专利名称：通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信系统，它特别适合于但并不局限于视频会议，在此种会议上，能够实现与添加在一个三维环境中的一个人的与真人同样大小的传递过来的图像的视线接触。
已经开发了多种形式的通信，用于在交流者之间传送活动图像和声音。众所周知的如视频会议，这些系统使用一种网络连接，例如ISDN，在两地之间传送视频信号。多数系统使用一套视频监视器，来显示远地的人，并且有一个安置在监视器上方的摄像机，用于捕捉在本地的使用者的图像，以传送至远地。
在一种通用形式的视频会议中，使用者与出现在监视器上的人进行交流。这种类型的交流是不自然的，因为使用者在他们的交流过程中彼此不能直接看到对方。这是因为摄像机安置在监视器的上方，而不是与显示在监视器中的人的眼睛位置相匹配。如果在本地的使用者看一个在监视器中的人，使用者的视线将会离开摄像机。结果，在远处显示在监视器上的图像将显示出该人的视线远离摄像机。这使得自然的眼睛对眼睛的交流变得不可能了。
有几个专利都包含了使用一个双向镜，用摄像机的反射视线与显示在监视器或屏幕上的一个人的视线相匹配的基本原理。这些发明实现了在使用者与远地的被传送的人的图像之间的视线接触。但是，被传送的人出现在一个平面屏幕上，不能给人一种在本地出现的感觉。
使用本发明，在本地的使用者可以直接在他或她前面看到显示在屏幕上的远地情形。这为使用者通过呈现远地的视图提供了一种“远程出席”，好像他们实际上就在那一样。在远地的人们将本地的使用者看作是添加在讲台后面或坐在一张桌子旁边位置上的一个与真人同样大小的图像。所添加的与真人同样大小的图像被定位，这样摄像机与在本地使用者的用于远程出席的观察区相匹配。因为远地的人们看到一个人的一幅与真人同样大小的图像，那个人被提供了可进行人类自然交流的一个远程出席，我们称此技术为“远距传物”。
这种与被远距传物的人进行的眼对眼的接触，使得很容易建立一种存在的感觉，它鼓励人们进行更多的自然交流。通过这种形式，人们可以更方便地表达，利用人的姿态和表达来交流情绪和感觉。代替视频会议，本发明创造了一种交流的新形式，被称之为“远距传物会议”。
本发明提供了一种系统，用于通过将摄像机的位置与显示在屏幕上人的图像中的眼睛位置相匹配，实现眼对眼的交流。
本发明的实施例体现在，但并不限于，一种用于连接两个不同地点的参加者的通信系统，包括第一个和第二个地点各提供至少一套实时图像捕捉设备，至少一套图像投影设备，一个用于容纳该地点参加者的观察区，和一种双向镜，通过它观察图像，在各个地点的图像捕捉设备(1)被直接或间接地沿着通过双向镜的视线排列，观察任何一个在本地观察区中的参加者，并且(2)被连接至另外一处的图像投影设备，其中所捕捉的图像被从本地传送至远地，并在远地投影，通过相应的双向镜观看，并且至少有一处提供了从观察区通过双向镜看得见的视觉深度提示装置，因此，通过该双向镜观察到，从远地获取的远地参加者的图像在由上述的视觉深度提示装置提供的三维环境中的叠加关系。
该视觉深度装置可以由一个或多个合适的定位对象或另外的定位于该双向镜之外的图像显示器(例如投影在屏幕或背景幕上一幅图像或多幅图像)构成，以使该处的观察者有显著的可视性。
术语“三维环境”可被理解为一种排列的术语，它给观察者的印象是，从远地获取的图像被定位于双向镜之外的三维空间内。因此，我并没有排除这种可能性，就是该三维环境是通过将从远处获取的图像(可能是平面或立体的)沿着观察者的视线定位在一个平面上，在另外一个或多个其它的平面上，显示另外的一个或多个图像(例如风景)而实现的，另外的图像可以是平面的或立体的。
本发明的多个其它方面和特征，在随后的权利要求中和下面的描述中公开。
本发明可以包括一个本地，通过网络连接至一个或多个远地，而每个地点安置了一套设备，包括视频摄像机形式的一套图像捕捉设备，一个双向镜和一个图像显示器。视频摄像机可以是用于捕捉使用者活动图像的任何设备。该摄像机可以按一种标准视频格式或一种用于网络的优化格式输出活动图像，例如通过互联网传输的互联网协议。该双向镜可以是一个半透明的元件，包括例如部分镜化的玻璃、塑料或薄膜材料或其它形式的分束装置。该双向镜可以用一片或多片玻璃或塑料压成薄片，以保持一个平面。该图像显示器可以是一个后投影屏幕、一个前投影屏幕、一个回射的表面或一个大型的显示屏幕，例如一个等离子屏幕、LCD屏幕或监视器。
