FR2850465A1 - Dispositif pour appareil de prise de vues permettant d'enregistrer des images visionnables en 3d sans support optique - Google Patents

Abstract

Dispositif pour appareil de prise de vues permettant d'enregistrer des images visionnables en 3 D sans support optique.L'impression de relief apportée à un observateur devant un support où apparaissent des images est obtenu au moyen de plusieurs techniques nécessitant le port de lunettes spéciales dont les principales sont : les « anaglyphes », et la « lumière polarisée ». On peut y ajouter, mais exploitable seulement dans des salles spécialisées, les « cristaux liquides ».Les deux images latéralisées indépendantes du couple « stéréo » de ces techniques sont remplacées ici par une image unique bilatéralisée. Cette image composite est obtenue grâce au dispositif suivant l'invention qui consiste en un bloc optique muni de deux capteurs et d'un filtre. Il s'enclenche comme un complément optique sur tout appareil de prise de vue, permettant en fin de processus la diffusion d'images visionnables directement en trois dimensions, dispensant l'observateur du port de lunettes.L'image qui y est proposée à la vision binoculaire donne tous ses effets stéréoscopiques si sa largeur apparente pour le spectateur est suffisante.La mise en oeuvre de ce dispositif peut donner lieu à de nombreuses utilisations : spectacles audio-visuels sur grand écran dans les vastes salles des Cités et Parcs consacrés à l' Image, ou dans les sites naturels aménagés aux parois servant d'écran ; projection en salles classiques de films anamorphosés ; vidéo dans toutes ses possibilités techniques ; diapositives projetées ou visionnées ; affichage publicitaires ; expositions ; planches d'étude ; etc...

Description

La présente invention concerne un dispositif utilisable dans le domaine de

la prise de

vue optique pour produire des images animées ou non donnant l'illusion du relief lors de leur diffusion lumineuse ou quand on les observe simplement.

Cette illusion a été précédemment obtenue au moyen de deux techniques principales éprouvées: les filtres colorés (anaglyphes), et les filtres polarisés.

L'holographie et les "systèmes à réseaux", mentionnés à titre de producteurs de sensations de relief visuel, n'entrent pas dans la catégorie "stéréoscopie en salle" (spectateurs nombreux et dispersés), du moins pas jusqu'à ce jour, comme c'est le cas pour les deux techniques cidessus, mais, contrairement à celles-ci elles dispensent l'observateur de l'usage 10 d'un support optique. Pour les techniques principales, si le phénomène lumineux mis en jeu diffère de l'une à l'autre: jeu de mélanges soustractifs de couleurs pour la première, exploitation de la polarisation de la lumière dans sa particularité directionnelle pour l'autre, le principe opérationnel est le même. Il s'agit de procurer à chaque oeil de l'observateur la vision privilégiée de l'image qui lui revient dans le couple stéréo, processus inspiré du principe de la 15 vision binoculaire directe; ce couple d'images destinées à être coordonnées par le cerveau, est formé des deux représentations simultanées de la même scène captées sous des incidences légèrement différentes. Leur ségrégation s'opère à l'aide de lunettes adaptées à chaque technique.

Mentionnons aussi un procédé récent, à la technique très élaborée, le procédé X, à 20 exploiter en salle également, tributaire aussi du port de lunettes spéciales, à "cristaux liquides".

Le dispositif selon l'invention fait appel à la seule particularité, peu remarquée, des yeux pris individuellement, qui les différencie l'un de l'autre. Cette particularité peut contribuer à remédier à l'inconvénient majeur que représentent les supports optiques dans la 25 mise en oeuvre des techniques actuelles dont celles-ci ne sauraient se passer.

