Brevet FR2989790A1 — publié le 20131025

Dispositif de visualisation adapté à fournir un champ visuel étendu La présente invention concerne un dispositif de visualisation adapté à être porté par un utilisateur et à fournir à l'utilisateur un champ visuel étendu. L'invention se situe dans le domaine des systèmes de visualisation, fournissant un retour visuel différent ou amélioré par rapport au champ visuel naturel. Le champ visuel naturel est limité à un angle de visualisation de maximum 180 degrés dans le plan horizontal, et limité à un angle visuel d'environ 60 degrés lorsque les yeux regardent droit devant et sont immobiles. Cependant, pour diverses applications, en particulier pour des applications de surveillance de l'environnement dans un domaine civil comme le domaine automobile ou dans le domaine militaire, il est utile d'avoir un angle de vision plus étendu. Des périphériques d'affichage, également appelés visiocasques ou HMD (« Head Mounted Display » en anglais) ont été proposés, comportant des moyens d'affichage d'images, par exemple un ou plusieurs écrans, aptes à être positionnés devant les yeux de l'utilisateur, comme des lunettes, via un casque de support qui permet de fixer ces moyens d'affichage sur la tête de l'utilisateur. Les visiocasques permettent d'afficher des images issues d'un dispositif d'acquisition d'images, tel une caméra, combinées à des images purement virtuelles générées par ordinateur, par exemple une superposition d'images réelles et d'images virtuelles. Les visiocasques ont trouvé de nombreuses applications, dans des domaines aussi variés que le domaine de l'aéronautique ou du jeu vidéo. Les visiocasques connus à l'heure actuelle permettent de fournir à l'utilisateur des informations supplémentaires par rapport au champ visuel naturel, mais présentent néanmoins des limitations. Il est un objectif de l'invention de remédier à ces limitations et de proposer un dispositif de visualisation apte à fournir à l'utilisateur un champ visuel très étendu. A cet effet, l'invention propose un dispositif de visualisation adapté à être porté par un utilisateur et à fournir à l'utilisateur un champ visuel étendu caractérisé en ce qu'il comporte : - un périphérique d'affichage comportant des moyens d'affichage adaptés à être positionnés devant les yeux de l'utilisateur, - un dispositif d'acquisition d'images positionné sur un support qui est adapté à être porté par l'utilisateur, ledit dispositif d'acquisition d'images étant apte à fournir simultanément une pluralité de vues de l'environnement de l'utilisateur, comportant au moins une vue avant correspondant au champ visuel de l'utilisateur et une autre vue, au moins partiellement hors du champ visuel de l'utilisateur, au même instant temporel, - des moyens de transmission des images acquises à une unité de traitement apte à fournir des images traitées, chaque image traitée correspondant à une projection desdites vues dans un plan d'affichage, et - des moyens de restitution des images traitées sur lesdits moyens d'affichage. Avantageusement, le dispositif de visualisation selon l'invention permet à l'utilisateur de voir à la fois une vue de devant et une autre vue, au moins partiellement hors de son champ visuel, et ce en temps réel. Ainsi, l'utilisateur bénéficie d'un champ visuel étendu. De nombreuses applications, en particulier des applications de surveillance civiles ou militaires, comme par exemple l'aide aux conducteurs de véhicule, la surveillance de l'environnement, la prévention de risques de collision, ou des jeux vidéo, bénéficieront d'un dispositif de visualisation tel que proposé par l'invention. Le dispositif de visualisation selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous : - ladite autre vue est une vue arrière et/ou une vue de côté par rapport au champ visuel de l'utilisateur ; - ledit dispositif d'acquisition d'images est une caméra omnidirectionnelle apte à fournir des vues selon un champ visuel à angle de 360 degrés ; - ladite caméra omnidirectionnelle comprend une optique et un miroir qui est de type hyperbolique ou parabolique ou sphérique ; - ledit dispositif d'acquisition d'images est un dispositif panoramique comportant une pluralité d'optiques orientées selon une pluralité de directions ; - ledit périphérique d'affichage comporte