在本发明的一个实施方案中，在远距传物会议的发源地即本地，一个坐在桌子旁的使用者向前看，看到来自另一个地点称为远地的一个人的与真人同样大小的图像。在该使用者前方呈角度地放置一个双向镜，用于反射在图像显示器上所显示的一个人的图像。因此被一个地点的观察者所看到的图像，不是远地的参加者的镜像，它也许必须用视频处理或在摄像机镜头前装上一个小镜子，侧向地翻动该图像。
该配置可以安排为，使双向镜斜向下，以便反射位于其下方的图像显示器，或向上倾斜，以反射位于其上方的图像显示器。该图像显示器和该镜子被配置，可使得在图像显示器上所反射的人的图像，看起来像出现在桌子或讲台的另一侧。在一种有桌子的配置中，被远距传物的人可以看起来像坐在一把椅子上，而该摄像机可以被安置在很高的背面上，使摄像机面对着使用者，以捕捉在本地的使用者的图像。对于一个有讲台的配置，摄像机可以被安置在讲台后面的悬挂背景幕上。在任一种配置中，被远距传物的人的眼睛被显示在一个与由摄像机所捕捉的视线相匹配的位置上。
在不同地点之间的视觉上的人与人的联系，可以由在不同地点之间的计算机连接来补充。因此，使用者可以将一台计算机监视器安置在他或她的前面。这样他或她就可以控制包含要与远地人共享的内容的计算机程序。在本地的计算机，可以通过国际互联网、远程通信连接或专用网与在远地的一台兼容计算机连网。通过专门的软件和网络连接，在本地的屏幕上所显示的图像可以被控制地显示在远地人前面的一个监视器上和/或一个远地的观众观看的屏幕上。
在一个本发明的实施方案中，在各地的使用者将能够使用一个输入笔，在屏幕上做标注，它可以在本地和远地的计算机屏幕上显示出来。本发明的一个应用可以是，例如，用于在一个国家中心的银行家和一个在分支银行的客户之间的一个远距传物会议，而该银行家会选择在客户计算机程序中的相关图像和模式。通过远距传物面对面交流的视觉显示器，该银行家和该客户可以讨论所显示的图解和财务资料。客户感兴趣的信息，将由一个客户身边的小打印机打印，用于拿走进行进一步的评估和考虑。该银行家可以通过键入信息或使用输入笔帮助该客户填写表格，以核对合适的格式，同时保持眼对眼的交流，以提供确认和判断反应。完成的表格，可以在分支银行的计算机打印，并由客户签署，寄回国家银行中心。
在本发明的另一个实施方案中，在本地的人将被显示在远地的讲台上。在本地的计算机屏幕上所显示的视觉内容，将会通过网络连接至远地，显示在一个大的屏幕上，向观众清楚地显示。在一个应用中，本发明可以用于教学、培训或共同的演示，而观众可能同时对看到演讲人和演讲内容感兴趣。使用一个输入笔，演讲人能够做注解，以强调所准备演讲的内容。在观众面前的屏幕，可以是一个“交互式屏”，具有在该屏上记录任何注解作为计算机输入的性能。在屏幕上的注解将会通过网络连接至演讲人的计算机上，这样，他或她可以看到远地观众任何输入的显示。
在本发明的一个较大规模配置中，一个从头至脚的整个人被以与真人大小完全相同地显示出来。该人可以被显示在一个剧场中，在那里，被远距传物的人看上去就像在舞台上。被远距传物的人能够看到显示观众的一个较大的屏幕，这样他/她可以通过自然的对话与一些观众相互交流。在这种方法中，显要人物、表演艺术家、音乐家、体育明星和名人可以被带入与全世界的观众进行面对面地接触。
对于戏剧性的产品，可能具有第二个投影设备，在所添加的被远距传物的人的图像后投影一个背景幕。在此方式中，可能是实况演出，被远距传物的人们好象在投影背景前，而这种背景可能是从远地传送的，或实时地由计算机产生的虚拟环境。
例如，在本发明用于远距传物会议的配置中，在本地的使用者通过一个双向镜可以看到会议房间的三维环境，和添加在椅子和桌子中间的平面位置上的远地使用者的图像。椅子和桌子用于提供视觉深度提示，这样远地使用者的图像，可以在三维环境中被看到。在每个地点对着使用者的摄像机通过双向镜观察，以捕捉使用者的图像。视频或计算机图像将背景除去，变成黑色，这样显示在屏幕上的图像只有使用者的图像。这种黑色背景，可以通过照射靠着黑色背景的使用者来实现；通过使用色度键技术用黑色背景来代替一种颜色，例如蓝色，或通过使用一种带主光的回射材料，安置于接近摄像机的镜头。
本发明可以配置成，具有多于两个地点参加的远距传物会议，而每个地点具有各自的、用于从远地传送每个人图像的显示器。在这些配置中，各自的摄像机用于观察各自的使用者。
