Brevet FR2938665A1 — publié le 20100521

La présente invention concerne le domaine des � écrans interactifs �, parfois dénommés � tableaux blancs interactifs �. Un tableau blanc interactif comprend généralement un ordinateur, un projecteur vidéo (projetant une image fournie par l'ordinateur), un écran de projection (recevant l'image issue du projecteur vidéo), et un système permettant à l'opérateur de contrôler la position de la souris de l'ordinateur en agissant directement au niveau de l'écran de projection, celui-ci se comportant de manière analogue à un écran tactile. L'opérateur peut ainsi piloter directement l'ordinateur en agissant au niveau de l'image projetée. Ces Io dispositifs sont largement utilisés dans les domaines de l'enseignement où ils tendent à remplacer les traditionnels tableaux blancs ou noirs qui équipent les écoles. Ces tableaux blancs interactifs sont également utilisés en entreprise, où ils contribuent à rendre beaucoup plus vivantes les présentations professionnelles, en permettant à l'utilisateur d'agir directement sur les is images projetées au niveau de l'écran. Plusieurs technologies sont utilisées classiquement afin de transformer un écran de projection en écran interactif tactile ou pseudo-tactile. Une première catégorie utilise des technologies implantées au niveau de l'écran de projection, celui-ci étant remplacé par un véritable écran tactile 20 (de type résistif, électromagnétique, ou capacitif), ou bien étant muni de capteurs périphériques (détecteurs d'ultrasons, détecteurs optiques...). Ces écrans tactiles permettent de repèrer la position (X,Y) du doigt de l'utilisateur ou d'un pointeur spécifique qui vient au contact ou à proximité de l'écran. Une seconde catégorie utilise des technologies optiques utilisant une 25 caméra qui observe l'écran de projection, un spot lumineux (issu d'une diode lumineuse fixée sur un pointeur de désignation, ou d'un laser tenu à distance) étant déplacé par l'opérateur sur l'écran de projection, sa position sur cet écran étant repérée au moyen de la caméra, puis transformée par calcul afin de fournir à l'ordinateur la position X Y du curseur de l'ordinateur. On transforme ainsi un écran de projection en écran d'ordinateur, l'opérateur pouvant agir directement sur l'écran de projection afin par exemple de déplacer à sa guise le curseur de l'ordinateur sur l'image projetée. Ces différents dispositifs de visualisation interactifs posent cependant un problème d'utilisation, lié à la taille relative de l'écran et de l'utilisateur. En effet, si l'utilisateur est trop petit par rapport à l'écran, il ne peut pas atteindre la partie supérieure de l'écran de projection avec son doigt, ce qui l'empêche par exemple d'activer la commande de divers menus de l'ordinateur. Plusieurs remèdes ont été proposés pour résoudre ce problème. io Une première catégorie de solutions consiste à utiliser un pointeur pour pointer à distance. Dans des écrans tactiles interactifs, l'opérateur peut utiliser une � baguette �, plus ou moins spécifique en fonction de la technologie de tableau utilisée, la baguette permettant de désigner les parties élevées de l'image projetée. Dans le cas d'un écran interactif à base de technologie is optique, un pointeur optique émet un faisceau collimaté, par exemple un faisceau laser. Ce pointeur optique peut projeter un spot lumineux sur le haut de l'écran, mais la précision de pointage est alors médiocre. Ces dispositifs sont pratiques, mais ne permettent pas une bonne précision de pointé, et rendent difficile une véritable action d'écriture sur le haut du tableau. 