Brevet FR2656120A2 — publié le 19910621

FR 2656120 A2 19910621 FR 8916692 A 19891218 La présente demande de premier certificat d'addition se rattache à une demande de brevet français n" 89 10054 déposée le 26 juillet 1989. Dans la demande du brevet principal on précise, tout d'abord, que l'invention est basée sur des résultats de recherches des auteurs montrant, en particulier, qu'en appelant V le rapport des variations relatives de grandeurs d'images entre le début et la fin de leur enregistrement à l'aide d'une caméra (caméra cinématographique, camera vidéo ou analogue), enregistrement opéré avec variations des distances relatives des objets et de la caméra par un moyen quelconque, ce rapport V applicable, par exemple, aux variations de grandeurs des images de deux objets de dimensions équivalentes mais d'éloignements différents de la caméra, doit, pour obtenir ultérieurement leur perception dans les trois dimensions, être compris entre des seuils perceptibles tels que 0.90 > V > 0.60, ou 1.10 Puis, on décrit le procédé et les dispositifs pour obtenir ce résultat, procédé et dispositifs présentant les caractéristiques suivantes - l'objectif de la caméra, maintenu fixe, enregistre non pas directement les images de l'espace extérieur suivant la pratique habituelle, mais plus précisément les images de cet espace préalablement ramené à une échelle notablement inférieure à l'unité. Cette réduction est obtenue à l'aide d'un zoom fixé devant l'objectif de la caméra et suivant son axe optique, le zoom etant également fixe. L'objectif de la caméra enregistre ainsi les images spatiales engendrées par le zoom, images situées de part et d'autre du plan de mise au point de ce dernier, la distance focale de l'objectif de la caméra étant inférieure aux distances focales du zoom. Les mouvements relatifs objets/caméra, nécessaires à la perception du relief sont, suivant le procédé décrit, remplacés par les mouvements relatifs entre les images spatiales, créées de part et d'autre du plan image du zoom et l'objectif de la caméra : ces derniers sont obtenus en provoquant des variations dimensionnelles de l'espace image du zoom, par variations des distances focales de ce dernier au cours de la prise de vues. Par ailleurs, pour maintenir la constance des profondeurs de champ des images enregistrées malgré les variations des éloignements des images spatiales par rapport à l'objectif de la caméra maintenu fixe, on provoque, en synchronisme avec les variations de focales du zoom, des variations d'ouverture d'un diaphragme disposé sur le chemin optique du dispositif. On obtient ainsi, selon le procédé et les dispositifs décrits, des images à grandissement variable comme dans la pratique courante mais, avec en plus, la caractéristique nouvelle que l'espace enregistré soit, à coup sûr, perceptible dans les trois dimensions. La présente demande de premier certificat d'addition a pour objet un procédé et des dispositifs pour l'enregistrement d'images à l'aide d'une caméra (caméra cinématographique ou caméra vidéo ou analogue) images dont la succession, lors de la restitution, permet aux observateurs leur perception dans les trois dimensions, procédé conforme à celui décrit au brevet principal rappelé ci-dessus ; la présente addition permettant, en outre, par une évolution d'un des dispositifs du brevet principal d'obtenir qu'un plan d'intérêt des images définitives enregistrées, plan choisi au gré du réalisateur, soit maintenu de dimensions constantes pendant la durée de la séquence enregistrée. Pour maintenir cette constance d'un plan d'intérêt, l'objectif de la caméra, de focale constante au brevet principal, est remplace par un zoom de focales inférieures à celles du zoom avant.Par ailleurs, le zoom de la caméra est manoeuvré de telle façon, au cours de la séquence d'enregistrement, que ses propres focales varient en sens opposé avec celles du zoom avant, suivant un synchronisme que nous préciserons. Le respect de ce synchronisme permet, en outre, comme le montre l'expérience, le maintien de la constance des profondeurs de champ de l'image globale, malgre les variations relatives des distances des images spatiales données par le zoom avant, par rapport au zoom de la caméra de position fixe variations relatives permettant, elles-mêmes, suivant le procédé conforme à l'invention, la perception correcte de l'espace au cours de l'examen ultérieur de la séquence. La présente demande a également pour objet, mis