Les yeux humains, juxtaposés horizontalement, bien qu'assez rapprochés (60/65 mm) et semblant faire face au même espace visuel, jouissent en fait dans leur fonction monoculaire d'une certaine spécificité l'un par rapport à l'autre. Celle-ci peut être utilisée pour aider à atteindre le but recherché, l'effet relief, sans le recours pour le spectateur à un support optique 30 individuel. (lunettes par exemple) Elle réside dans le fait que, outre un écart réciproque malgré tout non négligeable, chacun des yeux possède son propre champ potentiel horizontal de vision, axé différemment de l'un à l'autre. Ces champs sectoriels, d'environ 1350 d'ouverture (figure 1), ont leurs axes médians divergents d'environ 45 degrés. Ils se chevauchent et forment à eux deux, horizontalement, un champ visuel potentiel global de 1800. A l'intérieur de celui-ci le champ commun du au chevauchement (un secteur de 900 en moyenne), entre les limites duquel un objet peut être perçu en relief par le regard binoculaire, peut osciller au gré de la mobilité de celui-ci de 30 degrés environ de part et d'autre du plan vertical perpendiculaire à la face en son milieu.

Tenant compte des effets de cette spécificité, dans le cas d'une projection cinématographique par exemple, il semble logique qu'un oeil donné du spectateur puisse avoir, dans certaines conditions, une vision plus aisée que n'en a l'autre de la partie marginale de l'image projetée située de son coté. L'étude des différents secteurs représentatifs des champs relatifs à la vision binoculaire montre d'ailleurs, si l'image projetée s'étend suffisamment en 10 largeur, que chaque oeil, dans le même ordre d'idées, pâtit d'une visibilité moindre - d'une lisibilité moindre pourrait on dire dans le cas présent - de la partie extrême de cette image opposée à lui, le regard étant dirigé en gros vers le milieu de l'écran. (partie gauche de l'écran/ oeil droit, par exemple) Il arrive que cette partie marginale se trouve en bordure, voire même déborde à l'extérieur, du champ de vision propre de cet oeil lorsque le regard vient à se porter 15 du coté opposé, entraînant ce champ dans un mouvement horizontal par rapport à la fixité de l'écran. Dans cette logique, cette partie marginale, et pour cause de voisinage le reste de la moitié de l'image qui la porte mais avec un effet moindre, ne semblent pas propres à attirer particulièrement l'attention visuel de l'oeil situé du coté opposé.

Si on se place dans la perspective d'une recherche de l'effet stéréoscopique, cette 20 remarque en est déjà une bonne approche. Il convient donc d'abord pour bénéficier au mieux de l'effet de cette marginalité, d'envisager la projection dans un contexte qui le conforte.

Le "grand écran", avec sa dimension importante en largeur convient à la mise en oeuvre d'une telle technique. Les écrans plans des vastes salles des Citées et Parcs de Loisir consacrés à l'Image vont dans ce sens. Egalement pour les spectacles audiovisuels dans les 25 sites naturels aménagés, aux parois aplanies servant d'écran. A défaut, pour les salles aux normes plus classiques, la technique de l'anamorphose apporte, pour ce type particulier de projection, la réponse à cette préoccupation.

Mais la largeur, réelle ou apparente, de l'écran du point de vue de l'emplacement du spectateur ne suffit pas. Afin d'accentuer encore cet effet naturel déjà ainsi favorisé, les vues 30 du film sont traitées en conséquence.

