Brevet FR2561400A1 — publié le 19850920

Dispositif de prise de vues stéréoscopiques à base variable L'invention concerne la prise de vues stéréoscopiques, pour le cinéma ou la télévision, dans le cas o un ou deux objectifs à distance focale variable, sont utilisés. Il est connu de réaliser des prises de vues stéréoscopiques avec une distance variable entre les deux points de prise de vues, cette distance étant appelée "base", et avec un angle variable entre les deux directions de vues, cet angle étant appelé la "convergence". La base est réglée manuellement, selon des formules empiriques, en fonction de la distance de mise au point et de la distance focale du ou des objectifs employés. Le cadreur peut tenir compte aussi de la profondeur de champ, pour améliorer l'effet de relief, dont l'appréciation reste subjective. La convergence est réglée, manuellement, pour que les deux directions de vue convergent sur le plan le plus intéressant du sujet, mais ce réglage est, lui aussi, assez subjectif. Lorsque les objectifs utilisés ont une distance focale fixe, le réglage qui est modifié le plus souvent est le réglage de mise au point, donc c'est celui qui va amener le plus souvent le cadreur à modifier la base et la convergence. Mais lorsque les objectifs ont une distance focale variable, autrement dit sont des "zooms", il faut en outre modifier le réglage de la base et de la convergence, lorsqu'on fait varier la distance focale. Il est bien connu que lorsqu'une prise de vue sans relief est réalisée avec un télé-objectif, ou avec un grand angulaire, les perspec- tives restituées paraissent fausses par rapport aux perspectives naturelles. Avec un télé-objectif les différents plans de l'image semblent être plus proches les uns des autres. Au contraire, avec un grand angulaire les différents plans de l'image semblent être plus éloignés les uns des autres. Dans le cas d'une prise de vues steréoscopiques et d'une restitution d'images stéréoscopiques ces distorsions des perspectives sont encore plus gênantes pour l'observateur si la base est inchangée. La distorsion des perspectives provoque une dégradation de l'effet de relief perçu par l'observateur, puisqu'il conserve le même angle de vue, lors de la restitution de l'image, quel que soit les conditions dans lesquelles la prise de vue a été réalisée. L'observateur perçoit un sous- relief dans le cas o la prise de vues a été faite avec des objectifs à grande distance focale, et perçoit un sur-relief dans le cas o la prise de vues a été réalisée par des objectifs à faible distance focale. Il est connu de remédier à la dégradation de l'effet de relief, dans le cas de l'utilisation d'objectifs à distances focales fixes, en réglant manuellement la distance entre les deux points de prise de vues selon des formules empiriques fonctions de la distance focale des objectifs utilisés, afin d'augmenter ou de diminuer l'impression de relief selon la compensa- tion à réaliser. Ce réglage peut être fait manuellement et selon les mêmes formules dans le cas de l'utilisation de zooms. Cependant, pour le cinéma et la télévision, ces réglages atteignent une complexité trop grande pour être correctement exécutés par le cadreur, lorsqu'il s'agit de suivre un sujet qui se déplace. Le dispositif selon l'invention comporte une mémoire de pro- grammes et des asservissements de position pour régler automatiquement, selon des lois prédéterminées, la base et convergence, en fonction de la distance de mise au point et de la distance focale principalement, pour faciliter l'utilisation du ou des zooms, pour des prises de vues stéréoscopi- ques de cinéma ou de télévision. Selon l'invention, un dispositif de prise de vues stéréoscopiques à base variable, comportant des moyens pour prendre des vues à partir d'un premier et d'un second point de vue, écartés d'une distance variable B appelée base, selon deux directions de vues faisant un angle 0 appelé convergence, ces moyens comportant au moins un objectif à distance focale variable, est caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - un dispositif de commande de l'objectif, pour commander le réglage de sa distance focale, le réglage de sa mise au point, et le réglage de son diaphragme; - un dispositif d'asservissement de la convergence et d'asservisse- ment de la base; - un dispositif de commande du dispositif d'asservissement couplé au dispositif de commande de l'objectif pour déterminer une valeur de convergence et une valeur de base, en fonction des réglages de l'objectif selon une loi prédéterminée stockée dans une mémoire. