Brevet FR2838598A1 — publié le 20031017

Procédé et dispositif de télévision stéréoscopique La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de télévision stéréoscopique. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication de systèmes de manipulation à distance d'objets. L'invention s'applique en particulier au contrôle visuel de la manipulation de produits radioactifs par un bras manipulateur, et au contrôle visuel à distance d'un robot de soudure. 11 existe à ce jour différentes techniques d'acquisition et de restitution d'images en relief, qui mettent généralement en _uvre des matériels et procédés complexes et coGteux; pour l'acquisition d'images, il est connu d'utiliser deux capteurs optiques, en particulier deux caméras, qui sont synchronisées et dont les images sont combinées électroniquement par un multiplexeur délivrant un signal vidéo dont une première partie de la trame (par exemple une trame paire) correspond à une séquence d'images délivrée par une première caméra, et dont une deuxième partie de la trame (par exemple une trame impaire) correspond à une séquence d'images délivrée par une deuxième caméra. Pour la restitution (visualisation) d'images produisant une impression de relief, il est notamment connu de visualiser sur un écran de téléviseur ou de projeter sur un écran - les séquences d'images multiplexées, et d'équiper l'observateur de lunettes appropriées. 11 est décrit dans la demande de brevet FR 00/09305 une caméra stéréoscopique comportant deux caméras 2D générant deux séquences d'images associées, un moyen de visualisation constitué par une paire de lunettes à écrans LCD, et des moyens pour faciliter le réglage des paramètres opto-mécaniques, à savoir la distance entre les deux caméras 2D, I'angle que font les axes des deux caméras (appelé angle de convergence), la distance focale et la mise au point des deux caméras. A cet effet, ce document décrit un système de mémorisation associé à un sélecteur permettant à l'utilisateur de comparer des images s mémorisées aux images délivrées par les caméras. A la connaissance de l'inventeur, les différents systèmes existants de télévision stéréoscopiques sont peu utilisés - sinon pas du tout - pour le contrôle visuel de procédés industriels, en particulier pour les applications susmentionnées; une des raisons est que les systèmes existants provoquent une gêne ou fatigue oculaire importante lors d'une utilisation prolongée. Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif et un procédé de télévision stéréoscopique amélioré et/ou qui remédie, en partie au moins, aux inconvénients des procédés et dispositifs connus s dans ce domaine. Selon un premier aspect, I'invention propose un dispositif de télévision stéréoscopique comportant deux caméras, chaque caméra délivrant un signal vidéo - ou une séquence d'images - et deux dispositifs de visualisation d'images, chaque dispositif de visualisation étant respectivement raccordé à une seule des deux caméras; les axes optiques des caméras sont parallèles, et le dispositif selon l'invention comporte en outre des moyens de déplacement pour provoquer un déplace m e nt relatif des de ux dispositifs de visual isation so us la commande etiou le contrôle de l'utilisateur, afin de permettre à ce dernier de superposer les deux images respectivement restituées par les deux dispositifs de visualisation. Au sens de la présente demande, I'expression >, s'agissant des axes optiques des caméras d'observation de l'objet, désigne des axes faisant entre eux un angle de convergence (ou divergence) dont la valeur est située dans une plage allant de 0 à 0,1 degré d'angle. Le dispositif selon l'invention se prête à une utilisation prolongée sans générer de fatigue oculaire pour l'utilisateur (I'observateur). Bien que la visualisation des images puisse s'effectuer sur des écrans d'ordinateurs, il est préférable et plus simple d'utiliser un s moniteur de télévision ou un projecteur comme organe de visualisation. L' i nvention perm et en outre de s'affranch i r d u rég lage de l 'ang le de convergence des caméras qui peut être délicat lorsque les caméras sont placées dans un milieu hostile. De préférence le dispositif comporte en outre des moyens de 0 déplacement relatif des caméras, de sorte que 1'entraxe des caméras est réglable à distance par l'utilisateur, par l'intermédiaire d'un actionneur provoquant un rapprochement ou un éloignement des deux caméras - qui restent parallèles; ceci permet d'ajuster l'effet de relief provoqué par le