IT202000020302A1 - Sistema e metodo per la misura della direzione e del colore prevalente della luce incidente su di una persona - Google Patents

Sistema e metodo per la misura della direzione e del colore prevalente della luce incidente su di una persona Download PDF

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Pietro Carratù
Francesco Maria Sacerdoti
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Youbiquo
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Description

Descrizione dell?invenzione industriale avente per titolo:
?Sistema e metodo per la misura della direzione e del colore prevalente della luce incidente su di una persona?.
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo di applicazione dell?invenzione
La presente invenzione si riferisce ad un sistema e metodo da applicare in sistemi basata su occhiali di realta' aumentata.
Descrizione dell?arte nota
Esistono vari brevetti su sistemi per la misura della luce.
Gli unici brevetti a livello mondiale che presentano per? aspetti correlati a quanto oggetto della presente domanda sono quelli di seguito menzionati ed esaminati. Il brevetto ?Method and device for generating real illumination in augmented reality scene? n. CN107749076A focalizza l?attenzione sul metodo per generare immagini realistiche aggiungendo un'illuminazione il pi? possibile a quella reale ad immagini di realt? virtuale. Esistono anche tanti altri brevetti su come creare immagini realistiche applicando un'illuminazione il pi? possibile simile a quella reale. Il brevetto della presente domanda, invece, si riferisce in particolar modo al sistema di misura della direzione e del colore della luce da poi applicare all'immagine in realt? virtuale, quest'ultima non fa parte del presente brevetto.
Il brevetto ?Capture and apply light in formation for augmented reality? n. US10210664B1 focalizza l?attenzione sulla misura della luce a partire dall'immagine ottenuta dalla stessa telecamera che provvede alla realt? aumentata. Ed esistono vari brevetti che estraggono dalle immagini la direzione della luce. Il brevetto della presente domanda, invece, prevede l'utilizzo di sensori specifici per la misura della direzione e colore della luce, metodo che sicuramente ha molte meno possibilit? di errore di un sistema di elaborazione di immagini su cui possono influire vari fattori.
Il brevetto "Augmented lighting environments" n. US8797321B1 utilizza i dati che provengono da uno o pi? sensori di luce per valutare le sorgenti luminose ambientali presenti per poi applicarle nella renderizzazione degli oggetti virtuali in un display a realt? aumentata. La valutazione viene effettuata posizionando vari sensori di luce nell'ambiente. Il presente brevetto invece prevede che i sensori siano posizionati intorno alla testa dell'operatore che indossa gli occhiali permettendo una valutazione della luce non ambientale, ma incidente sull'operatore e che quindi modifica la sua percezione visiva e che quindi permette la renderizzazione degli oggetti virtuali nella realt? aumentata molto pi? realistici rispetto alla renderizzazione tenendo conto solo dell'illuminazione ambientale della stanza.
Sommario dell?invenzione
Il presente sommario vuole fornire un semplice descrizione che permetta una conoscenza di base del soggetto descritto. Non intende n? descrivere n? limitare lo scopo del rivendicato. Inoltre questo sommari non vuole descrivere elementi critici o significativi del rivendicato. Aspetti e forme di realizzazione supplementari sono descritte nel seguito nella descrizione dettagliata.
La presente invenzione si riferisce ad un sistema e metodo per la misura della direzione e del colore prevalente della luce incidente su di una persona da applicare principalmente in sistemi che mostrino oggetti in realt? virtuale su occhiali per la realt? aumentata. Per la riproduzione pi? veritiera possibile ? necessario applicare agli oggetti virtuali mostrati in realt? aumentata un'opportuna illuminazione e opportune ombre che diano la sensazione di avere oggetti pi? realistici possibili integrandoli completamente con le immagini reali.
Il sistema si basa su di una serie di sensori di colore e/o di luminosit? posizionati opportunamente intorno alla testa della persona direttamente sugli occhiali per la realt? aumentata.
In particolare i sensori sono posizionati su di un meridiano sopra la testa e su di un parallelo dove vi sono le stanghette degli occhiali.
Fra i vari sensori vi sono delle piccole barrette che isolano la luce verso i sensori che non sono orientati secondo la direzione della luce incidente, ottenendo la misura della sola luce proveniente dalla direzione verso cui il sensore ? diretto. Il sistema prevede la valutazione della direzione prevalente della luce verificando in tempo reale quale sensori abbiano la massima intensit? di luce e costruendo il vettore virtuale di direzione luce. Inoltre il sistema verifica anche il colore della luce incidente. Il vettore poi viene trasmesso al sistema di virtualizzazione che genera gli oggetti virtuali con l'opportuna illuminazione ed ombre prima di mostrarli all'utente.
Il sistema prevede eventualmente l'ausilio di un magnetometro (che misura il nord magnetico) e di un accelerometro o giroscopio (che valuta la direzione della gravit?) per compensare gli angoli misurati e per poterli riportare agli angoli assoluti di incidenza della luce, e permettere una giusta misura anche se la posizione della testa dell'operatore sia per esempio, inclinata da un lato.
Il sistema prevede la verifica della luce almeno dieci volte al secondo per rispondere ai movimenti della testa della persona.
Breve descrizione delle figure
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni.
In figura 1 e? mostrato il sistema nella sua interezza. Il sistema e' basato su degli occhiali per la realta' aumentata (1) sulle cui strisce che si posizionano sulla testa dell'operatore (2) e (3) e sulla scocca (4) degli stessi occhiali, sono montati una serie di sensori di colore posizionati in modo da essere orientati in tutte le direzioni orizzontali e tutte le direzioni verticali verso l'alto. Negli occhiali (1) sar? montata una specifica scheda elettronica per acquisire i segnali dei sensori, o tale funziona potr? essere integrata nell'elettronica gi? esistente per il controllo degli occhiali.
In figura 2 e' mostrato il sistema dall'alto evidenziando gli occhiali per la realta' aumentata (1), la striscia con i sensori che accoglie i sensori che misurano l'angolo rispetto alla verticale della luce incidente (2) e la striscia orizzontale che accoglie i sensori che misurano l'angolo rispetto all'orizzontale della luce incidente (3)