Comme il s'agit de transposer sur écran une scène filmée dans un contexte de stéréoscopie, toujours dans l'hypothèse de mise en oeuvre du dispositif au bénéfice de la cinématographie classique, le bloc optique qui tient lieu d'objectif pour la caméra comporte deux capteurs. Ils sont de pouvoirs optiques identiques et leurs axes sont parallèles et distants d'une longueur voisine de l'écart moyen des yeux humains. Le trajet du faisceau lumineux issu de l'un d'eux, rectiligne, est dirigé vers l'émulsion photosensible du film à impressionner qu'il aborde perpendiculairement. Le trajet du faisceau émanant de l'autre capteur vient rejoindre celui du premier après deux renvois orthogonaux, tout en restant dans le même plan. La 5 rencontre a lieu au niveau du deuxième renvoi qui est une surface optique plane. De là les rayons des deux faisceaux peuvent cheminer de concert vers l'émulsion.(figure 2)Un organe filtrant pour la lumière est prévu dans le bloc optique à l'endroit adéquat pour opérer leurs traitements simultanés dans la perspective de la ségrégation oeil droit oeil gauche. Son schéma de filtrage est d'une configuration telle que le faisceau de rayons envoyé par le capteur situé à 10 droite sur le dispositif, lors de la prise de vue au moyen de la caméra équipée, est traité pour donner une représentation finale sur l'écran de la scène filmée mieux perçue par l'oeil droit, en conformité avec les conclusions tirées de la prise en compte de la spécificité de l'oeil humain étudiée ci-dessus; et de même pour le capteur situé à gauche avec l'oeil gauche. Les deux représentations ainsi latéralisées ("oeil droit" ; "oeil gauche") vont se mêler ultérieurement sur 15 l'écran, via le photogramme, en se superposant dans le respect des exigences de la convergence des yeux tout comme dans les projections à vocation stéréoscopique lorsqu'un support optique est nécessaire pour le spectateur.

Mais dans le cas du dispositif proposé c'est bien une image composite qu'on attend sur l'écran, laquelle, structurellement binaire, aux composants spécifiques aussitôt coordonnés 20 que décryptés au niveau du cortex visuel du cerveau, donne au regard binoculaire la faculté de saisir aisément en trois dimensions la projection de la scène ainsi filmée.

La surface optique du bloc qui constitue le deuxième renvoi orthogonal, lieu de jonction des deux faisceaux entrants, pouvant être une lame translucide à faces parallèles, une des solutions envisagée pour obtenir le résultat désiré consiste à y appliquer en guise de filtre 25 sur la face adéquate un revêtement du genre "tain" dont l'opacité, variable, est dment répartie eu égard à cette propriété. Une variante peut consister en une lame très mince à face parallèle en matière translucide mais teintée dans la masse en opacité modulée. Une "vue diapositive", ombrée du noir au blanc en passant par le gris, peut remplir également le rôle de filtre à la condition qu'elle soit parfaitement plane. D'une manière générale, n'importe quel support en 30 matière translucide, à faces parallèles pouvant porter d'une manière ou d'une autre une configuration à allure de filtre à opacité variable dans un plan parallèle aux faces, peut convenir pour être positionné au carrefour en question.

N'importe lequel des points du filtre est amené à faire office à la fois d'écran pour un rayon traversant et de réflecteur pour un rayon incident, avec, selon le degré. de son opacité à la lumière, des effets nuancés propres à chaque rayon. En fait, après traitement, les deux rayons émanant de ce point, le traversant réfracté et l'incident réfléchi, n'en forment plus qu'un, affecté d'une intensité lumineuse égale à la somme des intensités qui restent à ses composants après que chacun eut subi son traitement propre. Ce rayon hybride est porteur 5 d'un double message à transmettre ultérieurement jusqu'à l'écran de projection via le résultat de la réaction photochimique créée par son impact sur l'émulsion du film. L'image composite projetée née de tous ces rayons hybrides aux impacts simultanés sur l'émulsion, présente forcément un aspect spécifique qui pourrait ne pas être lisible. En effet tous les éléments constitutifs unitaires du photogramme-origine ainsi créé sont le fruit de l'impact d'un rayon 10 composé de signaux lumineux provenant de deux sources ponctuelles différentes de la scène filmée plus ou moins voisines, traités chacun à sa façon propre lors de leuripassagelsimultanéî par le filtre. Mais il n'en est rien car la luminance en aval du filtre demeure globalement linéaire. Elle ne présente de zones d'ombre et de lumière que celles dues à la représentation imagée de la scène filmée. Cette stabilité résulte de la manière dont les rayons hybrides sont 15 générés; le déficit d'intensité lumineuse subi par un rayon incident, suite à sa réflexion sur le revêtement en un point o l'opacité est partielle est contrebalancé, en faveur du rayon couplé traversant, par le degré d'intensité lumineuse que laisse passer pour celui-ci, par complémentarité, la transparence résiduelle du support translucide en ce même point.