在本发明的另一个实施方案中，有两个摄像机，大约偏置65mm，用于捕捉一个立体的图像，它被传送至一处或多处远地。这两台摄像机位于双向镜上方，这样观察的区域包括了使用者在该双向镜中的镜象。两台摄像机的精确位置，是由远地使用者的眼睛位置确定的。一个头跟踪系统确定了远地使用者眼睛的精确位置，而其坐标被传送至本地。在本地，摄像机被移动至在镜子上方选定的位置，与在双向镜后面的远地使用者的相对位置匹配。
在这种配置中，屏幕包括回射材料，而图像是前投影的。两个投影仪使用单镜头，并且该投影仪被定位，这样，所反射图像的焦点与使用者两个眼睛的位置相匹配。由头跟踪设备产生的坐标用于定位远地的投影仪。该投影仪固定于一个转动台上，它移向一个从回射平面反射的焦点位置上。用此方法，使用者将会看到一个自动立体图像。
在本地，使用者将会看到远地使用者的一幅自动立体图像。这种配置有一个问题是，摄像机的观察区，将包括通过该双向镜看到的投影仪。为了将这些投影仪的亮度最小化，有可能在投影仪上使用偏振过滤器，而第二套偏振过滤器设定在与摄像机的成90度角的位置上。
另一种用于解决此问题的方法是，在每个摄像机和投影仪上都安装遮光器，在投影远地图像和捕捉本地图像之间同步进行改变。
另一种实现立体图像的方法是，将在远地使用两个单独的摄像机获得的两幅图像进行投影，两个摄像机侧向偏置，以提供一对立体图像，其偏振过滤器在一个后投影屏幕上相互按90度角设置，当光通过屏幕时保持光的偏振性。当正常的后投影屏幕材料扩散偏振光时，通过使用一侧具有一个菲涅耳镜头和另一侧安有双凸透镜的透明屏幕材料，来保持光的偏振性。投影在高增益后投影屏幕上的那对立体图像，被双向镜反射，结果那两幅立体图像可以通过3D偏振眼镜观看。
同样的立体视觉效应，可以通过使用有LCD遮光器的眼镜或护目镜，将从另一地点的一对摄像机获得的参加者的左右视图进行交替而得到。使用本系统，该屏幕可以是一种可扩散偏振光的类型。遮光眼镜可以与CRT监视器、LCD监视器、等离子体屏幕或其它类型的电子图像显示系统一起使用，可以交替显示左右图像，如此设置，以致所显示的图像被该双向镜反射，看上去就像位于该双向镜之外的三维环境中。
不使用偏振眼镜或LCD护目镜实现立体效果的一种方法是，在监视器上使用一种透镜状的屏幕，显示一套用于由该双向镜反射的偏移视图，以致于看起来像在三维环境中。这种方法用于同时从几个位置自动立体观看是理想的。用这种技术的显示器的大小，是由可获得的高清晰度监视器的大小来决定的。
用此立体的显示器，人可以被投影在一个带有黑色背景的屏幕上。他们的立体图像将会被反射，出现在观看者前面的三维空间上。以这种方式由摄像机捕捉的人和任何物体，将会看起来具有实际的深度，就像他们在三维空间中被看到的一样。与单一的图像看起来像在反射图像的单个平面上不同，立体图像中的人物，可能看起来离得更近，并在双向镜后面的三维空间中离得更远，甚至可能看起来像达到了双向镜的前面。
本发明的一个特别优点是，在远地的一个人的与真人同样大小的图像，可以处理成看起来像在一个三维环境中，该环境可以包括图像范围内的物体。当远地人的图像与一个物体的物理位置相交时，随后有可能指派要完成的功能，就是说，远地使用者的某部分动作，可以与本地的三维环境中的物体相关联，以致于产生远地所捕捉的图像与本地的物体相互作用的印象。作为一个例子，远地的人通过达到图像区域内的一个按钮位置可以触发一种功能。因为那里没有真实存在那个远地的人，当手进入一个专门用于预定功能的区域时，由能识别手动作的软件来触发该功能。这样，一个远地的人可以按一种实际发生在远地的类似的方式来执行功能。
记录一种功能的另一种方法是，对于在本地的人，与一个在本地的物体进行身体接触。该身体接触，将会被记录为一套可测量的压力和/或身体运动。这些被记录的可测量的身体压力和/或运动，将会在远地一个类似的物体上被激活，以模仿在本地所做的动作。其结果将导致远地人的一幅图像的坐标显示，激活在三维空间中相对于物体的实际身体运动或身体变化。这种效应在培训或演示中，是非常有用的。
如果三维空间中的物体是在一个人的与真人同样大小的平面图像的平面内，那么该物体与该图象相互作用可以有效地工作。然而，在三维空间中与来自远地的一个人的与真人同样大小的立体图像的这种相互作用可能会更有效。
尽管上面公开的本发明涉及了两地之间的人与人的视觉交流，但是，本发明包括了在其范围内的一种系统，在该系统中，至少还有一个这样安排的地点，以便每个地点的人能够与至少一个地点的人，优选为与其它每个地点上的人，至少进行视觉上的交流。
现在，本发明将通过举例的方式，参照附图进行描述