In figura 3 e' mostrato il sistema indossato da una persona (5)
In figura 4 e' mostrato il sistema indossato visto dall'alto per chiarire il posizionamento della striscia (2) che accoglie i sensori che misurano l'angolo rispetto alla verticale della luce incidente.
In figura 5 e' mostrato il principio di funzionamento. La luce incidente, indicata in figura con (8) investe tutti i sensori (6). La barretta (9), posizionata perpendicolarmente alla striscia su cui e' poggiata, permette la separazione dei sensori (6) rispetto alla direzione della luce incidente. La barretta (9) permette al sensore (7) di essere investito da una quantit? di luce maggiore rispetto agli altri sensori (6), limitando il passaggio della luce verso gli altri sensori. Il sensore (7) ha un orientamento pi? vicino al piano perpendicolare alla luce incidente (8) e quindi consentir? di individuare l'angolo di provenienza della luce poiche' tra i sensori (6) e' quello che presenter? l'uscita analogica pi? alta. Le dimensioni dei sensori (6) e della barretta (9) sono esasperate in figura rispetto alla loro grandezza reale (2-3 mm) per descrivere meglio il concetto.
In figura 6 e' mostrato il principio di funzionamento per quanto riguarda la direzione orizzontale.
La figura 7 ? l'ingrandimento di una parte di sensori (6) per mostrare come siano disposte le barrette (9) che bloccano la luce incidente che non ha la direzione interessante per il singolo sensore.
In figura 8 vi ? la visualizzazione di parte dei sensori (6) vista dall'alto per mostrare meglio che (9) ? una barretta e come va posizionata.
Descrizione dettagliata dell?invenzione
Il sistema si basa su di una serie di sensori di colore posizionati opportunamente intorno alla testa della persona direttamente sugli occhiali per la realt? aumentata. Gli occhiali per la realt? aumentata hanno in genere delle strisce di tessuto o di plastica che servono a mantenere stabili gli occhiali sulla testa dell'operatore nonostante i suoi movimenti. Normalmente le strisce sono una sopra la testa ed una sulla direzione delle stanghette degli occhiali. Se gli occhiali non prevedessero tali strisce, ? sempre possibile montare delle strisce aggiuntive. Sulle strisce vengono montati dei sensori di colore o di luminosit? che permettono di coprire circa 360? in orizzontale con i sensori montati sugli occhiali e sulla striscia che passa dietro alla testa dell'operatore, e di coprire circa 180? in verticale attraverso i sensori montati sulla striscia sopra la testa dell'operatore. I sensori sono isolati l'un l'altro da delle piccole barrette che fanno in modo che arrivi una maggiore quantit? di luce al sensore che ? orientato secondo la direzione della luce incidente.
Il sistema valuta quali sensori restituiscano in tempo reale il maggior segnale per dare una valutazione della direzione della luce incidente. Se l'operatore muove la testa, il sistema reagisce in tempo reale valutando la nuova direzione della luce. ? possibile utilizzare sia sensori di colore che di luminosit?. I sensori di colore ritornano una tupla di segnali (in genere tre uno per la componente rossa, uno per la verde ed uno per la blu) e attraverso semplici calcoli matematici ? possibile ottenere anche la luminosit?. Utilizzando sensori di luminosit? sar? possibile solo valutare la direzione e non il colore della luce incidente.
Il sistema valuta la direzione prevalente della luce verificando in tempo reale quale sensori abbiano la massima intensit? di luce e costruendo il vettore virtuale di direzione luce ed eventualmente il suo colore. Il vettore poi viene trasmesso al sistema di virtualizzazione che genera gli oggetti virtuali con l'opportuna illuminazione ed ombre prima di mostrarli all'utente sul display degli occhiali per la realt? aumentata.
Il sistema prevede la verifica della luce almeno dieci volte al secondo per rispondere ai movimenti della testa della persona.
Il sistema si basa sui seguenti componenti:
1. Occhiali per la realt? aumentata
Normali occhiali per la realt? aumentata su cui applicare il sistema descritto dalla presente invenzione
Strisce in tessuto o plastica
Il sistema utilizza le strisce, normalmente presenti sugli occhiali per stabilizzarli sulla testa degli operatori, per il montaggio dei sensori di luminosit? o colore.
Se non fossero presenti le strisce, si possono prevedere da montare solidali agli occhiali.
Sensori di luminosit? o colore
Il sistema prevede una serie di sensori da montare sulle strisce orientati a vari angoli sia orizzontalmente coprendo circa 360? che verticalmente coprendo circa 180?.
Barrette di separazione
Fra i sensori si montano delle barrette di separazione che fanno in modo da bloccare la luce che non ha l'orientamento del sensore vicino alla barretta e far passare solo la luce con l'orientamento giusto.
Scheda Elettronica
Il sistema prevede una semplice elettronica che acquisisca i segnali da tutti i sensori e restituisca al software la posizione dei due o pi? sensori con i segnali pi? alti. La scheda potr? essere indipendente dall'elettronica presente gi? negli occhiali, o la sua funzione potr? essere integrata nella scheda esistente.
Magnetometro, Giroscopio o Accelerometro
Il sistema prevede eventualmente anche l'ausilio di un magnetometro (che misura il nord magnetico) e di un accelerometro o giroscopio (che valuta la direzione della gravit?) per compensare gli angoli misurati e per poterli riportare agli angoli assoluti di incidenza della luce. Tali sensori possono essere direttamente integrati nella scheda elettronica o essere gi? presenti nell'elettronica preesistente negli occhiali per la realt? aumentata.
7. Software di elaborazione
Il software analizza le risposte dei sensori ottenendo quali abbiano una maggiore luce incidente per valutare l'angolo della luce, creando un vettore luce da applicare poi al software di virtualizzazione per la creazione di opportune ombre (con la direzione della luce lungo il vettore evidenziato e con il colore misurato dai sensori)
La presente invenzione ? stata descritta ed illustrata in una preferita forma realizzativa, ma ? evidente che il tecnico esperto del settore potr? apportarvi modifiche e/o sostituzioni tecnicamente equivalenti senza peraltro esulare dall?ambito di tutela della presente privativa industriale.
Ogni parte del sistema ? realizzata con componenti commerciali di facile reperibilit? e di basso costo.
Quindi, l?invenzione nella sua globalit? ? realizzabile industrialmente.

