 2 est destiné à afficher les images dans les différentes zones de l'environnement de visualisation 8. Le système comprend en outre au moins des sources lumineuses en nombre au moins égal à celui des signaux d'image. Les sources lumineuses 71 à 77 sont illustrées sous la forme d'un ensemble 1 de sources lumineuses. Chaque source lumineuse est destinée à projeter de la lumière sur l'écran 2, qui traversera sélectivement l'écran 2 pour afficher une image correspondante souhaitée dans une zone de l'environnement de visualisation 8. Le système comprend également un dispositif de pilotage de la transmissibilité des pixels de l'écran. Ce dispositif applique les signaux de pixels pour modifier la transmissibilité optique de pixels souhaités. En modifiant sélectivement la transmissibilité d'un ensemble de pixels et en projetant de la lumière sur ces pixels, le dispositif de pilotage forme une image. Le dispositif de pilotage applique les signaux de pixels sur l'écran de sorte à multiplexer l'affichage des différentes images correspondantes sur l'écran. Le système comprend en outre une lentille de Fresnel 3 disposée sur le trajet de la lumière traversant l'écran. La disposition de la lentille de Fresnel 3, de l'écran 2 et de chaque source lumineuse est telle que l'image associée affichée par l'écran est focalisée vers une zone respective distincte d'un environnement de visualisation 8 de l'écran. La zone d'observation associée à chaque source s ' étend autour de 1 ' image de la source formée par la lentille de Fresnel dans un volume que l'homme de métier saura déterminer en fonction des caractéristiques optiques de cette lentille. La lentille de Fresnel assure donc la directivité d'un faisceau lumineux donné vers une zone de 1 ' environnement de visualisation associée. Comme illustré à la figure 3, la lentille de Fresnel fait converger la lumière issue d'une source 76 (ici considérée comme ponctuelle) vers un point P respectif dans l'environnement de visualisation. Comme illustré, cette convergence est indépendante de l'endroit où les rayons issus de la source 76 traversent l'écran 2. Par rapport au système à réseau lenticulaire de l'état de la technique, on constate que l'affichage d'images différentes par le système peut couvrir une partie angulaire de l'environnement d'observation accrue, avec une commande des sources simplifiée et permettant en outre de multiplexer l'affichage d'un nombre d'images accru.
Selon la variante représentée à la figure 3, le dispositif de pilotage multiplexe l'affichage des images temporellement . Le dispositif de pilotage comprend alors par exemple une commande d'allumage séquentiel des sources lumineuses 71 à 77. Le dispositif de pilotage synchronise alors l'affichage d'une image correspondant à un desdits signaux d'image, avec l'allumage de la source associée à ce signal d'image. La synchronisation des sources et de l'affichage de leur image respective sur l'écran 2 est illustrée par le chronogramme de la figure . Dans le chronogramme de la figure 4, on multiplexe l'affichage de 3 images. Le système présente ainsi 3 sources lumineuses, associées aux images respectives . Le système affiche ainsi trois images différentes dans trois zones différentes de l'environnement de visualisation selon un cycle. La fréquence d'affichage de l'écran doit donc être n fois supérieure à la fréquence du cycle, n correspondant au nombre d'images différentes dont l'affichage doit être multiplexe temporellement dans l'environnement de visualisation 8. La synchronisation des sources et de 1 ' écran 2 peut être gérée par une commande interne du système, par une horloge interne spécifique ou par une horloge externe au système. Le dispositif de pilotage commande l'affichage d'une image alors que la source lumineuse associée est éclairée et que les autres sources lumineuses sont éteintes . Ainsi, lors de l'affichage d'une image, cette image n'est visible que dans la zone de l'environnement de visualisation qui lui est affectée et non visible dans les autres. L'écran 2 présente de préférence un temps de remanence suffisamment réduite pour que l'image affichée pendant l'allumage d'une source soit totalement effacée et remplacée par une nouvelle image pendant l'intervalle de temps suivant