Brevet FR2858069A1 — publié le 20050128

1/6 DISPOSITIF PERMETTANT DE VOIR DES COUPLES D'IMAGES OU DE PHOTOS EN STEREO COULEUR Le domaine technique La présente invention s'inscrit dans le domaine des techniques permettant à un individu de voir en relief des couples d'images ou de photos en configuration stéréo c'est à dire, deux images ou photos d'une même scène, pas nécessairement aux même instants, mais dont les prises de vue sont séparées d'une distance non nulle, en général proportionnelle à la distance moyenne séparant le ou les appareils de prise de vue et la scène. Ce qui suit est aussi valable pour voir des images ou photos statiques que du film ou de la vidéo. Dans la suite du texte, on parlera aussi bien d'images ou de photos et selon le contexte du texte on utilisera l'un de ces deux termes pour désigner les deux. L'état de la technique antérieure Il est proposé actuellement des dispositifs permettant de voir des couples d'images ou de photos en configuration stéréo; les principales méthodes sont présentées ci-dessous. Pour un couple de photos ou d'images disposées l'une à coté de l'autre sur un support quelconque (papier photo ou écran d'ordinateur ou sur écran de projection), on a la possibilité de les voir: - sans moyen technique particulier mais par un effort, intellectuel et/ou physique, et une habitude de regard (en louchant par exemple) en vision directe (image ou photo droite en face de l'oeil droit, et idem pour le gauche) ou en vision croisée (image ou photo gauche en face de l'oeil droit et réciproquement), - avec des moyens techniques qui varient suivant la nature et les possibilités des moyens 30 utilisés, à savoir: - Avec un stéréoscope, et dans ce cas les photos ou images sont juxtaposées l'une à coté de l'autre, cet instrument permettant de facilité la vision stéréo des deux images; ce mode existe avec des photos papiers, des images sur ordinateur ou encore avec des lunettes composées de petits écrans sur lesquels on visualise pour l'oeil gauche l'image 35 gauche et pour l'oeil droit l'image droite. Dans ce mode, les images doivent être proches des yeux et limitées en taille. - Avec des lunettes en mode anaglyphe et dans ce cas les deux images ou photos doivent être assemblées pour en faire une seule, en disposant en général, sur le canal rouge (oeil gauche) l'image gauche et sur le canal cyan (ou bleu, ou vert, ...) (oeil droit) 40 l'image droite; dans ce mode les couleurs ne sont pas restituées fidèlement (difficulté à faire apparaître du rouge) et la qualité de la vision stéréo résultera de la qualité de séparation des couleurs en restitution d'une part (qualité du projecteur, du tirage photo, de l'écran d'ordinateur), en observation, de la qualité des filtres de lumière de la paire de lunettes anaglyphes. 2/6 - Avec des lunettes en mode polarisé et dans ce cas, il faut disposer sur deux polarisations orthogonales (on dit aussi croisées) les deux images droite et gauche et les regarder avec une paire de lunettes disposant de ces filtres avec la même polarisation, c'est à dire par exemple: si l'image gauche est sur une polarisation 5 verticale, alors, l'image droite doit être sur une polarisation horizontale et on doit regarder ces deux images superposées, avec une paire de lunettes ayant sur l'oeil gauche un filtre ne laissant passer que la polarisation verticale et sur l'oeil droit un filtre ne laissant passer que la polarisation horizontale. Cette technique ne marche que: - Par projection des deux images ou photos sur un même écran, chacune étant mise dans sa bonne configuration de polarisation au niveau de l'écran de projection; - Sur un écran d'ordinateur ou par projection, à condition de présenter en alternance les images gauche et droite et, à l'aide d'un écran actif assez transparent, placé devant l'écran d'ordinateur ou au niveau du projecteur, pour lequel on est en 15 mesure d'alterner à la même fréquence et en phase, la polarisation de façon à avoir toujours la polarisation verticale avec l'image gauche et horizontale avec l'image droite. Dans ce mode la paire de lunette est passive. - Avec des lunettes actives permettant de ne voir à un instant donné qu'avec un seul oeil; dans ce cas, on a, au niveau de la paire de lunettes et en face de chaque oeil, un 20 petit écran capable de laisser passer toute la lumière ou de ne rien laisser passer. On alterne ce fonctionnement et on fait le mode complémentaire pour l'autre oeil. En visualisant avec la même fréquence de façon alternée les images ou photos droite et gauche, on obtient une situation dans laquelle quand l'image gauche apparaît, l'oeil gauche la voit mais l'oeil droit ne voit rien et réciproquement; si la fréquence est assez 25 élevée, l'individu verra le couple d'images ou de photo en relief. Exposé de l'invention La présente invention concerne un dispositif dont l'objectif est de permettre de voir des couples 30 d'images ou de photos en configuration stéréo (film, vidéo ou statiques) en mixant la technique de la polarisation avec la technique du stéréoscope. L'intérêt est d'avoir une technique de qualité complètement passive, permettant d'utiliser des couples de photos ou d'images disposées à plat l'une à coté de l'autre, en mode direct ou en mode croisé (voir plus loin dans le texte) et de les observer confortablement de près ou de loin sans effort particulier. 