FR2892526A1 - "le relief sur ecrans plats sans lunettes" - Google Patents

Abstract

Dispositif permettant de faire apparaître le relief du sujet que représente une image, animée ou non, affichée sur écran plat, à percevoir par un observateur n'utilisant pour cela aucun artifice externe, optique ou autres (lunettes, interposition d'écran, etc...).Le dispositif consiste en un obturateur ( physique ou virtuel ), integré à l'appareil producteur d'images, qui agit par mixage inteme des éléments du duo précédemment capté dans un but stéréoscopique. Cette action conduit à l'apparition sur l'écran de cette image qui, composite, est à interpréter par le cerveau de l'observateur. Les éléments, traités par couple, sont susceptibles d'apparaître sur l'écran, soit alternativement ( solution choisie pour l' "Argentique" ), soit simultanément ( solution choisie pour le "Numérique" ).Le dispositif mettant en oeuvre ce procédé est inhérent au projecteur qui "passe" le film "à vues stéréoscopiques en alternance" (solution "argentique") ; inhérent au caméscope qui "filme" la scène éxtérieure, soit physiquement, au niveau de l'obturateur, ( solution "numérique mixte" ), soit sous forme virtuelle (solution "100% numérique").

Description

-4 La présente invention, ressortissant du domaine de la stéréoscopie,

concerne un dispositif capable, à partir d'images animées ou non apparaissant sur support plan, de procurer I' "effet relief' à leur observateur sans que celui-ci ait besoin de quelqu'artifice externe que ce soit. Cette illusion a été precédemment obtenue, en cinématographie par exemple, au moyen de diverses techniques nécessitant impérativement le port de lunettes spéciales pour le spectateur. Dans ces techniques, il s'agit de permettre à chaque oeil de voir de préference l'image du " couple stéréo" qui lui revient, représentée dans son entier, afin de se rapprocher au mieux des conditions de la vision binoculaire ~o naturelle; ce couple d'images destinées à être coordonées par le cerveau est formé des deux représentations simultanées de la même scène, captées de points de vue voisins et parallèles disposés dans un même plan horizontal. La discrimination recherchée s'opère à l'aide de lunettes adaptées à chaque technique (verres colorés, polarisation de la lumiere, cristaux liquides, etc ...). ~s Le dispositif selon l'invention utilise, entre autres, la seule particularité des yeux considerés individuellement, peu remarquée dans la vie courante, qui les personnalise l'un par rapport à l'autre. Les yeux humains, juxtaposés horizontalement, bien qu'assez rapprochés (60/65mm) et semblant faire face au même espace visuel, jouissent en fait dans leur . Zp fonction monoculaire d'une certaine spécificité l'un par rapport à l'autre. Celle-ci est utilisée pour aider à atteindre le but recherché, l'effet relief. Elle réside dans le fait que, outre un écart réciproque malgré tout non négligeable, chacun des yeux possède son propre champ potentiel horizontal de vision, axé différemment de l'un à l'autre. Les champs sectoriels qui les schématisent, d'environ 135 d'ouverture ( Fig. •2S 1 ), ont leurs axes médians divergents l'un de l'autre d'environ 45 . II se chevauchent l'un l'autre et forment à eux deux, horizontalement, un champ visuel potentiel global de 180 degrés. A l'intérieur de celui-ci, le champ commun du au chevauchement ( un secteur de 90 en moyenne ), entre les limites duquel un objet peut être perçu en relief par le regard binoculaire, est susceptible d'osciller au gré de la mobilité de celui-ci de 30 degrés de part et d'autre du plan vertical perpendiculaire à la face en son milieu. Tenant compte des effets de cette spécificité, toujours en cinématographie par exemple, il semble logique qu'en cours de projection un oeil donné du spectateur puisse avoir, dans certaines conditions, une vision plus aisée que n'en a l'autre de la 3 partie marginale de l'image projetée située de son côté. L'étude des différents secteurs représentatifs des champs relatifs à la vision binoculaire ( Fig. 1) montre d'ailleurs, si l'image projetée s'étend suffisamment en largeur, que chaque oeil, dans le même ordre d'idées, pâtit d'une visibilité moindre - d'une "lisibilité" moindre, pourrait-on dire dans le cas présent - de la partie marginale de cette image à l'opposé de lui, le regard étant dirigé en gros vers le milieu de l'écran de projection (partie gauche de l'écran / oeil droit, par exemple). Il arrive que cette partie marginale se trouve en bordure, voire même à l'extérieur, du champ de vision propre à cet oeil lorsque le regard vient à se porter du côté opposé, entrainant ce champ dans un mouvement horizontal par rapport à la fixité de l'écran ; dans cette logique, fS cette partie marginale et, pour cause de voisinage immédiat, le reste de la moitié de l'image qui la porte mais avec un effet moindre, ne semblent pas particulièrement propres à attirer l'attention visuel de l'oeil situé du côté opposé. Si on se place dans la perpective d'une recherche d'effet stéréoscopique, cette remarque présente un certain interêt. Mais ce n'est pas suffisant; il convient, pour bénéficier au mieux de l'effet "marginalité", de le conforter par un artifice intrinsèque à la projection elle même. Le principe du procédé est expliquable, sur le papier, d'une manière simple au moyen d'un "démonstrateur physique" dont le fonctionnement est représenté par les Fig. 2 et 3 : 5'5- Soit un assemblage optique composé de deux miroirs plans, l'un fixe Mf , l'autre mobile dans son propre plan Mm , représenté par la Fig. 2 . Au moyen de deux objectifs parallèles proches, aux axes optiques