un moyen de support et le dispositif d'acquisition d'images est fixé audit moyen de support ; - une dite image traitée est obtenue par une projection d'au moins une image issue du dispositif d'acquisition d'images, ladite projection permettant de représenter des directions de l'espace dans un plan ; - ladite projection est choisie parmi les types de projections suivantes : projections cylindriques, projections azimutales, projection coniques ; - une dite image traitée est obtenue par projection dans une première zone du plan d'affichage d'une première image correspondant à la vue avant selon un premier angle visuel prédéterminé et dans une deuxième zone du plan d'affichage d'une deuxième image correspondant à ladite autre vue selon un deuxième angle visuel prédéterminé ; - ledit plan d'affichage est composé d'une zone centrale et d'au moins deux zones latérales, une image centrale correspondant à la vue avant selon un premier angle visuel prédéterminé étant affichée dans la zone centrale et une image latérale correspondant à une partie de l'autre vue selon un deuxième angle visuel prédéterminé étant affichée dans chaque zone latérale ; - lorsque ledit dispositif est porté par un utilisateur, la taille et/ou la résolution de ladite zone centrale et desdites zones latérales varie en fonction d'un état de déplacement de l'utilisateur. Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de visualisation d'images selon un champ visuel étendu. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes: - obtention d'images acquises par un dispositif d'acquisition d'images porté par l'utilisateur et apte à fournir simultanément une pluralité de vues de l'environnement de l'utilisateur, comportant au moins une vue avant correspondant au champ visuel de l'utilisateur et une autre vue, au moins partiellement hors du champ visuel de l'utilisateur, au même instant temporel, - traitement des images obtenues pour obtenir des images traitées par projection desdites images obtenues dans un plan d'affichage, et - restitution des images traitées sur des moyens d'affichage portés par l'utilisateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : -la figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif de visualisation selon l'invention ; -la figure 2 est un premier exemple de projection sur un plan d'affichage destinée à être visualisée par un utilisateur, -la figure 3 est un deuxième exemple de projection sur un plan d'affichage destinée à être visualisée par un utilisateur, et -la figure 4 est un organigramme représentatif des étapes mises en oeuvre par un procédé de visualisation d'images selon l'invention. Un dispositif de visualisation selon un mode de réalisation de l'invention est schématisé dans la figure 1. Le dispositif de visualisation 2 est représenté porté par un utilisateur, plus précisément positionné sur la tête d'un utilisateur. Le dispositif de visualisation 2 comporte un périphérique d'affichage 4 qui comporte des moyens d'affichage 6, formés d'un ou de plusieurs écrans de visualisation, fixés devant les yeux de l'utilisateur. Le périphérique d'affichage est effectivement apte à être porté par l'utilisateur et fixé à sa tête. Par exemple, comme représenté à la figure 1, le périphérique d'affichage comporte, en plus des moyens d'affichage 6, un moyen de support 8 qui est un casque dans cet exemple, sur lequel les moyens d'affichage 6 sont fixés. D'autres moyens de support permettant d'ajuster le périphérique d'affichage peuvent être utilisés, par exemple sous forme de serre-tête ou de lunettes. Le dispositif de visualisation 2 comporte en outre un dispositif d'acquisition d'images 10, qui est positionné sur un support, qui est dans cet exemple le même support 8 auquel sont fixés les moyens d'affichage. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le dispositif d'acquisition d'images 10 est positionné sur un support de rehaussement 11, qui est lui-même fixé au casque 8, qui permet d'élever le dispositif d'acquisition d'images au dessus de la tête de l'utilisateur. Ce support de rehaussement 11 est particulièrement bien adapté au modèle de dispositif d'acquisition d'images représenté dans ce mode de réalisation, mais il est néanmoins optionnel. En variante, le dispositif d'acquisition d'images 10 est placé sur un support qui lui est propre et qui est compatible avec le moyen de support 8 du périphérique d'affichage. La représentation sous forme de casque n'est pas limitative, d'autres types de support (par exemple un serre-tête) permettant de positionner le dispositif d'acquisition d'images 10 sur le haut de la tête de l'utilisateur, de manière à pouvoir acquérir des images de l'environnement autour de l'utilisateur sous un très grand angle, sont envisagés. De préférence, le dispositif d'acquisition d'images 10 est une caméra panoramique ou omnidirectionnelle, apte à fournir des vues de l'environnement de l'utilisateur selon toutes les directions, c'est-à-dire selon un champ visuel à angle de 360 degrés dans un plan horizontal comprenant l'axe optique de l'utilisateur, et selon un angle usuel dans le plan vertical. Au minimum, le dispositif d'acquisition d'images 10 permet l'acquisition d'une vue avant, correspondant à la vue du champ visuel de l'utilisateur, située devant les yeux de celui-ci et correspondant à un angle d'environ 60 degrés, noté également 60°, et d'autre part, d'une autre vue, qui est une vue sortant au moins partiellement du champ visuel de l'utilisateur précédemment défini, qui est par exemple une vue arrière ou une vue de côté. Une vue arrière est une vue correspondant à un angle visuel similaire situé à l'arrière de l'utilisateur, et une vue de côté est une vue correspondant à un angle visuel similaire situé sur un côté de l'utilisateur. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'acquisition d'images 10 est une caméra omnidirectionnelle comprenant un miroir hyperbolique 12 et une optique 14, permettant de saisir une séquence d'images ou vidéo de l'environnement complet de l'utilisateur. Alternativement, le dispositif d'acquisition d'images 10 comprend un miroir parabolique, un miroir sphérique ou un miroir conique. D'autres caméras omnidirectionnelles ou panoramiques, par exemple à base d'une pluralité d'optiques positionnées de manière à couvrir un très grand angle, de préférence un angle de 360°, sont également utilisables. Il est à noter que le terme acquisition d'images utilisé est à interpréter au sens large, donc étendu à la notion d'acquisition de vidéos. Un dispositif d'acquisition d'images est typiquement une caméra apte à acquérir une vidéo comportant un nombre donné d'images par unité de temps. Le dispositif de visualisation 2 comprend en outre des moyens de transmission 16 des images acquises à une unité de traitement 18. Dans l'exemple de la figure 1, les 10 moyens de transmission 16 sont des moyens filaires. En variante, une transmission sans fil, par exemple selon la technologie Bluetooth, est mise en oeuvre. L'unité de traitement 18 est par exemple un ordinateur portable, ou tout autre dispositif muni de moyens de communication et d'une unité centrale de traitement ou processeur, apte à exécuter des instructions de code exécutable lorsque l'unité de traitement 18 est mise sous tension, et des moyens de stockage d'informations aptes à stocker des instructions de code exécutable. En variante, l'unité de traitement 18 est un téléphone de type « smartphone » ou une tablette. Selon encore une autre variante, l'unité de traitement 18 est miniaturisée sous forme de carte programmée de type ASIC et intégrée au moyen de support 8. Selon encore une autre variante, l'unité de traitement 18 est intégrée au dispositif d'acquisition d'images 10. L'unité de traitement 18 est apte à traiter les images acquises par le dispositif d'acquisition, afin de les transposer dans un format qui soit adapté à l'affichage sur les moyens d'affichage 6, donc qui soit cohérent et compréhensible pour l'utilisateur. Typiquement, un plan d'affichage qui correspond à la taille des moyens d'affichage 6 est prévu, et l'unité de traitement effectue une projection d'une ou plusieurs images acquises sur le plan d'affichage, comme expliqué en détail ci-après. Une image traitée de dimensions compatibles avec les dimensions du plan d'affichage est obtenue. Le dispositif de visualisation 2 comporte en outre des moyens de réception 20 de données envoyées par l'unité de traitement 18, et en particulier des images traitées fournies par l'unité de traitement. Les images traitées sont ensuite restituées sur les moyens d'affichage 6. Dans l'exemple de la figure 