35 La combinaison permettant d'atteindre cet objectif est la suivante: On dispose (Figure 1) les deux images ou photos, par n'importe quel moyen (projection, écran d'ordinateur, support papier) sur un support (1), lune à coté de l'autre (image droite en position 2, image gauche en position 3), on affecte à chacune de ces deux images une polarisation différente (2 = image droite polarisée droite , 3 = image gauche polarisée gauche ) , 40 orthogonales entre elles (croisée), et on les observe avec une paire de lunettes constituée, pour chaque oeil (4 = oeil gauche, 5 = oeil droit) d'un prisme (6 = prisme gauche, 7 = prisme droit) permettant de dévier angulairement la visée et d'un filtre analyseur de polarisation (8 = filtre analyseur gauche, 9 = filtre analyseur droit) ne laissant passer que la polarisation correspondante, c'est à dire celle associée à l'image gauche (3) pour l'oeil gauche (4) et celle associée à l'image 45 droite (2) pour l'oeil droit (5). 3/6 On a donc la possibilité de configuration géométrique de la figure 1, en vue de dessus avec: * Une image gauche polarisée gauche (3); Une image droite polarisée droite (2); * Les polarisations droite et gauche sont orthogonales (croisées), c'est à dire qu'un filtre 5 polarisé gauche ne laisse pas passer un flux de lumière polarisé droit et réciproquement; * L'individu regarde (oeil gauche = 4, oeil droit = 5) les deux images (image gauche polarisée gauche = 3, image droite polarisée droite = 2) au travers d'une paire de lunette constituée de deux prismes (prisme gauche = 6, prisme droit = 7) qui dévient angulairement 10 les faisceaux de lumières; ceci fait que: * L'oeil gauche (4), matérialisé par le point G, observe dans la direction GG'2, mais sous l'effet de la réfraction de la lumière par le prisme gauche (6), il voit en fait l'image gauche (3) dont le centre est en position G2; comme par ailleurs, on a disposé au niveau du prisme gauche (6) un filtre (8) analysant la polarité gauche , celui ci permet d'éliminer 15 l'image droite polarisée droite (2) et donc permet à l'oeil gauche (4) de ne voir que l'image gauche (3) dans cette position apparente G'2. * L'oeil droit (5), matérialisé par le point D, observe dans la direction DD'2, mais sous l'effet de la réfraction de la lumière par le prisme droit (7), il voit en fait l'image droite dont le centre est en position D2. Comme par ailleurs, on a disposé au niveau du prisme 20 droit (7) un filtre (9) analysant la polarité droite , celui ci permet d'éliminer l'image gauche polarisée gauche (3) et donc permet à l'oeil droit de ne voir que l'image droite (2) dans cette position apparente D'2. * Ainsi, les deux images, droite (2) et gauche (3) sont perçues comme venant de la même position, ce qui permet de voir le couple d'images stéréo en relief sans effort. 25 Dans le montage de la figure 1, on a les degrés de liberté suivants: * La polarisation d'une image (droite ou gauche) peut être obtenue: * Soit à l'aide d'un projecteur avec un filtre polariseur à son niveau; * Soit avec de la lumière polarisée éclairant par l'arrière des photos transparentes (diapo par 30 exemple); * Soit directement au niveau de l'image en ayant à ce niveau un filtre polariseur comme indiqué sur la figure 2 avec: É en (1) le support adapté (pas nécessairement plan); en (2) l'image ou photo droite obtenue par n'importe quel moyen (papier, photo, 35 écran, ...); en (3) l'image ou photo gauche obtenue par n'importe quel moyen (papier, photo, écran, ...); * en (4) le polariseur de l'image ou photo droite; en (5) le polariseur de l'image ou photo gauche dans une polarisation orthogonale à 40 celle du polariseur de l'image droite. Le filtre analyseur de polarisation, au niveau des prismes gauche ou droit peut être mis en face arrière ou en face avant; ceci n'aura que peu d'importance car l'angle au sommet des prismes reste faible, inférieur à 20 o. 4/6 * Les prismes peuvent être façonnés de telle sorte qu'en plus du comportement général de décalage de la visée optique, ils