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WO2013160255A1 - Dispositif de visualisation adapté à fournir un champ visuel étendu - Google Patents

Dispositif de visualisation adapté à fournir un champ visuel étendu Download PDF

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Publication number
WO2013160255A1
WO2013160255A1 PCT/EP2013/058302 EP2013058302W WO2013160255A1 WO 2013160255 A1 WO2013160255 A1 WO 2013160255A1 EP 2013058302 W EP2013058302 W EP 2013058302W WO 2013160255 A1 WO2013160255 A1 WO 2013160255A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
user
view
display
display device
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/058302
Other languages
English (en)
Inventor
Anatole Lecuyer
Jérôme ARDOUIN
Maud MARCHAL
Eric Marchand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ECOLE SUP INFORMATIQUE ELECTRONIQUE AUTOMATIQUE
Institut National Des Sciences Appliquees
Universite de Rennes 1
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA
Original Assignee
ECOLE SUP INFORMATIQUE ELECTRONIQUE AUTOMATIQUE
Institut National Des Sciences Appliquees
Universite de Rennes 1
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ECOLE SUP INFORMATIQUE ELECTRONIQUE AUTOMATIQUE, Institut National Des Sciences Appliquees, Universite de Rennes 1, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA filed Critical ECOLE SUP INFORMATIQUE ELECTRONIQUE AUTOMATIQUE
Publication of WO2013160255A1 publication Critical patent/WO2013160255A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/002—Mounting on the human body
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/10—Mirrors with curved faces
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/222—Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262—Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects
    • H04N5/272—Means for inserting a foreground image in a background image, i.e. inlay, outlay
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0138—Head-up displays characterised by optical features comprising image capture systems, e.g. camera

Definitions

  • the present invention relates to a display device adapted to be worn by a user and to provide the user with an extended field of view.
  • the invention is in the field of visualization systems, providing a different or improved visual feedback compared to the natural field of view.
  • the natural field of view is limited to a viewing angle of up to 180 degrees in the horizontal plane, and limited to a visual angle of about 60 degrees when the eyes are looking straight ahead and are motionless.
  • a viewing angle of up to 180 degrees in the horizontal plane
  • a visual angle of about 60 degrees when the eyes are looking straight ahead and are motionless.
  • Display devices also called head mounts or HMD ("Head Mounted Display” in English) have been proposed, including means for displaying images, for example one or more screens, able to be positioned in front of the eyes of the user.
  • user such as glasses, via a support helmet that can fix these display means on the user's head.
  • the visiocasques can display images from an image acquisition device, such as a camera, combined with purely virtual images generated by computer, for example a superposition of real images and virtual images.
  • the visiocasques have found many applications, in fields as varied as the field of aeronautics or video games.
  • the visiocasques known at the present time provide the user with additional information with respect to the natural field of vision, but nevertheless have limitations.
  • the invention proposes a display device adapted to be worn by a user and to provide the user with an extended field of view, characterized in that it comprises:
  • a display device comprising display means adapted to be positioned in front of the eyes of the user,
  • an image acquisition device positioned on a support which is adapted to be worn by the user, said image acquisition device being able to simultaneously provide a plurality of views of the environment of the user, having at least one front view corresponding to the visual field of the user and another view, at least partially outside the user's field of view, at the same time instant, means for transmitting the images acquired to a processing unit able to supply processed images, each processed image corresponding to a projection of said views in a display plane, and
  • the display device allows the user to see both a front view and another view, at least partially out of his field of view, and in real time.
  • the user has an extended field of view.
  • the rendering of the extended field of view on the display means is done collocally and in real time, that is to say that the restored images correspond to the visualization of the immediate environment surrounding the user, taking into account account of the direction or orientation of the user's head in relation to that immediate environment.
  • Numerous applications, in particular civilian or military surveillance applications, such as assistance to vehicle drivers, environmental monitoring, collision risk prevention, or video games, will benefit from a security device. visualization as proposed by the invention.
