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WO 2014/076402
PCT/FR2013/052707
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PROCEDE ET DISPOSITIF DE CAPTURE ET DE CONSTRUCTION D'UN
FLUX D'IMAGES PANORAMIQUES OU STEREOSCOPIQUES
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de
capture et de construction d'un flux d'images panoramiques ou
stéréoscopiques. Ce flux d'images panoramiques ou stéréoscopiques peut
être enregistré, transmis ou diffusé sous la forme d'un film ou être traité
pour
extraire du flux une ou plusieurs images panoramiques ou stéréoscopiques
statiques.
Art antérieur
Dans le domaine de la capture dite one shot d'images
panoramiques, il est connu d'utiliser plusieurs dispositifs de capture
d'images, par exemple de type cameras CCD ou CMOS, chaque dispositif
de capture d'images comportant un capteur d'image, par exemple de type
CCD ou CMOS, couplé à des moyens optiques (objectif) permettant de
projeter l'image d'une scène sur le capteur d'image. Les axes optiques des
dispositifs de capture d'images sont orientés dans des directions différentes,
et les champs de vision optiques des dispositifs de capture d'images
peuvent se chevaucher de manière à couvrir tout le champ de l'image
panoramique. La demande de brevet internationale WO 2012/032236
divulgue un exemple de dispositif optique particulièrement peu encombrant,
comportant trois dispositifs de capture d'images, désignés groupes
optiques , et permettant la capture one shot d'images panoramiques
selon un champ de 3600
.
Dans le présent texte, les termes image panoramique doivent
être pris dans leur acceptation la plus large, et ne se limitent pas à une
image capturée selon un champ de 360 , mais couvrent plus généralement
une image construite selon un champ étendu supérieur au champ optique
couvert par chaque dispositif de capture d'images utilisé pour la capture de
l'image panoramique.
Dans cette technique de capture d'image panoramique, chaque
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dispositif de capture d'images réalise l'acquisition d'une image d'une scène,
sous la forme d'une matrice de pixels, dans un champ optique limité, et les
images sont ensuite transmises à des moyens de traitement numérique
externes qui permettent de réaliser un recollement ( stitching ) numérique
des images au niveau de leurs zones de chevauchement, de manière à
produire une image panoramique finale.
Chaque matrice de pixels représentant une image capturée par un
dispositif de capture d'images résulte d'une projection en deux dimensions
de la surface 3D d'une partie de sphère vue par le dispositif de capture
d'images. Cette projection en deux dimensions dépend de chaque dispositif
de capture d'images, et notamment des caractéristiques optiques de
l'objectif du dispositif de capture d'images, et de l'orientation spatiale
( Yaw , Pictch et Roll ) du dispositif de capture d'images lors de la
capture de l'image.
Dans l'art antérieur, le recollement numérique d'images pour former
une image panoramique est par exemple effectué en juxtaposant les images
délivrées par les capteurs d'image et en effectuant numériquement un
recollement numérique ( stitching ) des images au niveau de leur zone de
recouvrement de manière à obtenir une image panoramique finale. Dans ce
cas, la mise en oeuvre de ce recollement numérique ne modifie pas la
projection en deux dimensions des pixels, et les pixels dans l'image
panoramique finale conservent la projection en deux dimensions du capteur
d'image dont ils sont issus.
Ce recollement numérique peut être réalisé de manière
automatique, tel que décrit par exemple dans la demande de brevet
internationale WO 2011/037964 ou dans la demande de brevet américain
US 2009/0058988, ou de manière semi-automatique avec assistance
manuelle, tel que décrit par exemple dans la demande de brevet
internationale W02010/01476.
Il a également été proposé dans l'article intitulé Image Alignment
and Stitiching : A Tutorial , Richard Szeliski, 26 janvier 2005, des
solutions
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de recollement numérique d'images pour former une image panoramique.
Dans cet article, le recollement numérique est réalisé de manière statique
sur des images enregistrées, et n'est pas réalisé de manière dynamique, de
sorte que les solutions de recollement numérique divulguées dans cet article
ne permettent pas de construire un flux dynamique d'images panoramiques,
et a fortiori ne permettent pas de construire en temps réel un flux dynamique
d'images panoramiques au fur et à mesure de la capture d'images.
Dans le domaine de la capture d'images stéréoscopiques, il est par
ailleurs connu de réaliser la capture de deux images planes d'une scène
suivie d'un traitement numérique des deux images planes, de manière à
réaliser une image stéréoscopique 3D permettant de restituer à l'oeil une
perception du relief et de la profondeur.
Les techniques susvisées de capture et de construction d'images
panoramiques ou stéréoscopiques présentent l'inconvénient de restituer une
image panoramique ou stéréoscopique à partir d'images acquises par des
capteurs qui ont des moyens optiques différents et indépendants, ce qui
engendre dans l'image numérique finale (panoramique ou stéréoscopique)
des problèmes d'homogénéité, notamment en ce qui concerne la
colorimétrie, la balance des blancs, le temps d'exposition et le gain
automatique.
Egalement, le recollement numérique susvisé des images nécessite
du temps de calcul qui est préjudiciable à la capture et à la restitution en
temps réel d'un flux d'images panoramiques sous la forme d'un film.
Dans la demande de brevet US 2009/0058988, afin d'améliorer les
temps de traitement et permettre une capture d'image panoramique avec
recollement numérique en temps réel, il est par exemple proposé une
solution de recollement numérique basée sur un mappage réalisé à partir
d'images basse résolution.
Objectif de l'invention
La présente invention vise d'une manière générale à proposer une
nouvelle solution technique de capture et de construction d'un flux d'images
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panoramiques ou stéréoscopiques au moyen d'un ou plusieurs dispositifs de
capture d'images.
Plus particulièrement, selon un premier aspect plus particulier, la
nouvelle solution de l'invention permet d'accélérer les temps de traitement
numérique, et facilite par conséquent la capture et la construction en temps
réel d'un flux d'images panoramiques ou stéréoscopiques.
Plus particulièrement, selon un autre aspect plus particulier, la
nouvelle solution de l'invention permet de pallier l'inconvénient susvisé
découlant de la mise en oeuvre de capteurs qui ont des moyens optiques
différents et indépendants, et permet notamment d'obtenir plus facilement
des images panoramiques ou stéréoscopiques de meilleure qualité.