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaîtront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant:. - la figure 1 représente le schéma synoptique d'un premier exemple de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 2 représente une autre vue de ce premier exemple - la figure 3 représente une vue en coupe d'une partie de ce premier exemple; - les figures 4, 5, et 6 représentent des schémas synoptiques de trois autres exemples de réalisation. L'exemple de réalisation représenté sur la figure I comporte une partie mécanique et optique, et une partie électronique. La partie mécanique et optique comporte deux objectifs zooms identiques 1 et 2, deux caméras de télévision 3 et 4, deux axes de rotation 7 et 8 sur lesquels sont fixées respectivement les caméras 3 et 4, deux supports 5 et 6 dans lesquels tournent les axes 7 et 8, deux guides 9 et 10 sur lesquels glissent les supports 5 et 6, et deux moteurs 11 et 12. Les deux caméras 3 et 4 prennent chacune des vues d'un objet O placé devant elles. Dans cet exemple, les deux directions de vues sont constituées par les axes optiques des zooms 1 et 2, qui convergent vers le point O en faisant un angle Q. Dans cet exemple, la base, qui est la distance entre les deux points de prise de vues, est égale à la distance B séparant les centres optiques des zooms 1 et 2. Un dispositif mécanique permet d'asservir la convergence et la base à des signaux de commande détermi- nés en fonction du réglage de mise au point M? du réglage de la distance locale F, et du réglage de diaphragmes D des zooms 1 et 2. Les cameras 3 et 4 peuvent Tourner autour d'un axe vertical, 7 et 3 respectivement, pour régler la convergence des directions de vues dans un plan horizontal. Les axes 7 et 8 sont montés sur les supports 5 et 6 qui peuvent se déplacer horizontalement sur les guides 9 et 10 qui sont constitues de deux tiges pa-alièles entre elles, horizontales, et perpendi- culaires aux plans de symétrie des directions de vues. Le déplacement des supports 5 et 6 permet de régler la base B.5o Les moteurs Il et 12 permettent d'assurer ce déplacement ainsi que la rotation des axes 7 et 3, selon un mécanisme décrit plus loin. La partie électronique de cet exemple de réalisation comprend un dispositif 17 de télécommande des zooms, un dispositif 18 de commande du dispositif d'asservissement de la convergence et d'asservissement de la base, un dispositif 19 de sélection d'une ioi pour ces asservissements, et un dispositif 21 de réglage manuel de la base et de la convergence. Les caméras de télévision professionnelle sont équipées d'un zoom dont le réglage M de la mise au point, le réglage F de la distance focale, et le réglage D du diaphragme sont réalisés par une télécommande électrique constituée d'un asservissement de position qui recopie la position d'un bouton manipulé par le cadreur. Dans cet exemple, le dispositif i7 est manipulé par le cadreur pour fournir aux zooms I et 2 trois consignes de réglage M, F, D sous la forme de trois tensions, et ces consignes sont appliquées en même temps à une entrée du dispositif 18. Réciproquement, trois capteurs de positions situés dans chacun des zooms I et 2, et non représentés sur les figures, fournissent respectivement trois tensions au dispositif 17 pour contrôler les réglages effectués. Les dispositifs 21 et 19 ont chacun une sortie reliée respective- ment à une entrée du dispositif 18. Le dispositif 19 permet au cadreur de sélectionner une loi d'asservissement parmi quatre lois prédéterminées, ou bien un réglage manuel, par des boutons de commande du dispositif 21. Le dispositif 18 comporte un microprocesseur 13 relié par un bus d'adresse et de donnée à une mémoire morte 15, à une mémoire vive 16, et à une interface 14. L'interface i4 possède deux entrées reliées