FR3007923B1 - Procede dispositif pour representer une image tridimensionnelle avec un generateur d'images d'une installation d'affichage de champ de vision pour un vehicule - Google Patents

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Abstract

Procédé pour représenter une image tridimensionnelle (306) avec un générateur d'images d'une installation d'affichage de champ de vision (602) pour un véhicule. On pré-déforme une première image pour le premier œil (100) d'un observateur de l'image tridimensionnelle (306) en se fondant sur la première information de pré-distorsion d'image associée au premier œil (100) donnant une première image pré-distordue (700). On pré-déforme une seconde image pour le second œil (102), en se fondant sur la seconde information de pré-distorsion associée au second œil (102) donnant une seconde image pré-déformée (702). La pré-distorsion de la première image (700) est différente de la pré-distorsion de la seconde image (702).

Description

Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un procédé pour représenter une image tridimensionnelle en utilisant un générateur d’images d’une installation d’affichage de champs de vision ou champ visuel pour un véhicule ainsi qu’un dispositif pour représenter une telle image tridimensionnelle appliquée à un véhicule. L’invention s’applique également à un produit programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre d’un tel procédé.
Etat de la technique
Les véhicules automobiles sont de plus en plus équipés de séries avec une installation d’affichage de champs de vision encore appelé affichage HUD (affichage tête haute) utilisant le pare-brise pour afficher une image tridimensionnelle virtuelle.
Le document EP 1783531 décrit un tel système HUD comportant une caméra observant le conducteur. Pour représenter l’image on utilise un trajet lumineux inverse. Le document EP 2200332 présente un système HUD auto-stéréoscopique.
Le document DE 102009027026 présente un moyen pour afficher les informations dans un système HUD analogue à un contact. Exposé et avantages de l’invention
La présente invention a pour objet un procédé pour représenter une image tridimensionnelle en utilisant un générateur d’images d’une installation d’affichage de champ de vision pour un véhicule ce procédé consistant à pré-déformer une première image pour le premier œil d’un observateur de l’image tridimensionnelle en se fondant sur la première information de pré-distorsion d’image associée au premier œil et obtenir une première image pré-distordue, pré-déformer une seconde image pour le second œil de l’observateur de l’image tridimensionnelle en se fondant sur la seconde information de pré-distorsion d’image associée au second œil et obtenir une seconde image prédéformée, la pré-distorsion de la première image étant différente de la pré-distorsion de la seconde image et transmettre la première image pré-déformée et la seconde image pré-déformée à une interface du générateur d’images du véhicule pour représenter l’image tridimensionnelle.
Dans les optiques HUD binoculaires les deux yeux de l’observateur regardent par la même optique de sorte que l’œil gauche et l’œil droit observent une image virtuelle selon deux angles d’observation différents si bien qu’entre autre, on a les défauts de l’image ainsi que les défauts de convergence et de divergence en liaison avec les paramètres qui décrivent l’écart de la position latérale des points images par rapport à la position de consigne. Pour qu’à côté des conditions concernant l’acuité de l’image, les conditions relatives à la convergence et à la divergence soient suffisantes, les systèmes HUD comportent des optiques très élaborées avec suffisamment d’éléments optiques. Or, pour des raisons d’économie, on cherche en général à répondre aux exigences en utilisant un nombre aussi réduit que possible d’éléments optiques. Pour cela on utilise le fait que pour une conception sensiblement identique par l’angle d’observation, on peut corriger la distorsion de l’image dans le générateur d’images du système HUD. Ce concept est également appelé « déformation ».
Un système HUD stéréoscopique peut comporter une unité de déformation qui effectue une pré-distorsion d’image, distincte pour l’œil gauche et l’œil droit de l’observateur. Cela permet de compenser avantageusement une qualité optique insuffisante de l’optique d’imagerie du système HUD et en particulier vis-à-vis de la déformation, de la convergence et de la divergence.
Selon un développement, on complète le système par la poursuite de la position des yeux de l’observateur pour corriger les paramètres de déformation, de convergence et de divergence par une boîte oculaire complexe réalisant la déformation dynamique. Cette opération appelée déformation dynamique peut, le cas échéant être possible, en ce que selon le concept présenté ici, l’œil gauche et l’œil droit de l’observateur voient des images distordues, différentes.
Selon une solution, le système HUD avec une déformation binoculaire dynamique a l’avantage que l’optique d’imagerie du système HUD pourra être réalisée d’une manière moins coûteuse. En outre, la possibilité ainsi offerte de la suppression d’un élément optique a l’avantage, non seulement de réaliser une économie, mais également, de réduire l’encombrement. En particulier, un système conçu selon le principe de l’invention convient à des systèmes HUD de type "analogues à un contact". Sans la présente proposition, il serait nécessaire d’utiliser des tailles d’images qui seraient, de façon caractéristique, d’au moins 8x4 pour une distance virtuelle d’images grossièrement de 15 millimètres comme système HUD binoculaire du fait de l’augmentation des tolérances et du plus grand nombre d’éléments typiques dont au moins trois éléments optiques sont difficilement réalisables.
Selon l’invention, on réduit avantageusement la complexité du système optique du système HUD en particulier dans le cas d’un système HUD analogue à un contact. Ainsi on aura un encombrement plus réduit pour le système HUD ou encore le champ de vision, de petite dimension sera réalisable avec des conditions d’encombrement identiques.
Selon l’invention, l’image tridimensionnelle peut correspondre à une représentation spatiale pour informer de manière appropriée un observateur. L’installation d’affichage de champ de vision ou champ visuel encore appelé afficheur tête haute HUD est un appareil d’affichage dans lequel les informations à afficher, ici par exemple les images tridimensionnelles sont projetées dans un champ principal de vision de l’observateur appelé surface d’affichage de sorte que la tenue de la tête ou la direction du regard ne seront que légèrement modifiées pour recevoir les informations. Le générateur d’images est par exemple une installation électronique pour générer un signal d’images servant à générer la représentation de l’image tridimensionnelle par l’installation d’affichage d’images. Le générateur d’images sera installé à une distance appropriée de la surface supérieure de l’installation d’affichage du champ visuel. La pré-distorsion de la première et de la seconde image s’appelle également application d’une déformation. La pré-distorsion peut s’utiliser pour compenser la déformation de l’observation de l’image tridimensionnelle composée à partir d’une première et d’une seconde image et des positions différentes de l’œil gauche et de l’œil droit.
