FR3116404A1 - Dispositif de positionnement et suivi d’objets se déplaçant sur une scène - Google Patents

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Abstract

Dispositif de positionnement et suivi d’objets se déplaçant sur une scène, comportant : un module de vidéo-projection (10) pour projeter sur la scène en liaison avec un système de traitement d’images (14) une image fixe ou animée formée d’une matrice de pixels d’une résolution déterminée, un module de projection infra-rouge (16) pour projeter sur la scène une image infra-rouge fixe ou animée formée d’une matrice de points d’une même résolution déterminée, un miroir dichroïque (18) pour en liaison avec le module de projection infra-rouge superposer point à point la matrice de point de l’image infrarouge avec la matrice de pixels de l’image projetée, et au moins une caméra vidéo infra-rouge (20) en liaison avec le système de traitement d’images pour définir la position des objets et suivre leur déplacement sur la scène (12). Figure 1

Description

Dispositif de positionnement et suivi d’objets se déplaçant sur une scène
La présente invention se rapporte au domaine de l’éclairage de scène ou de spectacle et elle concerne plus particulièrement un dispositif permettant la superposition d’une image infrarouge et d’une image visible issue d’un projecteur vidéo/cinéma pour le positionnement et le suivi d’objets se déplaçant sur une scène de spectacle.
Le suivi d’objets ou de sujets en déplacement sur une scène est un problème difficile à résoudre. Les systèmes de reconnaissance d’images pour assurer un tel suivi ne sont guère performants car particulièrement sensibles aux conditions d’éclairage qui en matière de spectacle vivant par exemple sont très variables. Aussi, il a été proposé récemment avec le brevet US8,854,594 un système pour le suivi de la position d’un objet dans lequel chacun des objets à suivre est muni de plusieurs capteurs ayant chacun un identifiant et comportant chacun un accéléromètre et une source lumineuse dont la position est suivie par plusieurs caméras. Ce système donne globalement satisfaction lorsqu’il s’agit de ne gérer que quelques capteurs mais s’avère rapidement complexe et consommateur de temps de calcul lorsqu’il s’agit de suivre simultanément tous les mouvements d’une troupe de spectacle dont les artistes sont chacun équipés de plusieurs dizaines de capteurs.
La présente invention propose de s’affranchir de ces conditions d’éclairage et de pallier les inconvénients précités avec un dispositif simple assurant une superposition parfaite, pixel sur pixel, des deux images, l’une visible et l’autre infra-rouge, de sorte à permettre un positionnement et suivi sans contraintes excessives.
Ces buts sont atteints avec un dispositif de positionnement et suivi d’objets se déplaçant sur une scène, comportant :
un module de vidéo-projection pour projeter sur la scène en liaison avec un système de traitement d’images une image fixe ou animée formée d’une matrice de pixels d’une résolution déterminée,
un module de projection infra-rouge pour projeter sur la scène une image infra-rouge fixe ou animée formée d’une matrice de points d’une même résolution déterminée,
un miroir dichroïque pour en liaison avec le module de projection infra-rouge superposer point à point la matrice de points de l’image infrarouge avec la matrice de pixels de l’image projetée, et
au moins une caméra vidéo infra-rouge en liaison avec le système de traitement d’images pour définir la position des objets et suivre leur déplacement sur la scène.
Ainsi, en superposant exactement les pixels de l’image avec la matrice infra-rouge de points, on peut connaitre précisément dans cet espace de pixels la position de tout objet évoluant sur la scène et ainsi permettre par exemple au système de traitement d’images « d’habiller » cet objet selon son choix.
Avantageusement, le miroir dichroïque est solidaire du module de projection infra-rouge et est disposé à 45° dans un axe optique du module de vidéo-projection pour recevoir à la fois l’image visible projetée par le module de vidéo-projection et l’image infra-rouge projetée par le module de projection infra-rouge.
De préférence, le miroir dichroïque comporte une bande de longueur d’ondes de transmission comprise entre 400 et 700 nm et une bande de longueur d’ondes de réjection comprise entre 750 et 950 nm.