respectivement aux sorties des dispositifs 19 et 21; une entrée multiple reliée à une entrée-sortie du dispositif 17 pour recevoir les valeurs des consignes des réglages M, F, D; et une entrée-sortie. Cette entrée-sortie, d'une part fournit des signaux de commande aux moteurs 11 et 12, et d'autre part reçoit des signaux fournis par des capteurs de positions traduisant la position des supports 5 et 6 et des axes de rotation 7 et 8, ces capteurs n'étant pas représentés sur les figures. Le dispositif 19 de sélection d'une loi, permet de sélectionner une parmi quatre lois permettant de déterminer une valeur de la convergence et une valeur de la base en fonction des valeurs des réglages M, F, et D. Trois de ces lois sont figées et sont stockées dans la mémoire morte 15. L'une d'elles, qui est la plus utilisée en pratique, correspond à une restitution du relief la plus naturelle possible dans toutes les conditions de prises de vues. Par exemple, cette loi peut être constituée par celle énoncée par le Général Hurault dans son ouvrage intitulé "Problèmes Techniques de la Photographie Stéréoscopique" publié par l'Institut Géographique National en 1964. Deux autres lois figées, ont été déduites de la précédente en modifiant les valeurs de la base et de la convergence pour obtenir un effet de sur-relief, et pour obtenir un effet de sousrelief. Une quatrième loi peut être stockée dans la mémoire vive 16 par un procédé d'apprentissage consistant à faire des essais de prises de vues avec réglage manuel par le dispositif 21, pendant des répétitions de la scène, puis à stocker les valeurs de la convergence et de la base en fonction de la valeur de l'un des paramètres, par exemple le réglage M de la mise au point. La fonction d'apprentissage du dispositif 18 est comman- dée par le cadreur en utilisant des commandes manuelles intégrées au dispositif de réglage 21. Lors de la prise de vues effective le cadreur sélecti>onne la quatrièrae loi par le dispositif de sélection 19 et il agit sur les réglages des zooms 1 et 2 sans se préoccupper de l'effet de relief à obtenir en agissant sur la base et la convergence, le dispositif lg de commande des asservissements réalise cet effet en fonction de la valeur de réglage de la mi.se au point. La vit'esse de réalisation-de l'effet peut etre beaucoup plus rapide que la vitesse à laquelle l'apprentissage a été réalisé, sans difficulté pour le cadreur. Le travail du cadreut est aussi facile que dans le cas d'une caméra classique dès Aors quLail a sélectionné une des lois déterminant automati- quemrnent la convergence et la base. Il ne s'occupe que de commander les réglages classiques de mise au point, de distance focale et de diaphragme. Cette simpiification de son travail lui permet de réaliser aisément des prises de vues stéreoscopiques de bonne qualité sur un objet en mouve- ment, notamment quand celui-ci se déplace en direction des caméras. La figure 2 représente une vue de face d'une partie de ce premier exemple de réalisation, montrant de face les caméras 3 et 4 avec leurs zooms i et 2, et l'ensemble du dispositif d'asservissement de la base et d'asservissement de la convergence. Les caméras 3 et 4 pivotent dans le plan horizontal en étant entrainées par les axes verticaux 7 et 8 et en s'appuyant sur des roulements à bille 21 et 28 posés sur la face supérieure des supports 5 et 6, ces supports 5 et 6 ayant chacun la forme d'une cage cubique. La figure 3 représente une coupe selon un plan vertical AA du support 5. Le support 6 est analogue. Le fonctionnement de ce dispositif mécanique sera mieux compris en se référant simultanément aux figures 2 et 3. Les supports 5 et 6 sont guidés horizontalement par les guides 9 et qui sont des tiges cylindriques parallèles et horizontales. Les supports 5 et 6 sont déplacées le long des guides 9 et 10 par un arbre 22 parallèle aux guides 9 et 10, de même longueur, et portant un pas de vis différent sur une première et une seconde moitié de sa longueur. L'arbre 22 traverse deux parois opposées de chacun des supports 5 et 6 par des trous filetés qui assurent l'entrainement des supports dans deux directions opposées lorsque l'arbre 22 est en rotation. Cette