图1显示了依据本发明的一个系统，一个使用者坐在桌子旁，一个双向镜，反射远地的使用者的一幅图像，并在带一把椅子的环境中通过该镜子提供一个视图，这样远地使用者的图像被添加到该环境中，并且一个摄像机通过该双向镜捕捉到一幅图像。
图2显示了该系统在远地的配置，有与本地的所有功能相同的镜像。
图3显示了在本地有一个矮人的该系统。
图4显示了该系统在远地的配置，有一个对着使用者的位置较低的摄像机，以便与本地的使用者眼睛的高度相匹配。
图5显示了该系统，其配置为图像显示器在双向镜下方，而添加的远地人的图像被安置在椅子上。
图6显示了该系统，其图像显示器安置在讲台中，所添加的远地人在背景幕前方。
图7显示了一个本系统的具体实施例，用于对远地人的自动立体观察，有一对投影仪，将一幅图像投影在回射的表面上，和一对捕捉使用者的反射图像的摄像机。
图8显示了本系统用于远地自动立体配置的具体化实施例。
图9显示了本系统，其中，在本地的使用者，有一个较近的观察位置，投影仪有一个可调节位置，以匹配与回射屏幕的相对距离。
图10显示了本系统的远地，移近对着使用者的摄像机，以匹配本地的使用者与远地使用者的相对距离。
图11显示了本系统的一个具体化实施例，其中本地的人是从头至脚显示在一个屏幕上，该屏幕定位于双向镜的上方，这样，它可以被添加到一个舞台上，并让观众看到。
图12显示了本系统另一个在剧场环境中的配置，其中，双向镜斜向下以反射一个下方的屏幕，它具有一个从头至脚整个人的图像。
图13显示了本系统的一个配置，其中，由在本地的摄像机捕捉到该使用者一个完全高度的视图，而该使用者可以看到显示在一个大型屏幕上的远地观众。
图14显示了该系统一个展示台配置，其中，成组站着的人们可以观看到添加的本地的使用者的图像。
图15显示了该系统用于展示台配置的一个顶视图，其中，摄像机的观察角度，可以捕捉一组人的一幅图像。
图16显示了该系统本地的顶视图，其中，该使用者可以看到以某一观察角度定位的一幅图像，该角度与远地的摄像机的观察角度相匹配，对着看着展示台的一组人。
图17显示了本系统，其配置为在展示台上有两个摄像机，覆盖了显示一组人的较大范围的一个顶视图。
图18显示了本系统本地配置的顶视图，其中，有两个屏幕，与在远地摄像机观察一组人的角度相匹配。
图19显示了一个代表了用于三组人的一个远距传物会议布局的三角桌子的顶视图。
图20显示了本系统的用于三方向的远距传物会议的本地配置的顶视图。
图21显示了本系统的用于三方向远距传物会议的第一个远地配置的顶视图，。
图22显示了本系统的用于一个三方向远距传物会议的第二个远地配置的顶视图。
图23显示了一种配置，有一个后投影屏幕，用于显示一个远地人的图像和一个在反射图像平面内的一个控制物体。
图24显示了一种配置，有一个后投影屏幕，显示了在不同深度有许多控制对象的一幅立体图像。
参照图1，一个使用者1在本地进行一个远距传物会议。使用者1向前看，看到在屏幕3上的一幅图像，它是以双向镜2的形式从一个电子束分裂器反射的。双向镜2对准屏幕3，这样，反射图像就被添加至位置4旁边的桌子8后面的三维环境中，它看起来是在椅子7和背景墙101的前面，椅子和桌子作为观察者的视觉深度提示物。后投影屏幕3有一个从投影仪10投影的图像，它是从镜子9反射的。一个摄像机5通过双向镜2捕捉到使用者1的一个图像。在这个或某个具体化实施例中，但不一定是在所有的下面所描述的其它具体化实施例中，该摄像机直接沿着一条通过该双向镜和图像4的视线观察参加者。可以观察到使用者1背对着一个背景墙102，它可以是黑色的、也可以是用于色键的一种颜色，或一种回射的材料。使用者1可以通过控制台6上的键盘输入计算机命令，控制台也与一个标准监视器或触摸式屏幕监视器相配合。
在图2中，一个远地的使用者21，通过双向镜22观察，看到屏幕23的一幅反射图像，它看起来就像位于位置24旁的桌子28之后、椅子27和背景墙104之前的一个三维环境中。在位置24的图像是由摄像机5看到的图1中的使用者1。使用者21可以输入信息和控制控制台26上的计算机功能，控制台26通过网络与在图1中显示的本地的控制台6相连。摄像机25通过该双向镜22捕捉使用者21的一幅图像，这样，它可以被传送至本地，在图1中的屏幕3上显示。桌子和椅子再次作为视觉深度提示物。
图3显示了在本地有另一个不同的使用者12，他比最初的在图1中的使用者1矮。
