Brevet FR2598316A1 — publié le 19871113

La présente invention concerne un guide aveugle codant matriciellement les informations visuelles de luminosité et de distances et de température en sensations tactiles de chaleur de pression et de vibrations et en sensations auditives. Les dispositifs connus à ce jour, de type radar ou à coincidence de faisceaux optiques ne fournissent qu'une information ponctuelle trop pauvre qui les limite à une fonction de prévention d'obstacle. Les dispositifs à caméra ou analyse d'image sont, de même,trop pauvres en informations, n'indiquant qu'un paramètre, luminosité ou distance, des objets environnants. Enfin les dispositifs necessitant une implantation cérébrales détèriorent leur zone d'implantation ou ne sont pas adaptés à tous les cas de cécité. Au contraire, le dispositif objet de l'invention garde toute son effi cacité quelque soit la détèrioration des organes visuels. En effet la perception visuelle des éléments de l'environement est transfèrée sur les sens tactiles et auditifs. Elle n'est donc limitée que parla sensibilité de ceuxci, bien moindre que celle des yeux mais cependant très suffisante: la peau peut percevoir une variation de température d'un dixième de degré Celsius, et le moindre souffle, et l'oreille de très faible variations de fréquence. Outre l'alimentation électrique, le dispositif objet de l'invention est caractèrisé par deux éléments électroniques; Une matrice électronique photosensible et une matrice électrotactile. Cependant, le développement complet du dispositif nécessite d'autres élements qui apparaitront nettement dans la la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif et nullement limitatif plusieurs formes de réalisations et d'applications conformes à l'esprit de l'invention. La figure 1 re présente le schéma symbolique de l'organisation du dispotif comprenant la lentille optique 1, le capteur optique matriciel 2, l'élec- tronique de commande 3 de la matrice électrotactile 4 et du générateur de sons 5. La lentille I sert à former sur le capteur optique 2 une image du champs de vision du dispositif dont la distance de mise au point est asservie par l'asservissement 6. L'électronique de commande comprend l'analyse de l'image reçue et son codage en informations tactiles et auditives. La matrice électrotactile 4 génère une ou plusieurs sortes de sensations porteuses chacune d'une information spécifique. La figure 2 représente une forme de réalisation du dispositif électronique comportant, outre les éléments précités portant la même numéroyation, la lentille optique 1, le capteur optique matriciel 2, la matrice électrotactile 4, le générateur de sons 5 et l'asservissement de la distance de mise au point 6, l'électronique de commande 3 qui contient le convertisseur analogique-numérique 7, le processeur arithmétique 8, le circuit d'interface parallèle 9, le contrôleur d'accès direct à la mémoire 10, les mémoires de données 11 et de programme 12, le processeur de commande 13, l'interrupteur 14, l'amplificateur 15, les horloges 16, le démultiplexeur 17, l'alimentation électrique 18, le circuit d'interface 19 de l'asservissement 6, et la mémoire de donnée 20 du processeur 8. Le convertisseur 7 transmet, sous forme de chiffres, les matrices de luminosités constituant les images reçues par les capteurs optiques 2 au processeur 8. Celui-ci détermine les distances des objets placés dans le champ de vision, soit par une comparaison angulaire des points de forte ou de faible intensité lumineuse, soit, par convolution spatiale de manière à détecter en chaque point le maximum de contraste en regard de la distance de mise au point des lentilles 1, asservies dans leur déplacement longitudinal au dispositif de commande. On sait, en effet que ce maximum de contraste correspond à la mise au point optimale, quand la distance de mise au point est égale à la distance de objet. Ayant déterminé la matrice des distances , le processeur 8 la transmet, associée à la matrice des luminosités à la mémoire de donnée 11 du processeur de commande 13, par l'intermediaire des éléments 9 et 10. Le processeur 13 les transmet alors, sous forme multiplexées du balayage de ces plans mémoires, à la matrice électrotactile 4, l'amplificateur 15 augmentant la puissance du signal et le démultiplexeur 17 distribuant à chaque point de la matrice tactile le signal qui lui correspond. Les horloges 16 rythment le fonctionnement du dispositif. Enfin le microprocesseur 13 envoie au générateur de sons 5 un signal dont nous verrons plus loin la signification. Il est à noter que les deux manières de calculer les distances décrites cidessus sont compatibles avec llorganisation de la figure 2 puisque celle-ci comporte deux capteurs optiques mais aussi les asservissements des lentilles optiques 1.D'autre part, les matrices perçues ayant une définition supérieure à la matrice électrotactile mais pouvant être incomplètes, particulièrement pour la matrice des distances, le processeur 13 est chargé de complèter ces matrices et de choisir la distance et la luminosité affectée à chaque point de la matrice 4. Pour conclure sur l'électronique de commande 3 et sur le périférique d'entrée d'images, nous allons donner ici quelques choix technologiques possibles pour assurer la fonction de chacun des composants. Les lentilles optiques 1 peuvent être remplacés par des assemblages optiques quelconques pourvu qu'ils forment sur les capteurs 2 des images de l'environnement visuel du dispositif. En particulier des assemblages de lentilles ou des miroirs peuvent les contituer. Pour asservir la distance focale des miroirs on peut, par exemple > les former en matériaux piezzoélectrique dont la déformation dépend de la différence de potentiel qui leur est appliquée, ce qui la rend rapide. Les capteurs optiques matriciels 2 peuvent être des registres photosensibles à transfert de charges ayant une définition