rotation est assurée par le moteur 11. Le pivotement de l'axe vertical 7 est assuré par une roue dentée 26 fixée sur cet arbre et engrenant dans une vis sans fin 24. La vis sans fin 24 comporte un trou de section carrée le long de son axe de symétrie, dans lequel passe un arbre 23, de même section, qui est horizontal, parallèle aux guides 9 et 10, de même longueur. L'arbre 23 est mû par le moteur 12, il entraîne la vis sans fin 24, pour provoquer la rotation de l'arbre 7 supportant la caméra 3. Une vis sans fin 20 dont l'hélice est de sens opposé à celle de la vis sans fin 24, est entraînée en rotation par le même arbre 23 pour entrainer une roue dentée, non représentée, identique à la roue 26 et solidaire de l'arbre de rotation 8, dans un sens opposé au sens de rotation de l'arbre 7. Les vis sans fin 24 et 20 sont solidaires en translation des supports 5 et 6 parce qu'elles sont maintenues par des bossages 25 empêchant le déplacement des vis sans fin 24 et 20 parallèlement aux guides 9 et 10 lorsqu'elles exercent un effort sur les roues dentées, telles que la roue 26, pour faire pivoter les caméras. Les vis sans fin 20 et 24 n'étant pas immobilisées en translation sur l'arbre 23 elles n'empêchent pas la translation des supports 5 et 6 sous l'action de l'arbre 22. Les guides 9, 10, les arbres 22, 23, et les moteurs 256 1 400 i1l, 12 sont montés sur des flasques 70 et 715 reliés par un fond 72. Ce d!spositif mécanique simple permet de réaliser le réglage de la base et le réglage de la convergence sans avoir a doubler les dispositifs d'asservisse- ment réglant la position des cameras. Dans cet exemple de réalisation la valeur minimale de ia base correspond à un rapprochement des caméras tel que leurs parois soient en contact, il est avantageux de prévoir leur construction de façon telle que les zooms I et 2 sont montés le plus près possible des parois qui vont être en contact lorsque la base est minimale. Lorsque les caméras sont très encombrantes le déplacement des caméras par un dispositif d'asservissement de la convergence et d'asser- vissement de la base nécessite un dispositif robuste et puissant. Il est alors avantageux d'utiliser des dispositifs optiques supplémentaires per- mettant de conserver ces caméras immobiles, par rapport au dispositif réalisant un asservissement de la base et de la convergence. Sur la figure 4 est représenté un deuxième exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, comprenant deux caméras de télévision 30 et 31 munies de zooms 32 et 33, fixes par rapport à un dispositif 42 d'asservissement de la base et de la convergence analogue au dispositif représenté sur les figures 1 à 3, mais o au lieu de déplacer les caméras 30 et 31 les supports t40 et 41 déplacent des miroirs plans 3g et 390 Ces miroirs sont verticaux et tournent autour d'axes verticaux 57 et 52 analogues aux axes 7 et 8. OQuend la convergence est nulle les miroirs 38 et 39 font un angle de 45 rpar rapport au plan de symétrie des directions de vues. Los caméras 30 E-t 31 sont disposées symétriquement par rapport à ce Filan de symétrie et re;oivent la lumière venant de deux directions de vues 36 et 37 par l'intermdiairc des mircirs 57 et 5g respectivement et de deux miroirs de renvoi 3t4 et 35 respectivemernt Les miroirs 3E, et 35 sont des mi:hoirs plans ve-rticau ui sont parallèles aux miroirs 33 et 39 rsèe la conver, 2nce est nulle. Dans cet exemple la convergence est dpterninée par l'angle de rotation des miroirs 3ê et 39, qui tournent en sens oppose. Dans les exemples précédents les chemins optiques suivis par la lurniere provenant des deux directions de vues sont symétriques par rapport a, plan de symétrie de ces deux directions, ils sont donc identiques. La figure 5 représente un troisième exemple de réalisation o 256 1 400 les deux chemins optiques ne sont pas rigoureusement de la mc:ne longueur. Ceci n'est pas gênant si les prises de vues ne sont pas réalises très près de l'objet, car la profondeur- de champ permet d'avoir deux vues aussi nettes l'une que l'autre et la différence de grossissement est peu importante. Il est possible aussi de rallonger artificiellement le chemin optique le plus court par un