Brevet FR2531252A1 — publié le 19840203

La présente invention a pour objet un procédé d'affichage d'images en relief et un dispositif mettant en oeuvre ce procédé Elle trouve une application no- tamment dans la transmission dbimages sur un réseau accompagnée de transmission bilatérale d'images O L'in- vention trouve également une application dans la forma- tion d'images en relief dans des systèmes de simula- tiorn, de jeux vidéo, etc 00 dans lesquels des images sont engendrées à partir de moyens informatiques. La formation d'images en relief, notamment d'images de télévision, a déjà fait l'objet de nombreux travaux O mais les solutions imaginées jusqu'à ce jour - 15 nn'ont pas donné lieu à des réalisations satisfaisantes O car elles présentent toutes des i 2 nconvénients graves. La plus connue d'entre elles, qui S apparente à une solution envisagée pour le cinématographe, consiste a munir le télespectateur de lunettes spéciales dont les deux verres, différents l'un de l'autre, permettent de voir sur l'écran du poste récepteur deux images diffeé- rentes censées représenter les images qu'apercevraient respectivement l'oeil droit et l'oeil gauche de l'ob- servateur Cette nécessité pour le téléspectateur de porter des lunettes est naturellement un handicap sé- rieux qui a entravé le développement de cette techni- que. Une autre solution a été imaginée qui est dé- crite dans le brevet français FR-A-l 543 994 délivré le 23 septembre 1968 pour "Procédé et dispositif pour la télévision en couleur et en relief intégral'0 Selon cette technique, il est fait usage, tant-a la prise de vues qu'à la restitution de l'image, de deux trames orthogonales A la prise de vues, la première trame est une trame lenticulaire d'analyse du relief; elle est composée de lentilles cylindriques verticales juxtapo- sées à dioptre concave Ces lentilles produisent une pluralité d'images dans leur plan focal La seconde trame est une trame lignée de sélection de couleur. Elle est placée dans le plan focal du réseau lenticu- laire La caméra de prise de vues analyse ainsi une image doublement tramée A la réception, une première trame horizontale est constituée de lignes de phospho- res aux couleurs alternées, ces lignes permettant de restituer une image en couleur Une seconde trame com- posée de lentilles cylindriques verticales juxtaposées à dioptre convexe est placée devant la première Le téléspectateur apercoit alors l'image en couleur à tra- vers cette trame lenticulaire, ce qui restitue le re- lief. Un tel système présente l'inconvénient d'utiliser un tube cathodique dont le balayage n'est pas assez stable pour que les éléments d'image formes sur l'écran du tube puissent être alignés correctement et en permanence derrière le séparateur optique Il en résulte une perte du relief suffisamment grave pour ruiner l'interet du systeme. La présente invention a justement pour objet un procédé qui permet d'èviter cet inconvenient Pour cela, si l'invention utilise encore, à la réception, une trame composée de lentilles cylindriques verticales juxtaposées à dioptre convexe, elle combine à ce moyen connu, un dispositif original qui est un écran matri- ciel à plusieurs éléments d'affichage o sont affichées plusieurs images imbriquées correspondant à différents signaux de commande Chaque image est constituée de li- gnes d'éléments daffichage, chaque ligne comprenant des éléments situés derrière chaque lentille, les élé- ments appartenant aux différentes images et situés der- riàre une mime lentille étant placés côte à côte dans un ordre déterminé, -identique d'une lentille à l'autre. Les différents signaux nécessaires à la com- mande de l'écran matriciel peuvent être engendrés de diverses manières Dans une première variante on effec- tue une prise de vues multiple sous plusieurs angles différents Les signaux résultant de cette prise de vues sont transmis (soit séparément, soit par multi- plexage, soit par codage) vers un poste récepteur. Lorsque les signaux sont transmis par codage, l'un d'entre eux peut être transmis de manière complète et les autres par llécatt qu'ils présentent par rapport au signal complet, de manière à réduire la quantité d'in- formations transmises. La prise de vues multiple peut être obtenue soit par plusieurs caméras (par exemple deux ou plus), soit par une seule caméra, à condition qu'elle soit munie de moyens optiques (miroirs, lame semitransparen- teg séparateur optique, etc) permettant de définir des angles différents de prise de vues. Dans une seconde variante, les signaux de commande sont engendrés par des moyens informatiques utilisant un microprocesseur qui calcule