Dans le cadre de l'invention, le flux d'images panoramiques ou
stéréoscopiques peut par exemple être enregistré, transmis ou diffusé sous
la forme d'un film, ou être traité postérieurement pour extraire de ce flux
une
ou plusieurs images panoramiques ou stéréoscopiques statiques.
Résumé de l'invention
Selon un premier aspect, l'invention a ainsi pour premier objet un
procédé de capture et de construction d'un flux d'images panoramiques
ou stéréoscopiques d'une scène, au cours duquel on réalise, au moyen
d'au moins un dispositif de capture d'images (C,), plusieurs opérations
successives de capture d'au moins deux images différentes de la scène,
sous la forme de pixels, avec ou sans chevauchement entre les images,
les opérations successives de capture étant cadencées à une fréquence
(F) qui définit une durée de capture (T) entre le début de deux opérations
de captures successives ; pour chaque opération de capture, (a) on traite
numériquement les pixels de chaque image capturée en sorte de former
une image finale panoramique ou stéréoscopique à partir desdits pixels
avec une durée de traitement inférieure ou égale à ladite durée de capture
(T), et (b) on génère, sur une durée inférieure ou égale à ladite durée de
capture (T), une image finale panoramique ou stéréoscopique
préalablement formée ; le traitement numérique (a) de chaque pixel de
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chaque image capturée consiste au moins à conserver ou à abandonner
ledit pixel, et dans le cas où le pixel est conservé, à lui affecter une ou
plusieurs positions dans l'image finale panoramique ou stéréoscopique
avec un coefficient de pondération prédéfini (W) pour chaque position
5 dans l'image finale panoramique ou stéréoscopique.
L'invention a pour autre objet un dispositif de capture et de
construction d'un flux d'images panoramiques ou stéréoscopiques. Ce
dispositif comporte un ou plusieurs dispositifs de capture d'images (C,), qui
permettent la capture d'au moins deux images différentes sous la forme
d'un ensemble de pixels, et des moyens électroniques de traitement qui
permettent de construire une image panoramique ou stéréoscopique à
partir des images capturées ; les moyens électroniques de traitement
permettent, au moyen du ou desdits dispositifs de capture d'images, de
réaliser plusieurs opérations successives de capture d'au moins deux
images différentes d'une scène, sous la forme de pixels, avec ou sans
chevauchement entre les images, et avec un cadencement des opérations
successives de capture à une fréquence (F) qui définit une durée de
capture (T) entre le début de deux opérations de captures successives ;
les moyens électroniques de traitement sont aptes, pour chaque opération
de capture, (a) à traiter numériquement les pixels de chaque image
capturée en sorte de former une image finale panoramique ou
stéréoscopique à partir desdits pixels avec une durée de traitement
inférieure ou égale à ladite durée de capture (T), et (b) à générer, sur une
durée inférieure ou égale à ladite durée de capture (T), une image finale
panoramique ou stéréoscopique préalablement formée ; le traitement
numérique de chaque pixel de chaque image par les moyens
électroniques de traitement consiste au moins à conserver ou à
abandonner ledit pixel, et dans le cas où le pixel est conservé, à lui
affecter une ou plusieurs positions différentes dans l'image finale
panoramique ou stéréoscopique avec un coefficient de pondération
prédéfini (W) pour chaque position dans l'image finale panoramique ou
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stéréoscopique.
Selon un deuxième aspect, l'invention a également pour objet un
procédé de capture et de construction d'un flux d'images panoramiques
ou stéréoscopiques d'une scène, caractérisé en ce qu'on réalise, au
moyen d'au moins un dispositif de capture d'images (C,), plusieurs
opérations successives de capture d'au moins deux images différentes de
la scène, sous la forme de pixels, avec ou sans chevauchement entre les
images, en ce que pendant les opérations de capture des images, on
traite numériquement les pixels des images capturées en sorte de former
des images panoramiques ou stéréoscopiques, et on génère un flux
d'images panoramiques ou stéréoscopiques, et en ce que le traitement
numérique de chaque pixel de chaque image capturée consiste au moins
à conserver ou à abandonner ledit pixel, et dans le cas où le pixel est
conservé, à lui affecter une ou plusieurs positions dans l'image finale
panoramique ou stéréoscopique avec un coefficient de pondération
prédéfini (W) pour chaque position dans l'image finale panoramique ou
stéréoscopique.
Selon ce deuxième aspect, l'invention a également pour objet un
dispositif de capture et de construction d'un flux d'images panoramiques
ou stéréoscopiques, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs
dispositifs de capture d'images (C,), qui permettent la capture d'au moins
deux images différentes sous la forme d'un ensemble de pixels, et des
moyens électroniques de traitement qui permettent, au moyen du ou
desdits dispositifs de capture d'images, de réaliser plusieurs opérations
successives de capture d'au moins deux images différentes d'une scène,
sous la forme de pixels, avec ou sans chevauchement entre les images, et
qui sont aptes, pendant les opérations de capture des images, à traiter
numériquement les pixels des images capturées en sorte de former des
images panoramiques ou stéréoscopiques, et à générer un flux d'images
panoramiques ou stéréoscopiques, et en ce que le traitement numérique
de chaque pixel de chaque image capturée consiste au moins à conserver
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ou à abandonner ledit pixel, et dans le cas où le pixel est conservé, à lui
affecter une ou plusieurs positions dans l'image finale panoramique ou
stéréoscopique avec un coefficient de pondération prédéfini (W) pour
chaque position dans l'image finale panoramique ou stéréoscopique
Selon un troisième aspect, l'invention a également pour objet un
procédé de capture et de construction d'un flux d'images panoramiques
ou stéréoscopiques d'une scène, au cours duquel on réalise au moyen
d'au moins un dispositif de capture d'images, plusieurs opérations
successives de capture d'au moins deux images différentes de la scène,
sous la forme de pixels, avec ou sans chevauchement entre les images;
chaque dispositif de capture d'images permet la capture d'une image sous
la forme d'un ensemble de pixels et délivre en sortie pour chaque image
capturée un flux de pixels synchronisé au moins par un premier signal
horloge (H_capteur). On traite numériquement chaque pixel de chaque
image capturée, en sorte de générer une image finale panoramique ou
stéréoscopique à partir desdits pixels sous la forme d'un flux de pixels
synchronisé au moins par un deuxième signal horloge (H).