dispositif optique dont la réalisation est à la portée de l'homme de l'art, ou bien de modifier la distance focale de l'un des zooms pour un coefficient constant appliqué à la valeur de consigne F de réglage de sa distance focale. Sur la figure 5, deux caméras de télévision 43 et 44, munies de zooms 45 et 46, sont disposées de façon telle que leurs axes optiques sont parallèles et horizontaux. La caméra 44 reçoit directement la lumière correspondant à une première direction de vue 48. La caméra 43 reçoit la lumière correspondant à une seconde direction de vue 47 par l'intermé- diaire d'un miroir mobile 50 et d'un miroir de renvoi 49. Le miroir mobile est un miroir plan vertical tournant autour d'un axe vertical sous l'action d'un moteur 54 porté par un support 51 se déplaçant horizontale- ment sur des guides rectilignes 55 et 56 sous l'action d'un arbre fileté 57 mû par un moteur 53. Des capteurs de position non représentés mesurent la position du miroir mobile 50 et du support 51. Le déplacement horizontal du support 51 déplace le miroir 50 dans le plan des axes optiques des caméras 43 et 44 et perpendiculairement à ceux-ci pour faire varier la base. La rotation du miroir 50 permet de faire varier la convergence. Quand la convergence est nulle les miroirs 49 et 50 sont parallèles et font chacun un angle de 45 par rapport aux axes optiques des caméras 43 et 44. La partie électronique du dispositif est analogue à celle du premier exemple de réalisation. Le dispositif selon l'invention peut être appliqué à la prise de vues stéréoscopiques selon un procédé mettant en oeuvre une seule caméra et un seul objectif. La figure 6 représente un quatrième exemple de réalisation, mettant en oeuvre le procédé connu des anaglyphes, et comportant une seule caméra 66 munie d'un zoom 65 recevant la lumière provenant de deux directions de vues distinctes 67 et 68 respectivement par l'intermédiaire d'un miroir de renvoi 63 et d'une lame dichroYque 64 placés sur l'axe optique de la caméra 66. Le miroir 63 est un miroir plan 256 1 400 vertical tournant autour d'un axe vertical sous l'action d'un axe 69 analogue à l'axe 7 du premier exemple de réalisation. La lame dichroïque 64 est plane et verticale, et elle tourne autour d'un axe vertical sous l'action d'un axe 70 analogue à l'axe 8 du premier exemple. Les axes 69 et 70 sont portés par des supports 61 et 62 analogues aux supports 5 et 6 du premier exemple, mûs par un dispositif 60 d'asservissement de la base et d'asservissement de la convergence, analogue à celui décrit dans le premier exemple. L'axe optique de la caméra 66 est dans le prolongement de la direction de translation des supports 61 et 62. Lorsque la conver- gence est nulle le miroir 63 et la lame 64 sont parallèles et font un angle de 45 par rapport à l'axe optique de la caméra 66. Cette dernière est fixe par rapport au dispositif d'asservissement 60. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits cidessus, de nombreuses variantes sont à la portée de l'homme de l'art car il existe de nombreux dispositifs optiques permettant de réaliser des prises de vues avec une base variable et une convergence variable, et ces dispos':ifs sont en générai faciles à adapter pour asservir les réglages de la base et de la convergence, par un dispositif analogue à celui décrit pour le premier exemple. Il est possible de réaliser ces asservissements différemment, par exemple en employant des moteurs pas à pas, commandés par un nombre déterminé dimnpulscins de courant, ce qui évite d'employer des capteurs de position. L'invention s'applique à la prise de vues stéréoscopiques pour le cinéma et la télévision en relief. REVENDICATIONS 1. Dispositif de prise de vues stéréoscopiques à base variable, comportant des moyens (1 à 4) pour prendre des vues à partir d'un premier et d'un second point de vue, écartés d'une distance variable B appelée base, selon deux directions de vues faisant un angle 0 appelé convergence, ces moyens (1 à 4) comportant au moins un objectif (1, 2) à distance focale variable, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - un dispositif (17) de commande de l'objectif (1, 2), pour commander le réglage de sa distance focale, le réglage de sa mise au point, et le réglage de son diaphragme; un dispositif (7 à 12) d'asservissement de la convergence et d'asservissement de la base; - un dispositif (18) de commande du dispositif d'asservissement (7 à 12), couplé au dispositif (17) de commande de l'objectif (1, 2), pour déterminer une valeur de convergence et une valeur de base, en fonction des réglages de l'objectif (1, 2), selon une loi prédéterminée stockée dans une mémoire (15, 16). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mémoire (15, 16) du dispositif (18) de commande du dispositif d'asservisse- ment (7 à 12) comporte une mémoire morte (15) pour stocker: une loi connue permettant d'obtenir un effet de relief naturel; une loi connue permettant d'obtenir un effet de sur-relief; et une loi connue permettant d'obtenir un effet de sous-relief. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mémoire (15, 16) du dispositif (18) de commande du dispositif d'asservisse- ment (7 à 12) comporte en outre une mémoire vive (16) pour stocker une loi correspondant à un effet particulier, cette loi étant déterminée en faisant varier manuellement la convergence et la base pendant une répétition et en écrivant dans cette mémoire vive (16) les valeurs de la convergence et les valeurs de la base correspondant aux valeurs de l'un des réglages de l'objectif (1, 2). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement de la convergence et d'asservissement de la base comporte: 1l - deux supports (5, 6) coulissant sur des guides (9, 10) horizontaux et perpendiculaires aux deux directions de vue quand la convergence est nulle, et entrainés dans deux directions opposées par deux pas de vis opposés, situés respectivement sur deux moitiés d'un premier arbre (22), parallèle aux guides (9, 10) et de même longueur que ceux-ci; - deux axes verticaux (7, È) supportant respectivement deux dispositifs de prise de vues (3, 4); ces axes étant montés en rotation respectivement sur tes deux supports (5, 6), et portant chacun une roue dentée (26) engrenée dans une vis sans fin (20, 24) qui est solidaire respectivement des supports (5, 6) dans leur translation le long des guides (9, 10) et solidaire en rotation avec un second arbre (23) parallèle aux guides (9, 10) et de même longueur; - deux moteurs (11, 12) faisant tourner le premier et le second arbre (22, 23), pour régler respectivement ia base et la convergence. 5. Dispositif selon la revndication 4, caractérisé en ce que les deux dispositifs de prise de vues sont constitués de deux caméras (1, 4) munies chacune d'un objectif (1 2) à distance focale variables fixées respectivement sur les deux axes verticaux (7, 8), leurs axes optiques étant horizontaux. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux dispositifs de prise de vues sont constitués de deux miroirs (3g, 39) plans, verticaux, symétriques par rapport au plan de symétrie des vues, et faisant un angle de g5 av'ec ce plan, quand la convergence est nulle; et en ce qu'il comporte en outre deux caméras (30, 31) fixes par rapport aux guides (9, 0O), disposas symétriquement par rapport au plan de symétrie des directions des vues, et couplées optiquement aux miroirs (38, 39) respectivement. 7S Dispositif:-elon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'asservisseme;n de la base et de la convergence comporte e 3,-. - un miroir mobile (50), plans vertical, rn autour d'un axe vertical par un moeeur (54), pour régler!a convergence; - un support (51) coulissant sur deux guides rectilignes (55 et 56), portant le moteur (50) quand la convergence est nulle. 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux dispositifs de prise de vues comportent: - un miroir (63) et une lame dichroique (64, 67, 68), plans et verticaux, faisant un angle de 45 par rapport à deux directions de vues quand la convergence est nulle et réfléchissant dans une même direction la lumière reçue selon les deux directions de vues, la lumière réfléchie par le miroir (63) traversant la lame (64); et en ce qu'il comporte une caméra (66), unique et fixe, et recevant dans un objectif unique (65) la lumière réfléchie par le miroir (63) et la lame dichrolique (64).