des groupes d'images successives (image droite et image gauche)0 lesquelles sont stockées dans une mémoire d'images puis lues lors de l'affichage. L'invention a également pour objet un dispo- sitif qui met en oeuvre ce procédé Ce dispositif se caractérise par l'existence d'un écran matriciel à plu- sieurs familles d'éléments d'affichage imbriquées O chaque famille étant composée de lignes d'éléments d'affichage situés derrière chaque lentille O les élé- ments d'affichage correspondant à différentes familles et situés derrière une même lentille étant placés côte à côte dans un ordre déterminé identique pour toutes les lentilles Ces familles d'éléments d'affichage sont commandées respectivement par autant de signaux élec- triques Dans un premier mode de réalisation, il existe des moyens pour effectuer une prise de vues multiple sous des angles différentso Cette prise de ues peut etre obtenue par deu caméras L Tecran comporte alors deux familles d'éléme>nts daffichage,situés les uns à droite et les autres à gauche du plan médian des len- tilles Mais on peut aussi utiliser un nombre de famil- les d'éléments supérieur au nombre de caméras Dans ce cas il faut reconstituer des images intermediaires à partir des signaux délivrés par les caméras. Dans un second mode de réalisation, il n'existe pas de cameras de prise de vues mais des moyens informatiques aptes à calculer des images, à les mémoriser et à les lire. Quel que soit le mode de formation des si- gnaux de commande, l'éecran d'affichage peut etre à cristaux liquides, car ce type d'éc 4 an est bien adapté à la réalisation d'une structure matricielle. L'intérêt de l'utilisation d éun écran matri- ciel a été mis en évidence par les travaux des inven- teurs sur la formation des images en relief Il est apparu en effet aux inventeurs que la restitution cor- recte du relief nécessite une stabilité exceptionnelle de l'image formée derrière le jeu de lentilles cylin- driques Si cette image fluctue tant soit peu en posi- tion, la sensation de relief disparait très vite Avec un écran matriciel ce problème est résolu car chaque élément d'affichage de la matrice occupe une position immuable par rapport à la lentille à laquelle il est affecté I 1 n'y a donc plus aucune fluctuation de posi- tion possible pour l'image et le relief est restitué de manière correcte. L'aspect matriciel de l'écran d'affichage peut d'ailleurs se combiner avantageusement au caractè- * re matriciel de certains moyens photosensibles utilisés à la prise de vues dans la variante qui fait appel à celle-ci On sait en effet qu'il existe des caméras utilisant des rétines à état solide formées d'une mo- saique d'éléments photosensibles De telles caméras conviennent donc b Oien à la mise en oeuvre de l'inven- tion. De toute façon, les caractéristiques de l'in- vention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explica- tif et nullement limitatif Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente le schéma général d'un dispositif selon l'invention à prise de vues mul- tiple, la figure 2 représente, en coupe, une len- tille cylindrique avec ses deux éléments d'affichage associés, la figure 3 représente, en coupe, un écran d'affichage matriciel avec sa trame lenticulaire, la figure 4 représente, en vue de front, ce même écran, la figure 5 représente deux signaux vidéo- fréquence et un signal multiplexé, la figure 6 représente un mode de réalisa tion d'un système de visiophonie utilisant l'invention, la figure 7 représente un schéma correspon- dant à la variante o les images sont calculées par des moyens informatiques. La description qui suit, en ce qui concerne la première variante de l'invention, se rapporte au cas o le moyen de prise de vues comporte deux caméras et o l'écran d'affichage comporte, derrière chaque len- tille, deux éléments d'affichage Mais, comme indiqué plus haut, on pourrait utiliser un écran possédant un plus grand nombre d'éléments d'affichage associés à chaque lentille, (une dizaine par exemple), et égale- ment un moyen de prise de vues à plus de deux caméras. Le cas qui va être décrit n'est donc qu'un exemple. Le dispositif représenté sur la figure 1 com- prend deux caméras de prise de vues, respectivement droite CD et gauche CG, qui délivrent deux signaux vi- déofréquence SD et SG, un circuit de traitement de si- gnal d'émission 10, une ligne de transmission 12, un circuit de traitement de signal de réception 14, un moyen d'affichage 16 composé d'une part d'un écran ma- triciel 18 commandé par deux connexions véhiculant res- pectivement les signaux SD et SG et d'autre part d'un réseau lenticulaire 20 composé de lentilles cylindri- ques verticales juxtaposées à dioptre avant convexe. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant La scène à transmettre est prise par les deux caméras CD, CG sous deux angles différents Les deux signaux vidéofréquence sont, de manière classique, for- més d'une séquence de signaux de ligne représentant la variation d'intensité lumineuse le long d'une ligne de l'image projetée sur la partie photosensible du dispo- sitif de prise de vues, ces signaux étant calés par rapport à des impulsions de synchronisation Si les deux signaux délivrés par-les caméras sont transmis in- dépendamment l'un de l'autre (par exemple sur deux li- gnes indépendantes), le circuit 10 est inutile Mais ces signaux peuvent être transmis par multiplexage, au- quel cas le circuit 10 est un multiplexeur, comme on le verra mieux à propos de la figure 5 Le circuit 14 est chargé de restituer des signaux SD, SG pour la commande du dispositif d'affichage 16 et d'effectuer les inter- polations si nécessaire. La structure et le fonctionnement de ce dis- positif sont illustrés par les figures 2, 3, 4 Sur la t 2 igure 2 tout d'abordu on voit en coupe transversale O une lentille cylindrique 22 dans le plan focal de la- quele sont disposés deux éléments d O affichage disposés de part et d'autre d U plan médian 24 L'élément d'affi- S chage disposé a gauche du plan médian correspond à une image aperçue par l'oeil droit OD du spectateur, cet élément est donc désigné par Oélément d'affichage droitn ou EAD Inversement, l'élément situé à droite du plan Médian est vu par l'oeil gauche OG du spectateur e il est désigné par "élément d&affichage gauche O ou EA Go Une ligne de l'écran matriciel daffichage comprend donc, comme illustré sur la figure 3 a 2 t N élé- ments d'affichage, alternatîvement gauches et droits, si N est le nombre de lentilles La forme matricielle de l'écran apparaît sur la figure 4 qui correspond à une vue arrière, Chaque ligne de l'écran est commandée par un signal provenant des caméras de prise de vues, selon des principes généraux classiques, si ce n'est que, en l'occurrence, il existe deux familles d'éléments imbri- quées De façon générale, la commande d'un écran d'af- fichage matriciel à cristaux liquides est bien connue de l'homme de l'art et ne sera donc pas décrite ici Il suffit de rappeler que les bandes croisées constituant les électrodes d'un tel écran sont portées séquentiel- l Gment à des potentiels appropriés pour que le champ électrique qui en résulte soit apte à orienter convena- blement les molécules du cristal liquide O On peut uti- liser par exemple des cristaux liquides présentant une biréfringence commandée électriquement et disposés en- tze un polariseur et un analyseur croisés O Un tel dis- positif permet d&obtenir des demi-teintes (quelques dizaines de teintes de gris). Dans le cas de l'invention, chaque électrode en colonne est associée à des éléments d'affichage si- tués tous à gauche ou tous à droite du plan médian de la lentille associée Les colonnes de type gauche et droi- te alternent donc Pour commander les éléments d'une ligne déterminée, il faut donc appliquer sur l'électro- de en ligne correspondante un certain potentiel et se- quentiellement sur les électrodes en colonne les si- gnaux correspondant a Li: signauz de ligne (SD, SG) éma- nant alternativement de la caméra droite (CD) et de la caméra gauche (CG). La figure 5 Illustre la forme que peuvent prendre ces signaux En (a) on meconnaît la forme typi- qua d'un signal de ligne, avec l impulsion de synchro- nisation 30 D suivie d'un niveau de tension d'ailitude VD representant la variaticn d Tnensité l umineuse Ie is long de la ligne analysée 1 S agit du signal délivré par la caméra droite. La ligne (b) représente les mnmes éléments G, VG, pour la cameéra gauche. La ligne signal multiplexé peut constituer (après amplifica- rtion) la suite de tensions à appliquer sur les electro- des en colonne de l'écran d'affichage En revanche, si le circuit 10 n'existe pas et si les deux signaux vi- déofréquence sont transmis sparément, il faut, à la réception, former les signaux qui, alternativement, ex- 5 citeront les électrodes en colonne droite et gauche. C'est alors le rôle du circuit 14. Naturellement on peut utiliser d'autres ty- pes de multiplexage, par exemple en procédant ligne par ligne ou trame par trame. Les travaux des demandeurs ont également mon- tré qu'il est important que les signaux de prises de vues soient équilibrés de manière rigoureuse (à quel- ques pourcents près) Les caméras doivent donc être as- sociées à des moyens permettant d'équilibrer les