D'autre part, au niveau de l'aspect général de l'image composite observée sur l'écran, 20 on remarque qu'en dépit de la superposition des deux représentations prétraitées d"'images" légèrement différentes et décalées de la scène filmée, l'image globale de cette dernière est cependant aisément identifiable. Ce résultat est du pour une certaine part au fait que la matière photographique est composée de modelés d'ombres et de lumières, ce qui la différencie du dessin à traits avec lequel il y aurait, dans une situation analogue, confusion systématique 25 pour la vue. Mais, dans le cas présent, le flou relatif bien que certain, qui brouillerait un regard observant distraitement en 2 D la projection globale, n'est pas de nature à empêcher la vision, lorsque celle-ci est en alerte, de passer au stade binoculaire actif pour se dégager, par un réflexe de recherche de cohérence, de la "planicité" de l'image imparfaite qui lui est présentée.

La configuration idéale du revêtement (ou du "teinté", ou de l"'ombré") en opacité variable pour activer le phénomène incitateur de ségrégation oeil droit /oeil gauche sur l'image composite observée à la projection est la suivante. Chaque verticale de points étant uniformément revêtue sur toute sa hauteur en même degré d'opacité, le dégradé de celle-ci démarre du niveau maximal 1 (opacité totale) pour atteindre le niveau 0 (translucidité totale), horizontalement d'une verticale extrême à l'autre de la surface rectangulaire utile du filtre, dans le sens qui convient pour les yeux et ce, autant que faire se peut, d'une manière linéaire.

(figure 3) Un schéma de montage du bloc optique tel que développé cidessus, avec ses 5 particularités conçues pour exposer une scène filmée de manière que l'image qui en sera projetée ultérieurement sur écran donne au spectateur une impression de relief, peut être représenté par la figure n0 4. La représentation perspective de la configuration du filtre de la figure n0 5 est conforme au schéma de montage latéralisé de cette figure. Notons que dans le contexte de l'anamorphose, la configuration ci- dessus, en dégressivité linéaire d'opacité d'un 10 bord à l'autre sur le filtre, peut être représentée, au niveau des deux représentations qui se superposent sur l'écran pour former l'image composite, suivant un schéma modifié. La raison en est que dans le bloc optique les faisceaux des rayons issus des lentilles des capteurs sont déjà compressés lorsqu'ils rencontrent le filtre. L'expansion du photogramme du film développé entraîne, lors de la projection, la déformation de la configuration acquise à la prise 15 de vue. Dans le cas ou la compression, inégale, est plus intense en abord qu'au milieu du photogramme, ce qui est le cas général, la modification se traduit par une modulation à allure sinusodale. (figure 6) Celle-ci est sans dommage pour l'efficience du schéma déformé, laquelle s'en trouve même légèrement améliorée. En effet, à chaque extrémité de la projection sur l'écran, les parties marginales superposées (une "active" pour l'un des yeux, l'autre non 20 pour l'autre oeil) sont encore plus tranchées du point de vue de la lisibilité l'une par rapport à l'autre que prévu par la configuration de départ.

Plus généralement, notons qu'en aucun point de l'image composite, à l'exception de ceux de sa verticale médiane, les deux représentations, oeil droit, oeil gauche, de la scène filmée qui s'y superposent présentent le même degré de lisibilité. Ceci a en outre pour effet de 25 facilité la ségrégation des signaux de chrominance de chaque représentation au point considéré. Cette remarque rend compte de la faculté qu'a le cortex visuel du cerveau de gérer aisément les différents types de ségrégation indispensables à l'obtention de l'effet de relief dès lors que leurs effets s'ajoutent en se complétant.