à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions, dont il sera plus explicitement question ci-après, à propos des modes dê réalisation particuliers décrits, avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. La figure 1 est le schéma d'un montage optique, selon la présente demande de premier certificat d'addition, montrant en coupe longitudinale le zoom avant disposé à l'avant de la caméra et, à sa suite, le zoom propre de la caméra ; la partie supérieure de la figure se rapportant à la focale minimale du zoom avant et à la focale maximale de la focale du zoom de la caméra, la partie inférieure se rapportant à ces mêmes focales respectives, maximale et minimale. La figure 2 est l'agrandissement d'une partie de la figure 1 montrant le détail de la formation des images spatiales données par le zoom avant et les images qu'en enregistre le zoom de la caméra. La figure 3 est le graphique représentatif d'un exemple de prise de vues donnant, en fonction du temps, les variations des focales du zoom avant et du zoom de la caméra, celles de la focale résultante de l'ensemble optique, ainsi que les possibilités de perception spatiale que l'on peut en attendre. La figure 4 est le schéma, en coupe longitudinale, d'un exemple de montage montrant, en particulier, les dispositions prises pour le retournement des images spatiales produites par le zoom avant et leur enregistrement direct, sous forme d'images réelles, par le zoom de la caméra. La description qui suit se rapporte à un exemple non limitatif de la présente demande de premier certificat d'addition, exemple se rapportant à une caméra cinématographique pour film de 8 m/m, ou caméra vidéo ou analogue dont le montage optique est schématisé, en coupe transversale, à la figure I. L'ensemble optique est constitué par deux objectifs distincts de même axe optique : le premier disposé à l'avant est un objectif zoom 0z, à focales variables entre un maximum de 100 m/m, (fig. 1 inférieure) et un minimum de 30 mXm (fig. 1 supérieure), le plan de mise au point de ce zoom étant à 20 m/m de sa bosse aval. Le second objectif, qui constitue l'objectif propre de la caméra, est également un zoom OA disposé à la suite de 0z et de focales variables entre 5 m/m (fig. 1 inférieure) et 12 m/m (fig. 2 supérieure). Les bosses amont et aval du zoom de la caméra sont respectivement à 48 et 80 m/m de la bosse aval du zoom avant. Au présent exemple, les images spatiales données par le zoom avant sont, pour le zoom de la caméra, des images réelles, contrairement à l'exemple non limitatif décrit au brevet principal où ces dernières sont virtuelles. Rappelons qu'au brevet principal nous avons précisé cette possibilité d'enregistrement, soit par images virtuelles, soit par images réelles, le choix de l'une ou l'autre méthode n'intervenant, en effet, qu'aux signes près dans les relations de base mentionnées au brevet et fixant les caractéristiques optiques du procédé selon l'invention et les résultats qu'on peut en attendre. Le zoom avant (Oz) (fig. 1) est un zoom à compensation optique comprenant - un ensemble avant convergent Op de mise au point, - un objectif de base Ob, - un système afocal à grandissement variable (les autres groupes divergents et convergents du zoom), - un diaphragme Di commandant la luminosité de l'ensemble, Le zoom de la caméra OA comprend - un groupe convergent de mise au point 0m > - un système afocal à grandissement variable Od, - un objectif de base 0,. Le zoom de la caméra a été choisi à compensation mécanique, par déplacements synchrones du groupe divergent Od et d'un déplacement moindre du groupe convergent Om, Ce choix permet de disposer d'un zoom d'une épaisseur réduite à 32 m/m pour des variations de focales comprises entre 5 et 12 m/m. Les deux zooms sont montés en opposition et commandés par une manoeuvre unique permettant des accroissements des focales du zoom Oz avant conjointement avec des diminutions des focales du zoom OA ou réciproquement. Rappelons que les zooms de qualité normale conservent, quelles que soient les variations de focales entre des limites prévues, un plan image de mise au point (ou plan normal d'enregistrement) de position constante. C'est ainsi que le plan image de mise au point du zoom avant Oz figuré en P'OPo ainsi que celui du zoom de la caméra P'ePe sont, par construction et après réglage du positionnement des deux zooms, deux plans fixes par rapport à la caméra, quelles que soient les