图4显示了在远地的与图2中举例说明的同样的使用者21。摄像机25比在图2中低，这样，摄像机25的高度与图3中的矮个使用者12的眼睛位置相匹配。摄像机25的输出通过网络被传送至本地，显示在图3中的屏幕3上，这样使用者12将看到在位置4上的反射图像，该位置视角是与使用者12的视角相匹配的。
图5显示了坐在椅子20上的使用者11，椅子的高度可以调节120至对于摄像机17合适方位的使用者眼睛的位置上。为了确定人眼睛的合适高度的目的，摄像机17的输出显示在监视器15上，它看作是在16处的一个添加的图像。一个校准的参考线显示在监视器15上，这样，该使用者可以容易地设定正确的高度。摄像机对着使用者11、椅子20和背景106。椅子20和背景106是黑色的、一种色键材料或一种反射材料，这样，最终的图像是以使用者11背对着黑色背景的单独图像被传送的。摄像机17也对着天花板107的反射，但是，天花板是黑色的，这样它不随着摄像机17被记录为一幅图像。使用者11向前看，看到一把椅子19和背景墙105上有一幅被添加的远地人的图像16，显示在一个视频显示器15上，它是由一个双向镜14反射的。使用者可以通过连网的计算机18与远地的人共享信息。
图6显示了站在讲台前的使用者13，用一个视频显示器15反射到双向镜14上，用于显示在有一个作为视觉深度提示装置的讲台的三维环境中添加的一幅图像16。摄像机17隐藏在一个悬挂幕背景68中。
图7显示了用于自动立体远距传物会议系统上的本地的使用者31。使用者31通过一个双向镜32向前看，看到一个回射的屏幕34。该使用者31也看到了从双向镜32反射的天花板39。由于天花板39是黑色的，它不向显示在回射材料34的图像中添加任何图像。一个投影索具装备35，固定住一对投影仪，它们的投影路径聚焦在近65mm水平距离至近似于使用者典型的两眼间距离。带有两个投影仪的索具装备被定位，以便投影从该双向镜反射至回射的屏幕上。从该回射屏幕反射的光，通过该双向镜，并分别聚焦于使用者31的左右眼上。一个摄像机的索具装备33，固定住两个摄像机，这样两个摄像机的观察区相距约65mm，以便它们能够捕捉立体的图像对。该摄像机正对着该双向镜，以一定角度捕捉使用者31的立体图像。
使用者31戴着一个头跟踪设备36，它是用于提供该使用者31眼睛的位置坐标。由一个转动台37将投影索具装备35固定，并移动投影索具装备35，至与使用者31的眼睛的相对位置相匹配的位置。可用来代替跟踪使用者眼睛位置的另一种方法，是通过一个静止的摄像机38来观察人的动作范围，并用一台计算机分析该图像，以确定他们眼睛的准确位置，用于定位在两个地点的成对的投影仪。
图8显示了在一个自动立体的远距传物会议上的远地使用者41。使用者41，通过该双向镜向前看，看到了回射屏幕44。投影索具装备45有两个投影仪，投影由图7的摄像机设备33所捕捉的图像。该摄像机索具43被定位，以便在观察区捕捉使用者41的图像，看起来如同由该双向镜42所反射的一样。来自摄像机索具装备43上的那两台摄像机的图像，被传送至图7中说明的本地，并由一对在索具装备35上的投影仪投影，这样，使用者31可以在回射屏幕34上看到立体图像。需要注意的是，在图7和图8中的具体化实施例中的摄像机33、43，是沿着一条视线看到了参加者，该视线间接地通过该双向镜，这样参加者的眼睛可以通过图像34被充分地看到。
图9显示了在本地的使用者31，当他/她向前倾斜，以便更近地看到从远地来的，显示在回射屏幕34上的图像。头跟踪设备36确定了使用者31的眼睛位置的坐标。作为响应，转动台37移动投影索具装备35更近些，以便使相对距离和使用者31的视角相匹配。
图10显示了在远地，转动台48移动摄像机索具装备43至一个更近的位置，用来匹配图9显示的在本地的使用者31眼睛的相对位置，该位置是由在本地的头跟踪设备检测的。
图11显示了本系统用于远距传物会议的一种配置，在一个剧场形式的远地有一个观众。从舞台64前面的观察区，观众69通过双向镜65观看，看到舞台64和背景68。一个投影仪66，在镜子67上投影一幅图像，通过该镜子反射并显示在屏幕63上。该观众看到屏幕63的反射，看起来像添加到三维舞台环境中的位置62的舞台环境中。摄像机61通过该双向镜65捕捉到观众的一幅图像。舞台地面64是黑色的，因此镜子65的反射并不添加任何光到由摄像机61所捕捉的图像上。第二个投影仪130投影到背景幕68上，显示提供背景环境的一幅图像，该背景环境用于添加人物的图像62，还提供了一个视觉深度提示物。