ni- veaux des signaux qu'elles délivrent (signaux a et b de la figure 5) De tels moyens d'équilibrage sont classi- ques en technique de prise de vues vidéo. Par ailleurs, les caméras peuvent être syn- chronisées. Lorsque le nombre d'éléments d'affichage si- tués derrière chaque lentille excède celui des caméras, il est nécessaire de composer électroniquement des ima- ges complémentaires De préférence, cette composition s'effectue dans le récepteur, ce qui évite d'avoir à transmettre les signaux correspondant aux images com- plémentaires On peut ainsi, à partir de deux images droite et gauche, saisies par deux caméras, définir la distance des points de la scène transmise puis resti- tuer par combinaison des signaux d'images autant d'ima- ges souhaitées correspondant à différents points de vue Toutes ces images sont imbriquées sur l'écran ma- triciel L'observateur a alors la latitude de modifier son angle d'observation. La figure 6 illustre l'aspect que peut pren- dre un système de visiophonie à deux caméras, conformé- ment à l'invention Deux récepteurs 40 ', 40 " 1 sont enca- drés chacun par deux caméras 42 'G, 421 D d'une part et 42 "G, 42 'D d'autre part Les récepteurs sont reliés aux caméras à travers le même réseau de télécommunication. L'intérêt de cette disposition est d'éviter l'erreur de parallaxe que commettent tous les dispositifs de l'art antérieur à une seule caméra, sans utilisation de mi- roir Naturellement, on pourrait utiliser, au lieu de deux caméras, un seul moyen de prise de vues, à condi- tion qu'il puisse effectuer deux prises de vues sous deux angles différents de part et d'autre de chaque récepteur (par exemple une caméra associée à des mi- roirs ou des prismes). Naturellement, une transmission en couleur peut être obtenue, par l'utilisation à la prise de vues, de caméras trichromes et, à la restitution, de filtres colorés trichromes. Enfin, la figure 7 illustre schématiquement la structure d'un dispositif conforme à l'invention se- lon la seconde variante, qui utilise des moyens de cal- cul des images Le dispositif d'affichage est identique à celui de la première variante et comprend, coirme pour la figure 1, un moyen d'affichage 16 composé, d'une part, d'un écran matriciel 18 commandé par deux con- nexions véhiculant respectivement des signaux SD et SG et, d'autre part, d'un réseau lenticulaire 20 composé de lentilles cylindriques L'originalité de cette va- riante, par rapport à la première, tient en ce que les signaux SD et SG sont engendrés par des moyens informa- tiques schématisés par le bloc 50 Ces moyens compren- nent un calculateur d'images 52, constitué notamment d'un microprocesseur, et une mémoire d'images 54 Le calculateur 52 délivre à la mémoire des images droite et gauche aptes à restituer l'impression de relief Ces images sont ensuite lues dans la mémoire et les signaux de lecture constituent les signaux SD et SG nécessaires à l'affichage. Les moyens 50 ne seront pas décrits ici car ils sont connus de l'homme de l'art On pourra se re- porter à ce sujet à l'ouvrage intitulé: "La réalisa- tion des logiciels graphiques interactifs" publié chez Eyrolles, 1981. REVENDICATIONS 1 o Procédé d'affichage d'images en relief O dans lequel on forme une image derrière une trame len- ticulaire formée de lentilles cylindriques verticales juxtaposées dioptre avant convexe O ces lentilles ayant un plan focal et un plan médian O limage étant formée dans le plan focal de la trame lenticulaire, caractérisé en ce qu'on forme une image matricielle formée de plusieurs images imbriquées O chaque image étant constituée de lignes d'éléments d'affichage O cha- que ligne comprenant des éléments situés derrière cha- que lentille O les éléments d'affichage correspondant aux differentes images situés derrière une même lentil- le étant placés c 8 te à côte dans un ordre déterminé, identique pour toutes les lentilles. Procédé selon la revendication 1 carac- térisé en ce quuon effectue une prlse'de vues multiple à l'aide d'au moins une camera, les prises de vues étant effectuées sous des angles différents O en ce qu'on transmet les signaux résultant de cette prise de vues et on commande chacune des images formant l'image matricielle par l'un des signaux transmis. 3 o Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'on transmet les signaux délivrés par le moyen de prise de vues par multiplexage dans le temps. 4 o Procédé selon la revendication 2 p carac- térisé en ce qu'on transmet les signaux délivrés par les moyens de prise de vues par codage, l'un des-si- gnaux étant transmis -de manière complète O les autres étant transmis par l'écart qu'ils présentent par rap- port au signal completo Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'on effectue deux prises de vues selon deux angles différents. 