Selon ce troisième aspect, l'invention a également pour objet un
dispositif de capture et de construction d'un flux d'images panoramiques
ou stéréoscopiques, ledit dispositif comportant un ou plusieurs dispositifs
de capture d'images qui permettent de réaliser plusieurs opérations
successives de capture d'au moins deux images différentes d'une scène,
sous la forme de pixels, avec ou sans chevauchement entre les images, et
des moyens électroniques de traitement qui permettent de construire un
flux d'images panoramiques ou stéréoscopiques à partir des images
capturées. Chaque dispositif de capture d'images est apte à délivrer en
sortie pour chaque image capturée un flux de pixels synchronisé au moins
par un premier signal horloge (H_capteur). Les moyens électroniques de
traitement sont conçus pour traiter numériquement chaque pixel de
chaque image capturée, en sorte générer une image finale panoramique
ou stéréoscopique à partir desdits pixels sous la forme d'un flux de pixels
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synchronisé par au moins un deuxième signal horloge (H).
Selon un quatrième aspect, l'invention a également pour objet un
procédé de capture et de construction d'au moins une image panoramique
ou stéréoscopique d'une scène, au cours duquel on capture au moins
deux images différentes de la scène au moyen d'au moins un dispositif de
capture d'images (C,), avec ou sans chevauchement entre les images,
chaque dispositif de capture d'images permettant la capture d'une image
sous la forme d'un ensemble de pixels et délivrant en sortie pour chaque
image capturée un flux de pixels ; on traite numériquement le flux de
pixels de chaque image capturée en sorte de former au moins une image
finale panoramique ou stéréoscopique à partir desdits pixels, et le
traitement numérique de chaque pixel du flux de pixels correspondant à
chaque image capturée consiste au moins à conserver ou à abandonner
ledit pixel, et dans le cas où le pixel est conservé, à lui affecter une ou
plusieurs positions dans l'image finale panoramique ou stéréoscopique
avec un coefficient de pondération prédéfini (W) pour chaque position
dans l'image finale panoramique ou stéréoscopique.
Selon ce quatrième aspect, l'invention a également pour objet un
dispositif de capture et de construction d'au moins une image
panoramique ou stéréoscopique, ledit dispositif comportant un ou
plusieurs dispositifs de captures d'image (C,) qui permettent la capture
d'au moins deux images différentes, avec ou sans chevauchement entre
les images, chaque capteur d'image (C,) étant apte à délivrer un flux de
pixels pour chaque image capturée, et des moyens électroniques de
traitement qui permettent de construire, pendant les opérations de capture
d'images, une image panoramique ou stéréoscopique à partir des flux de
pixels de chaque image capturée. Les moyens électroniques de traitement
sont conçus pour traiter chaque pixel du flux de pixels de chaque image
capturée en conservant ou en abandonnant ledit pixel, et dans le cas où le
pixel est conservé, en lui affectant une ou plusieurs positions différentes
dans l'image finale panoramique ou stéréoscopique avec un coefficient de
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pondération prédéfini (W) pour chaque position dans l'image finale
panoramique ou stéréoscopique.
Brève description des figures
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus
clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'une variante
préférée de réalisation, laquelle description est faite, à titre d'exemple non
limitatif et non exhaustif de l'invention, et en référence aux dessins annexés
parmi lesquels :
- La figure 1 est un synoptique d'un exemple d'architecture
électronique d'un dispositif de l'invention.
- La figure 2 est un exemple de chronogramme des principaux signaux
électriques du dispositif de la figure 1.
- La figure 3 schématise un exemple de correspondance angle de
champ optique/pixels de la zone de capture d'un objectif fisheye .
- La figure 4 est un exemple de remappage d'une matrice de pixels
capturée par un capteur d'image dans une portion d'image
panoramique finale.
- La figure 5 illustre un exemple de correspondance géométrique entre
un pixel P,,j de l'image panoramique finale et la matrice de pixels
capturée par un capteur d'image.
- Les figures 6A à 61 schématisent les différents cas de figures de
remappage dans le cas particulier d'une image de type RAW.
- Les figures 7A à 7D illustrent différents exemples de remappage
d'une ligne d'un capteur sur une image panoramique.
- La figure 8 illustre un exemple particulier de résultat de remappage
de trois images pour former une image panoramique finale.
Description détaillée
On a représenté sur la figure 1, un exemple particulier de dispositif 1
conforme à l'invention, qui permet la capture et la construction d'images
panoramiques.
Dans cet exemple particulier, ce dispositif 1 comporte trois
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dispositifs de capture d'images Ci, 02, 03, par exemple de type CCD ou
CMOS, qui permettent chacun la capture d'une image sous la forme chacun
d'une matrice de pixels, et des moyens électroniques de traitement 10, qui
permettent de construire une image panoramique à partir des pixels délivrés
5 par les capteurs d'image Ci, 02, 03. De manière usuelle, chaque dispositif
de capture d'images Ci, C2, 03 comporte un capteur d'images, par exemple
de type CCD ou CMOS, couplé à des moyens optiques (objectif) comportant
une ou plusieurs lentilles alignées avec le capteur d'images, et permettant
de focaliser les rayons lumineux sur le capteur d'images.
10 Les axes optiques des dispositifs de capture d'images Ci, C2, C3
sont orientés dans des directions différentes, et leurs champs optiques
couvrent tout le champ de l'image panoramique finale, avec de préférence
un chevauchement des champs optiques.
Dans le présent texte, les termes image panoramique doivent
être pris dans leur acceptation la plus large, et ne se limitent pas à une
image panoramique construite selon un champ de 360 , mais couvrent plus
généralement une image construite selon un champ étendu supérieur au
champ optique couvert par chaque dispositif de capture d'images utilisé pour
la capture d'images.
A titre d'exemple uniquement, ces dispositifs de capture d'images
Ci, C2, C3 peuvent par exemple constituer les trois groupes optiques du
dispositif optique à faible encombrement, qui est décrit dans la demande de
brevet internationale WO 2012/032236, et qui permet la capture one
shot d'images panoramiques.
De préférence, mais non nécessairement, le dispositif 1 de
l'invention constitue un équipement portatif, de manière à pouvoir facilement
être transporté et utilisé dans des lieux divers.