图12显示了本系统的另一种配置，一个双向镜65向下倾斜，以反射屏幕63上的图像，这样看起来就像添加进舞台64大环境中，并位于位置62的背景幕68的前面。在这种配置中，第二个投影仪131被安置在镜子65的上方，用于在背景幕68上投影背景图像。
图13显示了用于远距传物会议的本地，使用者51站在舞台55上。一台摄像机53，通过屏幕54上的小孔观看，具有一个观察区，捕捉该使用者的完全高度的图像。该使用者以与图11中的摄像机61相同的视角向前看，这样，该使用者在与远地观众同样的方向上，看到了显示在屏幕54上的观众。
图14显示了作为展示舞台的该系统，有一组人69向舞台里看，看到被添加到讲台后面位置62和背景68前面的舞台中的一个来自本地的使用者。当通过该双向镜观察时，摄像机61捕捉到该组人的一幅图像。
图15显示了展示舞台的一个顶视图，一组人69在由摄像机61可看到的观察区70。
图16显示了本地的一个顶视图，使用者51看着监视器或屏幕54，它显示着与图15中的远地摄像机61相同的视角70的观察区71。
图17显示了远地的一个顶视图，在一个展示舞台上，摄像机61捕捉到一组人69的一幅图像，在设定视角70的范围。第二个摄像机71覆盖了视角72的范围，可以捕捉更多人79的图像。
图18显示了在本地的使用者51，一个观察区71显示在一个监视器或屏幕54上，与图17中的远地摄像机61的视角70相匹配。第二个观察区73，与图17中的远地摄像机71的视角72相匹配，显示在监视器或屏幕75上。
图19显示了有三个人的远距传物会议配置的顶视图，其中，使用者1看到一个在远地的使用者81和另一个远地的使用者82的一幅图像。在此配置中，使用者81和82也能够互相看到和相互交流。
图20显示了在本地的使用者1，用摄像机83以合适角度捕捉他的/她的图像，以便让使用者81观看；用摄像机84以合适角度捕捉他的/她的图像，让使用者82观看。一个双向镜91，用于在位置94和95，分别添加使用者81和82的图像。
图21显示了使用者81，摄像机85从适合的角度捕捉他的/她的图像，让在远地的使用者82观看；而摄像机86从适合的角度捕捉他的/她的图像，让在本地的使用者1观看。一个双向镜92被用于将使用者1和82的图像分别添加到位置96和97上。
图22显示了使用者82，摄像机87从适合的角度捕捉他的/她的图像，让使用者81观看；而摄像机88从适合的角度捕捉他的/她的图像，让在本地的使用者1观看。一个双向镜93，用于将使用者81和1的图像，分别添加到位置98和99上。
图23显示了一个观看屏幕204的使用者201，它反射到双向镜子203上，这样，远地使用者的图像，看起来就像出现在一个由编号209标识的平面上，此后，落在镜子203之外的三维环境中。摄像机206通过图像209观察使用者201。投影仪205投影了远地使用者的图像，该图像被反射到镜子211上，并将要显示在后投影屏幕204上。物体212被安置在表观图像209的平面上。一个物理部件，例如一个桌子上部，被定位以提供一个视觉屏障，用来匹配所添加的图像的底部。
图24显示了一个戴着一付偏振眼镜或LCD遮光眼镜302的使用者301。一对投影仪305投影图像，反射在镜子311上，并将要显示在后投影屏幕304上。投影在屏幕304上的一对图像，可以在相互成90度的平面上被偏振，或者这两幅图像，可以在快速演示中被交替投影。双向镜303将图像反射在屏幕304上，这样，它们看起来就像在309的平面上，其中，通过视觉的持续性，图像被添加，看起来像立体图像一样。许多物体312、313和314是在309图像平面周围的三维空间中。由于观察者戴着在此之前描述的偏振眼镜或LCD遮光眼镜，使用者将会看到一幅立体的图像，看起来像在一个位置上，它可能在反射图像309的平面上，或在平面309前面或后面的一个位置上。
从上面所述，许多特征显然将会包括下面的内容本发明可以在一套设备中实施，用于在本地，显示一个完全与真人同样大小的来自远地人的活动图像，同时，通过视频演示系统显示一幅与真人同样大小的一个人的部分或全身的活动图像，为远地的人提供了在本地的远程出席；一个双向镜，使用者通过它可同时观察三维环境和所添加的某人的视频图像；一台视频摄像机，被安置在与所添加的人的图像的眼睛成一条直线上，保证眼对眼的接触；在本地和远地的一种网络连接，用于在两个方向上传送视频图像；和相关的听觉设备元件、照明、背景和索具装备，以实现在不同地点的人们之间的眼对眼的接触。