  • said other view is a rear view and / or a side view with respect to the visual field of the user;
  • said image acquisition device is an omnidirectional camera capable of providing views in a 360 degree angle of view
  • said omnidirectional camera comprises an optic and a mirror which is of the hyperbolic or parabolic or spherical type
  • said image acquisition device is a panoramic device comprising a plurality of optics oriented in a plurality of directions;
  • said display device comprises a support means and the image acquisition device is fixed to said support means;
  • said processed image is obtained by a projection of at least one image from the image acquisition device, said projection for representing directions of space in a plane;
  • said projection is chosen from the following types of projections: cylindrical projections, azimuthal projections, conical projections;
  • a said processed image is obtained by projection in a first zone of the display plane of a first image corresponding to the front view according to a first predetermined visual angle and in a second zone of the display plane of a second image corresponding to said other view according to a second predetermined visual angle;
  • said display plane is composed of a central zone and at least two lateral zones, a central image corresponding to the front view according to a first predetermined visual angle being displayed in the central zone and a lateral image corresponding to a portion. the other view according to a second predetermined visual angle being displayed in each lateral area;
  • the size and / or the resolution of said central zone and of said lateral zones varies according to a state of displacement of the user.
  • the invention relates to a method for viewing images in an extended field of view.
  • the process according to the invention comprises the following steps:
  • the restitution of the extended field of view on the display means is done in a collocated manner and in real time, that is to say that the restored images correspond to the visualization of the immediate environment surrounding the user, taking into account the direction or orientation of the user's head.
  • FIG 1 shows a perspective view of a display device according to the invention
  • FIG. 2 is a first example of projection on a display plane intended to be viewed by a user
  • FIG. 3 is a second example of projection on a display plane intended to be viewed by a user
  • FIG. 4 is a flowchart representative of the steps implemented by an image display method according to the invention.
  • a display device according to one embodiment of the invention is shown schematically in FIG.
  • the display device 2 is shown worn by a user, more precisely positioned on the head of a user.
  • the display device 2 comprises a display device 4 which comprises display means 6, formed of one or more display screens, fixed in front of the eyes of the user.
  • the display device is effectively adapted to be worn by the user and fixed to his head.
  • the display device comprises, in addition to the display means 6, a support means 8 which is a helmet in this example, on which the display means 6 are fixed.
  • Other support means for adjusting the display device may be used, for example in the form of a headband or glasses.
  • the display device 2 further comprises an image acquisition device 10, which is positioned on a support, which is in this example the same support 8 to which the display means are fixed.
  • an image acquisition device 10 which is positioned on a support, which is in this example the same support 8 to which the display means are fixed.
  • the image acquisition device 10 is positioned on an enhancement support
  • This enhancement support 1 1 is particularly well suited to the image acquisition device model shown in this embodiment, but it is nevertheless optional.
  • the image acquisition device 10 is placed on a support which is its own and which is compatible with the support means 8 of the display device.
  • the representation in the form of a helmet is not limiting, other types of support (for example a headband) for positioning the image acquisition device 10 on the top of the head of the user, in order to be able to acquire images of the environment around the user under a very wide angle, are envisaged.
  • a headband for positioning the image acquisition device 10 on the top of the head of the user, in order to be able to acquire images of the environment around the user under a very wide angle
  • the image acquisition device 10 is a panoramic or omnidirectional camera, able to provide views of the environment of the user in all directions, that is to say according to an angle of view. 360 degrees in a horizontal plane comprising the optical axis of the user, and at a usual angle in the vertical plane.
  • the image acquisition device 10 allows the acquisition of a front view, corresponding to the view of the visual field of the user, located in front of the eyes thereof and corresponding to an angle of about 60 degrees, also noted 60 °, and secondly, another view, which is a view at least partially out of the field of view of the user previously defined, which is for example a rear view or a side view.
  • a rear view is a view corresponding to a similar visual angle located at the rear of the user
  • a side view is a view corresponding to a similar visual angle located on one side of the user.
  • the image acquisition device 10 is an omnidirectional camera comprising a hyperbolic mirror 12 and an optic 14, making it possible to capture a sequence of images or video of the complete environment of the user.
  • the image acquisition device 10 comprises a parabolic mirror, a spherical mirror or a conical mirror.
  • omnidirectional or panoramic cameras for example based on a plurality of optics positioned so as to cover a very large angle, preferably an angle of 360 °, are also usable.