dispositif de visualisation; cet entraxe peut varier de quelques centimètres à quelques mètres en fonction de la distance séparant les caméras de l'objet à observer. Chaque organe de visualisation est généralement doté d'un filtre polarisant. Lorsque deux téléviseurs sont utilisés, ils sont de préférence respectivement disposés d'un premier côté et d'un deuxième côté d'un miroir plan semi-réfléchissant, leur écran faisant avec ce miroir un angle de 45 degrés; au moins un premier des téléviseurs est déplaçable par rapport au deuxième téléviseur et/ou par rapport au miroir, de préférence en translation selon un axe parallèle à l'intersection du plan s du miroir avec le plan de l'écran du téléviseur mobile (déplaçable). Dans ce cas, un dispositif d'inversion électronique d'images est généralement connecté entre une des deux caméras et le téléviseur correspondant. Lorsque deux projecteurs sont utilisés, I'un au moins des projecteurs est de préférence mobile en rotation par rapport à 1'écran de projection et/ou par rapport à l'autre projecteur: ceci facilite la fusion (superposition) des deux images respectivement projetées sur un écran par les deux projecteurs, sous le contrôle de l'utilisateur. L'invention ne nécessite pas de synchroniser les caméras; I'invention ne nécessite pas non plus de procéder à des traitements s complexes sur les signaux vidéo; il suffit que l'utilisateur soit doté de lunettes polarisées dont la polarisation soit adaptée à celle des filtres équipant les dispositifs de visualisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, et qui illustre sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réal isati on de l' i nventi on. La figure 1 illustre schématiquement les principaux composants d'un dispositif de télévision selon l'invention, dans lequel les moniteurs de visualisation sont vus de côtés. La figure 2 illustre schématiquement en perspective le montage des deux téléviseurs de visualisation utilisables dans le dispositif de la figure 1. La figure 3 illustre en perspective schématique une variante de l'invention utilisant deux projecteurs respectivement montés sur deux supports rotatifs. Par référence à la figure 1, I'objet 1 à observer à distance est placé dans le champ de vision de deux caméras 2 et 3 dont les axes optiques respectifs 4 et 5 sont séparés d'une distance 6; selon la valeur de la distance 7 séparant l'objet 1 des caméras 2, 3 et selon la taille de I'objet, la valeur de la distance 6 peut varier de quelques centimètres à plusieurs dizaines de centimètres; I'angle de convergence 8 entre les axes 4 et 5 est choisi et maintenu à une valeur nulle (de sorte que les axes sont parfaitement parallèles) ou à une valeur très faible (typiquement moins de 0,1 degré). Deux câbles 9 et 10 relient respectivement les caméras 2, 3 à deux téléviseurs 11, 12 de façon à transmettre à ces derniers les s signaux respectivement délivrés par les caméras; un inverseur électronique d'image 13 est inséré entre la caméra 3 et le téléviseur 12, qui traite les signaux délivrés par cette caméra de façon à inverser l'image résultant de ces signaux; cet inverseur est nécessaire du fait s que l'image du téléviseur 12 renvoyée par le miroir 14 vers l'utilisateur est inversée par le miroir; ce miroir plan semi-réfléchissant réfléchit ia lumière 16 provenant de l'écran du téléviseur 12 et transmet directement à l'utilisateur la lumière 17 provenant de l'écran du deuxièm e téléviseu r 11. Devant l'écran de chaque moniteur 11, 12, est respectivement prévu un filtre polarisant 18, 19; les directions de polarisation de ces filtres sont différentes (orthogonales) et l'utilisateur est équipé de lunettes polarisées 20 dont la polarisation est adaptée à celle des filtres 18, 19. Les angles 21 et 22 que forment respectivement les plans des écrans des moniteurs 11, 12 avec le plan 23 du miroir 14 sont égaux à degrés. Le moniteur 11 est monté mobile en translation selon un axe 24 (perpendiculaire au plan de la figure 1), sur des glissières 25, 26; le déplacement du moniteur 11 est opéré- par un actionneur M tel qu'un moteur dont le fonctionnement est commandé par l'utilisateur 15 agissant sur une interface (tel qu'un bouton) de commande 27 d'une unité 28 de commande du moteur M. En déplaçant le téléviseur 11 le long de l'axe 24, I'utilisateur 15 choisit la position de ce téléviseur pour laquelle l'image qu'il affiche est superposée à celle du deuxième téléviseur 12 réfléchie par le miroir. Par référence à la figure 2, les moniteurs 11, 