1, ces moyens de réception 20 sont des moyens filaires. En variante, comme mentionné ci-dessus, une transmission sans fil est envisagée. Grâce à ce dispositif de visualisation, l'utilisateur est apte à percevoir, en temps réel, sur les moyens d'affichage 6, une image traitée correspondant à un champ visuel très étendu, comportant au moins une vue avant et une vue sortant du champ visuel naturel de l'utilisateur. Ainsi, l'utilisateur bénéficie en temps réel d'une vision étendue de son environnement. Toute une large gamme d'applications de surveillance ou d'intervention bénéficiera de cette possibilité ouverte par un dispositif de visualisation selon l'invention. Selon un mode de réalisation, l'unité de traitement 18 comporte des instructions de code permettant de réaliser une projection de l'image ou des images acquises par le dispositif d'acquisition d'images dans un plan d'affichage P. Par exemple lorsque le dispositif d'acquisition d'images 10 est une caméra omnidirectionnelle comportant un miroir hyperbolique, l'image fournie par ce dispositif est une image dite image 360 degrés, représentant l'environnement complet de l'utilisateur dans l'espace, avec un angle de 360°. Selon des techniques connues, une telle image acquise est projetée sur un plan d'affichage P de manière à être plus facilement interprétable par l'utilisateur. Une telle projection est une transformation permettant de représenter les directions de l'espace sur un plan. Plusieurs types de telles projections sont connus, en particulier les projections cylindriques, les projections azimutales dont la projection de Hammer ou les projections coniques. La projection choisie est la projection la plus appropriée pour une interprétation aisée de l'utilisateur selon une application visée. La figure 2 représente schématiquement un exemple de projection cylindrique, largement utilisée dans le domaine de la cartographie, et qui permet une perception cohérente de l'environnement à 360° à l'utilisateur. Une image acquise est transformée pour correspondre à une projection de l'environnement sur un cylindre, qui est déroulé pour former une image plane, de taille compatible avec un plan d'affichage P. Ce type de représentation est classique pour la représentation plane du globe terrestre. L'image traitée obtenue comprend une zone centrale 40, autour de 0°, correspondant au champ visuel classique de l'utilisateur, qui s'étend entre -d et d degrés, par exemple avec d=30°, et deux zones latérales 42, 44 qui se rejoignent. La direction 180° par rapport à l'axe optique de l'utilisateur correspond à la direction -180° et désigne l'opposé de la direction 0° (droit devant l'utilisateur). Ainsi, dans cette variante de projection schématiquement représentée à la figure 2, le dispositif de visualisation permet d'afficher la vue avant dans la zone centrale 40 et la vue arrière de manière symétrique sur les côtés des zones 42, 44 du plan P. Ainsi, la zone centrale 40 affiche une image centrale comprenant la vue avant, et chaque zone latérale 42, 44 affiche une image latérale, correspondant à un angle de vue s'étendant vers l'arrière de l'utilisateur. Selon un mode de réalisation, afin de faciliter l'interprétation par un utilisateur de l'image projetée, une même portion de la scène située à l'arrière de l'utilisateur est représentée dans les zones 45 et 46 situées à la périphérie. Toujours dans le même but de faciliter l'interprétation de l'image affichée par l'utilisateur, il est envisagé de rajouter des marqueurs visuels. Par exemple, les lignes en traits pointillés 47, 48 représentées sur la figure 2 sont ajoutées. Selon une variante, et toujours dans le but de faciliter l'interprétation et l'exploitation par l'utilisateur des images acquises et traitées, il est envisagé de modifier la taille des zones d'affichage latérales 42, 44 ou la résolution des images centrale et latérales qui y sont projetées en fonction d'un état de déplacement de l'utilisateur. Par exemple, lorsque l'utilisateur est en déplacement rapide (par exemple en train de courir), la taille des zones latérales est diminuée, alors que lorsque l'utilisateur est à l'arrêt, la taille des zones latérales est augmentée. La détermination de l'état de déplacement de l'utilisateur est par exemple faite par analyse des images acquises par le dispositif d'acquisition d'images ou par d'autres moyens à la portée de l'homme du métier. En variante, un nombre de zones d'affichage supérieur à deux est envisagé, avec un angle prédéterminé associé à la vue ou aux vues projetées dans chaque zone d'affichage. Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 3, la projection effectuée par l'unité de traitement permet de réaliser une partition en multiples fenêtres ou mosaïquage du plan d'affichage P. Selon cet autre mode de réalisation, le plan d'affichage P est divisé en deux zones d'affichage notées respectivement 50 et 52, qui sont par exemple superposées verticalement. Avec les mêmes conventions de notation que dans la figure 2, considérant l'angle de 0° comme correspondant à l'axe optique de l'utilisateur, on représente dans chacune des zones d'affichage respectives 50 et 52 une vue correspondant à 180° seulement, avec par exemple dans la zone d'affichage 50 une première image correspondant à la vue avant entre -90° et 90°, et dans la zone d'affichage 52, une deuxième image correspondant à la vue arrière entre 90° et 270° (équivalent à -90°). En variante, les zones d'affichage dédiées respectivement aux vues avant et arrière sont de tailles différentes. D'autres variantes non représentées sont envisagées, par exemple l'incrustation dans le plan d'affichage, de préférence à une position centrale, d'une première image correspondant à la vue avant selon un angle visuel prédéterminé, et l'incrustation à des positions latérales, par exemple autour de la vue avant, de plusieurs images correspondant à d'autres angles visuels restant à afficher. On comprend que de nombreuses variantes pour la projection des images acquises dans le plan d'affichage sont possibles, et qu'il est avantageux de choisir une variante de projection et d'affichage selon l'application envisagée. La figure 4 est un organigramme représentatif des étapes mises en oeuvre par un procédé de visualisation d'images selon un champ visuel étendu selon un mode de réalisation de l'invention. Les étapes du procédé sont mises en oeuvre par un processeur d'une unité de traitement 18 décrite ci-dessus en référence à la figure 1. Le procédé comprend une première étape 60 d'obtention d'images acquises par un dispositif d'acquisition d'images 10 porté par l'utilisateur et apte à fournir simultanément une pluralité de vues, comportant au moins une vue avant correspondant au champ visuel de l'utilisateur et une autre vue, sortant du champ visuel naturel de l'utilisateur, par exemple une vue arrière ou une vue de côté, au même instant temporel. Dans le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus le dispositif d'acquisition d'images est apte à fournir une image représentative de l'environnement à 360° dite image 360°. Les images acquises par le dispositif d'acquisition sont transmises par des moyens de transmission à l'unité de traitement 18. Ensuite, l'unité de traitement 18 effectue une projection des images acquises par les moyens d'acquisition 10 à l'étape suivante 62. Dans un mode de réalisation chaque image acquise est une image 360° représentative de l'environnement de l'utilisateur à un même instant temporel, et plusieurs telles images sont acquises par unité de temps pour former une vidéo. Chaque image acquise est projetée sur un plan d'affichage P dont les dimensions sont prévues en fonction des moyens d'affichage 6. De préférence, une projection cylindrique telle qu'illustrée à la figure 2, ou une projection en plusieurs images ou mosaïque telle qu'illustrée à la figure 3, est appliquée. Les formules mathématiques permettant la projection cylindrique d'une image 360° dans un plan P sont connues et ne sont pas rappelées ici. Ainsi, une image traitée, compatible avec les dimensions du plan d'affichage P, est obtenue par traitement d'une image acquise. Ensuite, à l'étape 64, la succession temporelle des images traitées ainsi obtenues est restituée à l'utilisateur par affichage sur les moyens d'affichage 6 qui sont portés par l'utilisateur. Avantageusement, le traitement est effectué quasi en temps réel, ce qui permet de fournir à l'utilisateur une vision panoramique temps-réel de son environnement. REVENDICATIONS1.