variations de focales de ces deux zooms dans leurs limites respectives prévues. Afin de rendre plus claires les explications qui suivent, la figure 2 est un agrandissement de la partie utile de l'objectif zoom OA de la caméra, quant à la formation des images enregistrées. L'objectif y est schématisé sous la forme réduite d'un système dioptrique centré entre ses deux plans principaux, le plan aval P1 de position fixe et le plan amont de positions variables entre P2 et P'2, suivant les variations des focales de ce zoom : entre la focale minimale de 5 m/m (foyer (FA) fig. 2 inférieure) et la focale maximale de 12 m/m (foyer (F'A) fig. 2 supérieure). Le plan d'enregistrement de ce zoom est figuré en P'ePe, le plan image de mise au point du zoom avant étant figuré en P',P,, la partie aval de ce dernier zoom étant seule représentée. En ce qui concerne la formation des images, le zoom avant donne donne des objets extérieurs, suivant ses focales extrêmes, soit les images spatiales réelles figurées en I1, 1o et I2, soit les images I'1, I'o et I'2, correspondant respectivement à l'amère plan, au plan de mise au point et au premier plan de l'espace. A partir de ces images, le zoom (OA) de la caméra donne lui-même des images spatiales réelles figurées en i1, iO et i2 et en i'1, i'O et i'2. Ce sont les projections de ces dernières, sur le plan P'ePe, qui sont enregistrées en définitive (la marche des rayons correspondants est figurée en tirets pour les images Io/io et I'o/io). Nous précisons maintenant les conditions à respecter pour que l'une des images définitives d'un plan frontal de l'espace reste de grandeur constante avec les variations des deux zooms. Cette image, laissée au choix du réalisateur, ne peut être que l'image au point sur les plans conjugués P'OPo du zoom (Oz) et P'ePe du zoom (OA) puisqu'aussi bien le réalisateur commande lui-même le choix de la mise au point correspondant précisément au centre d'intérêt de la séquence à enregistrer.La géométrie du montage, suivant le procédé et les dispositifs de l'invention, permet de fixer ces conditions qui se présentent sous la forme La première relation donne ces conditions pour différentes valeurs correspondantes de FZ/FA, Fz"/FA" etc... focales respectives des zooms (Oz) et (OA) au cours de leurs variations. La seconde fixe les caractéristiques du zoom de la caméra pour obtenir ce résultat : E, E", etc... étant les écarts des plans principaux representatifs du zoom de la caméra, en fonction de ses focales FA, FA" etc... correspondantes. A, B, K et K' des constantes suivant la géométrie du montage. Le synchronisme entre les variations des focales du zoom avant et du zoom de la caméra étant respecté comme il est ci-dessus exposé, l'expérience montre que l'image correspondant au plan de mise au point, image choisie par le réalisateur, reste effectivement de grandeur constante durant l'observation de la séquence. Par contre, les images situees devant ou derrière ce plan sont soumises à des variations de grandeurs telles que, par exemple : les avant-plans subissent des expansions cependant que les arrière-plans subissent des compressions (ou réciproquement suivant le sens de l'exécution des zooms), l'importance de ces variations dépendant, au surplus, de l'ouverture du diaphragme du dispositif. Ces caractéristiques sont les conditions mêmes des possibilités de perception de la troisième dimension, suivant le procédé selon l'invention. Pour contrôler ces possibilités nous partons, par une démarche semblable à celle du brevet principal, des caractéristiques géométriques du montage optique, permettant de déterminer la valeur V caractéristiques des variations de grandeurs relatives des images de deux objets de dimensions équivalentes, mais d'éloignements différents de la caméra, au cours de l'exécution d'un zoom. On aboutit ainsi aux valeurs V dont nous avons précisé les limites au début de la présente demande. On trouve, en première approximation FZ : focale maximale du zoom avant dans l'hypothese où celle-ci est au moins trois fois plus grande que la focale minimale. FA : focale minimale du zoom de la caméra. Do : distance du plan de mise au point à la caméra. D2 : distance du premier plan. D1 : distance de l'arrière-plan u : distance du plan image de mise au point du zoom avant à la bosse aval de ce dernier. p : distance de la bosse aval du zoom avant au plan principal fixe représentatif du zoom de la caméra. La comparaison de cette relation