La pré-distorsion permet de réaliser des représentations erronées de manière contrôlée, fondées sur des informations d’images de pré-distorsion pour la première et la seconde images et qui se caractérise en ce qu’elles neutralisent la distorsion générée chez l’observateur, ce qui permet de développer chez l’observateur, l’impression d’une représentation non déformée. Les informations de pré-déformation nécessaires à la pré-correction appropriée peuvent le cas échéant déterminer les données réelles et/ou les valeurs de mesure, notamment les données pour la représentation d’un effet de profondeur pour l’image tridimensionnelle en utilisant un algorithme approprié. Les différences entre la pré-distorsion respective de la première et de la seconde images peuvent être fondées sur la distance qui sépare les positions différentes du premier et du second œil (œil gauche et œil droit) de l’observateur.
Selon un autre développement, le procédé comporte une étape consistant à déterminer la première information de pré-distorsion d’image et la seconde information de pré-distorsion d’image. La seconde information de pré-distorsion d’image est différente de la première information de pré-distorsion d’image. Ainsi, pour déterminer la prédispersion de la première et de la seconde image, on utilise toujours des données réelles actuelles et on détermine de manière optimale la prédispersion respective. L’étape de détermination peut se composer d’une étape de saisie de la première information de position et de la seconde information de position. La première information de position est la position du premier œil dans un premier espace de mouvements, prédéfinis de la tête de l’observateur et la seconde information de position est la position du second œil dans un second espace de mouvements prédéfinis de la tête de l’observateur. Les espaces de mouvements prédéfinis peuvent également s’appeler première et seconde boîtes oculaires décrivant les espaces dans lesquels se déplace la tête de l’observateur selon le procédé décrit. Le premier et le second espace de mouvement, prédéfinis peuvent avoir des dimensions prédéfinies. Dans l’application du procédé à un véhicule, le premier et le second espace de mouvements, prédéfinis correspondent à des zones dans l’habitacle, dans lesquelles se déplace la tête du conducteur du véhicule. Le premier et le second espace de mouvements, prédéfinis peuvent également se calculer en se fondant sur des valeurs d’expérience. En variante, le premier et le second espace de mouvements prédéfinis se détermine également en temps réel et sont actualisés régulièrement, par exemple par l’observation du conducteur dans l’habitacle du véhicule à l’aide d’un système de caméras. Ce mode de réalisation a l’avantage que les pré-distorsions de la première et de la seconde images sont indépendantes l’une de l’autre et se déterminent exactement selon la position de l’œil respectif. Cela permet de diminuer considérablement le risque de saut d’image à l’observation de l’image tridimensionnelle.
Selon un développement, l’étape de saisie permet de saisir la première information de position et la seconde information de position par un moyen optique. Pour cela, le véhicule est équipé d’un système d’observation du conducteur utilisant une caméra. Cela permet avantageusement de faire fonctionner le procédé avec la saisie optique des informations de position toujours remise à jour et permettant de calculer plus précisément la pré-distorsion.
Par exemple, dans l’étape de détermination de la première information de pré-distorsion d’images, on se fonde sur la première information de position et on détermine la seconde information de prédistorsion d’images en se fondant sur la seconde information de position. Cela permet de calculer la distorsion d’image respective, exactement pour l’angle suivant lequel l’image est observée par l’œil droit ou l’œil gauche. Selon est notamment important si les deux angles sont très différents.
Selon un autre développement, l’étape de détermination comprend une étape de saisie d’une autre première information de prédistorsion d’images fondée sur une première autre information et position concernant une autre position du premier œil et une autre seconde information de pré-distorsion d’image fondée sur une autre seconde information de position concernant une autre position du second œil. Cela permet une représentation sans déformation de l’image tridimensionnelle en temps réel en fonction du mouvement de la tête et ainsi du décalage des axes de visée de l’observateur. On évite ainsi efficacement que l’observateur ne soit irrité par les défauts de représentation de l’image tridimensionnelle, occasionnés par le mouvement de sa tête.
Le procédé comporte par exemple une étape d’adaptation des coordonnées tridimensionnelles du premier espace de mouvements prédéfinies fondées sur l’autre première information de position et sur les coordonnées tridimensionnelles du second espace de mouvements prédéfinies fondées sur l’autre seconde information de position. Les coordonnées de l’espace ou coordonnées tridimensionnelles représentent une limitation de l’espace de mouvements prédéfinis respectifs ainsi que d’une position par exemple dans l’habitacle du véhicule. En adaptant les coordonnées tridimensionnelles, on peut déplacer le premier et le second espace de mouvements, prédéfinis. Cela permet d’éviter avantageusement que la tête de l’observateur ne sorte de la zone dans laquelle il reçoit l’image tridimensionnelle sans saut d’image. En même temps, on détermine la zone pour la pré-distorsion en la tenant au minimum et en économisant ainsi des capacités de calcul.
En variante, la première autre information de position représente la position du premier œil dans un troisième espace de mouvements prédéfinis pour la tête de l’observateur et/ou l’autre seconde information de position représente la position du second œil dans un quatrième espace de mouvements prédéfinis pour la tête de l’observateur. On peut définir un nombre quelconque d’autres espaces de mouvements dans un champ de déplacements ou de mouvements acceptables pour la tête de l’observateur, par exemple dans l’habitacle du véhicule. Ce développement a l’avantage d’éviter une mise en œuvre de calculs pour déterminer des distorsions d’images, variables, fondées sur l’autre première ou seconde information de position. La première ou seconde image pré-distordue, appropriée, existe ainsi à tout instant et exclut toute représentation saccadée, irritante de l’image 3D.