En référence à la figure 2, les moyens de traitement numériques 10
délivrent une horloge de base H10, qui est générée par exemple à partir
d'un quartz, et qui est utilisée pour cadencer le fonctionnement du capteur
d'images de chaque dispositif de capture d'images Ci, C2, C3
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En sortie, le capteur d'image de chaque dispositif de capture
d'images Ci, 02, 03 délivre pour chaque image capturée un flux de pixels
sur un bus de données Pixels , synchronisé par un premier signal horloge
( H_capteur ), qui est généré par chaque capteur d'images à partir du
signal horloge de base H10, et par deux signaux Line Valid et Frame
Valid . Les signaux horloge ( H_capteur ) qui sont générés par chaque
dispositif de capture d'images Ci, C2, 03 ont plus particulièrement la même
fréquence.
Les moyens électroniques de traitement 10 permettent de construire
une image panoramique à partir des pixels délivrés par les capteurs d'image
des dispositifs de capture d'images Ci, C2, 03, et de manière comparable
aux dispositifs de capture d'images Ci, C2, C3, délivrent en sortie sur un bus
de données Pixels , un flux de pixels représentatif de l'image
panoramique finale
La taille du bus de données Pixels des moyens électroniques de
traitement 10 peut être identique ou différente de celle des bus de données
Pixels des dispositifs de capture d'images Ci, C2, C3, et est de
préférence supérieure. Par exemple, mais de manière non limitative de
l'invention, les bus de données Pixels des dispositifs de capture
d'images Ci, C2, C3 sont sur huit bits et le bus de données Pixels des
moyens électroniques de traitement 10 est sur 16 bits.
Le flux de pixels généré par les moyens électroniques de traitement
10 est synchronisé par un deuxième signal horloge ( H ), qui est généré
par les moyens électroniques de traitement 10 à partir du signal horloge de
base, et par deux signaux Line Valid et Frame Valid qui sont générés
par les moyens électroniques de traitement 10.
La figure 2 illustre un exemple particulier, et non limitatif de
l'invention, de synchronisation des signaux susvisés d'un capteur. Sur cette
figure, les données transitant sur les bus de données Pixels ne sont pas
représentées.
En référence à la figure 2, les opérations successives de capture
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sont cycliques en étant cadencées à une fréquence F qui définit une durée
de capture T (T=1/F) égale à la durée de l'intervalle de temps (t) entre le
début de deux opérations de captures successives.
Plus particulièrement, sur cette figure 2 le front montant du signal
Frame Valid de chaque dispositif de capture Cl, 02, 03 synchronise le
début de la transmission, sur le bus de données Pixels de chaque
dispositif de capture Cl, C2, 03, des pixels d'une image capturée par le
dispositif de capture Cl, C2, 03. Le front descendant du signal Frame
Valid de chaque dispositif de capture Cl, C2, 03 marque la fin de la
transmission des pixels, sur le bus de données Pixels , d'une image
capturée par ledit dispositif de capture Cl, C2, C3. Ces fronts montants
(respectivement descendants) des signaux Frame Valid délivrés par les
dispositifs de capture Cl, 02,03 sont légèrement décalés temporellement.
Le signal Line Valid de chaque dispositif de capture Ci, C2, C3
est synchronisé sur chaque front montant du signal Frame Valid et
marque le début de la transmission d'une ligne de pixels de l'image. Chaque
front descendant du signal Line Valid marque la fin de la transmission
d'une ligne de pixels de l'image. Les pixels de chaque image transmis sur
chaque bus de données Pixels des trois dispositifs de capture d'images
Ci, C2, C3.sont échantillonnés en parallèle par les moyens électroniques de
traitement 10, au moyen respectivement de chaque signal horloge
H_capteur délivré par chaque dispositif de capture d'images Ci, C2, C3.
En référence à la figure 2, le front montant du signal Frame Valid
délivré par les moyens électroniques de traitement 10 synchronise le début
de la transmission, sur le bus de données Pixels des moyens
électroniques de traitement 10, d'une image panoramique finale construite à
partir des pixels délivrés par les dispositifs de capture d'images Ci, C2, C3
Ce front montant est généré automatiquement, par les moyens
électroniques de traitement 10, à partir des fronts montants des signaux
Frame Valid délivrés pas les dispositifs de capture d'images Cl, C2, C3,
plus particulièrement en étant généré sur détection du front montant généré
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en dernier, c'est-à-dire dans l'exemple particulier de la figure 2, du front
montant du signal Frame Valid délivré par le dispositif de capture
d'images Ci.
Le front descendant du signal Frame Valid délivré par les
moyens électroniques de traitement 10 synchronise la fin de la transmission,
sur le bus de données Pixels des moyens électroniques de traitement
10, d'une image panoramique finale construite à partir des pixels délivrés
par les dispositifs de capture d'images Ci, 02,03
Le signal Line Valid délivré par les moyens électroniques de
traitement 10 est synchronisé sur chaque front montant du signal Frame
Valid délivré par les moyens électroniques de traitement 10, et marque le
début de la transmission d'une ligne de pixels de l'image panoramique.
Chaque front descendant du signal Line Valid délivré par les moyens
électroniques de traitement 10 marque la fin de la transmission d'une ligne
de pixels de l'image panoramique.
L'écriture des pixels de chaque image panoramique sur le bus de
données Pixels des moyens électroniques de traitement 10 est
synchronisée par le signal horloge H , qui est généré par les moyens
électroniques de traitement 10, et qui peut être utilisé par un autre
dispositif
électronique externe (par exemple le dispositif 11) pour lire ces pixels sur
ledit bus de données.
Selon la variante de réalisation, le signal d'horloge H délivré par
les moyens électroniques de traitement 10 peut être synchrone ou
asynchrone avec les signaux horloge H_capteur délivrés par les
capteurs d'image Ci, C2, C3 La fréquence du signal d'horloge H peut
être égale à ou différente de la fréquence des signaux horloge
H_capteur délivrés par les capteurs d'image Ci, C2, C3 De préférence, la
fréquence du signal d'horloge H est supérieure à la fréquence les
signaux horloge H_capteur délivrés par les capteurs d'image Ci, C2, C3,
tel que cela est illustré sur la figure 2.
Dans ce cas particulier de la figure 2, à chaque opération de capture
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on réalise trois captures d'images en parallèle au moyen des dispositifs de
capture d'images Ci, 02, 03, et dans ce cas particulier, l'intervalle de temps
(t) est l'intervalle de temps séparant deux fronts montant successifs du
signal Frame Valid du dispositif de capture d'images Ci, c'est-à-dire du
dispositif de capture d'images qui transmet en premier les pixels sur son bus
de données Pixels .