abordant les miroirs sous une incidence de 45 , deux vues légerement différentes d'une même scène extérieure sont captées, mises au point, et envoyées, l'une par le jeu des miroirs, l'autre o directement, sur une plaque de verre dépolie à regarder en transparence. Les plans des miroirs étant parallèles, les matérialisations de l'image créée par le faisceau -2 lumineux doublement réflechi et de celle créée par le faisceau au trajet direct, si elles pouvaient apparaitre simultanément en totalité de leur surface sur le dépoli, se positionneraient - idéalement l'une par rapport à l'autre pour une exploitation en recherche d'effet 3D par les procédés ci-dessus mentionnés faisant appel à des artifices externes. Ici c'est le mixage de ce duo qui déclenche l'effet 3D qui y est contenu en puissance. Ce mixage est éffectué grace au mouvement alternatif rapide du miroir mobile Mm, d'amplitude comme indiqué par les pointes de flèche FI . (Fig. 2) Ce miroir joue en quelque sorte le rôle d' obturateur : 40 a / pour l'un des faisceaux lumineux issus des objectifs, celui qui est réfléchi par le miroir fixe et dont une portion seulement va, pour atteindre perpendiculairement le dépoli, se réfléchir ensuite sur le miroir mobile lequel ne peut évidemment assumer, de cette deuxième réflexion,que ce que lui permet sa position à l'instant consideré. b / en ce qui concerne l'autre faisceau lumineux, le miroir mobile, cette fois dans le rôle d'un véritable obturateur opaque, en intercepte une portion, fonction également de la position mentionnée ci-dessus, permettant au reste d'atteindre directement le dépoli perpendiculairement. II en résulte que les portions non interceptées de a / et b / , une fois matérialisées sur le dépoli, sont complémentaires l'une de l'autre à tout instant, comblant ensemble 2o en permanence la totalité de la surface utile de celui-ci, suivant la Fig. 3 C'est la fréquence élevée du mouvement rectiligne oscillatoire du miroir mobile Mm, d'allure sinusoïdale, qui, mixant de la sorte le duo stéréoscopique tel que représenté sur la Fig. 3 sous forme de deux portions jointives, une pour chaque image, en fait surgir l'effet relief qui y est contenu en puissance sans le secours 2.Ç d'aucun artifice externe, optique ou autre. II a été démontré empiriquement que l'effet 3D ne se produit pas uniquement lorsque chaque oeil voit entièrement l'image qui lui revient dans le processus de la stéréoscopie, mais également lorsqu'il n'en voit qu'une partie, à condition que l'autre oeil puisse voir la partie équivalente de l'image qui lui revient à lui, et qu'au moins une 3 0 partie de chaque image, de préférence la partie médiane, soit nettement visible et à égalité pour les deux yeux. En principe, lorsque l'oeil Gauche voit les deux tiers, partant de la gauche, de "son" image, et le Droit les deux tiers, partant de la droite, de la "sienne", on ne réalise les conditions propres à l'obtention d'un effet stéréoscopique parfait que pour .3r le tiers médian de l'image 3D ; néanmoins il se trouve que cet effet se manifeste pour les deux tiers "extrêmes" respectifs. On constate même que l'effet stéréoscopique ne s'évanouit pas lorsqu'un oeil voit entièrement ou partiellement l'image qui ne lui revient pas, à condition qu'il puisse percevoir celle qui lui revient pendant un durée notablement plus longue estimée au triple de la durée pendant laquelle il perçoit 4 0 l'autre. Nota : ù La légère différence de longueur totale des trajectoires d'un rayon lumineux issu d'un point de la scène extérieure, selon qu'il est capté par l'un ou l'autre des objectifs, différence égale d'ailleurs à l'écart entre les axes optiques de ceux-ci, est négligeable 44 au delà de 6 mètres en avant du dispositif. ù Si ce dispositif, développé en guise de "démonstrateur physique" dans le but de dévoiler le principe de base du procédé à mettre en oeuvre dans les diverses techniques développées ci-après, devait donner lieu à une réalisation pratique, il convient de signaler qu'il ne serait vraiment performant que si l'image 3D à visualiser <5'0 sur le dépoli avait une largeur du point de vue de l'observateur d'au moins 60 . Le procédé, que le dispositif expérimental ci-dessus vient de décrire, est transposable aux techniques suivantes pour être exploité en pratique : A ù A la cinématographie conventionnelle - Solution "argentique" Cette exploitation implique l'utilisation d'un film du type "vues stéréoscopiques en .ss alternance", précédemment tourné au moyen d'une caméra adaptée à double objectif, lequel film devra être projeté au moyen d'un appareil équipé du dispositif adéquat. Ce dispositif concerne l'obturateur qui doit répondre aux caractéristiques suivantes, différenciant cet appareil d'un projecteur de cinéma conventionnel. On fait balayer perpendiculairement au sens de défilement du film le faisceau issu 6 0 de la source lumineuse par un obturateur rectangulaire opaque dont les deux arêtes latérales sont parallèles à ce défilement. Cet obturateur, animé d'un mouvement rectiligne alternatif à allure sinusoïdale, a un double rôle; gérer par masquage total du faisceau lumineux les changements de vue; moduler en phase d'immobilisation, par laminage de ce faisceau, la durée de son impact sur l'écran, laquelle sera 6f automatiquement portée en abscisse sur celui-ci tout le long de la verticale 2892526 -3_ concernée. L'image résultante peut ainsi être "personnalisée" en fonction de l'oeil (Droit ou Gauche) qui doit la percevoir prioritairement conformément aux considérations développées ci-dessus, et ce dans le contexte de la vision binoculaire naturelle transposée à la stéréoscopie.