20 Une seconde catégorie de solutions consiste à modifier la taille de l'image et/ou la hauteur de projection de l'image. On peut réduire la taille de l'image projetée par exemple au moyen d'un zoom optique sur le videoprojecteur. Toutefois, la visibilité de l'image s'en trouve réduite pour des spectateurs éloignés de l'écran. Dans d'autres systèmes on peut régler en 25 hauteur l'écran de projection et le video-projecteur d'une même translation, afin de s'adapter à la taille de l'utilisateur. Ces réglages en hauteur sont cependant lourds, difficiles à actionner, coûteux, et limitent la taille de l'écran utilisable. Par ailleurs, toute modification de la taille ou de la position de l'image 30 projetée par rapport à l'écran modifie les réglages du dispositif pour détecter une interaction au niveau de l'écran. C'est en particulier le cas pour les écrans tactiles, dans lesquels la position physique de pointé sur l'écran est calibrée par rapport à une position et une taille d'image initiale, ces paramètres étant supposés fixes pendant toute l'utilisation. C'est également le cas pour les écrans à video-détection, dans lesquels la position et la taille de l'image projetée sont calibrés au départ, afin d'établir une correspondance entre les coordonnées physiques des points sur l'écran de projection, les coordonnées de l'image projetée et les coordonnées de l'image détectée par la caméra. Les réglages initiaux de l'image par rapport à l'écran et de la caméra sont généralement conservés pendant toute la durée d'utilisation. Une modification io en position et/ou en taille de l'image par rapport à l'écran requiert généralement une nouvelle calibration pour permettre à l'utilisateur d'interagir au niveau de l'écran, ce qui interrompt la présentation. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne plus particulièrement un dispositif de visualisation interactif is comprenant un écran de video-projection, un ordinateur apte à transmettre une image video, un vidéo-projecteur apte à recevoir une image video de l'ordinateur et à projeter une image sur l'écran, un système de vidéo-détection comprenant une caméra apte à acquérir une image de l'écran sur un champ de video-détection et un système de traitement apte à analyser l'image de 20 video-détection et à interagir sur l'ordinateur. Selon l'invention, le dispositif de visualisation interactif comprend des moyens de rotation du video-projecteur autour d'un axe horizontal parallèle au plan de l'écran entre au moins deux positions angulaires de manière à permettre de projeter l'image sur l'écran à une hauteur choisie par l'opérateur 25 et des moyens de suivi par video-détection aptes à adapter le système de video-détection à la hauteur de projection de l'image de manière à permettre à l'utilisateur d'interagir au niveau de l'image projetée. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la caméra est fixe et le champ de vision de la caméra est apte à capter entièrement l'image 30 projetée sur l'écran à ladite hauteur de projection de l'image choisie par l'opérateur, et le système de traitement d'image est apte à prendre en compte ladite hauteur de projection dans l'image captée par la caméra. Dans un second mode de réalisation de l'invention le dispositif comprend des moyens d'entraînement en rotation aptes à incliner angulairement le video-projecteur autour d'un axe entre au moins deux positions angulaires et des moyens d'asservissement de la position de la caméra en fonction de la position angulaire du video-projecteur. Suivant un mode de réalisation préféré, la caméra et le video-projecteur sont solidaires en rotation, le dispositif comprend une plaque fixe, une plaque mobile en Io rotation par rapport à la plaque fixe autour d'un axe, la caméra et le videoprojecteur étant fixés sur ladite plaque mobile, un moto-réducteur et un système bielle-manivelle montés entre la plaque fixe et la plaque mobile, ledit moto-réducteur et système de bielle-manivelle étant aptes à entraîner la rotation de la plaque mobile autour de l'axe entre au moins deux positions 15 angulaires. Suivant différents modes de réalisation, le dispositif de visualisation interactif de l'invention comprend avantageusement les éléments suivants pris seuls ou en combinaison, selon toutes les combinaisons techniquement possibles : 20 - un pointeur optique comprenant au moins un bouton de commande apte à commander une électronique de commande du moto-réducteur pour modifier l'orientation angulaire du vidéo projecteur, - des moyens de commande du moto-réducteur déclenchés par le pointeur via l'ordinateur, 25 - les moyens de commande en orientation angulaire du vidéo-projecteur comprennent des moyens optiques de désignation d'une zone de l'écran projection, - les moyens de commande en orientation angulaire du vidéo-projecteur comprennent une zone dédiée de désignation située sur 30 l'écran de projection, à l'extérieur de l'image projetée par le vidéo projecteur et à l'intérieur du champ de vision de la caméra, - les moyens de commande en orientation angulaire du vidéo-projecteur comprennent des moyens de détection d'un déplacement vertical du pointeur. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles. Cette description est donnée à titre d'exemple non limitatif et fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins io annexés sur lesquels : la figure 1 représente schématiquement un système motorisé pour la commande en orientation d'un sous-ensemble de videoprojection et de video-détection; - les figures 2A et 2B illustrent respectivement deux positions du 15 sous-système de video-projection et de video-détection ; - la figure 3 illustre les différents élements et le fonctionnement d'un tableau blanc avec pointeur interactif ; - la figure 4 est une vue de côté d'un tableau blanc interactif utilisé par une personne de grande taille ayant accès à toute la surface de 20 l'image projetée ; - la figure 5 illustre une utilisation du dispositif de l'invention pour l'utilisation d'un tableau blanc interactif par une personne de petite taille n'ayant accès qu'à une partie de l'image projetée ; - la figure 6 illustre un mode de réalisation de la commande du 25 dispositif motorisé de l'invention à partir du pointeur interactif ; - la figure 7 illustre un autre mode de réalisation de la commande du dispositif motorisé de l'invention par l'intermédiaire d'un ordinateur ; - la figure 8 illustre encore un autre mode de réalisation de la commande du dispositif motorisé de l'invention par l'intermédiaire 30 du système de video-détection ; - la figure 9 représente les étapes d'alignement en hauteur d'une image projetée au moyen d'un pointeur optique et d'un système de video-détection; Les figures 1 à 9 commentées ci-après illustrent des modes particuliers 5 de réalisation de l'invention. Un premier aspect de l'invention concerne des moyens pour modifier la hauteur de projection de l'image sur l'écran par le video-projecteur. Un second aspect de l'invention concerne le système de suivi du changement de hauteur de projection de l'image sur l'écran. Io Avantageusement, la caméra de video-détection qui observe l'écran de projection conserve dans son champ d'observation l'image projetée quelle que soit la position du video-projecteur, soit en élargissant suffisamment le champ d'observation de la caméra, soit en asservissant la position de la caméra à celle du projecteur. Le moyen le plus simple est alors de solidariser is mécaniquement le projecteur et la caméra d'observation de l'écran. Un autre aspect de l'invention concerne les moyens de commande de l'orientation du video-projecteur pour modifier aisément la hauteur de projection de l'image sur l'écran. Différents moyens peuvent permettre à l'opérateur de commander à distance la position du projecteur afin que l'image 20 projetée soit facilement accessible à l'utilisateur : • Un premier moyen consiste à disposer d'un boîtier de commande muni de deux boutons poussoirs, reliés physiquement au moteur qui actionnent le mécanisme de positionnement du projecteur, tels que l'appui sur un bouton qui commande la rotation de ce moteur dans 25 un sens, l'appui sur l'autre bouton commandant la rotation du moteur dans l'autre sens. • Un second moyen consiste à interposer une télécommande entre ce boitier et le moteur de commande du moteur. Cette télécommande peut être incluse dans le pointeur qui permet d'agir sur l'écran de 30 projection, l'opérateur pouvant ainsi monter ou descendre l'écran très facilement. Suivant une variante, cette télécommande peut envoyer des signaux à l'ordinateur, ce dernier étant chargé de gérer les commandes du moteur qui actionne la position du projecteur. • Un troisième moyen consiste à piloter l'orientation du projecteur en agissant directement au niveau de l'écran de projection. Une source lumineuse fixée sur le pointeur permet de désigner des zones particulières sur l'écran de projection et de commander le moteur d'orientation du video-projecteur. La figure 1 représente un module projecteur motorisé en rotation, muni d'une caméra (2) permettant