12, leurs filtres 18, 19 respectifs et le miroir 14 occupent la même position relative qu'à la figure 1, par rapport à l'utilisateur 15 qui observe en direction de l'écran du moniteu r 11. Sur cette figure, chacun des deux moniteurs 11, 12 est mobile en translation selon un axe 24, respectivement 29; ces axes sont parallèles à l'intersection 30 du plan du miroir 14 et de ceux des écrans et filtres 18, 19; à cet effet, deux moteurs M et M' de déplacement des moniteurs sont commandés par l'utilisateur. Par référence à la figure 3, les caméras 2,3 d'axes 4,5 parallèles sont montées coulissantes l'une par rapport à l'autre sur un support 31, selon une direction orthogonale à leurs axes, afin de faire varier leur écartement, sous la commande de l'utilisateur 15; les moyens pour ce faire sont similaires ou identiques à ceux illustrés figure 1 pour déplacer I e télévise u r 1 1. Chaque caméra 2, 3 est respectivement reliée à un projecteur 32, 33 monté sur un support respectif 36, 37 et équipé d'un filtre 34, 35 polarisant. Chaque projecteur forme une image 43 (respectivement 44) sur l'écran 40 qu'observe l'utilisateur 1 5; afin de superposer les images ainsi projetées d'un objet placé dans le champ des caméras 2, 3, I'utilisateur provoque une rotation 39 selon un axe 38 d'un projecteur 33 - ou des deux projecteurs le cas échéant; cette rotation qui s'effectue selon un axe orthogonal aux plans parallèles (horizontaux) contenant les axes 41, 42 des deux projecteurs, permet de la méme manière que décrit précédemment pour les téléviseurs, d'obtenir cette superposition d'images 43,44 donnant l'impression de relief. - REVENDICATIONS 1. Dispositif de télévision stéréoscopique comportant deux caméras, chaque caméra délivrant un signal vidéo - ou une séquence d'images - et deux dispositifs de visualisation d'images, chaque dispositif de visualisation étant respectivement raccordé à une seule des deux caméras; les axes optiques des caméras sont parallèles, et le dispositif selon l'invention comporte en outre des moyens de déplacement pour provoquer un déplacement relatif des deux dispositifs de visualisation sous la commande et/ou le contrôle de l'utilisateur, afin de permettre à ce dernier de superposer les deux images respectivement restituées par les deux dispositifs de visualisation. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la valeur de l'angle (8) de convergence des deux caméras est situé dans une plage allant de 0 à 0,1 degré. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, qui comporte en outre des moyens de déplacement relatif des deux caméras et des moyens permettant à un utilisateur de régler à distance l'entraxe (6) des deux caméras. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, qui comporte en outre un filtre (18, 19, 34, 35) associé à chaque dispositif de visu al isation d' i mages. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque dispositif de visualisation d'images comporte un moniteur (11, 12) de télévision, le dispositif comportant en outre un miroir (14) plan semi-réfléchissant, le plan du miroir formant avec le plan de chaque moniteur un angle sensiblement égal à 45 degrés, I'un au moins des moniteurs étant déplaçable en translation selon un axe (24) parallèle à l'intersection du plan du miroir et du plan de l'écran du moniteur déplaçable. 6. Dispositif selon la revendication 5, qui comporte en outre un dispositif (13) électronique d'inversion d'image qui est connecté entre u n e des cam éras et le téléviseu r co rrespondant. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, s dans lequel chaque dispositif de visualisation est un projecteur (32, 33), I'un au moins des projecteurs étant déplaçable par rapport à l'autre projecteur, le dispositif comportant en outre un écran (40) métallique non dépolarisant de projection des images (43, 44). 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le projecteur déplaçable est mobile en rotation. 9. Procédé de télévision stéréoscopique pour la visualisation d'un objet (1) dans un environnement hostile, dans lequel on acquiert deux séquences d'images de l'objet par deux capteurs (2, 3) dont les axes optiques (4, 5) sont parallèles et dirigés vers l'objet, on transfert les signaux délivrés par les capteurs à deux dispositifs (11, 12, 32, 33) de visual isation respective me nt raccordés aux deux capte u rs, et on ajuste la position relative des deux dispositifs de visualisation afin de superpose r sensiblem ent les deux i mag es (43, 44) de l 'obj et et d'obte n i r