Le processus de fonctionnement du procédé que met en oeuvre l'obturateur aux propriétés ci dessus définies, schématisé par les sept situations représentées dans la Fig.4 , est le suivant. Partons de la situation qui précède juste la séquence évoquée ci-dessus, lorsqu'une vue du film vient de remplacer la précédente sous protection de l'obturateur, au moment où le faisceau lumineux qui attend de traverser cette dernière va être démasqué pour atteindre l'écran. L'image naissante va apparaître progressivement côté de l'arête latérale "arrière" de l'obturateur en mouvement, celle située du même côté de l'oeil qui doit percevoir l'image une fois entièrement dévoilée mieux que ne doit la percevoir l'autre. Elle se découvre ainsi à partir de son bord latéral, par là même où elle finira par disparaitre complètement au retour de cette même arête, devenue alors arête "avant", l'obturateur arrivé en bout de course étant de retour. Entre ces deux traitements, l'un à rebours de l'autre, la projection de la vue sur l'écran subit en outre l'affichage de l'intégralité de sa surface pendant un certain laps de temps. Les différents épisodes qui viennent d'être décrits sont inclus en totalité dans 1, la même phase d'immobilisation du film. Le changement de vue intervient alors sous protection de l'obturateur poursuivant son mouvement, pendant le temps strictement nécessaire. A l'accomplissement de ce changement le processus reprend, identique, l'obturateur poursuivant sa course, d'abord dans la même direction, pour le traitement de l'image qui, elle, issue de la âS nouvelle vue en place revient à l'autre oeil, le démasquage / masquage étant opéré cette fois au moyen de l'autre arête verticale. Il est à noter que la représentation globale statique d'une image projetée telle que la percoit l'oeil concerné, pendant le temps extrêmement bref où elle lui apparait, n'est pas imaginable car en fait elle n'existe pas, étant évolutive. 30 Il est à noter également que les effets génerés dans cette solution, dénommée "argentique", sont différents de ceux que l'on constaterait en mettant en oeuvre le procédé au moyen du démonstrateur. Cette différence est due au fonctionnement de l'obturateur Celui-ci, solidaire du projecteur, envoie à chaque "pas" (passage d'un duo devant la fenêtre de projection) son ombre portée sur l'écran. Celle-ci entache la 35 phase d'éclairement de chaque pas d'une plage d'obscurité dont il faut tenir compte au niveau de l'intensité de la source lumineuse. Ce léger inconvénient, inhérent aux projecteurs qui passent les films d'une manière saccadée, ne contrarie cependant en rien le fondu de la succesion des images, conforté, par ailleurs, par la persistance des impressions lumineuses chez le spectateur. De toutes façons, étant donné sa 4,o fréquence élevée, le mouvement oscillatoire de l'obturateur, lui, n'est absolument pas perceptible en tant que tel. La succession des vues ainsi traitées projetées " en alternance" crée une chaine soudée ou chacune des images qui en est issue peut être considerée comme étant mariée stéréoscopiquement, soit avec celle qui la précède sur l'écran, soit avec celle 4..Ç qui l'y suit. A l'animation habituelle attendue de la scène projetée s'ajoute la sensation de relief recherchée, grâce à l'effet de la persistance des impressions lumineuses doublement sollicité dans cette assemblage en chaine se dévidant de manière continue. L'exploitation du dispositif ci-dessus décrit est particulièrement adapté aux SCe projections sur les écrans plans des vastes espaces des Cités et Parcs de loisir consacrés à l' Image. Quant à l'instalation proprement dite du dispositif par rapport au projecteur, son implantation peut être " de fabrication ", et remplacer alors le dispositif d'obturation conventionnel. II peut être installé également de façon "externe" (en aval de Ç l'objectif), le projecteur conservant alors son propre appareillage qui fait double emploi. Cette dernière disposition permet l'exploitation du procédé en salles projetant des films relevant de la technique de l'anamorphose. B ù A la Vidéo - Solutions "numérique" 1 ù Solution "mixte", faisant encore appel au "physique" au niveau de G p l'obturateur, mais au "numérique" pour la captation et la représentation des images Sur un caméscope monté avec deux objectifs à vocation stéréoscopique dont l'écart des axes optiques est d , on installe deux CCD identiques, de largeur normale inférieure à d, au droit de chacun des objectifs. Entre les CCD, disposés côte à côte dans le même plan, et les objectifs on interpose un obturateur rectangulaire physique 2892526 -4-