l'observation de l'écran de projection afin de Io déterminer la position d'un spot lumineux manipulé par un opérateur. Sur cette figure 1, le video-projecteur (7) est fixé sur une platine mobile (6), laquelle peut pivoter autour d'un axe (3) par rapport à une platine fixe (1). Une caméra (2) est également fixée sur la platine mobile (6), afin que l'image qu'elle détecte sur l'écran de projection suive l'image projetée par le is projecteur (7). Un moto-réducteur (4), muni d'un système bielle-manivelle (5) permet d'actionner la rotation de la platine (6) par rapport à la platine (1). L'électronique de commande (14) de ce moto-réducteur (4) est reliée à la commande actionnée directement ou indirectement par l'opérateur. La figure 2A représente le video-projecteur et la caméra dans une 20 première position angulaire, où l'image est projetée à une hauteur de projection élevée sur l'écran, et la figure 2B représente le video-projecteur et la caméra dans une seconde position angulaire, après action de la commande de rotation, cette position 2B correspond à une hauteur de projection de l'image relativement plus basse sur l'écran. 25 La figure 3 représente les divers composants d'un écran interactif à base de technologie optique utilisant une caméra de détection. L'image à projeter est générée par un ordinateur (11), cette image étant transmise au projecteur (7). Ce projecteur génère une image (10) sur un écran de projection (8). On remarquera que l'écran de projection (8) est largement plus 30 haut que l'image projetée (10), afin que l'on puisse déplacer verticalement cette image (10) qui reste cependant à l'intérieur de l'écran de projection (8). Une caméra (2) observe un spot lumineux émis par un pointeur (12), le champ de vision (9) de cette caméra étant plus étendu que la surface de l'image projetée (10). L'image saisie par la caméra (2) brute ou traitée, est transmise à l'ordinateur (11) afin de faire en sorte que la position du curseur générée par l'ordinateur soit confondue sur l'image (10) avec la position de l'extrémité du pointeur (12). La figure 4 représente une première position du module projecteur, permettant à une personne d'accéder à toute la surface d'une image de grande taille (10) positionnée par le projecteur sur le haut de l'écran (8). io La figure 5 représente une seconde position du module projecteur, permettant à une personne de petite taille d'accéder à toute la surface de l'image (10) positionnée par le projecteur sur le bas de l'écran (8), après commande du moto-réducteur (4). La figure 6 représente un mode particulier de commande de is l'orientation du module projecteur. Dans ce cas, le pointeur (12) est muni d'un émetteur de signaux (15, 15'), reçus par le module électronique (14), lequel commande le moteur qui actionne le module projecteur. La figure 7 représente un autre mode particulier de commande de l'orientation du module projecteur. Dans ce cas, le pointeur (12) est muni d'un 20 émetteur de signaux (16, 16'), reçus par l'ordinateur (11), lequel génère des signaux (17) à destination de l'électronique de commande (14) qui pilote le moto-réducteur du module projecteur. La figure 8 représente un autre mode particulier de commande de l'orientation du module projecteur. Dans ce cas, l'opérateur désigne une zone 25 particulière de l'image générée par l'ordinateur (11) à l'aide de son pointeur (12). La caméra (2) permet de repérer la position du spot lumineux ainsi généré. L'ordinateur (11) en déduit qu'il faut actionner le moto-réducteur du module projecteur, et génère les signaux (18B, 18C) nécessaire vers l'électronique de commande (14). 