correspondant à l'allumage d'une autre source. La fréquence de répétition du cycle est suffisamment élevée pour que l'extinction d'une source entre deux cycles successifs ne puisse être perçue dans 1 ' environnement de visualisation. Selon une autre variante illustrée aux figures 6 et 7, le système comprend en outre un dispositif de canalisation de la lumière de chaque source lumineuse vers un ensemble de pixels de l'écran associé exclusivement à cette source. Le dispositif de pilotage pilote les pixels pour afficher chaque image sur un desdits ensembles de pixels respectif de l'écran. On réalise ainsi un multiplexage spatial de l'affichage des images sur l'écran. Pour un nombre donné d'images différentes à afficher, le multiplexage spatial seul ou combiné au multiplexage temporel permet de réduire la fréquence d'affichage de l'écran par rapport au multiplexage temporel seul. Du fait qu'une source de lumière n'éclaire qu'un ensemble exclusif de pixels, les différentes sources lumineuses peuvent être illuminées simultanément. En outre un simple pilotage par balayage très rapide de tous les pixels de l'écran suffit à afficher toutes les images multiplexées . Du fait de la lentille de Fresnel 3, dans une zone donnée de l'environnement de visualisation 8, seule une image affichée par un ensemble de pixels associé à la source sera visible. Dans la variante de la figure 6, le multiplexage spatial des images est obtenu avec un système comprenant une grille d'alignement 4 (également désignée par le terme barrière de parallaxe) interposée entre les sources Al, A2, Bl, B2, Cl, C2 et l'écran 2. Cette grille d'alignement 4 ne transmet la lumière générée par chaque source que vers son ensemble de pixels associé. En l'occurrence, la lumière générée par la source Al (ou A2 ) n'est transmise que vers les pixels 2A représentés grisés. La lumière émise par la source Bl (ou B2) n'est transmise que vers les pixels 2B représentés hachurés. La lumière émise par la source Cl (ou C2) n'est transmise que vers les pixels 2C représentés en blanc. La grille 4 comprend par exemple des fentes régulièrement espacées selon un motif. Ce motif est tel que la lumière issue d'une source les traverse et est transmise à un ensemble de pixels associé à cette source. Cet ensemble de pixels est disposé selon un motif correspondant . Selon encore une variante, illustrée notamment par la figure 7, le dispositif de canalisation est constitué de déviateurs lumineux. Cette variante permet de réduire les pertes d'énergie au niveau de la grille, puisque la majeure partie de l'énergie lumineuse émise par une source parvient dans l'environnement de visualisation 8. L'énergie lumineuse est en effet dirigée vers l'ensemble de pixels associé en évitant son absorption. Dans l'exemple de la figure 7, des lentilles 9 disposées en réseau 6 forment les déviateurs lumineux. La lumière générée par une source présentant la même référence qu'à la figure 6 est transmise exclusivement vers le même ensemble de pixels par les lentilles. De telles lentilles 9 peuvent éventuellement faire dévier les rayons lumineux périphériques. On constate alors un étalement du faisceau traversant les lentilles 9. Ce phénomène peut être compensé en allongeant la distance focale des lentilles et en les éloignant de 1 ' écran 2. Ce phénomène peut également être compensé en disposant un second réseau de lentilles proche de l'écran, et formant un système optique sensiblement afocal avec le premier réseau 6. Ce second réseau présente une lentille par pixel de l'écran. On peut former les deux réseaux sur des faces respectives d'une même plaque de matériau transparent . On peut également envisager d'utiliser d'autres déviateurs lumineux tels que des déflecteurs holographiques. On peut également utiliser des réflecteurs lumineux comme déviateurs lumineux. Les réflecteurs lumineux peuvent être commandés électriquement pour modifier leur angle d'incidence avec une source lumineuse donnée. Dans une variante de multiplexage, au moins deux sources génèrent des lumières respectives présentant des polarisations orthogonales entre elles. Ces sources sont associées à un écran présentant deux ensembles de pixels associés respectivement aux deux sources. Chaque ensemble filtre la lumière