animé d'un mouvement rectiligne oscillatoire dans son propre plan, parallèle à celui des CCD. Cet obturateur opère de manière à occulter totalement, quand il occupe l'une de ses deux positions extrêmes, l'un des CCD au moment où il libère totalement l'accès de la lumière à l'autre. Fig. 5 $- Dans une position quelconque de l'obturateur en mouvement, les portions de chaque CCD qui reçoivent la lumière, et qui sont complémentaires entre elles comblant à elles deux la totalité d'une surface de CCD, sont envoyées en support/mémoire où elles se retrouvent groupées dans cette disposition recherchée afin d'être exploitées dans l'esprit du procédé lors de la visualisation. Fig. 5 bis 2 ù Solution 100% "numérique" Sur caméscope, pareillement monté comme en 1 en objectifs et en CCDs, un logiciel prend en charge la totalité de chacune des images captées, auxquelles il fait subir, à l'aide d'un obturateur virtuel, le traitement qui les amène à se scinder chacune en une portion verticale à largeur variable, les deux restant complémentaires l'une de m/5- l'autre comme en 1, dont l'assemblage jointif, telle qu'y indiqué, se retrouve concrétisé sur un CCD terminal pour l'exploitation du procédé à la visualisation. Fig. 5 bis REMARQUES : Chacune de ces trois solutions est exploitable tant en "images animées" qu'en "image fixe" . ù Dans le cas de la solution A ( argentique), en "image fixe", le 0 duo stéréo est repèté plusieurs fois sur un film passant en boucle. A ce sujet il est rappelé que l'image unique à visualiser doit présenter une certaine largeur apparente du point de vue de l'observateur. (Grands panneaux publicitaires) ù En "image animée" dans le cas des solutions B ( numérique), 2 les portions captées simultanément ( à droite et à gauche), bien qu'étant liées par un impératif de complémentarité de surface, sont indépendantes optiquement l'une de l'autre, le mixage permanent et rapide qu'elles subissent conjointement ne les contrarie pas dans leurs représentations individuelles propres en cours d'animation. 3 o Mais celles-ci étant d'aspects instantanés très voisins car simultanés, c'est cette synchronisation dans l'autonomie d' animation qui est la source de l'effet relief présentement recherché. ( Home cinéma, Vidéo-projecteurs, écrans plasma géants, écrans de simulation de navigations, etc ...) .