30 La figure 9 illustre un mode particulier de commande de la rotation du module projecteur. Dans ce type de réalisation, l'on pilote la hauteur de projection que l'on souhaite donner à l'image (10) sur l'écran de projection (8) en utilisant la séquence suivante : • Dans un premier temps (9A), l'opérateur agit sur son pointeur (12) afin qu'un spot lumineux soit produit en bordure de l'image projetée (10), mais à l'intérieur du champ de vision (9) de la caméra (2). Cette action de pointage, détectée par la caméra qui équipe le système, provoque la génération par l'ordinateur d'un repère visuel (13), incrusté dans l'image projetée à hauteur du pointeur (12). Ce repère visuel sert de référence afin de pouvoir positionner Io facilement la hauteur de projection (hA) de l'image (10) sur l'écran (8) • Dans un deuxième temps (9B), l'opérateur positionne le pointeur (12) à une hauteur différente (hB), afin que le système actionne le mécanisme de rotation du module projecteur, de telle sorte que le 15 repère (13) revienne en face du pointeur (12). Dans le cas représenté sur la figure 9, l'opérateur souhaite abaisser la hauteur de projection de l'image (10). • L'opérateur maintient la position de son pointeur jusqu'à ce que l'image (10) ait été déplacée, afin que le repère (13) soit à nouveau 20 situé en face du pointeur (12). La figure 9C illustre la projection de l'image (10) sur la partie basse de l'écran (8). Nous allons décrire dans ce dernier cas, illustré par la figure 9, le mécanisme qui permet de régler très facilement la position en hauteur de l'image projetée 10 sur l'écran de projection (8) : 25 • Lorsque dans un premier temps (A), l'opérateur génère avec son pointeur (12) un spot lumineux en bordure de l'image projetée (10), la caméra permet de repérer la position de ce spot par rapport à l'image projetée (10) : l'organe de contrôle du système (qui peut être implémenté par logiciel dans l'ordinateur (11), ou bien être constitué 30 par un sous ensemble électronique spécifique) reconnaît que l'opérateur a désigné un point en bordure de l'image projetée (10), et peut déterminer la hauteur de cette désignation par rapport à cette image projetée. Cette hauteur correspond à une cote � hA � dans les coordonnées de l'image projetée. Il interprète cette première action comme signe de la volonté de l'opérateur de faire monter ou descendre l'image projetée (10) sur l'écran de projection (8). Il génère à l'intérieur de l'image projetée (10) une marque (13) pour repèrer la hauteur initiale du pointé de l'opérateur. • Dans un deuxième temps (B), l'opérateur génère avec son pointeur (12) un nouveau spot lumineux en bordure de l'image projetée (10), io à une hauteur différente. La caméra permet de renseigner l'organe de contrôle du dispositif de la nouvelle hauteur souhaitée pour la marque (13). Cette hauteur correspond à une cote � hB � dans les coordonnées de l'image projetée. L'organe de contrôle du dispositif envoie alors vers le moteur (4) chargé d'actionner la position du is projecteur (7) des signaux électriques tels que la valeur (hA-hB) tende à diminuer. Dès que la valeur (hA-hB) est devenue nulle, l'organe de contrôle du dispositif cesse d'actionner le moteur (4). Suivant diverses variantes, les ordres de contrôle de la hauteur de 20 projection de l'image (10) à l'intérieur de l'écran de projection (8) peuvent par exemple être assortis de divers signaux de validation, semblables aux habituels � clics � gauche ou droit effectués sur une souris, à l'aide de contacteurs fixés sur le pointeur (12) de l'opérateur, ces contacteurs provoquant l'émission de signaux de validation reçus par l'organe de contrôle 25 du dispositif. Le mode de réalisation préférentiel utilise deux hauteurs de projection de l'image. La hauteur de projection de l'image peut aussi être continûment variable entre deux hauteurs extrêmes (haute et basse). L'invention permet d'améliorer un dispositif de video-projection interactif 30 comprenant des moyens de video-projection pour modifier la hauteur de projection d'une image sur un écran et des moyens de video-détection aptes à adapter le dispositif de video-détection à la hauteur de projection de l'image de manière à permettre à l'utilisateur d'interagir au niveau de l'image projetée quelle que soit la hauteur de projection de l'image, entre deux hauteurs extrêmes. Ce dispositif permet de faire varier la hauteur de projection de l'image, pour la rendre plus accessibles à un ou à différents utilisateurs, tout en conservant la possibilité d'interaction optique au niveau de l'écran. Le dispositif de l'invention ne requiert pas de recalibration suite à un changement de hauteur de projection de l'image. La calibration peut rester identique quelle que soit la hauteur de io projection de l'image. De manière alternative, une calibration