générée avec une polarisation identique à celle de leur source respective. Cette variante permet encore de doubler le nombre d'images multiplexées affichées par l'écran, en affichant deux images imbriquées associées à des polarisations respectives. Si l'écran comporte déjà un film polarisant, ce film peut être utilisé en interposant devant un pixel sur deux une lame demi-onde convenablement orientée, et qui modifie ainsi la polarisation des faisceaux lumineux traversant 1 ' écran. On peut bien entendu prévoir de combiner les différentes variantes de multiplexage des images décrites. On peut ainsi accroître le nombre d'images différentes qu'il est possible d'afficher dans la zone de visualisation. Une variante de système selon 1 ' invention est particulièrement avantageuse pour restituer différents points de vue d'un même objet. Ce système comprend plusieurs générateurs de signaux d'image respectifs. Ces signaux correspondent à des images respectives d'un même objet selon des points de vue différents. Les générateurs sont reliés à l'entrée de réception de signaux. On affecte alors un point de vue à une zone dans l'environnement d'observation 8 et on restitue l'image appropriée dans cette zone. Le générateur d'image peut appliquer des signaux d'image multiplexes sur une unique entrée du système. Le système peut également présenter plusieurs entrées, chaque entrée correspondant à un signal d'image. Les générateurs peuvent être constitués d'un calculateur générant lesdits signaux d'image à partir d'un objet modélisé. Chaque signal d'image peut être calculé en fonction d'angles de vue d'un modèle informatique en 3 dimensions. On peut également prévoir d'effectuer des retouches d'images prises par des caméras filmant un objet réel. Les générateurs peuvent alors être constitués d'un calculateur générant des signaux d'image par traitement d'une même image de l'objet. Pour améliorer le réalisme des images modifiées correspondantes pour l'ensemble des angles de vue, il est bien entendu préférable de disposer d'un certain nombre de prises de vues réparties sur un angle d'observation total. L'image selon un angle de vue proche d'une prise de vue est alors réalisée à partir de l'image de cette prise de vue. Comme on peut le constater à la figure 3, le faisceau issu d'une source s'élargit considérablement au- delà et en deçà du plan d'observation nominal dans lequel se trouve le point P. Hors de ce plan nominal, il est possible qu'un observateur voie correctement l'image qui lui est destinée provenant du centre de l'écran 2, mais il risque de voir des images différentes à la périphérie de l'écran 2. En outre, plus la dimension des sources est faible, plus la profondeur d'observation tolérée dans l'environnement de visualisation 8 est limitée. Ce problème est résolu en envoyant la même image vers plusieurs zones consécutives de l'environnement d'observation. Cependant, cela implique de placer les observateurs à distance conséquente les uns des autres dans l'environnement d'observation 8. De plus, les différentes images se recouvrent proportionnellement à 1 ' éloignement de 1 ' observateur du plan nominal . La figure 5 illustre une autre variante résolvant ce dernier problème. Cette variante inclut un ensemble de systèmes accolés et présentant des générateurs d'image. Ainsi chaque système présente un écran, une lentille de Fresnel et plusieurs sources lumineuses associées à un objet (identifiés respectivement par les références 21, 31 et 11 par exemple). En l'occurrence, chaque écran 21 à 24 qui affiche une partie de l'image, peut être formé d'une partie d'un unique écran 2. Comme on le constate à la figure 5, bien que la position d'observation considérée soit hors du plan d'observation, l'image affichée pour cette position reste correcte. La largeur du faisceau d'une image affichée dans l'environnement d'observation 8 est ainsi réduite lorsqu'on s'éloigne du plan nominal d'observation. Les recouvrements d'images consécutives sont ainsi réduits à distance du plan nominal. La profondeur d'observation de cet ensemble de systèmes est ainsi accrue. La réduction de l'ouverture d'un faisceau d'affichage d'une image permet également de réduire les distorsions et les aberrations optiques de l'affichage.