Claims (7)

REVENDICATIONS

1) Dispositif pour faire naitre le relief d'une image "composite" à visualiser sur écran plat par un observateur non équipé d'artifice optique (lunettes spéciales, etc...), caractérisé en ce qu'il est conçu pour amener les deux composantes du duo stéréoscopique impliqué dans l'image à se mixer de telle sorte que les yeux puissent les discriminer dans le contexte de la vision binoculaire recréée artificiellement.

2) Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans le cas d'une projection cinématographique, le film porteur des éléments du duo est " à vues stéréoscopiques en alternance ", obtenu à partir d'une caméra à deux objectifs.

3) Dispositif selon la revendication 2 , caractérisé en ce que l'obturateur, dont est équipé le projecteur qui "passe" le film, agit, dans un mouvement rectiligne oscillatoire perpendiculairement au sens de défilement du film, par démasquage/masquage rapide des vues créatrices des images qui se succèdent en alternance, oeil Droit/oeil Gauche/oeil Droit/..., sur l'écran.

4) Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans le cas d'une prise de vue par caméscope, celui-ci est équipé de deux objectifs dans le but de capter des vues stéréoscopiques. Au droit de chaque objectif est disposé un CCD, les deux étant situés dans le même plan.

5) Dispositif selon la revendication 4 , caractérisé en ce que un obturateur physique est interposé entre les objectifs et les CCD. Cet obturateur, rectangulaire, est animé d'un mouvement rectiligne oscillatoire dans son propre plan, parallèle au plan commun des CCD disposés côte à côte. Ses dimensions, son positionnement, et son amplitude sont tels qu'en bout de course latéral il masque totalement le faisceau lumineux issu d'un des objectifs, privant d'éclairage le CCD concerné, au moment même où il démasque totalement l'autre CCD. L'obturateur, lorsqu'il est dans une position quelconque, génère deux portions d'image captée, issue chacune d'un objectif. Ces portions sont complémentaires entre elles, représentant conjointement la surface d'un CCD. Elles se retrouvent jointives et convenablement positionnées sur le support-mémoire pour l'exploitation.

6) Dispositif selon la revendication 4 , caractérisé en ce que les vues captées par les CCD sont traitées, dans l'esprit du procédé, par un obturateur virtuel piloté par un logiciel. Celui-ci regroupe, jointifs et convenablement positionnés, les deux éléments à largeur évolutive créés simultanément qui en découlent, et que l'on sait complémentaires, sur un CCD terminal pour l'exploitation, suivant le même schéma indiqué dans la revendication 5 .

7) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est exploitable indifféremment pour la visualisation d'images animées ou non. Dans ce dernier cas, sous revendications 2 & 3, l'image fixe, de laquelle projetée le relief du sujet est à faire ressortir, peut être obtenue au moyen d'un film passé en boucle sur lequel le "duo de vues stéréo" est répeté plusieurs fois en chaine. .40 30 35