用于远地人的视觉图像的背景，可以是黑色的，而通过双向镜观看的三维环境可以进行照明，这样，所添加的人的图像看起来就像在三维环境中的一个与真人同样大小的活动人，而看不到任何视频显示屏幕或监视器边界的标示。
摄像机的高度或由摄像机观察的人的高度，可以调整，以便使人眼睛的高度与在相应位置的摄像机的高度相匹配，从而实现精确的远地的远程出席。
一个或多个人的图像，可以显示成一个与真人同样大小的头和肩的一幅或多幅活动图像，添加到讲台后面和椅子前面的位置上，会让人产生这样的印象，即那个人实际上是坐在椅子上或在讲台后和一个背景幕的前面，或在一个桌子、工作面或柜台的后面和在背景墙的前面。
在一些实施例中，一个或多个人的完全的从头至脚的图像，可以显示成与真人同样大小的活动图像，被添加在一个舞台上的背景幕的前面。
如果需要，遮光器或偏振过滤器可以用于摄像机和投影仪上，通过改变遮光器，避免或减小投影进摄像机中的光。
网络连接可以用于ISDN连接的标准视频会议协议，或互联网协议，和使用互联网连接。
权利要求
1.一种用于连接两个不同地点的参加者的通信系统，包括第一和第二个地点，每个地点提供了至少一套实时图像捕捉设备，至少一套图像投影设备，一个用于容纳在该地点参加者的可观察区，和一个双向镜，通过它可以看到图像，在每处地点的图像捕捉设备(1)被安置成使其直接或间接地沿着一条通过该双向镜的视线，以便能观看到任何一个在本地观察区内的参加者，和(2)被连接至另一地点的图像投影设备，其中所捕捉的图像从本地被传送至远地，并在远地被投影，通过相应的双向镜可以观看，和至少在一个地点提供视觉深度提示装置，通过该双向镜从观察区可看得见，这样，通过该双向镜可以看到，获取的远地参加者的图像在由上述的视觉深度提示装置所提供的三维环境中的叠加关系。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该环境包括一个或多个物体，定位在与观察区对面的该双向镜的一侧。
3.如权利要求2所述的系统，其中，该物体或多个物体被安置在从远地获取的图像位置的前方和/或后方位置。
4.如权利要求2所述的系统，其中，该环境包括一把椅子，它的背部位于从远地获取的图像位置的后方。
5.如权利要求2所述的系统，其中，该环境包括一张书桌、桌子、柜台、控制台或类似物，被安置在从远地获取的图像位置的前方。
6.如权利要求2所述的系统，其中，该环境包括一个讲台，位于从远地获取的图像位置的前方。
7.如权利要求2所述的系统，其中，该环境包括一个舞台。
8.如权利要求7所述的系统，其中该远地参加者的一幅完全高度的图像被投影，用于相对于舞台环境观看。
9.如权利要求8所述的系统，其中，该图像定位在舞台环境前端和后端的中间地点。
10.如权利要求7或8所述的系统，其中，该舞台环境包括一个背景，位于从远地获取的图像位置的后面。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的系统，其中，该环境包括一个背景，位于从远地获取的图像位置的后方，还提供用于在背景上产生一幅图像以通过该双向镜观看的装置。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的系统，其中，从远地获取的图像被投影，这样，从观察区，它将远地的参加者表示为一个完全与真人大小相同的，可选为完全与真人高度相同的，与环境相关联的图像。
13.如权利要求1至12中的任一项所述的系统，包括用于照明一个或多个构成上述深度提示装置的物体的装置。
14.如权利要求1至13中的任一项所述的系统，其中，从远地捕捉的参加者的图像包括一个背景，当一个在本地的参加者通过双向镜观看时，它是基本上看不见的。
15.如权利要求1至14中的任一项所述的系统，其中，双向镜是相对于位于观察区中的参加者的视线倾斜的。
16.如权利要求15所述的系统，其中，该双向镜是相对于水平轴倾斜的。
17.如权利要求16所述的系统，其中，从远地捕捉的图像是从双向镜下方的地点入射到双向镜上的。
18.如权利要求16所述的系统，其中，从远地捕捉的图像是从双向镜上方的一个地点入射到双向镜上的。
19.如权利要求1至18中的任一项所述的系统，包括用于调节图像捕捉设备和/或参加者的装置，这样，该参加者眼睛的高度与图像捕捉设备观察参加者的视线完全成一条直线。
20.如权利要求1至19中的任一项所述的系统，其中设置得使从远地捕捉的图像被显示以便当从本地的观察区观看时产生一种立体视觉效果。