Le procédé comporte une étape de représentation de l’image tridimensionnelle en utilisant la première image pré-distordue et la seconde image pré-distordue dans une installation d’affichage de champ de vision du véhicule. En particulier, l’optique de l’installation d’affichage du champ visuel est formée par le pare-brise du véhicule. Cela permet au conducteur et sans détourner son regard des événements de la circulation, de recevoir des informations caractéristiques sans être irrité par des défauts de déformation, de divergence ou de di- vergence et le cas échéant d’être détourné des événements de la circulation.
En particulier, l’étape de représentation de l’image tridimensionnelle peut se faire comme image tridimensionnelle analogue à un contact. Cela permet au conducteur d’être informé de manière intuitive et ainsi d’une façon particulièrement rapide des éléments importants et caractéristiques de la circulation.
Selon une autre caractéristique, dans l’étape de détermination de la première information de pré-distorsion d’image et de la seconde information de pré-distorsion d’image et/ou dans l’étape de détermination de l’autre première information de pré-distorsion d’image et de l’autre seconde information de pré-distorsion d’image, on détermine la première information de pré-distorsion d’image et la seconde information de pré-distorsion d’image et/ou la première autre information de pré-distorsion d’image et la seconde autre information de prédistorsion d’images pour compenser au moins un défaut de convergence et/ou un défaut de divergence et/ou un défaut de divergence dans la représentation de l’image tridimensionnelle.
Cela permet d’éviter avantageusement que l’observateur, par exemple le conducteur du véhicule, soit irrité par l’image tridimensionnelle et que sa concentration soit perturbée. En particulier, cela permet une conduite sûre et avec des risques d’accident réduits. L’invention a également pour objet un dispositif pour représenter une image tridimensionnelle en utilisant un générateur d’images d’une installation d’affichage de champ de vision d’un véhicule, ce dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend une première installation de pré-distorsion pour effectuer la pré-distorsion d’une première image pour le premier œil de l’observateur de l’image tridimensionnelle en se fondant sur une première information de prédistorsion d’image associée au premier œil et obtenir une première image pré-distordue, une seconde installation de pré-distorsion pour effectuer la pré-distorsion d’une seconde image pour le second œil de l’observateur de l’image tridimensionnelle en se fondant sur une seconde information de pré-distorsion d’image associée au second œil et obtenir une seconde image pré-distordue, la distorsion de la première image étant différente de la distorsion de la seconde image et une installation d’émission pour transmettre la première image pré-distordue et la seconde image pré-distordue par une interface au générateur d’images du véhicule pour représenter l’image tridimensionnelle.
Le dispositif est réalisé pour exécuter les étapes du procédé de l’invention dans des installations appropriées. Cette variante de l’invention sous la forme d’un dispositif permet de résoudre rapidement et efficacement le problème posé auquel l’invention apporte la solution.
Le dispositif selon l’invention est un appareil électrique qui traite les signaux fournis par les capteurs et en fonction de ce traitement, il génère des signaux de commande et/ou de données. Le dispositif comporte une interface réalisée sous la forme d’un circuit et/ou d’un programme. Dans le cas d’une réalisation sous la forme d’un circuit, les interfaces font par exemple partie d’un système ASIC qui contient les différentes fonctions du dispositif. Il est également possible que les interfaces possèdent leurs propres circuits intégrés ou soient constitués au moins en partie de composants discrets. Dans le cas d’un développement en forme de programme, on peut également avoir les interfaces sous forme de module de programme existant par exemple dans un microcontrôleur, à côté d’autres modules de programme.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, l’invention a pour objet un produit programme d’ordinateur avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine telle qu’une mémoire semi-conductrice, un disque dur ou une mémoire optique et qui est utilisé pour exécuter le procédé selon l’une quelconque des réalisations lorsque le produit programme est appliqué par un ordinateur ou un calculateur.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide des dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références.
Ainsi : la figure IA est un schéma expliquant le principe de la convergence, la figure IB est un schéma expliquant le principe de la divergence, la figure IC est un schéma expliquant le principe de la divergence, la figure 2 est un schéma expliquant une fausse impression de profondeur en cas de non-superposition optimale d’une première et d’une seconde image, la figure 3 est un schéma expliquant la représentation d’une image virtuelle en utilisant une installation conventionnelle de champ de vision, la figure 4 est un schéma de principe servant à expliquer la représentation d’une image virtuelle avec distorsion en utilisant une installation conventionnelle d’affichage de champ visuel, la figure 5 est un schéma de principe expliquant la représentation d’une image virtuelle par une installation conventionnelle d’affichage avec un plus grand champ visuel, la figure 6 est un schéma par blocs d’un dispositif de représentation d’une image tridimensionnelle utilisant un générateur d’images d’une installation d’affichage de champ visuel pour un véhicule selon un exemple de réalisation de l’invention, la figure 7 est un schéma de principe décrivant la représentation d’une image virtuelle avec le dispositif de la figure 6 selon un exemple de réalisation de l’invention, la figure 8 est un schéma de principe expliquant la représentation d’une image virtuelle avec le dispositif de la figure 6 en cas de mouvement de la tête de l’observateur, selon un exemple de réalisation de la présente invention, la figure 9 est un schéma de principe décrivant la représentation d’une image virtuelle avec le dispositif de la figure 6 et un système d’observation du conducteur selon un exemple de réalisation de la présente invention, la figure 10 est un ordinogramme d’un procédé de représentation d’une image tridimensionnelle utilisant un générateur d’images d’une installation d’affichage de champ visuel pour un véhicule selon un exemple de réalisation de l’invention, et la figure 11 est une représentation décrivant la distorsion de l’image selon le procédé de la figure 10.
Description de modes de réalisation
Une image tridimensionnelle représentée par une installation d’affichage de champ visuel encore appelée installation HUD donne une représentation spatiale qui peut également comporter des objets virtuels. L’impression visuelle de l’image affichée dépend entre autre, fortement de la manière suivant laquelle l’œil gauche et l’œil droit de l’observateur voient l’image. Ce n’est que pour une bonne concordance pour le système humain de perception visuelle que l’image observée sera agréable dans la position spatiale souhaitée.