Pendant ledit intervalle de temps (t) séparant le début de deux
opérations de capture successives, les moyens électroniques de traitement
10:
(a) traitent numériquement les pixels de chaque image capturée en
sorte de former une image finale panoramique à partir desdits pixels ;
dans le cas de l'architecture de la figure 1 et des signaux de la figure
2, il s'agit des pixels transmis aux moyens électroniques de traitement
10 sur les bus de données Pixels des dispositifs de captures
d'images Ci, 02, 03, et
(b) génèrent une image finale panoramique ; dans le cas de l'architecture
de la figure 1 et des signaux de la figure 2, il s'agit des pixels délivrés
en sortie par les moyens électroniques de traitement 10 sur leur bus
de données Pixels , les fronts montant et descendant du signal
Frame Valid délivré par les moyens électroniques de traitement
10 étant générés pendant ledit intervalle temps (t).
Ainsi, le flux des images panoramiques successives est généré en
temps réel par les moyens électroniques de traitement à la même cadence
que les opérations successives de capture d'images. Par exemple, si les
dispositifs de captures d'image Ci, C2, C3 sont conçus pour délivrer 25
images par secondes, la durée de capture T de chaque intervalle de
temps (t) entre deux opérations successives de capture d'images vaut
40ms, ce qui correspond à une fréquence de capture F de 25Hz, et les
moyens électroniques de traitement génèrent également 25 images
panoramiques par seconde (une image panoramique toutes les 40ms).
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La durée de capture T (durée de chaque intervalle de temps (t)
entre deux opérations successives de captures d'images) dépendra de la
technologie des dispositifs de captures d'images Ci, 02, 03. En pratique,
la durée de capture T sera de préférence inférieure ou égale à 1s, et plus
5 préférentiellement encore inférieure ou égale à 100ms.
De préférence, l'image finale panoramique générée au cours de
chaque intervalle de temps (t), qui sépare le début de deux opérations de
capture successives, est issue du traitement numérique (a) des pixels
réalisé au cours de ce même intervalle de temps (t). Dans ce cas, chaque
10 image panoramique successive est générée en temps réel et
sensiblement en même temps que la capture des images qui ont servi à
construire cette image panoramique, et avant l'opération de capture
suivante des images qui serviront à construire l'image panoramique
suivante.
15 Dans une autre variante, l'image finale générée au cours de
chaque intervalle de temps (t), qui sépare le début de deux opérations de
capture successives, est issue du traitement numérique (a) des pixels
réalisé au cours d'un intervalle de temps (t) antérieur, et par exemple de
l'intervalle de temps (t) précédent. Dans ce cas, chaque image
panoramique successive est générée en temps réel et avec un léger
décalage temporel par rapport à la capture des images qui ont servi à
construire cette image panoramique.
Dans une autre variante, la génération de chaque image
panoramique peut démarrer (front montant du signal Frame Valid
délivré par les moyens électroniques de traitement 10) pendant un cycle
de capture (N) donné, et se terminer (front descendant du signal Frame
Valid délivré par les moyens électroniques de traitement 10) au cours du
cycle de capture (N-F1) suivant. De préférence, mais on nécessairement,
la durée entre le front montant et le front descendant suivant du signal
Frame Valid délivré par les moyens électroniques de traitement 10 est
inférieure ou égale à la durée de capture T.
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Le traitement (a) des pixels réalisé pour chaque opération de
capture peut être décalé temporellement par rapport au cycle de capture.
De préférence, mais non nécessairement, la durée de traitement des
pixels de toutes les images capturées au cours d'une opération de capture
pour former une image panoramique finale est inférieure ou égale à la
durée de capture T. Par exemple, le traitement (a) des pixels réalisé pour
former une image panoramique finale à partir d'images capturées au cours
d'un cycle de capture N peut être réalisé par les moyens électroniques de
traitement 10 pendant un cycle de capture postérieur, par exemple le cycle
de capture N-Fl .
Les moyens électroniques de traitement 10 constituent une unité
électronique de traitement de données numériques programmée qui peut,
indifféremment selon l'invention, être implémentée au moyen de tout type
connu de circuit électronique ou d'ensemble de circuits électroniques, tel
que par exemple sous la forme d'un ou plusieurs circuits programmables
de type FPGA et/ou d'un ou plusieurs circuits spécifiques de type ASIC,
ou d'une unité de traitement programmable dont l'architecture électronique
met en oeuvre un microcontrôleur ou un microprocesseur.
Dans la variante particulière de réalisation illustrée sur la figure 1, le
flux d'images panoramiques successives délivré sous la forme d'un
ensemble de pixels par les moyens électroniques de traitement 10, est traité
par des moyens électroniques de traitement additionnels 11, qui comportent
par exemple un circuit de type DSP, et qui permettent par exemple
d'enregistrer dans une mémoire et/ou d'afficher en temps réel sur un écran
un flux dynamique d'images panoramiques sous la forme d'un film.
Egalement dans une autre variante, les moyens électroniques de
traitement additionnels 11 peuvent être conçus pour traiter le flux d'images
panoramiques successives délivré par les moyens électroniques de
traitement 10, en extrayant de ce flux une ou plusieurs images
panoramiques.
De manière usuelle, dans une variante particulière de réalisation
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chaque dispositif de capture d'images Ci, 02, 03 comporte des moyens
optiques de type objectif fisheye , associés à une matrice de capture, et
chaque image capturée est caractérisée par trois informations d'orientation
spatiales, qui sont communément appelées Yaw , Pitch et Roll , et
qui sont spécifiques de l'orientation spatiale dudit dispositif de capture
d'images lors de la capture de l'image.
En référence à la figure 3, un objectif fisheye présente une
surface de détection centrale utile sphérique (surfaces grisées et surface
blanche sur la figure 3), et les pixels utiles de l'image capturée par le
capteur
d'image résultent de manière connue en soi d'une projection en deux
dimensions d'une partie (figure 3 ¨ 864 pixels sur 900 pixels) seulement de
la surface de détection du dispositif de capture d'images.