Claims (10)

Rivendicazioni Si rivendica:
1. Sistema per la misura della direzione e del colore prevalente della luce incidente su di una persona caratterizzato da un insieme di sensori (6) di colore montati su occhiali per la realt? aumentata (1) in modo che siano direzionati con angoli diversi in modo che coprano circa 360? in orizzontale intorno alla testa della persona (3) e circa 180? in verticale sopra la testa della persona (2), ed una scheda elettronica per l'acquisizione dei segnali dei sensori montata negli occhiali (1)
2. Sistema secondo la riv.1 caratterizzato dal fatto che si usino come sensori (6) dei sensori di luminosit?.
3. Sistema secondo la riv.1 o 2 caratterizzato dal fatto che l'acquisizione dei sensori (6) venga effettuata dall'elettronica gi? presente all'interno degli occhiali (1)
4.Sistema secondo le riv. da 1 a 3 caratterizzato dal fatto che fra i sensori (6) siano posizionate delle barrette di separazione (9).
5.Sistema secondo le riv. da 1 a 4 caratterizzato dal fatto che siano presenti nel sistema dei sensori di rotazione assoluta quali magnetometri, accelerometri e/o giroscopi
6. Metodo per la misura della direzione e del colore prevalente della luce incidente su di una persona caratterizzato dal cercare il massimo fra i segnali restituiti da tutti i sensori (6) di luce inclinati lungo l'orizzontale a vari angoli (3) ed il massimo fra i segnali restituiti da tutti i sensori di luce inclinati lungo la verticale a vari angoli (2).
7.Metodo secondo la riv. 6 caratterizzato dal fatto che si scelga come direzione prevalente della luce il vettore costituito dalla direzione ottenuta dai due angoli orizzontale e verticale che rappresentano l'angolo dei sensori (6) su cui si ha il segnale pi? alto.
8.Metodo secondo le riv. 6 e 7 caratterizzato dal fatto che, in caso due o pi? sensori (6) vicini, orizzontali e/o verticali, presentino tutti valori significativi, si valuti l'angolo utilizzando l'interpolazione dei valori rispetto all'angolo di inclinazione del sensore.
9.Metodo secondo le riv. 6-8 caratterizzato dal fatto che, in caso di sensori (6) di colore, di valutare anche il colore della luce incidente dai segnali provenienti dai sensori.
10.Metodo secondo le riv.6-9 caratterizzato dal fatto che le misure degli angoli di incidenza della luce vengano compensate dalle misure di sensori aggiuntivi (magnetometro, giroscopio e/o accelerometro) che permettano l'identificazione degli angoli di rotazione assoluta della testa dell'operatore rispetto al terreno.
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