- Dispositif de visualisation (2) adapté à être porté par un utilisateur et à fournir à l'utilisateur un champ visuel étendu caractérisé en ce qu'il comporte : - un périphérique d'affichage (4) comportant des moyens d'affichage (6) adaptés à être positionnés devant les yeux de l'utilisateur, - un dispositif d'acquisition d'images (10) positionné sur un support (8) qui est adapté à être porté par l'utilisateur, ledit dispositif d'acquisition d'images (10) étant apte à fournir simultanément une pluralité de vues de l'environnement de l'utilisateur, comportant au moins une vue avant correspondant au champ visuel de l'utilisateur et une autre vue, au moins partiellement hors du champ visuel de l'utilisateur, au même instant temporel, - des moyens de transmission (16) des images acquises à une unité de traitement (18) apte à fournir des images traitées, chaque image traitée correspondant à une projection desdites vues dans un plan d'affichage, et - des moyens de restitution des images traitées sur lesdits moyens d'affichage (6). 2.- Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite autre vue est une vue arrière et/ou une vue de côté par rapport au champ visuel de l'utilisateur. 3.- Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit dispositif d'acquisition d'images (10) est une caméra omnidirectionnelle apte à fournir des vues selon un champ visuel à angle de 360 degrés. 4.- Dispositif de visualisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite caméra omnidirectionnelle comprend une optique (14) et un miroir (12) qui est de type hyperbolique ou parabolique ou sphérique. 5.- Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit dispositif d'acquisition d'images (10) est un dispositif panoramique comportant une pluralité d'optiques orientées selon une pluralité de directions. 6.- Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit périphérique d'affichage (4) comporte un moyen de support (8) et en ce que le dispositif d'acquisition d'images (10) est fixé audit moyen de support (8). 7.- Dispositif de visualisation selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une dite image traitée est obtenue par une projection d'au moins une image issue du dispositif d'acquisition d'images (10), ladite projection permettant de représenter des directions de l'espace dans un plan. 8.- Dispositif de visualisation selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite projection est choisie parmi les types projections suivantes : projections cylindriques, projections azimutales, projections coniques. 9.- Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une dite image traitée est obtenue par projection dans une première zone (50) du plan d'affichage d'une première image correspondant à la vue avant selon un premier angle visuel prédéterminé et dans une deuxième zone (52) du plan d'affichage d'une deuxième image correspondant à ladite autre vue selon un deuxième angle visuel prédéterminé. 10.- Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit plan d'affichage est composé d'une zone centrale (40) et d'au moins deux zones latérales (42, 44), une image centrale correspondant à la vue avant selon un premier angle visuel prédéterminé étant affichée dans la zone centrale et une image latérale correspondant à une partie de l'autre vue selon un deuxième angle visuel prédéterminé étant affichée dans chaque zone latérale. 11.- Dispositif de visualisation selon la revendication 10, caractérisé en ce que, lorsque ledit dispositif est porté par un utilisateur, la taille et/ou la résolution de ladite zone centrale (40) et desdites zones latérales (42, 44) varie en fonction d'un état de déplacement de l'utilisateur. 12.- Procédé de visualisation d'images selon un champ visuel étendu caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - obtention (60) d'images acquises par un dispositif d'acquisition d'images porté par l'utilisateur et apte à fournir simultanément une pluralité de vues de l'environnement de l'utilisateur, comportant au moins une vue avant correspondant au champ visuel de l'utilisateur et une autre vue, au moins partiellement hors du champ visuel de l'utilisateur, au même instant temporel, - traitement (62) des images obtenues pour obtenir des images traitées par projection desdites images obtenues dans un plan d'affichage, et - restitution (64) des images traitées sur des moyens d'affichage portés par l'utilisateur.