Dans le cas d’un système HUD stéréoscopique avec une optique binoculaire, pour l’œil gauche et l’œil droit (pour une distance d’image virtuelle fixe) on représente des images différentes pour émuler différentes distances symboliques à l’aide de l’indication de profondeur de la disparité binoculaire. Entretemps, il existe également des systèmes HUD permettant une représentation symbolique dans un volume 3D par exemple en utilisant un affichage volumique comme générateur d’images.
Les figures 1A-1C suivantes servent à expliquer la vision stéréoscopique et les problèmes liés à celle-ci pour la représentation d’images 3D.
La figure IA montre à l’aide d’un simple schéma, le principe de la convergence de la vision stéréoscopique. Pour associer spatialement un objet relativement proche, observé, le premier œil 100 et le second œil 102 de l’observateur sont dirigés vers le même point de fuite 108 dans la région de l’objet. Les axes optiques 104, 106 des yeux 100, 102 tournent l’un vers l’autre pour former un point 108 qui est le point d’intersection des axes. Pour une impression visuelle correcte de profondeur, il est important que toutes les indications de profondeur (disparité, convergence, parallaxe de mouvements, accommodation,...) soient consistantes, c’est-à-dire indiquent tous l’objet qui se trouve au point 108.
Les problèmes de la représentation d’images en trois dimensions résultent souvent de ce que l’observateur est exposé à des in dications de profondeur non cohérentes. Si l’œil observe un objet pour lequel, par l’accommodation (adaptation oculomotrice de l’indice de réfraction de la lentille oculaire) le cerveau conclut que la distance est faible et si cette distance ne correspond pas au point d’intersection des deux axes optiques 104, 106 tournés l’un vers l’autre des yeux 100, 102, cela se traduit par une incohérence des indications de profondeur. Ces incohérences sont acceptées jusqu’à un certain degré comme cela sera expliqué ultérieurement.
La figure IB montre une divergence inacceptable pour laquelle les deux axes optiques 104, 106 ne se coupent pas. L’œil gauche 100 se focalise sur le point 110 et l’œil droit 102 sur le point 112. Les axes optiques 104, 106 sont toutefois, inclinés de façon écartée l’un de l’autre ce qui ne correspond pas à la réalité. En effet, tous les objets rencontrés dans la réalité s’observent avec des axes optiques 104, 106 inclinés l’un par rapport à l’autre et dans le cas d’un objet situé à l’infini, les axes optiques sont parallèles puisque le point d’intersection est rejeté à l’infini.
La figure IC montre une autre forme de disparité de perception à l’aide de cette représentation permettant de décrire la divergence. La divergence correspond à la divergence dans la direction verticale. Dans ce cas, le premier axe de vision 104, associé au premier foyer 110, et le second angle de vision 106 associé au second foyer 112 diffèrent dans la direction verticale.
Une optique très évoluée nécessaire à un système HUD ayant suffisamment d’éléments optiques pour répondre à côté des exigences concernant la netteté de l’image, également à celle concernant la convergence et la divergence font que les erreurs acceptables se déplacent ici de manière caractéristique dans une plage < 2 mrad et pour des défauts de conception ce seuil correspond de manière caractéristique à 5%.
La figure 2 montre un diagramme explicitant une fausse impression de profondeur en cas de non superposition optimale d’une première et d’une seconde image dans la représentation d’une image tridimensionnelle avec une optique de système HUD. En fonction des cas décrits à l’aide des figures IB et IC, des images virtuelles qui n’apparaissent pas superposées de manière optimale pour l’œil gauche et l’œil droit se traduisent par une fausse impression de profondeur. Le diagramme montre la courbure de l’image à laquelle conclut l’appareil humain de perception visuelle si uniquement les disparités binoculaires servent d’indication de profondeur et si celles-ci sont entachées de défauts de convergence. Sont représentées les dimensions et les distances de la surface image virtuelle qui apparaît. La distance virtuelle moyenne est ici égale à environ 15 mètres.
Le diagramme de la figure 2 montre à titre d’exemple la surface virtuelle d’image d’un tel système HUD et qui, du fait des écarts de position évoqués ci-dessus, n’apparaît pas plane mais courbe. Il convient de remarquer dans ce contexte que les variations de profondeur représentées à titre d’exemple se situent dans une plage de quelques mètres pour une distance d’environ 15 mètres de l’observateur et ne sont pas nécessairement perturbantes. Le diagramme montre l’impression de profondeur obtenue par triangulation en se fondant sur des images facilement distinguées par l’œil gauche et l’œil droit. On améliore en utilisant un système HUD stéréoscopique. Un système HUD stéréoscopique équipé de manière appropriée peut donner une distance virtuelle d’image de trois à cinq mètres pour des distances d’image variable (réglables par la disparité binoculaire) par l’effet stéréoscopique et qui, par l’intégration du système de déformation dynamique sont réduites au minimum par la poursuite de la position des yeux en se référant au volume. Un tel système permet de compenser totalement la courbure représentée à la figure 2 ainsi que d’autres défauts d’images tels que la divergence et la déformation de sorte que l’optique du système HUD se satisfait de conditions de tolérance plus réduites et permet le cas échéant d’éliminer les éléments optiques 1-2 se traduisant ainsi par une économie et une réduction de l’encombrement.
La figure 3 montre un système très simplifié pour la représentation d’une image virtuelle en utilisant une installation conventionnelle binoculaire d’affichage de champ de vision. La figure montre une installation d’affichage de champ de vision ou système HUD 300. Le système HUD 300 se compose d’un générateur d’images 302 et d’une optique HUD 304 sans élément de correction de distorsion en amont.