possèdent aussi un comportement de type lentille pour agrandir ou réduire la taille des images ou photos observées ou bien servir à faire des compensations géométriques des images ou photos observées à travers eux. Une autre façon de procéder consiste à rajouter une lentille par prisme pour obtenir de tels effets. * Le support des photos ou images n'a pas besoin d'être plan, il peut être légèrement courbe ou bien, par exemple composé de deux plans supportant chacun respectivement une des deux images. * La paire de prismes ainsi obtenue, modifiés ou non, peut définir une paire de lunettes à part 10 entière ou venir se superposer à des lunettes classiques de vue. * La polarisation des images ou photos peut être, dans certains cas, mise directement sur la photo elle même par le dépôt d'une couche adaptée. * Les polariseurs analyseurs, au niveau des prismes, peuvent être obtenu par dépôt d'une couche directement sur les prismes. a Le montage ci-dessus est un montage de type croisé , et un montage de type direct est envisageable auquel cas on doit avoir la configuration de la figure 3. Dans ce montage, l'image gauche (3) est à gauche et l'image droite (2) est à droite; les prismes sont inversés par rapport au montage croisé (FIG. 1). Quelque soit le montage considéré, les caractéristiques du dispositif sont liées aux caractéristiques des prismes utilisés; on rappelle ci- dessous les propriétés de ces prismes en fonction (FIG. 4) de l'angle au sommet A et de l'indice de réfraction N du matériaux dans lequel il est fait. Avec un prisme (FIG. 4) l'angle B formé par le rayon incident Ic et le rayon transmis It a pour valeur: B = (N-1)* A où A est l'angle au sommet du prisme et N l'indice de réfraction du matériaux dans lequel le prisme (1) est fait. Aujourd'hui, on obtient de façon industrielle des indices de réfaction allant jusqu'à 1,9 sans problème et utilisé en optique classique pour faire des lunettes. Cette formule est une approximation des sinus mathématiques, valable pour des angles A et B faibles 30 ce qui est le cas ici. A partir de cette formule, on peut déterminer la taille des images ou photos que l'on peut avoir à une distance D des deux yeux, suivant le montage que l'on prend, croisé ou direct. Dans les deux montages ci-dessus, on prendra à titre d'illustration un écart entre les deux yeux de 7 cm, un indice de 1,7 et un prisme d'angle au sommet A de 10 soit 0,17 miliradian. 35 Pour le montage croisé ou direct, le cas direct est illustré sur la figure 5 où: * (1) désigne l'écart entre les deux yeux; * (2) désigne la distance D séparant les deux yeux des images ou photos; * (3) désigne les angles de déviation obtenus par les prismes d'angle au sommet A et d'indice N, placé comme dans la figure 3 en face des yeux; 40 * (4) désigne la taille T des images ou photos; On a: B=0,7*A et pour la taille T en largeur, c'est à dire parallèlement à l'axe formé par les deux yeux, de l'image ou de la photo: T = 2*D*B. On a donc: T=2*D*0,7*A 5/6 On a donc pour la taille T des images ou photos: T= 1,4*0,17*D = 0,238*D Ceci donne pour une distance D de 1 m une taille de 238 mm. Il n'y a pas de limitations particulières pour la hauteur des images (la hauteur étant comptée dans la direction perpendiculaire à l'axe défini par les deux yeux). Ce résultat donne en quelque sorte le point de fonctionnement de la configuration, qui varie en fonction des caractéristiques des prismes; c'est à dire que la vision en relief des images est de bonne qualité dans cette configuration; ceci étant, ce n'est pas limitatif et la vision en relief sera obtenue quelque soit la façon dont on s'écarte de ce point de fonctionnement (images plus 10 grandes, distances plus grandes ou plus courtes, ...). Les prismes, façonnés ou non, peuvent être obtenu, par une succession de petits prismes comme indiqué sur la figure (6), de même angle au sommet, celui ci étant choisi en fonction de la déviation angulaire que l'on souhaite avoir, et ils peuvent être de forme quelconque. L'avantage 15 de la succession de prisme est qu'elle réduit l'épaisseur global du dispositif. Conclusion En disposant les deux images ou photos d'un couple stéréoscopique l'une à coté de l'autre, dans le sens de l'axe défini par les deux yeux d'un observateur, en conférant à chacune une polarisation, ces polarisations étant orthogonales entre elles, en les observant avec une paire de lunettes constituée de prismes comme indiqué dans le texte ci-dessus et adaptée au montage visé (direct ou croisé) avec pour chaque prisme un polariseur analyseur conforme au montage, on obtient ainsi une combinaison légère permettant de voir des couples stéréo en couleur, quel que soit le