à deux hauteurs de projection extrêmes (haute et basse) peut être effectuée une fois le système en place avant son utilisation. Le changement de hauteur de projection d'image est ainsi � transparent � pour l'utilisateur qui peut continuer à interagir sur l'image is quelle que soit la hauteur de projection d'image sans interruption. Le dispositif de l'invention est très facile à utiliser, peu coûteux et permet l'emploi d'un écran de très grande taille. REVENDICATIONS1. Dispositif de visualisation interactif comprenant : un écran (8) de video-projection, un ordinateur (11) apte à transmettre une image video, - un video-projecteur (7) apte à recevoir une image video de l'ordinateur (11) et à projeter une image (10) sur l'écran (8), un système de vidéo-détection comprenant une caméra (2) apte à acquérir une image de l'écran sur un champ de video-détection (9), io un système de traitement apte à analyser l'image de video- détection et à interagir sur l'ordinateur (11), caractérisé en ce qu'il comprend : - ' des moyens de rotation (4, 5) du video-projecteur autour d'un axe (3) horizontal parallèle au plan de l'écran (8) entre au moins deux 15 positions angulaires de manière à permettre de projeter l'image (10) sur l'écran à une hauteur choisie par l'opérateur, et - des moyens de suivi aptes à adapter le système de video-détection à la hauteur de projection de l'image de manière à permettre à l'opérateur d'interagir au niveau de l'image projetée. 20 2. Dispositif de visualisation interactif selon la revendication 1 caractérisé en ce que : la caméra (2) est fixe et le champ de vision (9) de la caméra est apte à capter entièrement l'image projetée (10) sur l'écran (8) à ladite hauteur de projection de l'image choisie par l'opérateur, et 25 - le système de traitement d'image est apte à prendre en compte ladite hauteur de projection dans l'image captée par la caméra. 3. Dispositif de visualisation interactif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens d'entraînement en rotation aptes à incliner 30 angulairement le video-projecteur autour d'un axe (3) entre au moins deux positions angulaires, et- des moyens d'asservissement de la position de la caméra (2) en fonction de la position angulaire du video-projecteur. 4. Dispositif de visualisation interactif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comprend : - une plaque fixe (1), - une plaque mobile (6) en rotation par rapport à la plaque fixe (1) autour d'un axe (3), la caméra (2) et le video-projecteur (7) étant fixés sur ladite plaque mobile (6), - un moto-réducteur (4) et un système bielle-manivelle (5) montés i0 entre la plaque fixe (1) et la plaque mobile (6), ledit moto-réducteur et système de bielle-manivelle (5) étant aptes à entraîner la rotation de la plaque mobile (6) autour de l'axe (3) entre au moins deux positions angulaires. 5. Dispositif de visualisation interactif selon la revendication 4 15 caractérisé en ce qu'il comprend un pointeur optique (12) comprenant au moins un bouton de commande apte à commander une électronique de commande (14) du moto-réducteur (4) pour modifier l'orientation angulaire du vidéo projecteur (7). 6. Dispositif de visualisation interactif selon la revendication 5 20 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande du moto-réducteur (5) déclenchés par le pointeur (12) via l'ordinateur (11). 7. Dispositif de visualisation interactif selon la revendication 6 caractérisé en ce que les moyens de commande en orientation angulaire du vidéo-projecteur comprennent des moyens optiques de désignation d'une 25 zone de l'écran projection (8). 8. Dispositif de visualisation interactif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de commande en orientation angulaire du vidéo-projecteur comprennent une zone dédiée de désignation située sur l'écran de projection (8), à l'extérieur de l'image (10) projetée par le vidéo 30 projecteur et à l'intérieur du champ de vision (9) de la caméra (2). 9. Dispositif de visualisation interactif selon l'une des revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que les moyens de commande en orientation angulaire du vidéo-projecteur comprennent des moyens de détection d'un déplacement vertical du pointeur (12).