Avantageusement, le module de projection infra-rouge comporte à son extrémité terminale un bras optique définissant un axe optique perpendiculaire à l’axe optique du module de vidéo-projection.
De préférence, le bras optique formant l’extrémité terminale du module de projection infra-rouge constitue avec ce dernier un ensemble mobile configuré pour suivre le déplacement d’un objectif du module de vidéo-projection, de sorte à garantir à tout instant la superposition de la matrice de points avec la matrice de pixels.
Selon le mode de réalisation envisagé, lorsque module de vidéo-projection projette une image fixe, le module de projection infra-rouge comporte au moins une source laser infra-rouge, une fibre optique multimodes et un élargisseur de faisceau dirigeant le faisceau infra-rouge vers une roue de gobo créant la matrice fixe de points, ou lorsque module de vidéo-projection projette une image aminée, le module de projection infra-rouge comporte au moins une source laser infra-rouge et une fibre optique multimodes dirigeant le faisceau infra-rouge vers une matrice DLP créant la matrice animée de points.
Avantageusement, la source laser infra-rouge a une puissance comprise entre 20 et 400 Watts et le dispositif de l’invention peut comporter plusieurs caméras infra-rouge et la position des objets est en outre définie par triangulation.
De préférence, le système de traitement d’images est un serveur multimédia vidéo, un lecteur multimédia ou un contrôleur vidéo.
Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :
la est une vue schématique d’une scène sur laquelle sont projetées différentes images issues d’un dispositif de positionnement et de suivi selon l’invention,
la est une vue du dispositif de la dans deux positions différentes du module de projection infra-rouge du dispositif de la figure 1,
la illustre un premier exemple du module de projection infra-rouge du dispositif de la ,
la illustre un second exemple du module de projection infra-rouge du dispositif de la , et
la illustre la superposition des pixels de l’image visible avec la matrice de points de l’image infra-rouge.
Pour définir le positionnement et permettre le suivi d’objets se déplaçant sur une scène, l’invention se propose d’assurer une parfaite superposition d’une image visible fixe ou animée avec une image infra-rouge formée d’une matrice de points de même résolution que les pixels de l’image visible, et de saisir des images successives de cette matrice de points déformée par l’objet lors de son déplacement.
Pour cela et comme le montre la , le dispositif conforme à l’invention comporte un module de vidéo-projection 10 pour projeter sur un écran 12 en liaison avec un système externe de traitement d’images 14 une image fixe ou animée formée d’une matrice de pixels d’une résolution déterminée (typiquement de 2 à 8K), un module de projection infra-rouge 16 pour projeter sur cet écran une image infra-rouge fixe ou animée formée d’une matrice de points de la même résolution, un miroir dichroïque 18 en liaison avec le module de projection infra-rouge pour superposer point à point la matrice de points de l’image infrarouge avec la matrice de pixels de l’image projetée, et au moins une caméra vidéo infra-rouge 20 en liaison avec le système de traitement d’images 14 pour définir la position des objets et suivre leur déplacement sur la scène. Le système de traitement d’images 14 est un serveur multimédia vidéo ou un lecteur multimédia ou tout autre type de contrôleur vidéo.
Le miroir dichroïque 18 est solidaire, par exemple par une bride 180 ou tout autre moyen de fixation, du module de projection infra-rouge 16 et est disposé à 45° dans l’axe optique du module de vidéo-projection 10 et recevant d’une part à travers lui l’image visible projetée par le module de vidéo-projection et d’autre part perpendiculairement à cet axe optique et via le bras optique l’image infra-rouge projetée par le module de projection infra-rouge 16. Pour laisser passer l’image visible, le miroir dichroïque comporte une bande de longueur d’ondes de transmission comprise entre 400 et 700 nm et pour réfléchir l’image infra-rouge une bande de longueur d’ondes de réjection comprise entre 750 et 950 nm. Le module de projection infra-rouge comporte à une extrémité terminale un bras optique 160 (décrit plus avant en regard des figures 3A et 3B) définissant un axe optique perpendiculaire à l’axe optique du module de vidéo-projection et qui assure la transmission du faisceau infra-rouge jusqu’au miroir dichroïque 18.