6 Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce que l'image matricielle est formée de deux images dont les éléments d'affichage sont situés soit tous à droite, soit tous à gauche du plan médian des lentilles. 7 Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le nombre de prises de vues effectuées est inférieur au nombre d'images imbriquées formant l'image matricielle et en ce qu on élabore des images complémentaires en colbn an es signaux correspondant au: prises de rvues *egfeoés et en ce quu G afiche ces images e 7 eiavs vec les images c rrespon dant aux prises de vues ereuues O 8 dê selon l'une quelconque ces reven- 1-Maticns 2 à 7 ? caractrisèm e 2 ce qu'on tri e St les ?gi de de -:7 es%rvr un réseai e ens i c aiïu te. Procédé seton la revendication, carac- 9 o _-Po,:léd Svseon 2 a reveandication 3,7 carac- térisé en ce que le reseau de transmission est un ré- seau de diffusion. 11 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on calcule les signaux de coirande des i:ages constituant 1 image matricielle par des moyens informatiques ( 52, 54). 12 Dispositif d'affichage d'images en re- lief, pour la mise en oeuvre du procédé selon la reven- dication 1, ce dispositif comprenant au moins un récep- teur comprenant un moyen d'affichage d'une image der- rière une trame lenticulaire ( 20) formée de lentilles cylindriques verticales ( 22) juxtaposées à dioptre avant convexe, ces lentilles ayant un plan fccal et un plan médian ( 24), l'image étant formée dans ledit plan focal, caractérisé en ce gue le moyen d'affichage est un écran matriciel ( 18) formé de plusieurs familles d'éléments d'affichage (EAD, EAG) imbriquées, chaque famille étant composée de lignes d'éléments d'affichage situés derrière chaque lentille, les éléments d'affi- chage des différentes familles situés derrière une même lentille étant placés c 8 te à côte dans un ordre déter- miné, identique pour toutes les lentilles, chaque fa- mille étant commandée par un signal particulier de com- mande. 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de prise de vues à au moins une caméra (CD, CG) apte à effectuer une prise de vues multiple sous des angles différents, chaque famille d'éléments d'affichage étant commandée par l'un des signaux (SD, SG) correspondant à l'une des prises de vues. 14 Dispositif selon la revendication 13, ca- ractérisé en ce que le moyen de prises de vues comprend deux caméras orientées selon deux directions différen- tes. Dispositif selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que l'édran matriciel est formé de deux familles d'éléments d'affichage, les éléments d'une même famille étant situés soit tous à gauche, soit tous à droite du plan médian des lentilles. 16 Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un premier récepteur ( 40 ') relié à travers un réseau de télécommunications à un premier moyen de prise de vues et un second récep- teur relié à travers le même réseau de télécommunica- tions à un second moyen de prise de vues, le premier moyen de prise de vues étant apte à effectuer deux prises de vues sous deux angles différents de part et d'autre du second récepteur et le second moyen de prise de vues étant apte à effectuer deux prises de vues sous deux angles différents de part et d'autre du premier récepteur. 17 Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le premier et le second moyens de prise de vues sont constitués chacun par deux caméras ( 42 'G, 42 'D et 42 KG, 42 "D) encadrant l'un des récep- teurs. 18 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 13 à 17, caractérisé en ce que le disposi- tif de prise de vues est suivi d'un multiplexeur ( 10). 19 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 13 à 18, caractérisé en ce que chaque ca- méra est du type à analyseur matriciel à état solide. Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 13 à 19, caractérisé en ce que les diffé- rentes caméras sont munies de moyens permettant d'équi- librer les niveaux des signaux qu'elles délivrent. 21 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens informati- ques ( 50) aptes à calculer des images et à former des signaux de commande de l'écran matriciel. 22 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 12 à 21, caractérisé en ce que l'écran matriciel est apte à restituer des demi-teintes. 23 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 12 à 22, caractérisé en ce que l'écran matriciel est un écran à cristaux liquides.