Dans l’exemple du système HUD appliqué à un véhicule, l’optique HUD est constituée par le pare-brise du véhicule. Le premier œil 100 et le second œil 102 de l’observateur (ici par exemple le conducteur du véhicule) sont orientés vers l’optique HUD 304 qui réfléchit par l’intermédiaire d’éléments de réflexion appropriés de l’installation d’affichage de champ de vision 300, la surface du générateur d’images 302. Ainsi l’optique HUD 304 donne une version par miroir de la surface du générateur d’images sous la forme d’une image virtuelle 306 apparaissant à l’observateur à la distance d’image 308, virtuelle indiquée par la double flèche.
Dans l’optique HUD 304 binoculaire de la figure 3, le générateur d’images 302 est observé par les deux yeux 100, 102 à travers une même optique d’images fondée sur la réflexion, c’est-à-dire sur des miroirs. Ces miroirs permettent à la surface d’image 302 d’apparaître suivant le principe de la loupe comme image virtuelle 306 par une plus grande distance effective de l’œil. Le premier œil ou œil gauche 100 et le second œil ou œil droit 102 observent l’image virtuelle 306 à partir de positions différentes, dites positions de la boîte oculaire, et qui représentent le décalage latéral correspondant à l’écart moyen des yeux qui est de l’ordre de 66 mm. Comme les deux positions de la boîte oculaire sont regroupées par l’utilisation d’une simple optique d’imagerie, quasiment en une seule boîte oculaire 310, commune, caractérisée dans le schéma par une double flèche verticale, par l’observation de l’image virtuelle 306 suivant les différents angles d’observation, on percevra différentes déformations et des défauts de convergence et de divergence. De plus, le système HUD 300 usuel représenté n’a pas de fonction enveloppe, c’est-à-dire selon l’échelle d’imagerie caractéristique inférieure à dix. Du fait de l’absence de distorsion d’images (encore appelée « principe de déformation », l’image virtuelle 306 apparaît comme déformée et dans le cas présent elle a une forme de banane.
La figure 4 montre un autre système usuel de représentation d’une image virtuelle. L’affichage tête haute 300, conventionnel est équipé dans ce cas d’une optique d’imagerie binoculaire et permet la représentation de l’image 306 comme image virtuelle corrigée par une fonction de précorrection de distorsion.
La figure 5 montre un autre système usuel de représentation d’une image virtuelle. Il s’agit dans ce cas de l’affichage tête haute 300 avec une optique binoculaire pour réaliser un système HUD, analogue à un contact, permettant d’avoir un champ de vision plus grand et une plus grande distance d’image (cela n’apparaît pas à la représentation de la figure 5).
En particulier, pour un système HUD 300 analogue à un contact, on réalise un champ de vision significativement plus grand que dans le cas d’un système HUD conventionnel pour avoir en même temps une plus grande distance d’image 308. Il en résulte qu’il faut un plus grand nombre d’optiques de dimensions plus grandes et un chemin optique plus grand pour arriver à la qualité d’image requise. Cela augmente l’encombrement dans le cas de l’utilisation du système HUD appliqué à un véhicule, par exemple intégré dans le tableau de bord. Or, les composants critiques pour la sécurité telle que la colonne de direction et l’arceau du véhicule se trouvent dans le volume nécessaire au système HUD et limitent ainsi d’emblée le champ de vision et de façon correspondante, la fonctionnalité et l’utilisation.
Du fait du nombre limité d’éléments optiques à cause du volume d’encombrement disponible, plus réduit, par exemple entre deux et quatre éléments optiques et à cause de l’échelle d’imagerie plus grande, par exemple supérieure à 20, la conception de l’image virtuelle 306 pour l’œil gauche 100 et pour l’œil droit 102 est très voisine. Comme le montre la représentation de la figure 5, une première image 500 et une seconde image 502 formant la représentation tridimensionnelle 306 s’écartent significativement l’une de l’autre. Du fait des défauts de convergence et de divergence ainsi que de la déformation, l’effet décrit se traduit par une perception fausse de la profondeur et à partir de certaines limites se situant à environ 2 mrad, pour le conducteur ou l’observateur, la vision est désagréable, ce qui n’est pas acceptable. L’affichage tête haute 300 présenté à la figure 5 est fondé sur des paramètres plus stricts que ceux des affichages tête haute analogues à un contact, décrit ci-dessus. Le but consistant à fusionner les contenus virtuels d’images avec une scène de conduite, nécessite des champs de vision élargis et des distances d’images plus grandes, ce qui se traduit par une multiplicité d’éléments et une augmentation des éléments optiques et ainsi une échelle d’imagerie croissante de dimensions par exemple supérieures à 20. Il en résulte que les images virtuelles 500, 502 vues par l’œil gauche 100 et l’œil droit 102 ne se chevauchent pas nécessairement, ce qui détériore l’impression de profondeur et dans le cas le plus défavorable cela est perçu comme désagréable par le conducteur.
La figure 6 est un schéma par blocs d’un dispositif pour représenter une image tridimensionnelle correspondant à un exemple de réalisation de l’invention. La figure montre un véhicule 600 équipé d’une installation d’affichage de champ de vision ou d’un système HUD 602 composé d’un générateur d’images 604 et d’une optique HUD 606 constituée ici par le pare-brise du véhicule 600. Un observateur 608 de l’optique HUD 606 est le conducteur du véhicule 600. Le véhicule 600 comporte en outre un dispositif 610 pour représenter une image tridimensionnelle composée d’une première et d’une seconde image. Le dispositif 610 comporte une première installation de pré-distorsion 612 pour faire la pré-distorsion de la première image pour le premier œil 100 de l’observateur 608 de l’image tridimensionnelle, une seconde installation de pré-distorsion 614 pour faire la pré-distorsion de la seconde image pour le second œil 102 de l’observateur 608 de l’image tridimensionnelle ainsi qu’une installation d’émission 616 pour transmettre la première image prétraitée et la seconde image prétraitée à une interface du générateur d’images 604 du véhicule 600, pour représenter l’image tridimensionnelle.