Ainsi, de manière usuelle, chaque matrice de pixels représentant
une image capturée par un dispositif de capture d'images Ci, C2, OU 03
résulte d'une projection en deux dimensions de la surface 3D d'une partie de
sphère vue par le dispositif de capture d'images Ci, C2, OU C3. Cette
projection en deux dimensions dépend de chaque dispositif de capture
d'images Ci, C2, OU C3, et notamment des moyens optiques du dispositif de
capture d'images Cl, C2, OU C3, et de l'orientation spatiale ( Yaw ,
Pictch et Roll ) du dispositif de capture d'images Ci, C2, OU C3 lors de
la capture de l'image.
A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 4, une matrice de
pixels correspondant à une image capturée par un dispositif de capture
d'images C, (par exemple dispositif de capture d'images Ci, C2 OU C3 de la
figure 1). Sur cette figure, les pixels noirs correspondent aux pixels situés
en
dehors de la partie centrale circulaire utile de l'objectif fisheye du
dispositif de capture d'images C, . Chaque pixel de cette image capturée au
moyen du dispositif de capture d'images C, résulte d'une opération dite de
mapping ou mappage , qui correspond à la projection en deux
dimensions susvisée de la surface 3D d'une partie de sphère vue par
l'objectif fisheye du dispositif de capture d'images C,, et qui est
spécifique
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de ce capteur d'image C.
Antérieurement à l'invention, pour construire une image
panoramique à partir des images capturées par chaque dispositif de capture
d'images C,, on juxtapose le plus souvent lesdites images en effectuant
numériquement un recollage numérique ( stitching ) des images au niveau
de leur zone de recouvrement de manière à avoir une image panoramique
finale continue. Il est important de comprendre que ce type de recollage
numérique de l'art antérieur ne modifie par la projection en deux dimensions
des pixels qui sont conservés dans l'image panoramique finale.
A la différence des recollages numériques susvisés de l'art
antérieur, dans l'invention, pour construire l'image panoramique finale, les
pixels utiles de chaque image capturée par chaque capteur C, sont
remappés dans l'image panoramique finale, avec une partie au moins
desdits pixels qui est remappée dans l'image panoramique finale en
subissant de préférence une nouvelle projection en deux dimensions, qui est
différente de leur projection en deux dimensions dans l'image du dispositif
de capture d'images C, dont ils sont issus. On reconstitue donc
numériquement un unique dispositif de capture d'images virtuel
panoramique à partir des dispositifs de capture d'images Ci, 02, ou 03. Ce
remappage des pixels est réalisé automatiquement, par un traitement (a) de
chaque pixel de chaque image capturée qui consiste à conserver ou à
abandonner ledit pixel, et dans le cas où le pixel est conservé, à lui
affecter
une ou plusieurs positions dans l'image finale panoramique avec un
coefficient de pondération prédéfini pour chaque position dans l'image finale
panoramique.
Sur la figure 4, on a représenté une portion seulement de l'image
panoramique finale, ladite portion correspondant à la partie d'image
panoramique issue du remappage des pixels d'une image capturée par un
seul dispositif de capture d'image C.
En référence à cette figure 4, le pixel P1,8 situé dans la première
ligne de l'image capturée par le dispositif de capture d'images C, est par
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exemple remappé dans l'image panoramique finale sous la forme de quatre
pixels P1,9 3 P1,10 3 P1,11 P1,12
dans quatre positions différentes adjacentes
dans la première ligne de l'image panoramique finale, ce qui se traduit par
un étirement de ce pixel de l'image départ dans l'image panoramique finale.
Le mappage de ce pixel P1,8 dans l'image panoramique finale correspond
ainsi à une projection en deux dimensions de ce pixel dans l'image
panoramique finale qui est différente de la projection en deux dimensions de
ce pixel dans l'image de départ capturée par le dispositif de capture
d'images. Cet étirement du pixel dans l'image panoramique finale peut par
exemple être avantageusement mis en oeuvre pour compenser en tout ou
partie les déformations optiques de l'objectif fisheye du dispositif de
capture d'images au voisinage de son bord supérieur. Le même étirement
peut avantageusement être mis en oeuvre pour les pixels au voisinage du
bord inférieur.
Comparativement, le pixel central P8,8 de l'image capturée par le
dispositif de capture d'images C, est remappé à l'identique dans l'image
panoramique finale sous la forme d'un unique pixel P11,11, l'objectif
fisheye du dispositif de capture d'image n'entraînant pas ou quasiment
pas de déformation optique en son centre.
Le pixel P10,3 situé dans la partie basse gauche de l'image capturée
par le capteur C, est par exemple remappé dans l'image panoramique finale
sous la forme de trois pixels P17,4 3 P18,4 3 P18,5 , dans trois positions
différentes adjacentes sur deux lignes adjacentes de l'image panoramique
finale, ce qui se traduit par un élargissement dans les deux directions de ce
pixel P10,3 de l'image de départ dans l'image panoramique finale. Le
mappage de ce pixel P10,3 dans l'image panoramique finale correspond ainsi
à une projection en deux dimensions de ce pixel dans l'image panoramique
finale qui est différente de la projection en deux dimensions de ce pixel dans
l'image de départ capturée par le dispositif de capture d'images.
Lors de cette opération de remappage de chaque pixel de l'image
de départ du capteur d'image C, dans l'image panoramique finale, un pixel
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peut ne pas être conservé et ne pas être repris dans l'image panoramique
finale ; il s'agit par exemple des pixels dans une zone de chevauchement
des images d'au moins deux dispositifs de capture d'images. Dans une zone
de chevauchement des dispositifs de capture d'images, on conservera par
5 exemple uniquement un pixel de l'un des capteurs, les autres pixels
correspondant des autres capteurs n'étant pas conservés. Dans une autre
variante, dans une zone de chevauchement d'au moins deux dispositifs de
capture d'images, il est possible de construire le pixel de l'image finale à
partir d'une moyenne ou d'une combinaison des pixels des images de
10 départ.
Lors de l'opération de remappage d'un pixel, lorsque ce pixel est
conservé et qu'on lui affecte une ou plusieurs positions différentes dans
l'image finale panoramique, cette affection est de préférence réalisée avec
un coefficient de pondération prédéfini compris entre 0 et 100%, pour
15 chaque position dans l'image finale panoramique, c'est-a-dire pour chaque
pixel l'image finale panoramique. Cette pondération et les raisons de cette
pondération seront mieux comprises à la lumière de la figure 5.