21.如权利要求20所述的系统，其中对从远地捕捉的图像，使用光偏振元件进行处理，以形成成对的具有不同偏振性的图像，这样，当在本地用偏振眼镜观看时，可以看到一幅关于远地参加者的立体图像，其中，在本地使用一种观测器，如遮光眼镜，与交替图像的显示同步地观看图像。
22.如权利要求20所述的系统，其中立体视觉效果是通过将从不同观察点捕捉的远地参加者的图像进行交替而产生的。
23.如权利要求1至19中的任一项所述的系统，其中至少一个上述地点被提供了至少两台图像捕捉设备，用于从不同角度观察在该地点的参加者，其中至少在一个上述地点提供了至少两台图像投影设备与远地图像捕捉设备相连。
24.如权利要求23所述的系统，其中的设备设置得使从远地捕捉的图像被显示，以便当从本地观察区观察时，产生一种立体效果。
25.如权利要求23或24所述的系统，其中从远地捕捉的图像，被投影到一个位于观察区对面的双向镜另侧的回射屏幕上，其中，从远地捕捉的图像在观察区以回射的方式被观察到。
26.如权利要求1至25中的任一项所述的系统，包括用于跟踪在观察区内的参加者眼睛位置的装置，和依据这种跟踪的定位来调节图像投影设备的装置。
27.如权利要求26所述的系统，其中，跟踪装置包括一款头饰，由一个参加者在使用系统时配戴。
28.如权利要求26所述的系统，其中，跟踪装置包括用于观察参加者的摄像机装置，和用于分析所捕捉的图像、从而确定眼睛位置的装置。
29.如权利要求1至28中的任一项所述的系统，包括用于将在远地的参加者的活动与在本地的三维环境中的一个或多个物体相关联的装置，以便产生在本地观察到的图像与这些物体相互作用的印象。
30.一种用于连接在两个不同地点的参加者的通信系统，包括第一个地点，至少提供一套实时图像捕捉设备，和一个区域，用于容纳一个或多个参加者，该图像捕捉设备被安排用于观察该区域；第二个地点，至少提供一套图像投影设备，连接至上述第一个地点的图像捕捉设备；一个观察区，用于容纳第二个地点的一个或多个参加者；一个配有视觉深度提示装置的三维环境，该视觉深度提示装置可从该观察区和插在观察区和该三维环境之间的双向镜装置观看；设置得使可以使所捕捉的图像从上述的第一个地点被传送至第二个地点，并在第二个地点投影，让在远地的参加者通过相应的双向镜装置看到该图像在三维空间环境中的叠加关系。
31.如权利要求30所述的系统，其中远地参加者的一幅完全高度的图像被投影，用于在三维环境中观看。
32.如权利要求31所述的系统，其中该环境包括一个舞台和用于显示构成一个视觉深度提示装置的另一幅图像的装置。
33.如权利要求30至32中的任一项所述的系统，包括如权利要求2至29中的任一项所述的特征。
34.如前述任一项权利要求之一所述的系统，其中在不同地点之间的视觉上的人与人的连接，是由一个在不同地点之间的计算机连接来补充的。
35.如前述任一项权利要求之一所述的系统，其中除了上述的第一和第二个地点外，还有至少另外一个地点如此安排，即每个地点的人至少能够与一个地点的一个人，优选为每个其它地点的人，进行视觉上的交流。
36.如权利要求1至33中的任一项所述的用于通信系统中的一种观察设备，包括至少一套图像投影设备，能够被连接至远地的一套图像捕捉设备，一个观察区，用于容纳一个或多个参加者，一个配有视觉深度提示装置的三维环境，该视觉深度提示装置可以从观察区和插在观察区和三维环境之间的双向镜装置看到，这样的设备使一幅捕捉的图像从上述的远地传送至图像投影设备，并被投影，使远地的参加者通过相应的双向镜装置观看，该图像在三维环境中的叠加关系。
37.在上文中所公开的任何新颖的特征或特征的结合。
全文摘要
提供了一种设备,通过本发明可以在一个本地的三维环境中,显示在远处的人的与真人同样大小的活动图像,同时,通过本发明,为在远处的那个人在本地提供一个远程出席。该设备包括:一套视频放映系统,用于显示在黑色背景上的一个人;一个双向镜,用于观察环境和所添加的那个人的视频图像;一个视频摄像机或一对视频摄像机,安置在与所添加的图像中人的眼睛成一条直线上;以及在本地和远地之间的一种网络连接。立体视图可以与双向镜、一个回射的表面联合使用,用于显示远地的一个人的与真人同样大小的自动立体感的活动图像。
文档编号H04N13/00GK1378741SQ0081407
公开日2002年11月6日 申请日期2000年7月24日 优先权日1999年8月10日
发明者彼得·麦克达菲·怀特 申请人:彼得·麦克达菲·怀特