Le module de vidéo-projection mis en œuvre dans l’invention est un module connu en soi qu’il n’est donc pas nécessaire de décrire en détail. Il est formé essentiellement de trois parties : une source lumière laser, un moteur de projection et une fibre optique pour assurer le transport de la lumière blanche de la source lumière au moteur de projection. La source lumière laser est par exemple une source lumière laser RGB telle que décrite dans la demande WO2016/113490 ou la demande WO2016/156759, l’une et l’autre déposées au nom de la demanderesse et permettant de concentrer différents faisceaux de lumière issus de diodes RGB en un point focal déterminé en sortie de cette source lumière laser. Le moteur de projection est organisé classiquement autour d’un modulateur de lumière, d’un prisme et d’un bloc optique comportant notamment des lentilles de projection assurant zoom et focus formant l’objectif du projecteur. Le modulateur de lumière est classiquement une matrice DMD (digital micromirror device) mais d’autres configurations peuvent aussi être utilisées comme une matrice LCD, Lcos ou D-ILA et des matrices tri-LCD ou tri-DMD. En pratique, tout type de vidéo projecteur peut être mise en œuvre dans l’invention.
Le bras optique 160 peut se déplacer à la fois horizontalement en liaison avec le module de projection infra-rouge 16 et verticalement indépendamment de ce module, de sorte à garantir à tout instant une parfaite superposition, pixel à pixel, de la matrice de points projetée sur l’écran 14 par le module de projection infra-rouge avec la matrice de pixels projetée par le module de vidéo-projection sur ce même écran. Par ce déplacement en trois dimensions, le module de projection infra-rouge 16 et le bras optique 160 dont il forme l’extrémité terminale constitue un ensemble mobile adapté à tout type d’objectif et permettant ainsi un parfait centrage en sortie d’objectif, sans distorsion de la matrice de points.
La montre le module de projection infra-rouge et son bras optique 160 dans deux positions distinctes correspondant à deux objectifs 100 différents de vidéo projecteur. Dans la position de gauche, l’objectif 100 du module de projection vidéo 10 est dans une première position, correspondant à un objectif de petite dimension et dans la position de droite, cet objectif 100 du module de projection vidéo 10 est dans une seconde position, correspondant à un objectif de plus grande dimension. On notera que si un changement d’objectif est envisagé pour un même projecteur, le passage de l’une à l’autre de ces deux positions peut être rendue possible par exemple grâce à un système à pignon-crémaillère 22 dont la crémaillère 102 est par exemple montée sur le module de vidéo-projection 10 et le pignon 162 sur le module de projection infra-rouge 16 (la disposition inverse des crémaillère et pignon est aussi envisageable). Bien entendu, d’autres dispositifs permettant un tel déplacement sont envisageables comme un système à vérin.
Un premier exemple de module de projection infra-rouge 16 permettant la projection d’une matrice fixe de points infra-rouge sur une image visible elle-même fixe issue du module de vidéo-projection 10 est illustré à la .