Dans le cas de l’exemple de réalisation du dispositif 600 présenté à la figure 6, la première installation de pré-distorsion 612 effectue la pré-distorsion de la première image en se fondant sur une première information de pré-distorsion d’images associée au premier œil 100 et la seconde installation de pré-distorsion 614 réalise la prédistorsion de la seconde image en se fondant sur la seconde information de pré-distorsion d’images associée au second œil 102. Comme le montre la figure 6, la première information de pré-distorsion d’image correspond à une première information de position 618 qui représente la position du premier œil 100 dans un premier espace de mouvement, prédéfini 620 de la tête de l’observateur 608 ; la seconde information de pré-distorsion d’image repose sur une seconde information de position 622 pour la position du second œil 102 dans un second espace de mouvements 624, prédéfini de la tête de l’observateur 608. A l’aide d’une représentation très simplifiée du système, la figure 7 montre une image virtuelle en utilisant un exemple de réalisation du dispositif selon l’invention présenté à la figure 6. L’afficheur tête haute 602 complété avec le dispositif de l’invention, comporte une optique binoculaire, c’est-à-dire que l’œil gauche 100 et l’œil droit 102 de l’observateur voient différemment la surface des images réfléchies par le générateur d’images non représenté ; il s’agit ici pour l’œil gauche 100 de la première image 700, prétraitée selon la première information de pré-distorsion d’image pour l’œil gauche 100 et d’une seconde image prétraitée 702 selon la seconde information de pré-distorsion d’image correspondant à l’œil droit 102 ; la pré-distorsion de la première image 700 est différente de celle de la seconde image 702. Les pré-distorsions différentes reposent, comme décrit à l’aide de la figure 6, sur la position du premier œil 100 dans le premier espace de mouvement 620 prédéfini correspondant à la première information de position et au second espace de mouvements 624 prédéfini du second œil 102 correspondant à la seconde information de position. Le premier espace de mouvement prédéfini 620 qui s’appelle également première boîte oculaire et le second espace de mouvements 624 prédéfinis qui s’appelle également seconde boîte oculaire sont représentés dans la vue de la figure 7 à l’aide de deux doubles flèches. Les pré-distorsions pour le premier œil 100 et pour le second œil 102 sont faites pour que l’image virtuelle 306 résultante ne soit pas déformée et apparaisse à la distance virtuelle d’image 308, souhaitée.
Le système binoculaire HUD 602 représenté à la figure 7 fonctionne comme un écran image auto-stéréoscopique qui représente des contenu d’image différent pour l’œil gauche ou premier œil 100 et l’œil droit ou second œil 102. Cette situation est utilisée pour la prédistorsion qui se fait séparément en se fondant sur la première boîte 620 et la seconde boîte 624 correspondant respectivement à l’œil gauche 100 et à l’œil droit 102. Cela permet de corriger les défauts de convergence, de divergence et de déformation développés à l’aide des figures 3 à 5.
La figure 8 montre à titre d’exemple le système stéréoscopique HUD 602 des figures 6 et 7 dans le cas d’un mouvement de la tête de l’observateur. Selon la figure 8, l’observateur ou conducteur déplace la tête vers la droite. Ce mouvement latéral de la tête du conducteur déplace le premier œil ou œil gauche 100 hors de la première boîte 620 passant alors dans la seconde boîte 624 ; le second œil ou œil droit 102 sort de la seconde boîte 624 et passe dans une quatrième boîte ou un quatrième espace de mouvement 800, prédéfini pour la tête de l’observateur. Une troisième boîte définie à côté du premier œil 100 n’est pas présentée dans ce dessin. Sans autre moyen, il n’apparaîtrait aucune image au-delà des boîtes 620, 624, c’est-à-dire dans l’espace de mouvements 800. Si le système HUD 602 peut représenter chaque fois une image en plus de l’image pour l’œil gauche 100 et l’œil droit 102, cela permet d’augmenter la liberté de mouvement du conducteur sans perte d’image et pour la troisième et la quatrième boîte apparaîtrait également une image.
Selon des développements, on peut avoir un ensemble d’autres petites boîtes oculaires qui permettent de couvrir complètement la plage de déplacement de boîte appropriée, par exemple dans une zone de l’habitacle du véhicule. L’exemple de réalisation du dispositif de l’invention présenté à la figure 8 permet d’éviter que le premier œil 100 ou le second œil 102 ne sorte de la zone de la boîte et ne voit plus d’image. Avec un nombre suffisamment grand de petites boîtes et un nombre correspondant d’images représentées (images pré-distordues) on évite les sauts d’images en passant d’une boîte à une autre boîte.
La figure 9 montre une autre fonction donnée à titre d’exemple du système HUD 602 décrit à l’aide des figures 6 et 7 complété par le dispositif de l’invention en cas de mouvement de la tête de l’observateur. Dans le cas de l’exemple de réalisation du système HUD 602 de la figure 9 avec le dispositif de l’invention, le véhicule est équipé d’une unité d’observation du conducteur 900 sous la forme d’une caméra permettant de suivre en temps réel les changements de position du premier œil 100 et du second œil 102. Dans l’exemple de réalisation du système HUD 602 de la figure 9, le dispositif selon l’invention comporte une installation (non présentée dans la figure) qui adapte les coordonnées d’espace du premier espace de mouvement prédéfini 620 et du second espace de mouvements prédéfini 624 et cela en se fondant sur une autre première information de position qui représente une autre première position du premier œil 100 et une autre seconde information de position qui représente une autre seconde position du second œil 102. La plage de déplacement 902 définie par l’adaptation des coordonnées d’espace est schématisée par la double flèche dans la figure.