En référence à la figure 5, le centre C de chaque pixel P,,j final de
l'image panoramique finale ne correspond pas en pratique au centre d'un
20 pixel de l'image capturée par un dispositif de capture d'images C,, mais
correspond géométriquement à une position réelle P particulière dans
l'image capturée par un dispositif de capture d'images C, , qui dans
l'exemple particulier schématisé sur la figure 4 est décentrée à proximité du
coin bas et gauche du pixel P1 de l'image capturée par le dispositif de
capture d'images C. Ainsi, le pixel P,,j sera constitué dans cet exemple
particulier non seulement à partir du pixel P2 mais également des pixels
voisins P1, P3, P4, en pondérant la contribution de chaque pixel P1, P2, P3,
P4, par exemple en tenant compte du barycentre de la position P par rapport
au centre de chaque pixel P1, P1, P2, P3, P4. Dans cet exemple particulier, le
pixel P,,j est par exemple constitué de 25% du pixel P1, de 35% du pixel P2,
de 15% du pixel P3 et de 5% du pixel P4.
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L'invention s'applique à tout type de format d'image : RAW, YUV et
ses dérivées RGB... Dans le cas d'images RGB dont la reconstruction des
couleurs a déjà été effectuée (informations R, G, B connues pour chaque
pixel de l'image), la pondération susvisée sera effectuée à partir de pixels
adjacents.
En revanche dans le cas d'images de type RAW, dans lesquelles
chaque pixel ne représente qu'une seule composante colorimétrique, la
pondération susvisée sera effectuée à partir de pixels voisins de même
couleur que le pixel de l'image panoramique finale. Ce cas particulier de
pondération pour un format type RAW sera mieux compris à la lumière des
figures 6A à 61.
On a représenté sur les figures 6A à 61 les différents cas de figures
de correspondance entre un pixel P,,j de l'image panoramique finale et une
matrice de pixels de l'image capturée par un dispositif de capture d'images
C, dans le cas d'un codage des pixels de type RAW. Sur ces figures, les
lettres R, V, B identifient respectivement un pixel Rouge, Vert, Bleu. West le
poids dans l'image finale du pixel R , V, ou B, de l'image de départ capturée
par le dispositif de capture d'images.
La figure 6A correspond au cas où le centre d'un pixel P,,j rouge de
l'image panoramique finale correspond à une position réelle P, dans l'image
capturée par un dispositif de capture d'images C,, qui est sur un pixel bleu
(B) de l'image capturée par un dispositif de capture d'images C. Dans ce
cas, ledit pixel rouge P,,j de l'image panoramique finale sera constitué à
partir des pixels rouge R1, R2, R3, R4 voisins dudit pixel bleu B, en
appliquant
respectivement des coefficients de pondérations W13 W23 W33 W4. Les
valeurs de ces coefficients de pondérations W13 W23 W33 W4 dépendront par
exemple du barycentre de la position P par rapport au centre de chaque
pixel R1, R2, R3, R4. Par exemple, si la position P se trouve située au centre
du pixel P, dans ce cas tous les coefficients de pondérations W1, W2, W3,
VV4 seront égaux à 25%.
La figure 6B correspond au cas où le centre d'un pixel P,,j bleu de
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l'image panoramique finale correspond à une position réelle P dans l'image
capturée par un capteur C, qui est sur un pixel rouge (R) de l'image capturée
par un dispositif de capture d'images C.
La figure 60 correspond au cas où le centre d'un pixel P,,j vert de
l'image panoramique finale correspond à une position réelle P dans l'image
capturée par un capteur C, qui est sur un pixel bleu (B) de l'image capturée
par un dispositif de capture d'images C.
La figure 6D correspond au cas où le centre d'un pixel P,,j vert de
l'image panoramique finale correspond à une position réelle P dans l'image
capturée par un capteur C, qui est sur un pixel rouge (R) de l'image capturée
par un dispositif de capture d'images C.
La figure 6E correspond au cas où le centre d'un pixel P,,j vert de
l'image panoramique finale correspond à une position réelle P dans l'image
capturée par un capteur C, qui est sur un pixel vert (V5) de l'image capturée
par un dispositif de capture d'images C.
La figure 6F correspond au cas où le centre d'un pixel P,,j rouge de
l'image panoramique finale correspond à une position réelle P dans l'image
capturée par un capteur C, qui est sur un pixel vert (V) de l'image capturée
par un dispositif de capture d'images C.
La figure 6G correspond au cas où le centre d'un pixel P,,j bleu de
l'image panoramique finale correspond à une position réelle P dans l'image
capturée par un capteur C, qui est sur un pixel vert (V) de l'image capturée
par un dispositif de capture d'images C.
La figure 6H correspond au cas où le centre d'un pixel P,,j rouge de
l'image panoramique finale correspond à une position réelle P dans l'image
capturée par un dispositif de capture d'images C, qui est sur un pixel rouge
(R5) de l'image capturée par un dispositif de capture d'images C.
La figure 61 correspond au cas où le centre d'un pixel P,,j bleu de
l'image panoramique finale correspond à une position réelle P dans l'image
capturée par un capteur C, qui est sur un pixel bleu (B5) de l'image capturée
par un dispositif de capture d'images C.
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En définitive, quel que soit le format de codage d'une image, le
traitement de remappage dans l'image panoramique finale de chaque
pixel de l'image capturée par un dispositif de capture d'images C, consiste
à conserver ou à abandonner ledit pixel, et dans le cas où le pixel est
conservé, à lui affecter une ou plusieurs positions différentes dans l'image
finale panoramique ou stéréoscopique avec un coefficient de pondération
prédéfini pour chaque position (c'est-à-dire pour chaque pixel) dans
l'image finale panoramique. Dans le présent texte, la notion de
position dans l'image finale panoramique se confond avec la notion de
pixel dans l'image finale panoramique
Dans l'invention, en effectuant un remappage judicieux des pixels,
on peut par exemple corriger au moins en partie dans l'image finale les
distorsions de chaque objectif de chaque le dispositif de capture d'images
C,.