avec celle donnée au brevet principal fait apparaltre que, mis à part les différences de paramètres dimensionnels des montages, .1 'expression de V y est semblable, aux signes près. Ainsi, l'image globale définitive, dont le plan d'intérêt conserve des dimensions constantes avec le dispositif décrit, présente les mêmes possibilités de perception de l'espace que l'image soumise uniquement aux seules variations du zoom avant, du brevet principal. Dans le présent dispositif, l'image définitive est formée de la conjonction des deux zooms (Oz) et (OA). Or, la bonne définition des images, indispensable à une perception correcte de l'espace, est assurée à partir de la focale resultante FR de ces deux zooms. Compte tenu du respect du synchronisme des variations de ces derniers, FR conserve une valeur constante de 20 m/m durant toute la séquence de l'exemple non limitatif décrit. Avec la constance de FR, les profondeurs de champ de l'image globale restent, elles-mêmes, constantes. Ainsi, par le respect du synchronisme des deux zooms et par un réglage préalable convenable du diaphragme du dispositif, réglage maintenu constant durant la séquence, on obtient, comme le montre l'expérience, une possibilité de perception normale du relief. La figure 3 est la représentation d'un enregistrement exécuté en un temps de l'ordre de 9 secondes. Ce temps peut être aussi bien comprimé qu'allongé entre certaines limites et c'est, en particulier, la nature des images, leurs contrastes, leurs colorations et les effets recherchés qui guident le choix du réalisateur. En abscisses figurent les temps en en ordonnées les principales caractéristiques optiques de l'exemple cité, ainsi que les possibilités de perception spatiale qu'on peut en attendre En traits pleins à la partie supérieure du graphique, les variations, linéaires avec le temps, des focales Fz du zoom avant, qui débutent à 30 m/m pour se terminer à 100 m/m. Au-dessous les variations correspondantes des focales du zoom FA de la caméra entre 12 et 5 m/m, ces dernières n'étant pas linéaires avec le temps. En trait d'axe horizontal, la représentation de la focale FR résultante, constante de 20 m/m. A la partie supérieure figure le fuseau hachuré délimitant les possibilités de perception spatiale V . Les deux exemples sont donnés en traits pleins, le premier avec premier plan à 2m et arrière-plan à l', le second avec premier plan également à 2m mais arrière-plan à îom, le plan de mise au point étant, pour les deux prises de vues, à 4m. Précisons également que le diaphragme du dispositif était réglé de telle façon que le produit nK, pour les deux séquences, présente une valeur constante de l'ordre de 1/10 (m/m) (n étant l'ouverture du diaphragme et K la tolérance de netteté). Les courbes figuratives de ces deux exemples sont effectivement à l'intérieur du fuseau limite : la perception de l'espace y est correcte, dès les premières secondes d'examen, et se poursuit jusqu'à la fin des séquences avec une stabilité satisfaisante du plan d'intérêt. Signalons que lors de nos premières expériences, par souci de simplification du montage, les variations de focales du zoom de la caméra etaient linéaires avec le temps entre 5 et 12 m/m, en synchronisme avec celles du zoom avant également linéaires entre 100 et 30 m/m. Ce montage simplifié permet une liaison unique entre les deux zooms en adoptant les dispositions généralement appliquées pour la commande automatique des zooms traditionnels : rappelons que celle-ci s'opère par déplacement latéral du système afocal à grandissement variable, le plus souvent à partir d'un arbre fileté engagé dans un écrou, solidaire de ce système, l'arbre étant lui-même commandé par un moteur électrique. Suivant le sens de rotation du moteur, on obtient un zoom avant ou un zoom arrière, les variations de focales s'opérant linéairement avec le temps.Dans la présente application de ce dispositif, l'arbre de commande également unique provoque, à partir de son moteur, les déplacements latéraux de chacun des systèmes afocaux du zoom avant et du zoom de la caméra, l'arbre étant pour cela pourvu sur sa longueur de deux filetages successifs tracés en sens opposé. On obtient ainsi, à partir de cet arbre unique, disposé à la périphérie des deux zooms, les variations opposées des focales, en synchronisme linéaire avec le temps. A l'examen des images enregistrées avec ce dispositif, on constate que le centre d'intérêt subit, au cours de la