La possibilité de déplacement des boîtes 620, 624 avec adaptation simultanée des paramètres de pré-distorsion de la première image 700 et de la seconde image 702 correspondant à la possibilité implémentée dans cet exemple de réalisation permet au conducteur de se déplacer dans la plage de déplacement 902 des boîtes 620, 624 sans subir des effets gênants tels que des sauts d’image ou des pertes d’images pour l’image virtuelle 306 ou une interruption provisoire de la première image 700 ou de la seconde image 702, ce qui pourrait être irritant. L’installation 900 pour suivre la position des yeux donne au système HUD 602 selon l’invention la possibilité d’alimenter les deux systèmes de déformation pour l’œil gauche 100 et l’œil droit 102 en temps réel avec les données de position des yeux 100, 102. Les deux systèmes de déformation définissent ainsi en parallèle pour la position gauche et la position droite des yeux, des paramètres distincts de prédistorsion d’images. Ainsi, à l’aide de la première image pré-distordue 700 et de la seconde image pré-distordue 702 on pourra représenter une image en 3D 306, sans distorsion avec l’optique HUD 606. A l’aide des exemples de réalisation présentés aux figures 8 et 9 du dispositif selon l’invention, même dans le cas de dimensions de boîtes, limitées, on évite efficacement qu’en cas de mouvement latéral de la tête du conducteur, le premier œil 100 ou le second œil 102 sortent de la première boîte 620 ou de la seconde boîte 624 et produisent des sauts d’images ou des pertes transitoires d’images.
Il convient enfin de remarquer que le contrôle séparé de la première image 700 et de la seconde image 702 on peut compenser non seulement les défauts de convergence, de divergence et de déformation par la pré-distorsion ou pré-déformation mais grâce à l’utilisation d’un décalage d’images, on peut modifier la distance d’image perçue par la disparité binoculaire. C’est ainsi que la surface virtuelle d’image 306 qui apparaît physiquement à une première distance (encore appelée « distance Parallaxe 0 ») permet de simuler des contenus avec différentes distances d’images. Cela peut servir pour réaliser la fusion de contenus d’images avec une scène de conduite comme cela est nécessaire pour le système HUD analogue à un contact qui permet d’avoir des distances d’images différentes des 15 mètres caractéristiques. Ainsi, pour des systèmes HUD analogues à un contact, par comparaison au système HUD conventionnel, il ne faudra pas nécessairement une plus grande échelle de représentation, ce qui atténue les exigences relatives aux tolérances et à l’encombrement. En disposant de la fonction de pré-distorsion d’images selon l’invention, on peut simplifier encore plus le système optique et réduire d’autant l’encombrement.
La figure 10 montre l’ordinogramme d’un exemple de réalisation d’un procédé 1000 pour représenter une image tridimensionnelle à l’aide d’une première image perçue par un premier œil de l’observateur et une seconde image perçue par le second œil de l’observateur. Le procédé 1000 peut être appliqué par le système stéréoscopique HUD présenté à l’aide des figures 6 à 9 avec -une prédistorsion distincte pour l’œil gauche et pour l’œil droit.
Dans l’étape 1002 on détermine pour la poursuite de la position des yeux, une première information de pré-distorsion d’image et une seconde information de pré-distorsion d’image différente de la première information de pré-distorsion d’image. L’étape 1002 de la détermination comprend une étape 1004A de saisie de la première information de position concernant la position du premier œil de l’observateur et une étape 1004B de saisie d’une seconde information de position relative à la position du second œil de l’observateur. Dans l’étape 1006A on effectue une pré-distorsion de la première image en se fondant sur le paramètre de déformation déterminé à partir de la pre mière information de position pour le premier œil. Dans l’étape 1006B on effectue la pré-distorsion de la seconde image en se fondant sur le paramètre de déformation déterminé à partir de la seconde information de position du second œil. Dans l’étape 1008 on transmet la première image pré-distordue et la seconde image pré-distordue à l’interface du générateur d’images du véhicule pour représenter l’image tridimensionnelle.
Selon le procédé 1000, en se fondant sur les données de position des yeux on calcule les paramètres de déformation ou de prédistorsion d’images pour le premier œil ou œil gauche 100 et le second œil ou œil droit 102 qui donnent une image non déformée lorsque celle-ci est représentée, comme cela était décrit de manière explicite à l’aide des figures 7 à 9.
La figure 11 montre une série d’images servant à décrire l’effet d’enveloppe dans le système HUD selon le procédé 1000 de la figure 10. La première image 1102 est une image de référence reproduite sur le système HUD. La seconde image 1104 représente l’image de référence dans le cas du système HUD sans fonction de pré-enveloppe. Comme cela paraît clairement, l’image de référence est présentée déformée. La troisième image 1106 montre la pré-distorsion de l’image de référence par la fonction de pré-enveloppe pour que le système HUD fournisse l’image corrigée telle qu’elle apparaît comme quatrième image 1108.