Ce module de projection infra-rouge comporte essentiellement une source laser infra-rouge 164, une fibre optique multimode 166 et un élargisseur de faisceau 168 dirigeant le faisceau infra-rouge vers une roue de gobo 170 créant la matrice de points infra-rouge destinée à illuminer le miroir dichroïque 18 via un jeu de lentilles de projection 172 formant l’objectif du module. Plus précisément, la source laser infra-rouge 164 d’une puissance comprise entre 20 et 400 watts et typiquement de 30 à 100 watts, illumine un diffuseur 174 qui a pour fonction de casser la cohérence du faisceau laser et de réduire le chatoiement (speckle) et dont la sortie est injectée dans la fibre optique multimode 166 via un coupleur optique 176. La fibre optique multimode dont la sortie est reliée à l’élargisseur de faisceau 168 et dont la nature permet d’épouser un trajet à 90° comporte un cœur carré qui procure un profil d’intensité lumineuse uniforme de type « flap-top » pouvant éventuellement être améliorée en montant cette fibre sur un support vibratoire non représenté. L’élargisseur de faisceau 168, la roue de gobo 170 et le jeu de lentilles de projection 172, assurant zoom et focus, sont avantageusement disposés dans le bras optique 160, la fibre optique multimode 166 montée à la fois dans le module de projection infra-rouge 16 et le bras optique 160 procurant si nécessaire le degré de liberté pour le déplacement vertical du bras optique. La commande du zoom (et éventuellement le focus pour la mise au point) de l’objectif 100 du module de projection infra-rouge peut être couplée avec celle du zoom (éventuellement du focus) de l’objectif du module de projection vidéo 10.
Un second exemple de module de projection infra-rouge 16 permettant la projection d’une matrice infra-rouge de points sur une image animée issue du module de vidéo-projection 10 est illustré à la .
Ce module de projection infra-rouge comporte essentiellement la source laser infra-rouge 164 et la fibre optique multimode 166 dirigeant cette fois le faisceau infra-rouge vers une matrice DLP 178 créant la matrice de points infra-rouge destinée à illuminer le miroir dichroïque 18 via le jeu de lentilles de projection 172. Plus précisément, comme précédemment, la source laser infra-rouge d’une puissance de 20 à 400 watts illumine le diffuseur 174 qui a pour fonction de casser la cohérence du faisceau laser et de réduire le chatoiement (speckle) et dont la sortie est injectée dans la fibre optique multimodes via le coupleur optique 176. La fibre optique multimode 166 dont la nature flexible propre permet d’épouser le trajet à 90° du faisceau lumineux entre le coupleur 176 et la matrice DLP 178 est une fibre à cœur carré. La matrice DLP 178 et le jeu de lentilles de projection 172, assurant zoom et focus, sont avantageusement disposés dans le bras optique 160, la fibre optique multimode 166 montée à la fois dans le module de projection infra-rouge 16 et le bras optique 160 procurant si nécessaire le degré de liberté pour le déplacement vertical de ce bras optique. La commande du zoom (et éventuellement le focus pour la mise au point) de l’objectif 100 du module de projection infra-rouge peut comme précédemment être couplée avec celle du zoom (éventuellement du focus) de l’objectif du module de projection vidéo 10. On notera que dans cette configuration à matrice DLP, le module de projection infra-rouge 16 peut comporter une électronique spécifique (keystone) permettant la correction de parallaxes pour assurer une parfaite superposition de l’image infra-rouge et de l’image visible.
Le fonctionnement du dispositif de l’invention sera maintenant décrit en regard de la qui illustre une scène de spectacle 30 sur laquelle évolue deux personnages, l’un 32 en fond de scène et l’autre 34 en bord de scène. En avant de cette scène sont disposés le module de vidéo-projection 10, le module de projection infra-rouge 16, le miroir dichroïque 18 et la caméra infra-rouge 20, l’ensemble étant relié au système de traitement d’images 14.
Pour les besoins de l’explication, la scène comporte à la fois l’image visible (une vue d’une plage en bord de mer dans l’exemple illustré) et la matrice de points infra-rouge qui en réalité n’est pas visible à l’œil nu. Sur toute la surface de la scène 30, la matrice de points superpose exactement l’image visible et on observe que le personnage en fond de scène est recouvert à la fois de points de la matrice infra-rouge plus grand et moins nombreux que le personnage en bord de scène recouvert lui de points à la fois plus petits et plus nombreux.
