SISTEMA DE PROYECCION ESPACIAL DE REALIDAD AUMENTADA FIJADO A LA CABEZA.

El sistema objeto de la invención es un dispositivo de proyección de realidad aumentada fijado a la cabeza,

de tal forma que los movimientos que realice ésta son seguidos de forma solidaria. Además del sistema de fijación consta de una cámara de video que registra información del entorno, y de un proyector mediante el que se superpone información generada por un computador sobre él. Al ser solidario con el movimiento de la cabeza, se conoce la posición relativa entre sistema y usuario, lo que permite que los elementos proyectados mantengan la coherencia espacial con el entorno desde su punto de vista, de tal forma que la proyección puede simular objetos 3D situados en dicho entorno, mediante la variación de la proyección de acuerdo con los movimientos registrados; de esta forma, si el observador se desplaza en el entorno la proyección variará en correspondencia para simular la presencia de objetos estáticos.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201031086.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: DOMINGUEZ CABRERIZO,SERGIO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G02B27/01 SECCION G — FISICA.G02 OPTICA.G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 27/00 Otros sistemas ópticos; Otros aparatos ópticos (medios para producir efectos ópticos especiales en las vitrinas o en los escaparates A47F, p. ej. A47F 11/06; juguetes ópticos A63H 33/22; dibujos o pinturas caracterizados por efectos de luz especiales B44F 1/00). › Dispositivos de visualización de "cabeza alta".
  • G06F3/01 G […] › G06 COMPUTO; CALCULO; CONTEO.G06F TRATAMIENTO DE DATOS DIGITALES ELECTRICOS (computadores en los que una parte del cálculo se efectúa hidráulica o neumáticamente G06D, ópticamente G06E; sistemas de computadores basados en modelos de cálculo específicos G06N). › G06F 3/00 Disposiciones de entrada para la transferencia de datos destinados a ser procesados en una forma utilizable por el computador; Disposiciones de salida para la transferencia de datos desde la unidad de procesamiento a la unidad de salida, p. ej. disposiciones de interfaz. › Disposiciones de entrada o disposiciones combinadas de entrada y salida para la interacción entre el usuario y el computador (G06F 3/16 tiene prioridad).
  • G06F3/048 G06F 3/00 […] › Técnicas de interacción para interfases de usuario gráficas[GUIs].
  • G06T19/00 G06 […] › G06T TRATAMIENTO O GENERACION DE DATOS DE IMAGEN, EN GENERAL (especialmente adoptados para aplicaciones particulares, ver las subclases apropiadas, p. ej. G01C, G06K, G09G, H04N). › Manipulación de modelos 3D modelos o imágenes para gráficos de computador.
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SISTEMA DE PROYECCION ESPACIAL DE REALIDAD AUMENTADA FIJADO A LA CABEZA.

Fragmento de la descripción:

Sistema de proyección espacial de realidad aumentada fijado a la cabeza

SECTOR TÉCNICO La invención se encuadra dentro de los dispositivos de proyección de realidad aumentada, compaginando características de los dispositivos montados sobre la cabeza y los dispositivos de proyección espacial.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La realidad aumentada es una disciplina cuyo objetivo es la integración de información generada mediante un computador en el entorno real que nos rodea, mediante la apropiada generación de gráficos que se superponen sobre dicho entorno atendiendo a criterios fijados por cada aplicación. Esta integración se puede realizar haciendo uso de diferentes estrategias, dependiendo de si se orientan a un observador o al enriquecimiento de un entorno, y dependienta también de las tecnologías implicadas en su desarrollo. Los factores comunes a la mayoría de todas las soluciones de integración son: presencia de uno o varios dispositivos sensores, que capturan información del entorno, un computador, que se encarga de la generación de los gráficos que luego serán superpuestos con el entorno, y un dispositivo de visualización, que realiza la integración final de los elementos generados por computador con el entorno. De las distintas combinaciones de estos factores han surgido propuestas para diferentes dispositivos de visualización de elementos de realidad aumentada. Una posible clasificación de estos es:

De visualización indirecta, en los que se utiliza un display para la visualización del resultado de la integración, como pueda ser un monitor de un computador o la pantalla de un dispositivo de mano (PDA, teléfono móvil, ... )

De visualización directa, en los que se utiliza algún tipo de solución que realiza la integración y genera dos vistas diferentes, una para cada ojo del observador, de forma que se muestra una imagen diferenciada para

cada uno de ellos con lo que se consigue un efecto estereoscópico. Este tipo de soluciones implica la utilización de algún dispositivo fijado a la cabeza, de forma que el resultado de la integración es sólo visible para su usuario. Dentro de estos dispositivos se pueden encontrar diferentes soluciones:

o Head Mounted Displays (HMD's) , para los que la solución adoptada consiste en incorporar dos pequeños displays, montados a modo de cristales de unas gafas, en los que se reproduce la imagen que cada ojo debería ver. Estos displays pueden ser opacos (en los que se reproduce la imagen de los elementos reales y los generados por computador simultáneamente) , o transparentes, en los que sólo se reproducen los elementos generados por computador al permitir el paso de la luz procedente del entorno.

o Virtual Retinal Displays (VRD's) , para los que la solución consiste en proyectar directamente sobre la retina las imágenes generadas por el computador, de forma que se superponen directamente sobre el sistema visual del observador.

o Head Mounted Projective Displays (HMPD's) , en los que se incorpora una pantalla transparente sobre la que se proyectan los elementos generados por el computador.

• De proyección espacial, en los que se proyectan los elementos generados por el computador sobre el propio entorno (como lo haría un proyector tradicional sobre una pantalla) , cuidando de que ésta sea coherente con dicho entorno pero sin que esto implique coherencia con el punto de vista de ningún observador en concreto (el aspecto de la proyección no cambia cuando el observador modifica su posición) .

Sería, por tanto, deseable contar con un dispositivo capaz de aunar las ventajas de cada una de las soluciones presentadas, conjugando la posición fija a la cabeza que permite simular una integración de objetos 3D generados por computador en el entorno, con la proyección espacial, que permite el enriquecimiento real del entorno mediante la integración directa sobre éste de los elementos generados por el computador. El resultado sería la posibilidad de contar con un dispositivo que proyectaría elementos generados por computador sobre el entorno guardando la coherencia espacial con él a los ojos del observador. Con este objetivo, la presente invención combina elementos de fijación solidaria del dispositivo a la cabeza del observador, la presencia de una cámara montada sobre dicho elemento de fijación, y de un picoproyector tambíen montado sobre éste, de manera que todos ellos mantengan su posición relativa y garanticen la posibilidad de cumplir con el objetivo de mantener la coherencia espacial entre los elementos proyectados sobre el entorno y éste a los ojos del observador.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención consiste en un dispositivo de proyección espacial de realidad aumentada fijado a la cabeza y al procedimiento para su correcto funcionamiento tal y como describen las reivindicaciones. En particular, la invención cuenta con una cámara configurada para registrar información del entorno y acoplada a unos medios de procesamiento que están configurados para procesar la señal y extraer la información tridimensional del entorno. Además comprende un proyector configurado para recibir la información tridimensional y generar una proyección de acuerdo con dicha información tridimensional. También posee unos medios de fijación diseñados para fijar a la cabeza de un usuario la cámara y el proyector referido de manera que se muevan solidariamente y de manera conjunta sin variar sustancialmente la distancia relativa con los ojos del usuario.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 describe una posible realización del sistema, en la que se utiliza un casco (1) como elemento de soporte de cámara (2) y picoproyector (3) y de fijación solidaria del conjunto a la cabeza del usuario. En la figura 2 se aprecia cómo la configuración de la proyección que realiza el picoproyector puede verse modificada cuando el sistema se desplaza respecto al entorno: para conseguir que el elemento proyectado (5) aparezca inmóvil en el entorno, un desplazamiento del sistema puede ocasionar que la proyección cambie de una configuración como (4) a una configuración como (6) , de tal forma que el mencionado elemento (5) permanezca aparentemente inmóvil. En las figuras 3 y 4 pueden verse detalles de sendas configuraciones de proyección. En la figura 6 puede verse en detalle cómo para simular la presencia de un objeto tridimensional (8) en el entorno para el observador (7) es necesario realizar una proyección adaptada a la superficie sobre la que se realiza. En este caso, la sensación de estar observando un objeto tridimensional cuando se proyecta sobre una superficie plana y horizontal requiere que el picoproyector genere una imagen como (9) , que vista desde la perspectiva del observador (7) dará la sensación de estar contemplando el objeto tridimensional (8) sobre dicha superficie de proyección.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Un elemento de fijación del conjunto a la cabeza (1 ) ; a tal fin puede utilizarse un casco o gorro rígido firmemente sujeto, o unas gafas sujetas con patillas o con banda elástica, en el caso de que el peso y volumen de los demás componentes lo permitan. Su cometido fundamental no es sólo de sujección del conjunto, sino que debe garantizar que las posiciones relativas entre todos los elementos de la invención (cámara -picoproyector) y los ojos del observador permanecen sin variaciones. Esta última característica es imprescindible para permitir realizar los cálculos necesarios para el correcto funcionamiento del sistema de forma precisa. Si fuera necesario, la medición de dichas posiciones relativas debería realizarse mediante el adecuado proceso de calibración de todo el sistema.