support (papier, projection, écran ordinateur, ...). Ceci concerne aussi bien la photo, la vidéo ou le film. Comme par ailleurs le point de fonctionnement issu de la configuration des prismes dépend de la combinaison distance yeux- images, taille des images, écart entre images que l'on veut voir, il est possible de superposer pour chaque oeil, plusieurs prismes suivant l'axe 30 perpendiculaire à l'axe défini par les deux yeux, avec des angles au sommet et des indices de réfraction différents, ceci permettant d'avoir des configurations de vision en relief différentes. Il n'y a pas de raison pour que les prismes associés à chaque oeil soient identiques et les lunettes en question peuvent se superposer à d'autres lunettes de vue classique. Les prismes peuvent eux mêmes être façonnés pour produire en plus un effet optique. 6/6 REVENDICATIONS 1 - Dispositif permettant à un individu de voir en relief des images ou photos issues d'un couple stéréo, obtenu en disposant les deux images ou photos du couple stéréo, l'une à coté de l'autre suivant l'axe défini par les deux appareils de prise de vue lors de la prise de vue, en utilisant une paire de lunettes constituée de deux prismes non nécessairement identiques, d'angle au sommet assez faible, pouvant être façonnés si nécessaires pour avoir un effet de lentilles, pouvant aussi être légèrement inclinés par rapport à l'axe défini par les deux yeux et montés de telle sorte que en regardant à travers cette paire de lunettes de façon naturelle, les deux prismes 10 procurent le déplacement virtuel des deux images ou photos en donnant ainsi l'impression qu'elles sont superposés, partiellement ou totalement, au qu'elles proviennent du même point, cet effet de déplacement étant procuré par le comportement physique et naturel de chaque prisme, celui ci dépendant de la combinaison de son angle au sommet et de son indice de réfraction, le montage des prismes sur la paire de lunette se faisant dans le cadre d'une observation directe ou 15 bien croisée, 2 - Dispositif conforme à la revendication 1 et caractérisé en ce que on associe à chaque image ou photo une polarisation de la lumière, les deux polarisations étant orthogonales, ou quasi orthogonales, entre elles, on adjoint à chaque prisme de la paire de lunettes un filtre polariseur qui ne laisse passer que le flux de lumière associé à l'image ou la photo correspondante, c'est à dire de la même polarisation que l'image ou la photo associée à l'oeil gauche, pour l'oeil gauche et de la même polarisation que l'image ou la photo associée à l'oeil droit, pour l'oeil droit, 3 -Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les constituants de polarisation de la lumière issue des images ou photos, sont des dispositifs physiques, transparents, avec deux polarisations orthogonales, ou quasi orthogonales, que l'on place directement sur 25 l'écran visualisant les images ou sur les photos vus par l'observateur, ceci pouvant être obtenu soit par un moyen physique complémentaire, soit par des couches de matériaux polarisant et transparent directement déposés sur les images ou photos, 4 -Dispositif conforme à la revendication 1 ou à la revendication 2 ou à la revendication 3, caractérisé en ce que la paire de lunettes peut être constituée pour chaque oeil d'un ensemble de 30 prismes superposés suivant la verticale à l'axe séparant les deux yeux et permettant de voir les images de taille variable en largeur, la largeur étant comptée suivant l'axe séparant les centres des deux images ou photos disposées en l'une à coté de l'autre pour l'observation stéréo, ou bien de même taille à des distances différentes ou des écarts variables entre images ou photos, -Dispositif conforme à la revendications 1 ou à la revendication 2 ou à la revendication 35 3 ou à la revendication 4 caractérisé en ce que les primes peuvent être obtenu par une succession de petits prismes, petit en largeur et en épaisseur, disposés l'un à coté de l'autre en suivant l'axe séparant les deux yeux et ayant tous sensiblement le même angle au sommet, celui ci étant choisi en fonction de la déviation angulaire souhaitée, ces dits prismes, unique ou résultant du groupement de petits prismes pouvant être façonnés afin obtenir un effet de correction optique, 40 ou bien être légèrement inclinés par rapport à l'axe défini par les deux yeux si ceci est nécessaire pour assurer une meilleure superposition des deux images ou photos du couple stéréo observé, 6 -Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5 et caractérisé en ce que le matériau utilisé pour réaliser les prismes est un matériau dur, transparent pour la lumière, ou bien souple, transparent pour la lumière.