On comprend donc aisément que la capture par la caméra infra-rouge 20 des images successives de cette matrice de points déformée par les personnages lors de leurs déplacements va permettre de situer les positions des personnages sur la scène et donc permettre au système de traitement d’images qui va recevoir les données d’images de la caméra infra-rouge et les traiter via un algorithme approprié connu en soi et permettant de localiser avec précision le personnage dans le volume de la scène. Le système de traitement d’images 14 pourra alors assurer via le module de vidéo projection 10 une projection d’images ou de couleurs sur le personnage ou l’objet en déplacement en trois dimensions (X, Y, Z), par exemple « habiller » ces personnages, c’est-à-dire d’attribuer à chacun des pixels de l’image visible qui en forme la silhouette une couleur particulière.
Bien entendu, cela suppose une phase initiale de calibration dans laquelle, les dimensions de la scène en X (largeur de la scène), Y (hauteur de l’écran ou de la scène) et Z (profondeur de la scène) sont mesurées ainsi que celles d’un mannequin ou d’un objet de référence à la fois en fond (arrière-scène) et en bord (avant-scène) de scène.
On notera que si dans l’exemple précité, il n’a été fait état que d’une seule caméra infra-rouge, il est bien entendu possible de recourir à d’autres caméras infra-rouge, par exemple deux caméras infra-rouge pour permettre, comme il est connu, une définition de la position des objets par triangulation, rendant ainsi possible un croisement les informations issues de la déformation de la matrice de points et de la triangulation pour augmenter la fiabilité du positionnement.

Claims (10)

  1. Dispositif de positionnement et suivi d’objets se déplaçant sur une scène, comportant :
    . un module de vidéo-projection (10) pour projeter sur la scène (12) en liaison avec un système de traitement d’images (14) une image fixe ou animée formée d’une matrice de pixels d’une résolution déterminée,
    . un module de projection infra-rouge (16) pour projeter sur la scène une image infra-rouge fixe ou animée formée d’une matrice de points d’une même résolution déterminée,
    . un miroir dichroïque (18) pour en liaison avec le module de projection infra-rouge superposer point à point la matrice de point de l’image infrarouge avec la matrice de pixels de l’image projetée, et
    . au moins une caméra vidéo infra-rouge (20) en liaison avec le système de traitement d’images (14) pour définir la position des objets et suivre leur déplacement sur la scène (12).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir dichroïque (18) est solidaire du module de projection infra-rouge (16) et disposé à 45° dans l’axe optique du module de vidéo-projection pour recevoir à la fois l’image visible projetée par le module de vidéo-projection et l’image infra-rouge projetée par le module de projection infra-rouge.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le miroir dichroïque comporte une bande de longueur d’ondes de transmission comprise entre 400 et 700 nm et une bande de longueur d’ondes de réjection comprise entre 750 et 950 nm.
  4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module de projection infra-rouge (16) comporte à son extrémité terminale un bras optique (160) définissant un axe optique perpendiculaire à l’axe optique du module de vidéo-projection.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bras optique (160) formant l’extrémité terminale du module de projection infra-rouge (16) constitue avec ce dernier un ensemble mobile configuré pour suivre le déplacement d’un objectif (100) du module de vidéo-projection, de sorte à garantir à tout instant la superposition de la matrice de points avec la matrice de pixels.
  6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque module de vidéo-projection projette une image fixe, le module de projection infra-rouge comporte au moins une source laser infra-rouge (164), une fibre optique multimodes (166) et un élargisseur de faisceau (168) dirigeant le faisceau infra-rouge vers une roue de gobo (170) créant la matrice fixe de points.
  7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque module de vidéo-projection projette une image aminée, le module de projection infra-rouge comporte au moins une source laser infra-rouge (164) et une fibre optique multimodes (166) dirigeant le faisceau infra-rouge vers une matrice DLP (178) créant la matrice animée de points.
  8. Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que la source laser infra-rouge a une puissance comprise entre 20 et 400 Watts.
  9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comporte plusieurs caméras infra-rouge et la position des objets est en outre définie par triangulation.
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le système de traitement d’images (14) est un serveur multimédia vidéo, un lecteur multimédia ou un contrôleur vidéo.
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