Egalement, dans l'invention les dispositifs de capture d'images Cl,
02, 03 et les moyens électroniques de traitement 10 sont vus, par exemple
par les moyens électroniques additionnels de traitement 11, comme un
unique capteur virtuel d'image panoramique. Par conséquent, les moyens
électroniques additionnels de traitement 11 peuvent par exemple mettre en
oeuvre des algorithmes de traitement d'image connus (notamment
algorithmes de balance des blancs, de gestion du temps d'exposition et du
gain) sur l'image panoramique finale délivrée par les moyens électroniques
de traitement 10, ce qui permet le cas échéant d'obtenir une image
panoramique finale plus homogène, notamment en ce qui concerne la
colorimétrie, la balance des blancs, le temps d'exposition et le gain,
comparativement à une mise en oeuvre de ces algorithmes de traitement
d'image sur chaque image issue des dispositifs de capture d'images Cl, C2,
03, avant construction de l'image panoramique.
A titre uniquement d'exemples non limitatifs de l'invention, on a
représenté sur les figures 7A à 7D, des exemples particuliers de remappage
des pixels d'une ligne L présente dans l'image de départ d'un objectif
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fisheye afin de tenir compte de la déformation optique de l'objectif
fisheye et de son orientation dans l'espace (Yaw, Pitch, Roll) . Le
remappage dépend de la position de la ligne L par rapport au centre et aux
bords inférieur et supérieur de l'objectif fisheye (figures 7A, 7B, 70) ou
dépend de l'orientation dans l'espace de l'objectif fisheye (Figure 7D).
On a représenté sur la figure 8, un exemple particulier de trois
images I, 12, 13 capturées respectivement par trois capteurs d'image Ci, 02,
03 et de l'image panoramique finale (1 ) résultant d'un remappage des pixels
des images Ii, 12, 13.
Dans le cadre de l'invention, on peut utiliser le remappage des
pixels pour construire une image panoramique finale en implémentant
n'importe quel type de projection en deux dimensions différente de la
projection en deux dimensions du dispositifs de capture d'images Ci, 02, 033
par exemple dans le but d'incorporer automatiquement des effets spéciaux
dans l'image panoramique finale. On peut notamment mettre en oeuvre les
projections connues ci-après :
- projection plan ou rectilinéaire
- projection cylindrique
- projection de Mercator
- projection sphérique ou équirectangulaire.
Afin de permettre l'opération de remappage, il revient à l'homme du
métier de prédéfinir au cas par cas le remappage de chaque pixel de
chaque dispositif de capture d'images Ci, en définissant pour chaque pixel
de chaque dispositif de capture d'images Ci, si ce pixel est conservé, et
dans l'affirmative le ou les pixels correspondant dans l'image panoramique
finale et le coefficient de pondération de ce pixel de départ pour chaque
pixel
de l'image panoramique finale.
Ce remappage peut par exemple être implémenté sous la forme
d'une table de correspondance du type de celle-ci-après, affectant à chaque
pixel Pxy de chaque dispositif de capture d'images C, conservé dans l'image
panoramique finale, un ou plusieurs pixels (Pxpano,Ypano) dans l'image
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panoramique finale avec un coefficient de pondération W du pixel Pxy dans
le pixel (Pxpano, Ypano) de l'image panoramique finale. Dans le tableau ci-
dessous, par soucis de clarté, on a repris uniquement à titre d'exemple les
pixels particuliers de l'exemple de la figure 4.
Capteur CI
Pixel image capteur Pixel image panoramique Poids MW)
X Y Xpano Ypano
1 8 1 9 15
1 8 1 10 25
1 8 1 11 35
1 8 1 12 15
8 8 11 11 100
10 3 17 4 25
10 3 18 4 15
10 3 18 5 50
5
Dans le cas particulier de l'architecture de la figure 1, l'opération de
remappage dans l'image panoramique finale de chaque pixel de chaque
dispositif de capture d'images Ci, 02, 03 est effectuée automatiquement par
les moyens électroniques de traitement 10, à partir d'une table de
10 correspondance stockée dans une mémoire. Dans une autre variante, le
calcul du remappage dans l'image panoramique finale de chaque pixel de
chaque dispositif de capture d'images Ci, 02, 03 peut également être
effectué automatiquement par les moyens électroniques de traitement 10 au
moyen d'un algorithme de calibration et de calcul dynamique stocké en
15 mémoire.
Dans l'exemple de la figure 1, chaque pixel (Pxpano, Ypano) de l'image
panoramique issu de l'opération remappage est délivré en sortie des
moyens électroniques de traitement 10 ( Pixels ), en étant synchronisé
par le signal d'horloge H délivré par les moyens de électroniques de
20 traitement 10. Selon la variante de réalisation, le signal d'horloge H
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délivré par les moyens électroniques de traitement 10 peut être synchrone
ou asynchrone avec les signaux horloge H_capteur délivrés par les
capteurs d'image Ci, 02, C3
Un avantage de l'architecture de la figure 1 est de permettre aux
moyens électroniques de traitement additionnels 11 de voir les capteurs
d'image Ci, C2, 03 et les moyens électroniques de traitement 10 comme un
unique capteur virtuel panoramique.
Le dispositif de la figure 1 peut être avantageusement utilisé pour
effectuer un remappage en temps réel des pixels au fur et à mesure de leur
acquisition par les moyens électroniques de traitement 10.
L'invention n'est pas limitée à la mis en oeuvre de trois dispositifs de
capture d'images Ci, C2, 03 fixes, mais peut plus généralement être mis en
oeuvre avec au moins deux dispositifs de capture d'images Ci, C2 fixes.
Il est également envisageable dans le cadre de l'invention, d'utiliser
un unique dispositif de capture d'images mobile, chaque capture d'image
correspondant à une orientation différente et/ou position différente du
dispositif de capture d'images Ci, C2, C3 mobile.
Dans la variante particulière de réalisation qui été décrite, la
fréquence de capture F est égale à la fréquence de capture des dispositifs
de capture d'images Ci, C2, C3. Dans une autre variante, la fréquence de
capture F peut être inférieure à la fréquence de capture des dispositifs de
capture d'images Ci, C2, C3, les moyens électroniques de traitement 10 ne
traitant par exemple qu'une image sur m images ( rri2) délivrées par
chaque capteur, ce qui correspond à une fréquence des opérations de
capture successives plus faible que la fréquence des images délivrés par les
des dispositifs de capture d'images Ci, C2, C3.
L'invention n'est pas limitée à la construction d'images
panoramiques, mais peut également s'appliquer à la construction d'images
stéréoscopiques.