Les exemples de réalisation représentés aux figures et décrits ci-dessus ne sont que des exemples choisis. Les exemples de réalisations différents peuvent être combinés complètement ou en se référant à certaines caractéristiques. On peut également compléter un exemple de réalisation par les caractéristiques d’un autre exemple de réalisation. En outre, on peut répéter les étapes de procédé de l’invention ou les exécuter dans un ordre différent.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100 Premier œil 102 Deuxième œil 104-106 Axe optique 108 Point de fuite commun 110 Premier point de focalisation 112 Second point de focalisation
300 Système HUD 302 Générateur d’images
304 Optique du système HUD 306 Image virtuelle 308 Distance d’image virtuelle 600 Véhicule
602 Système HUD 604 Générateur d’images
606 Optique du système HUD 608 Observateur
610 Dispositif de représentation de l’image 3D 612 Première installation de pré-distorsion 614 Seconde installation de pré-distorsion 616 Installation d’émission 620 Premier espace de mouvements de la tête de l’observateur 624 Second espace de mouvements de la tête de l’observateur 700 Première image 702 Seconde image 800 Espace de mouvement 900 Unité d’observation du conducteur 902 Plage de déplacement 1000 Procédé de représentation d’une image tridimensionnelle 1002-1008 Etapes du procédé 1000

Claims (2)

  1. RE V EN Di CATIONS 1°) Procédé (1000) pour représenter une image tridimensionnelle (306) en utilisant un générateur d’images (302, 604) d’une installation d’affichage de champ de vision (602) pour un véhicule (600), procédé (1000) comprenant les étapes suivantes consistant à : pré-dêformer (1006A) une première image pour le premier œil (100) d’un observateur (608) de l’image tridimensionnelle (306) en se fondant sur la première information de pré-distorsion d’image associée au premier œil (100) et obtenir une première image pré-distordue (700), pré-dêformer (106B) une seconde image pour le second œil (102), de l’observateur (608) de l’image tridimensionnelle (306) en se fondant sur la seconde information de pré-distorsion d’image associée au second œil (102) et obtenir une seconde image pré-déformée (702), * la pré-distorsion de la première image (700) étant différente de la pré-distorsion de la seconde image (702), transmettre (1008) la première image pré-déformée (700) et la seconde image pré-déformée (702) à une interface du générateur d’images (302, 604) du véhicule (600) pour représenter l’image tridimensionnelle (306), et déterminer (1002) la première information de pré-distorsion d’images et la seconde information de pré-distorsion d’image, la seconde information de pré-distorsion d’image étant différente de la première information de pré-distorsion d’image, caractérisé en ce que l’étape consistant à déterminer (1002) comprend une première étape de saisie (1004A, 1004B) d’une première information de position (618) et d’une seconde information de position (622), - la première information de position (618) représentant la position du premier œil (100) dans un premier espace de mouvement (620) prédéfini pour la tête de l’observateur (608) et la seconde information de position (622) représentant la position du second œil (102) dans un second espace de mouvement (624) prédéfini pour la tête de l’observateur (608).
  2. 2") Procédé (1000) selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l’étape de saisie (1ÛG4A, 1004B), la première information de position (618) et la seconde information de position (622) sont saisies de manière optique. 3U) Procédé (1000) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de détermination (1002) détermine la première information de pré-distorsion d’images en se fondant sur la première information de position (618) et la seconde information de pré-distorsion d'image en se fondant sur la seconde information de position (622). 4°) Procédé (1000) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ee que l’étape de détermination (1002) comprend une étape de saisie d’une autre première information de pré-distorsion d’image en se fondant sur une autre première information de position concernant une autre position du premier œil (100) et une autre seconde information de pré-distorsion d’image fondée sur une seconde information de position concernant une autre position du second œil (102). 5°) Procédé (1000) selon la revendication 4, comprenant l’étape consistant à adapter les coordonnées d’espace du premier espace de mouvement (620) prédéfini en se fondant sur l’autre première information de position et les coordonnées d’espace du second espace de mouvement (624) prédéfini en se fondant sur l’autre seconde information de position. 6°) Procédé (1000) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ee que l’autre première information de position représente une position du premier œil (100) dans un troisième espace de mouvement prédéfini de la tète de l'observateur (608) et/ou l’autre seconde information de position représente une position du second œil (102) dans un quatrième espace de mouvement (800), prédéfini de la tête de l’observateur (608), 7a) Procédé ( 1000) selon la revendication 1, caractérisé par une étape consistant à représenter l’image tridimensionnelle (306) en utilisant la première image pré-distordue (700) et la seconde image prédistordue (702) dans une installation d’affichage de champ de vision (602) du véhicule (600). 8°) Procédé (1000) seloxi la revendication 7, caractérisé en ce que l’étape de représentation de l’image tridimensionnelle (306) représente une image tridimensionnelle analogue à un contact (306). 9°) Procédé (1000) selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans l’étape de détermination (1002) de la première information de pré-distorsion d’image et de la seconde information de pré-distorsion d’image et/ou dans l’étape de détermination de l’autre première information de pré-distorsion d’image et de l’autre seconde information de pré-distorsion d’image, on détermine la première information de prédistorsion d’image et la seconde information de pré-distorsion d’image et/ou la première autre information de pré-distorsion d’image et la seconde autre information de pré-distorsion d’images pour compenser au moins un défaut de convergence et/ou un défaut de divergence et/ou un défaut de divergence dans la représentation de l’image tridimensionnelle (306), 10°) Dispositif (610) pour représenter une image tridimensionnelle (306) en utilisant un génératour d’images (302, 604) d’une installation d’affichage de champ de vision (602) d’un véhicule (600), dispositif (610) caractérisé en ce qu’il comprend ; une première installation de pré-distorsion (612) pour effectuer la pré-distorsion d’une première image pour le premier œil (100) de l’observateur (608) de l’image tridimensionnelle (306) en se fondant sur une première information de pré-distorsion d’image associée au premier œil (100) et obtenir une première image pré--distordue (700), - une seconde installation de pré-distorsion (614) pour effectuer la pré-distorsion d’une seconde image pour le second œil (102) de l’observa leur (608) de l’image tridimensionnelle (306) en. se fondant sur une seconde information de pré-distorsion d’image associée au second œil (102) et obtenir une seconde image prë-distordue (702), - la distorsion de la première image (700) étant différente de la distorsion de la seconde image (702), - une installation d’émissîon (616) pour transmettre (1008) la première image pré-distordue (700) et la seconde image prédistordue (702) par une interface au générateur d’images (302, 604) du véhicule (600) pour représenter l’image tridimensionnelle (306), et - des moyens de mise en œuvre d’une étape de détermination (1002), pour déterminer la première information de pré-distorsion d’images et la seconde information de pré-distorsion d’image, la seconde information de pré-distorsion d’image étant différente de la première information de pré-distorsion d’image, l’étape de détermination (1002) comprenant une première étape de saisie (1004A, 1004B) d’une première information de position (618) et d’une seconde information de position (622), - la première Information de position (618) représentant la position du premier œil (100) dans un premier espace de mouvement (620) prédéfini pour la tête de l’observateur (608) et la seconde information de position (622) représentant la. position du second œil (102) dans un second espace de mouvement (624) prédéfini pour la tête de l’observateur (608), 11°) Produit-programme d’ordinateur comportant un code-programme pour la mise en œuvre du procédé (1000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 lorsque le produit-programme est. exécuté par un dispositif (610).
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