séquence, quelques légères variations dimensionnelles, toutefois limitées et peu gênantes permettant une perception globale relativement stable de l'espace. Pour maintenir effectivement la stabilité dimensionnelle du plan de mise au point, la méthode suivante est appliquee par les auteurs : on a conservé le montage ci-dessus ; mais, compte tenu que le zoom de la caméra choisi est un zoom à compensation mécanique dont les déplacements relatifs des groupes de lentilles sont réalisés au moyen d'une came, on a procédé à une légère accentuation de la courbure de cette dernière. On a pu obtenir ainsi que les variations des focales du zoom de la caméra, en fonction du temps , soient proches de celles données à la fig. 3 permettant, à la fois, une stabilité satisfaisante du centre d'intérêt et la perception globale des images dans les trois dimensions. Nous avons décrit, dans ce qui précède, un exemple non limitatif des dispositifs avec reprise des images spatiales, fournies par le zoom avant, sous forme d'images réelles par rapport au zoom de la caméra. Cette disposition entraîne la difficulté suivante : l'image définitive est renversée, de haut en bas et de gauche à droite, par suite de l'éloignement des deux zooms. On doit donc redresser l'image produite pour son enregistrement normal traditionnel. Pour ce faire, on peut utiliser des moyens, soit optiques par prismes par exemple, soit electroniques, par inversion du tracé électromagnétique de l'image, suivant le type de caméra. Les auteurs ont adopté les dispositions suivantes, schématisées à la fig. 4. Le zoom avant est disposé en Oz. Celui-ci est suivi d'un premier prisme de Porro 14, à deux réflexions totales, tel que le chemin optique AB est prolongé par le chemin optique BCD. Le premier prisme 14 est suivi d'un second prisme de Porro 15 disposé comme il est indiqué à la figure et tel que le chemin optique se poursuive en DEF. Le zoom de la caméra étant fixé en OA, I'enregistrement normal s'opère, après les retournements successifs des images par les deux prismes, suivant le plan P'ePe. Par cette disposition, on obtient une caméra à encombrement minimum : pour cela il suffit que le parcours optique A'BCDEF' (fig. 4) soit de tordre du parcours p de la fig. 2, la bosse amont du zoom de la caméra venant ainsi sur un même plan vertical que la bosse aval du zoom avant. Cette disposition présente l'avantage de libérer un volume figuré en MNP, volume pouvant être utilisé au logement des bobines d'enregistrement. Par ailleurs, la fig. 4 suppose que le zoom avant est placé au-dessus du zoom de la caméra et de l'espace MNP. On peut également disposer ces derniers soit au-dessus, soit à côté du zoom avant, I'axe EF pouvant tourner autour de l'axe AB, avec les prismes, sans modifier le parcours optique schématisé à la fig. 4. Comme nous I'avons précisé au brevet principal, le procédé, selon l'invention, est aussi bien applicable aux enregistrements par images réelles que par images virtuelles. La présente demande de premier certificat d'addition s'applique également à ces deux possibilités. Toutefois, si l'enregistrement à partir d'images virtuel les permet une simplification des dispositifs en évitant le redressement des images, il exige une correction optique du zoom avant. Si l'on se reporte à la fig. 2, on constate que pour réaliser l'enregistrement direct par images virtuelles, il faut, d'une part, repousser l'objectif (OA) de la caméra vers la gauche et que, d'autre part, la distance u soit majorée. Les auteurs ont résolu cette difficulté en choisissant, comme objectif de base (Ob figure 1 du zoom avant), un objectif de focale un peu supérieure à sa focale habituelle de construction : ainsi le plan image P',Po de mise au point du zoom avant est repoussé vers la droite (fig. 2) d'une dizaine de millimètres et l'enregistrement, par images virtuelles, peut s opérer directement par le zoom de la caméra dont la bosse amont vient ici en semi-contact avec la bosse aval du zoom avant. On obtient ainsi avec les mêmes dispositifs que ceux décrits précédemment, la possibilité d'enregistrements directs à partir d'images virtuelles, ces derniers étant ultérieurement perceptibles dans les trois dimensions avec un plan d'intérêt de grandeur constante. Enfin, il est également possible de réaliser sur une caméra unique soit, d'une part, des enregistrements d'images à angles de champ variables comme au brevet principal ou soit, d'autre part, des images à plan