Comme illustré aux figures 3, 5, 6 et 7 , Les sources lumineuses utilisées sont de préférence adjacentes, notamment pour accroître la compacité du système. Si les sources lumineuses sont légèrement espacées, on peut disposer devant elles une plaque diffusante afin de combler les intervalles qui les séparent et afin de couvrir un angle solide continu dans l'espace de restitution. La plaque diffusante est par exemple suffisamment proche pour qu'en chaque point, elle ne soit éclairée que par une source, ou 2 sources le long de leur frontière. La plaque diffusante diffuse de préférence la lumière avec un angle tel que le faisceau issu d'une source se superpose seulement sur le bord du faisceau issu d'une source adjacente. Cet angle est dans ce cas relativement élevé. On utilise avantageusement des sources présentant un éclairage uniforme pour la zone à laquelle elles sont affectées, afin de ne pas avoir de différences de contrastes dans l'image affichée. La luminosité d'une source peut également être rendue uniforme en interposant un diffuseur distant de la source, sur le trajet lumineux entre cette source et l'écran 2. On prévoit alors que ce diffuseur dévie faiblement la lumière, par exemple en utilisant de légères ondulations serrées de sa surface. La déviation doit alors être limitée de façon à limiter la superposition des faisceaux issus de sources adjacentes à leur bord. On peut prévoir que 1 ' ensemble des sources couvre un angle solide sans laisser d'intervalles non éclairés.
On utilisera des sources adéquates pour être commutées suffisamment rapidement lorsqu'on utilise la variante utilisant le multiplexage temporel. On peut utiliser des sources adéquates telles que des diodes luminescentes ou un écran émetteur de lumière dont un ensemble de pixels est utilisé pour former chaque source. On peut également former les sources à partir d'un unique émetteur lumineux étendu et de modulateurs disposés sur le trajet lumineux entre l'émetteur et l'écran 2. Les modulateurs permettent d'occulter sélectivement les zones indésirables lorsqu'on utilise la variante utilisant le multiplexage temporel. On peut également prévoir d'utiliser des miroirs dont l'orientation est commandée électriquement. De tels miroirs dirigent alors sélectivement la lumière de l'émetteur dans différentes directions vers l'écran, lorsqu'on utilise la variante utilisant le multiplexage temporel. L'unique émetteur lumineux étendu implique une consommation d'énergie accrue. Lorsque les images sont uniquement multiplexées horizontalement, on peut utiliser des sources sous formes de minces bandes verticales. On prévoit de préférence d'utiliser des sources lumineuses identiques ou de même taille, pour créer des zones respectives dans l'environnement de visualisation de tailles identiques. Les sources sont par exemple réparties dans un plan parallèle au plan de l'écran. Selon une variante illustrée aux figures 6 et 7 , plusieurs images imbriquées sont affichées simultanément sur l'écran 6, chacune d'entre elle n'étant éclairée que par certaines sources. En l'occurrence, les sources dont la référence présente une même lettre de l'alphabet sont associées à une même image. A chaque instant, on affiche ainsi plusieurs images dont chacune peut être associée à un sous-ensemble des sources. D'autres modes de multiplexage tels que le multiplexage temporel peuvent être appliqués à chacun de ces sous-ensembles de sources et aux sous-ensembles de pixels associés. On augmente ainsi le nombre d'images différentes qui peuvent être affichées simultanément dans des zones distinctes.
On prévoit de préférence que la transmissibilité des pixels de l'écran puisse varier de façon continue entre deux limites de transmissibilité. On peut ainsi moduler l'intensité d'affichage de chaque pixel dans de bonnes conditions . On utilise de préférence également un écran présentant des pixels à transmissibilité variable mais ne déviant pas la lumière incidente issue des sources.
Certains écrans à cristaux liquides présentent de telles propriétés .
On peut bien entendu disposer la lentille de Fresnel 3 d'un côté ou de l'autre de l'écran 2. La lentille de Fresnel 3 est disposée à proximité de l'écran 2, à une distance adéquate pour focaliser la lumière d'une source vers une zone de l'environnement de visualisation respective. L'homme de métier saura aisément déterminer une telle distance à partir de ses connaissances générales . Dans le cas où on réalise uniquement un multiplexage horizontal des images, il est préférable que la lentille réalise une concentration verticale du faisceau la traversant, afin d'éviter des déperditions de lumière. On peut alors également utiliser des lentilles verticales de forme sensiblement cylindrique.