Notons enfin que la grande différence de lisibilité que présentent forcément entre eux 30 les composants aux extrémités latérales de l'image composite, différence qui peut encore être accrue comme on l'a vu plus haut si la technique de l'anamorphose est employée, est telle qu'on ne peut plus vraiment parler de superposition. Quel que soit l'oeil en jeu, seule la représentation dévolue à l'oeil droit est perçue vers l'extrémité droite de l'écran; de même pour la représentation dévolue à l'oeil gauche vers l'extrémité gauche. On se retrouve ici sensiblement dans le contexte de la projection 2 D sur grand écran plat des années 1950 /1960 (CINEMASCOPE, TODD-A.O.) lorsque l'on comptait déjà sur l'éloignement notable des parties marginales d'une image unique projetée pour tenter de scinder la vision du spectateur en deux, en recherche, sinon d'effet de relief, du moins d'effet d'ambiance, avec succès 5 d'ailleurs. Ainsi, dans le dispositif actuel, le psychisme intervient même là o la dualité photographique s'estompe, d'autant plus efficacement que sont en présence cette fois les parties latérales opposées d'images d'un couple stéréo.

En pratique, au cours de la séance de projection, les choses se passent de la façon suivante. La mobilité horizontale des yeux de l'observateur, dont le regard de spectateur ne 10 reste jamais fixe, met en oeuvre le processus évoqué plus haut relatif aux parties marginales "actives" des deux représentations de la scène filmée imbriquées judicieusement à la projection sur l'écran. Quand par ce déplacement incessant et inconscient du regard, l'une de ces parties vient à échapper à un oeil (laquelle ne peut être que la partie la plus "active" destinée à l'autre oeil, d'après la configuration du schéma de ségrégation adoptée) , celui-ci voit 15 plus naturellement la représentation qui lui est dévolue car elle empiète visuellement sur ce qu'il lui reste à voir de l'autre, à la lisibilité atténuée pour lui. L'autre oeil qui, lui, voit au même instant et avec à peu près le même degré de lisibilité les parties marginales "actives" des deux représentations du couple stéréo imbriquées sur l'écran, extraira de lui même la sienne, c'est à dire l'autre, déclenchant ainsi le mécanisme psychique de recherche de 20 cohérence au niveau du cerveau. Cette appropriation par les yeux de son image à chacun est favorisée par l'animation de la scène projetée, et perdure au cours du déroulement du film quelle que soit alors la direction du regard. Le regard demeure "saisi" et, en cas de perte occasionnelle, est récupérée automatiquement par le même processus.

La largeur apparente de l'écran (dont la dimension est préconisée devant être grande) 25 est fonction pour une large part de sa distance au spectateur. L'inconvénient de l'éloignement de celui-ci, qui conditionne cette largeur en conséquence, peut être contourné, en situation, par un déplacement volontaire de son regard vers l'une ou l'autre des limites latérales de l'écran afin de "rattraper" le relief Le cas peut se présenter aussi pour un sujet qui "ne voit pas" aisément "en trois dimensions", cette faculté étant assez subjective. Le remède est le 30 même.

La description du dispositif objet de l'invention, son fonctionnement et sa mise en oeuvre dans la pratique pour l'obtention de la sensation de relief en direct sur écran, ont été développés ci-dessus à titre d'exemple dans un contexte spécifique, celui de la cinématographie classique.

On y constate que le dispositif en question n'intervient qu'en amont du boîtier de l'appareil de prise de vues. Il est par conséquent utilisable, dans la même perspective, avec n'importe quel appareil conçu pour capter optiquement une scène extérieure dans le but, quelle que soit la technique employée par la suite en aval pour en emmagasiner les signaux 5 lumineux qui en sont issus et les traiter à sa façon propre, de les restituer sous leur forme et leur distribution spatiale originelles, telles que déterminées par la fonction filtrante du dit dispositif, en vue de leur visualisation finale dans la présentation particulière recherchée. Le module chargé de cette dernière étape peut être de n'importe quel modèle conventionnel en usage pour la visualisation diffusée en 2 D dans la technique de l'art considéré.