d'intérêt stabilisé, comme à la presente demande. Cette possibilité est facilitée par le fait que les deux enregistrements ne demandent, l'un comme l'autre, que deux modes distincts de variations synchrones groupant, soit le zoom avant et le diaphragme du dispositif optique, ou soit ce même zoom avant et celui de la camera, ce dernier étant maintenu fixe sur une de ses focales dans le premier cas. I1 est donc possible, compte tenu des dispositifs décrits au brevet principal et à la presente demande, de réaliser une caméra unique, à possibilités multiples, dont l'énergie nécessaire reste de l'ordre de grandeur de celle des caméras traditionnelles. Les modes de réalisation, ci-dessus décrits, ne sont pas limitatifs, notamment en ce qui concerne les grandeurs des focales des zooms et les formats des images enregistrées par toute caméra (caméra cinématographique ou caméra vidéo ou analogue) et ils pourront donner lieu à toutes modifications désirables dans le cadre de la présente demande de première addition au brevet principal. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'enregistrement d'images à l'aide d'une caméra (caméra cinématographique ou caméra vidéo ou analogue) images dont la succession, lors de la restitution, permet aux observateurs leur perception dans la troisième dimension, caractérisé par le fait qu'on maintient la caméra pratiquement immobile et que son objectif enregistre les images spatiales que donne, de l'espace extérieur, un zoom disposé devant l'objectif de la caméra et suivant son axe optique, images spatiales situées de part et d'autre du plan image de mise au point du zoom. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'objectif de la caméra est constitué par un zoom dont la distance focale maximale est inférieure à la distance focale minimale du zoom avant. 3 - Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l'on provoque, au cours de la prise de vues, des variations synchrones et opposées des focales du zoom avant et de celles du zoom de la caméra et que les deux zooms restent de position fixe. 4 - Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que le foyer objet du zoom de la caméra est disposé derrière le plan focal du zoom avant de telle manière que les images réelles spatiales que donne ce dernier, de l'espace exterieur soient, pour le zoom de la caméra, des images également réelles. 5 - Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4 caractérisé par le fait que les images réelles , retournées de haut en bas et de la gauche vers la droite, obtenues par le zoom de la caméra, sont préalablement redressées, s'il s'agit d'une caméra cinématographique, par un ou plusieurs prismes à réflexion placés entre les deux zooms ou, s'il s'agit d'une caméra vidéo ou analogue, par inversion du tracé électromagnétique de ces images. 6 - Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que le plan focal du zoom avant est suffisamment éloigne de sa bosse amont et le zoom de la caméra suffisamment proche du zoom avant, pour que les images spatiales que donne ce dernier des objets extérieurs soient, pour le zoom de la caméra, des images virtuelles que le zoom de la camera transforme en images réelles, enregistrées directement par la caméra, dans les conditions habituel les. 7 - Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que le synchronisme, linéaire avec le temps, des variations opposées des focales du zoom avant et de celles du zoom de la caméra, est obtenu à partir de la rotation d'un arbre unique disposé à la périphérie commune des deux zooms, cet arbre, pourvu sur sa longueur de deux filetages successifs tracés en sens opposés, étant commandé par un moteur électrique suivant les dispositions généralement adoptées pour la commande automatique des zooms traditionnels, le premier filetage provoquant, lors de la rotation du moteur, le déplacement latéral du système afocal à grandissement variable du zoom avant dans le sens droite/gauche, le second filetage le déplacement du système afocal du zoom de la caméra dans le sens gauche/droite, ou réciproquement suivant le sens de rotation du moteur 8 - Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 7 caractérisé par le fait que les variations, linéaires avec le temps des focales du zoom de la caméra, sont rendues non linéaires avec le temps, par accentuation de la courbure habituelle de la came de commande du système optique afocal, à grandissement variable, du zoom de la caméra.