  • An image acquisition device 10 is typically a camera capable of acquiring a video having a given number of images per unit of time.
  • the display device 2 further comprises means 16 for transmitting images acquired to a processing unit 18.
  • the transmission means 16 are wired means.
  • a wireless transmission for example according to Bluetooth technology, is implemented.
  • the processing unit 18 is for example a laptop, or any other device provided with communication means and a central processing unit or processor, able to execute executable code instructions when the processing unit 18 is put into operation. energized, and information storage means capable of storing executable code instructions.
  • the processing unit 18 is a "smartphone" type telephone or a tablet.
  • the processing unit 18 is miniaturized in the form of an ASIC-type programmed card and integrated into the support means 8.
  • the processing unit 18 is integrated with the image acquisition device 10.
  • the processing unit 18 is able to process the images acquired by the acquisition device, in order to transpose them in a format that is adapted to the display on the display means 6, which is therefore coherent and comprehensible for the user. 'user.
  • a display plane corresponding to the size of the display means 6 is provided, and the processing unit performs a projection of one or more images acquired. on the display plan, as explained in detail below.
  • a processed image of dimensions compatible with the dimensions of the display plane is obtained.
  • the display device 2 further comprises means 20 for receiving data sent by the processing unit 18, and in particular processed images supplied by the processing unit. The processed images are then restored on the display means 6.
  • these receiving means 20 are wired means.
  • a wireless transmission is contemplated.
  • the user is able to perceive, in real time, on the display means 6, a processed image corresponding to a very wide field of view, comprising at least a front view and a view out of the field natural visual of the user.
  • a processed image corresponding to a very wide field of view, comprising at least a front view and a view out of the field natural visual of the user.
  • a wide range of surveillance or intervention applications will benefit from this possibility opened by a display device according to the invention.
  • the processing unit 18 comprises code instructions making it possible to project the image or images acquired by the image acquisition device in a display plane P.
  • the image acquisition device 10 is an omnidirectional camera comprising a hyperbolic mirror
  • the image supplied by this device is a so-called 360-degree image, representing the complete environment of the user in the space, with an angle of 360 °.
  • Such acquired image is projected on a display plane P so as to be more easily interpretable by the user.
  • a projection is a transformation to represent the directions of space on a plane.
  • the chosen projection is the most appropriate projection for an easy interpretation of the user according to a targeted application.
  • FIG. 2 schematically represents an example of cylindrical projection, widely used in the field of cartography, and which allows a coherent perception of the environment at 360 ° to the user.
  • An image acquired by the image acquisition device 10 is transformed to correspond to a projection of the environment on a cylinder, which is unwound to form a plane image, of size compatible with a display plane P.
  • This type of representation is conventional for the flat representation of the globe.
  • the direction 180 ° with respect to the optical axis of the user corresponds to the direction -180 ° and indicates the opposite direction 0 ° (right in front of the user).
  • the image acquisition device 10 being mechanically connected to the head of the user via the helmet 8, the images are acquired in a reference system connected to the user's head.
  • the images acquired reflect permanently the movements of the user, allowing collocated restitution of the images, related to the direction or orientation of the head of the user.
  • the 0 ° direction in the display plane P corresponds to the 0 ° direction of the head of the user, therefore to the right of the orientation of the head of the user, and whatever the movements of the user.
  • no additional location device such as a capture device, movement is necessary.
  • the display device makes it possible to display the front view in the central zone 40 and the rear view symmetrically on the sides of the zones 42, 44 of the plane P.
  • the central area 40 displays a central image including the front view
  • each side area 42, 44 displays a side image, corresponding to an angle of view extending towards the rear of the user.
  • the same portion of the scene located at the rear of the user is represented in the zones 45 and 46 situated at the periphery.
  • the size of the lateral display areas 42, 44 or the resolution of the central images. and side that are projected according to a state of displacement of the user For example, when the user is traveling fast (eg running), the size of the side areas is decreased, while when the user is stopped, the size of the side areas is increased.
  • the determination of the state of displacement of the user is for example made by analyzing the images acquired by the image acquisition device or by other means within the reach of the skilled person.