Le dispositif est également utilisable dans le domaine de la photographie, dans toutes ses variantes actuellement développées, pour l'exposition de diapositives à projeter, dans la création d'affiches, pour les planches d'étude etc... en résumé pour toute imagerie statique, o la dimension apparente en largeur de la présentation est suffisante pour permettre au regard de l'observateur de mettre en oeuvre la spécificité de l'oeil humain relevée au début de la présente

1 5 description.

Enfin, le schéma de configuration plane du filtre représenté par la figure 3, o il est présenté intégré à un support à faces parallèles en matériau translucide, lequel est le coeur du dispositif objet de l'invention et qui permet au moyen de modules matériels d'apporter sur les images diffusées en fin de processus une sensation de relief à l'observateur, peut être utilisé 20 aussi en tant que tel, hors bloc optique, pour la construction d'images de synthèse en vidéo.

Dans ce cas tout à fait particulier d'utilisation, le "schéma de configuration" en question est modulable à volonté à la discrétion du concepteur pour la qualité du relief qu'il recherche.

("écran large", "home cinéma", rétro-projection, visioconférence etc...)

Claims (7)

REVENDICATIONS

1) Dispositif monobloc à deux objectifs et filtre optique pour appareil de prises de vues permettant d'enregistrer des scènes extérieures animées ou non, caractérisé en ce que son rôle est de contribuer à la diffusion, en fin de processus, d'images composites dispensant l'observateur du port de lunettes spéciales.

2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, une fois en place, le faisceau lumineux issu de l'un des objectifs parvient directement au capteur de l'appareil, tandis que le faisceau de l'autre, à l'axe optique parallèle à celui du premier, y parvient en suivant un trajet comportant deux renvois orthogonaux, à l'aide de prismes droits rectangulaires et/ou de lames à faces parallèles rejoignant celui au trajet rectiligne au niveau du deuxième renvoi (figure 1).

3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que, au carrefour de leur jonction, les deux faisceaux sont traités silmutanément au moyen d'un filtre optique plan qui génère point par point les rayons composites que va exploiter à leur sortie le capteur de l'appareil et dont la synthèse, en fin de processus, créera les images mentionnées dans la revendication 1.

4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le filtre, qui agit à la fois comme agent réfracteur pour les rayons du faisceau direct et comme agent réfléchissant pour les rayons au trajet en Z, peut être porté par un support translucide fait d'un matériau adapté, mince et plat ou à faces parallèles, traité extérieurement sur une des faces ( revêtement, action de la lumière sur émulsion photo-sensible) ou dans la masse (teinture), pour réaliser une configuration à opacité variable d'un point à l'autre.

5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la dite configuration est telle que, de l'image composite apparaissant à la diffusion en fin de processus, l'oeil droit de l'observateur perçoit principalement ce qui, de la scène doublement captée, a été appréhendé optiquement par l'objectif situé à droite sur l'appareil équipé, et réciproquement pour l'oeil gauche avec l'objectif de gauche, les axes optiques des objectifs étant maintenus dans un même Zç plan horizontal lors de la prise de vue. La configuration idéale consiste en une modulation linéaire de 1 (opacité totale) à 0 ( translucidité totale) d'une verticale extrême à l'autre du support en question.

6) Dispositif selon toutes revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est exploitable avec n'importe quel appareil de prise de vue optique, quelle que soit la technique 3ao employée en aval pour traiter, produire et diffuser des images animées ou non, la totalité de l'invention tenant dans un seul accessoire enclenchable comme un simple complément optique sur le boîtier de celui-ci.

7) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la configuration en opacité variable telle que préconisée peut être utilisée, hors bloc optique, pour la création d'images de synthèse en vidéo, dans le but d'obtenir l'impression de relief sur écrans cathodiques ou autres.