En affichant sur l'écran des images de l'objet selon des points de vue variant horizontalement, on peut obtenir une vision binoculaire car les yeux du spectateur sont généralement dans le même plan horizontal. Selon la variante du multiplexage spatial, les pixels d'une même verticale de l'écran affichent les pixels d'une même image .

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de restitution d'images (1), comprenant : -au moins une entrée pour la réception de signaux d'image respectifs en simultané, ces signaux d'image correspondant à différentes images et comprenant des signaux de pixels, -un écran (2) présentant une pluralité de pixels à transmissibilité optique variable; -au moins une source lumineuse (71-77) pour chaque signal d'image, projetant de la lumière sur l'écran (2), chaque source étant associée à un ensemble de pixels ; -un dispositif de canalisation (4,6) de la lumière de chaque source lumineuse exclusivement vers l'ensemble de pixels associé; -une commande d'allumage séquentiel desdites sources lumineuses; -un dispositif de pilotage de la transmissibilité des pixels de l'écran, appliquant les signaux de pixels sur l'écran de sorte à multiplexer l'affichage des différentes images correspondantes sur l'écran, synchronisant l'affichage sur l'écran d'une image correspondant à un desdits signaux d'image avec l'allumage de la source associée à ce signal d'image, et pilotant les pixels pour afficher chaque image sur un desdits ensembles de pixels respectif de l'écran; -une lentille de Fresnel (3) disposée sur le trajet de la lumière traversant l'écran (2); -la lentille de Fresnel (3), l'écran (2) et les sources lumineuses (71-77) étant disposés de sorte que les images transmises soient focalisées vers des zones respectives distinctes d'un environnement de visualisation de l'écran.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une grille d'alignement (4) interposée entre les sources et l'écran, transmettant la lumière générée par chaque source exclusivement vers son ensemble de pixels associé.
3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de canalisation est constitué de déviateurs lumineux (6), tels que des prismes ou des miroirs, dirigeant la lumière issue d'une source exclusivement vers son ensemble de pixels associé.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les déviateurs lumineux sont constitués de lentilles (6) focalisant la lumière issue d'une source exclusivement vers son ensemble de pixels associé.
5. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les déviateurs lumineux sont des réflecteurs.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sources lumineuses (71-77) sont adjacentes.
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les sources lumineuses sont légèrement espacées et en ce qu'il comprend des diffuseurs disposés sur le trajet lumineux entre les sources et l'écran.
8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs générateurs de signaux d'image respectifs, signaux correspondant à des images respectives d'un même objet selon des points de vue différents, les générateurs étant reliés à l'entrée de réception de signaux.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que les générateurs sont constitués d'un calculateur générant lesdits signaux d'image à partir d'un objet modélisé.
10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que les générateurs sont constitués d'un calculateur générant les signaux d'image par traitement d'une même image de 1 ' obj et .
11. Ensemble de systèmes caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs systèmes selon l'une quelconque des revendications précédentes accolés, et en ce que le même écran est commun à ces systèmes.
12. Procédé de restitution d'images, comprenant les étapes consistant à: -réceptionner en simultané plusieurs signaux d'images correspondant à différentes images et comprenant des signaux de pixels; -générer séquentiellement un signal lumineux pour chaque signal d'image par une source lumineuse qui lui est propre, les signaux lumineux étant synchronisés avec l'affichage sur l'écran d'une image correspondant aux signaux d'image respectifs ; -projeter le signal lumineux sur un écran d'affichage (2), en canalisant chaque signal lumineux généré exclusivement vers un ensemble de pixels de l'écran associé à ce signal; -appliquer les signaux de pixels sur 1 ' écran pour multiplexer l'affichage des différentes images sur l'écran en modifiant la transmissibilité des pixels de l'écran, l'affichage des images par l'écran étant multiplexe spatialement ; -focaliser les images affichées vers des zones respectives distinctes d'un environnement de visualisation de l'écran.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les signaux d'image réceptionnés correspondent à des images respectives d'un même objet selon des points de vue différents.
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