  • a number of display areas greater than two is contemplated, with a predetermined angle associated with the projected view or views in each display area.
  • the projection carried out by the processing unit makes it possible to produce a partition in multiple windows or mosaicing of the display plane P.
  • the display plane P is divided into two display areas respectively denoted 50 and 52, which are for example superimposed vertically.
  • each of the respective display areas 50 and 52 a view corresponding to 180 ° only, with for example in the display area 50 a first image corresponding to the front view between -90 ° and 90 °, and in the display area 52, a second image corresponding to the rear view between 90 ° and 270 ° (equivalent to -90 °).
  • the display areas dedicated respectively to the front and back views are of different sizes.
  • FIG. 4 is a flowchart representative of the steps implemented by an image viewing method according to an extended field of view according to one embodiment of the invention. The steps of the method are implemented by a processor of a processing unit 18 described above with reference to FIG.
  • the method comprises a first step 60 of obtaining images acquired by an image acquisition device 10 carried by the user and able to simultaneously provide a plurality of views, comprising at least one front view corresponding to the visual field of the user and another view, leaving the natural visual field of the user, for example a rear view or a side view, at the same time time.
  • the image acquisition device is capable of providing an image representative of the 360 ° environment, referred to as the 360 ° image.
  • the images acquired by the acquisition device are transmitted by transmission means to the processing unit 18.
  • the processing unit 18 projects the images acquired by the acquisition means 10 to the next step 62.
  • each acquired image is a 360 ° image representative of the user's environment at the same time instant, and more than one such image is acquired per unit of time to form a video.
  • Each acquired image is projected on a display plane P whose dimensions are provided according to the display means 6.
  • a cylindrical projection as illustrated in Figure 2 or a projection in several images or mosaic as shown in Figure 3, is applied.
  • a processed image compatible with the dimensions of the display plane P, is obtained by processing an acquired image.
  • step 64 the temporal succession of the processed images thus obtained is returned to the user by display on the display means 6 which are worn by the user, the restitution taking into account the orientation of the head of the user, as explained above.
  • the processing is performed almost in real time, which provides the user with a real-time panoramic view of his environment.

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Description

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.
II 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. La restitution du champ visuel étendu sur les moyens d'affichage se fait de manière colocalisée et en temps-réel, c'est-à-dire que les images restituées correspondent à la visualisation de l'environnement immédiat entourant l'utilisateur, en tenant compte de la direction ou orientation de la tête de l'utilisateur par rapport à cet environnement immédiat. 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. Avantageusement, la restitution du champ visuel étendu sur les moyens d'affichage se fait de manière colocalisée et en temps-réel, c'est-à-dire que les images restituées correspondent à la visualisation de l'environnement immédiat entourant l'utilisateur, en tenant compte de la direction ou orientation de la tête de 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 œuvre 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
I , le dispositif d'acquisition d'images 10 est positionné sur un support de rehaussement
I I , 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 1 1 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 10 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 moyens de transmission 16 sont des moyens filaires. En variante, une transmission sans fil, par exemple selon la technologie Bluetooth, est mise en œuvre.
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 par le dispositif d'acquisition d'image 10 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).
Le dispositif d'acquisition d'images 10 étant mécaniquement relié à la tête de l'utilisateur via le casque 8, les images sont acquises dans un référentiel relié à la tête de l'utilisateur. Les images acquises reflètent dont en permanence les mouvements de l'utilisateur, permettant une restitution colocalisée des images, en rapport avec la direction ou l'orientation de la tête de l'utilisateur. Par exemple, la direction 0° dans le plan d'affichage P correspond à la direction 0 ° de la tête de l'utilisateur, donc au droit de l'orientation de la tête de l'utilisateur, et ce, quelque soient les mouvements de l'utilisateur. Avantageusement, aucun dispositif supplémentaire de localisation, comme par exemple un dispositif de capture, de mouvement n'est nécessaire.
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 œuvre 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 œuvre 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, la restitution prenant en compte l'orientation de la tête de l'utilisateur, comme expliqué ci-dessus.
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.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - 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 sensiblement en temps réel 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.
1 1 .- 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) sensiblement en temps réel des images traitées sur des moyens d'affichage portés par l'utilisateur.
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