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Des yeux derrière la tête avec FlyViz

Des chercheurs français ont créé un système de vision à 360° en temps réel baptisé FlyViz, en associant un visiocasque à une caméra panoramique. De quoi voir tout ce qui se passe autour... L'invention va aider la recherche dans la perception visuelle, mais qui pourrait aussi trouver des débouchés dans la surveillance ou les jeux vidéo.

L’image à 360° telle que la voit l’utilisateur du casque FlyViz. Les  images panoramiques capturées par la caméra sont traitées par voie  logicielle et affichées à plat sur l’écran du  visiocasque dans un champ de vision de 45°. Il faut une quinzaine de minutes pour s’adapter à cette vision  panoramique. © Inria, Esiea, Insa L’image à 360° telle que la voit l’utilisateur du casque FlyViz. Les images panoramiques capturées par la caméra sont traitées par voie logicielle et affichées à plat sur l’écran du visiocasque dans un champ de vision de 45°. Il faut une quinzaine de minutes pour s’adapter à cette vision panoramique. © Inria, Esiea, Insa

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Voir ce qui se passe dans son dos, combien de personnes en ont rêvé ? C’est désormais possible grâce à un système mis au point par une équipe de chercheurs français. Il s’agit d’un visiocasque surmonté d’une caméra panoramique qui diffuse en temps réel une vue à 360°. La personne qui porte ce casque est plongée dans une vue immersive où elle perçoit tout ce qui l’entoure et peut se déplacer, y compris à reculons. Nommé FlyViz, l’appareil est le fruit de deux ans de développement d’une équipe réunissant des chercheurs de l’Inria (Institut national de recherche en informatique et en automatique), de l’Esiea (École supérieure d'informatique, électronique, automatique), de l’Insa (Institut national des sciences appliquées) de Rennes et de l’université de Rennes 1.

Concrètement, l’utilisateur porte un casque de protection classique sur lequel est montée une caméra panoramique. Il a devant les yeux un visiocasque ou head mounted display (casque à affichage tête haute) qui lui renvoie une image à 360°. Au préalable, celle-ci a été « dépliée » par un logiciel via un PC portable qu’il transporte dans un sac à dos. La caméra utilisée est un modèle à capteur CCD de la marque allemande Imaging Development Systems, d’une définition de 640 x 480 pixels et équipée d’une lentille de 6 mm. Elle est pointée vers un miroir hyperbolique qui se trouve au sommet du dispositif. L’image ainsi captée est déformée et c’est là qu’un traitement logiciel intervient pour la déplier afin qu’elle puisse s’afficher en vue panoramique dans le visiocasque dans un champ de vision de 45° et avec un ratio de 16:9.

Le prototype du FlyViz avec au sommet la caméra panoramique (catadioptric sensor) pointée vers un miroir hyperbolique montée sur un casque de protection classique (helmet). L’utilisateur visionne l’image à 360° dans le casque à affichage tête haute (HMD ou head mounted display). © Inria, Esiea, Insa
Le prototype du FlyViz avec au sommet la caméra panoramique (catadioptric sensor) pointée vers un miroir hyperbolique montée sur un casque de protection classique (helmet). L’utilisateur visionne l’image à 360° dans le casque à affichage tête haute (HMD ou head mounted display). © Inria, Esiea, Insa

Déplier l’image avec FlyViz

Pour cela, les chercheurs ont eu recours à une technique de projection dite « plate carrée » (ou équirectangulaire), qui permet notamment d’obtenir une carte du globe à plat. À cette technique, les chercheurs ont associé un second algorithme qui prend en compte le calibrage de la caméra panoramique en modélisant son objectif ainsi que le miroir hyperbolique. Les calculs sont effectués par un ordinateur portable que l’utilisateur transporte dans un sac à dos et qui est relié par câble USB à la caméra. « Ces deux projections ont été implémentées pour s’exécuter directement sur des processeurs graphiques actuels (cartes graphiques d’ordinateur standard), ce qui garantit de très bonnes performances et donc une compatibilité avec une utilisation en temps réel », expliquent les chercheurs.

Des tests ont été effectués avec un PC portable équipé d’un processeur Intel Core i7 cadencé à 2,3 GHz associé à un processeur graphique Quadro 2000M ainsi qu’avec un netbook doté d’un processeur Atom cadencé à 1,8 GHz avec puce graphique Ion 2. Avec la première configuration, la fréquence des images atteint 480 Hz, et 24 Hz avec la seconde. Le taux de latence entre l’acquisition de l’image et son affichage dans le visiocasque est de 83 millisecondes, ce qui permet un fonctionnement en temps réel.

Un temps d’adaptation pour la vision panoramique

Cette vision panoramique n’a cependant rien de naturelle. Selon les premiers tests effectués, il faut une quinzaine de minutes pour s’habituer et arriver à se diriger. Mais les créateurs de FlyViz lui voient déjà de nombreuses applications, comme de « permettre à des soldats, des policiers ou des pompiers d’éviter des dangers potentiels ou de localiser des dangers plus rapidement », ou bien de « surveiller une classe alors que le professeur écrit au tableau ou encore son bébé confortablement installé dans son parc de jeu tout en cuisinant ». Comme l’explique Anatole Lécuyer, directeur de recherche à l’Inria, « FlyViz est un formidable outil de recherche pour étudier la perception humaine et l’adaptation du cerveau. Mais c’est aussi un dispositif au potentiel très ludique qui peut permettre à chacun de vivre une expérience sensorielle vraiment unique ! Nous réfléchissons donc aussi actuellement à des applications, notamment dans le domaine du divertissement. »

On imagine effectivement le potentiel d’un tel équipement pour la réalité augmentée dans le cadre d’un jeu vidéo. Cependant, le système n’est pas des plus ergonomiques. Certains objectifs de l’équipe sont de travailler à la miniaturisation de certains composants et d’améliorer la définition de l’image ainsi que le design du casque.


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