• Una cámara de vídeo (2) , fijada de forma solidaria al elemento de fijación descrito anteriormente. Su cometido es capturar imágenes del entorno de forma continua (de ahí que necesariamente sea una cámara de vídeo) , imágenes que inmediatamente serán enviadas a un computador para su procesamiento. El resultado de este procesamiento debe ser la posición y orientación tridimensional del observador dentro del entorno circundante, o respecto a los elementos más representativos o necesarios para la aplicación que en cada caso se considere. En muchas aplicaciones, estos elementos representativos son las llamadas 'marcas fiduciarias' (5) , cuya forma y tamaño son conocidos, de tal forma que mediante la perspectiva apreciada en la...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de proyección espacial de realidad aumentada caracterizado por que comprende -una cámara (2) configurada para captar imágenes del entorno, dicha cámara

(2) acoplada a unos medios de procesamiento (10) configurados para procesar las imágenes y extraer información tridimensional, -un picoproyector (3) configurado para recibir la información tridimensional y generar una proyección de acuerdo con dicha información tridimensional, -unos medios de fijación (1) configurados para fijar a la cabeza de un usuario la cámara (2) , el picoproyector (3) de manera que se muevan solidariamente de manera conjunta sin variar sustancialmente la distancia relativa con los ojos del usuario.

2. Sistema según reivindicación 1, caracterizado por que los medios de procesamiento (10) están configurados para estimar la posición tridimensional del usuario en el entorno observado mediante la identificación de marcas fiduciarias y de objetos conocidos en las imágenes capturadas.

3. Sistema según reivindicación 2, caracterizado por que los medios de procesamiento (10) están configurados además para estimar la posición tridimensional entre la cámara (2) y el picoproyector (3) y para mantener en las imágenes virtuales generadas (7) por el picoproyector la coherencia espacial de acuerdo con el punto de vista observado por el usuario.

4. Sistema según la reivindicación 3, donde las imágenes virtuales generadas

(7) son objetos cuyas dimensiones están basadas en la información del entorno

(8) capturada por la cámara (2) para simular su integración con él.

5. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, donde los medios de procesamiento (10) están configurados para detectar los

movimientos del usuario mediante el análisis y la comparación de las imágenes

(8) captadas por la cámara en diferentes momentos.


 

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