et une sensibilité suffisante et nécessitant une faible énergie.L'interrupteur 14 peut s'étendre sous forme d'un clavier, de manière à permettre à l'utillsateur d'effectue des choix, par exemple d'augmenter les contrastes tactiles, d'ouvrir ou fermer le camps visuel, d'interchanger les correspondances entre les informations visuelles et les sensations tactiles, d'éteindre ou allumer le générateur de Sous. L'alimentation électrique 18 peut être rechargeable et comporter un générateur ou un tranformateur intègré pour prendre l'énergie sur le secteur. Toutes les options décrites sont colqpatibles et nullement limitatives et conformes a l'esprit de l'invention. De nombreuses solutions s'oftrent pour réaliser la matrice électrotactile: dans les sensations qu'elle génère, dans sa formes, dans les éléments qui la colmosent et dans ses sources d'énergies. Nous allons donc étudier chacun de ses choix sêparemment avant de donner une forme de réalisation particulière destinée a la comprehension du fonctionnement global de cette matrice. Les sensations génèrées correspondent à celles que les nerfs dermiques peuvent percevoir: la pression, la chaleur, les vibrations. Chacune de grandeurs physique peut avoir un support solide ou fluide ou élastique. L'air, ou une petite surface solide, par exemple, pourra aussi bien transmettre les trois sensations, les vibrations pouvant être soit perpendiculaires soit parallèlesà la surface de la peau, nous verrons plus loins les choix techniques que ces support imposent. La forme de la matrice doit s'adapter à la surface sur laquelle elle s'applique, un bati élastique sera donc préfèrable. Les points pourront être disposer en quconce, en carre ou toute autre disposition donnant subjectivement une bonne définition. L'énergie électrique est fournie par l'alimentation électrique 18 qui peut comporter un générateur puisant l'énergie mécanique ou thermodynamique du corps humain, une prise secteur ou de simples accumulateurs. L'énergie tnermlque pourra provenir soit du corps humain qui est généralement plus chaud que l'environnement, soit d'une transformation de l'énergIe électrique. Pour le support solide, une pièce mécanique devra tcllcherr la peau, supportant à son extrémité lme résistance et un piezzoélectrique fournissant les vibrations, par exemple, tandis qu'un fluide sera plutôt réparti entre les points par des robinets à fluides chauds et froids et injecté dans des poches perméables ou non qui le conservercut momentanément au contact de la peau. On le voit la matrice électrotactile est caractèrîsée par sa capacité à véhiculer des signaux de nature différentes vers la meme surface plutôt que par le moyen choisi pour y parvenir. Une des réalisations possibles les plus économiques en énergie et les plus sécurisantes est présentée sur la figure 3 et la figure La figure 3 représente un schéma d'organisation du dispositif dans lequel on retrouve l'alimentation électrique 18 et le démultiplexeur 17. il comporte, de plus, une matrice électrotactile 4 à disposition en quinconce, une pompe à chaleur ou échangeur thermique 21, des tuyaux souples 22, Un ventilateur 23 entrainant parallèlement et sans les mélanger les fluides chauds et froids. La figure 4 représente une coupe d'un élément de la matrice 4 dont la colonne porte le numéro X et la ligne le numéro v. Pendant le balayage de cette matrice, les conducteurs X portent le potentiel négatif tandis que les conducteurs électriques Vî et v2 portent les potentiels positifs. Quand le balayage atteint le point de coordonnées (X,Y), le courant peut passer entre la cathode et les deux anodes (autrement nommées bornes négative et positives, respectivement) et fixe la position de deux diapflragmes électriques, qui constituent les robinets d'air chaud et d'air froid. L'air qui entre dans le balonnet a ainsi une température déterminée, tandis que sa pression est fixée par le rapport entre la surface d'entrée d'air et la surface de sortie du balonnet.L'air qui s'échappe est ensuive récupéré pour le recycler et pour éviter qu'il ne perturbe les sensations voisines. La présentation du générateur de sons suit le même deroulement que celle du générateur tactile, avec un codage différent des informations. L'oreille peut percevoir les sons dans une gamme de vingt mille hertz mais elle peut aussi différencier des sons de même fréquence par leur timbrez leur amortissement et par les différents paramètres étudiés par les fabricants Ce synthétiseurs musicaux. On peut donc fournir à ltoreille une sensation en trois ou quatre dimensions de 1#'environnement comprenant les trois dimensions spaciales et la dimension des intensités lumineuses. Le ?générateur de sons, stéréophonique, fabriquera donc des tonalités, des timbres ou des notes en fonction de la distance de chaque objet, de sa vitesse, et de sa luminosité. Bien entendu, le non-voyant devra pouvoir écouter une conversa ticn pendant le fonctionnement du dispositif ce qui suppose une séparation des plages de sons générés de la vole htjmaine. Pans un modèle moins performant, le générateur de sons se contentera de fournir quelques notes de bases indiquant, par exelx"Àe, les déclivités ou les trous, principaux énemis du nonvoyant, la distance de i 'objet le plus proche ... Les détails sur les synthétiseurs musicaux suffisent à donner toute l'étendue des informations que pourra transmettre aux organes auditif le dispos tif objet de l'invention. La description précédente, faite dans un but purement explicatif, donne une forme de réalisation du dispositif montrant clairement les différents éléments d'uc appareil réalisable, dont le fonctionnement et la mise en oeuvre sont évident pour l'homme de métier, électronicien, par exemple, conforme à l'esprit de l'invention tel qu'il ressort des revendications annexées. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif guide aveugle codant les informations visuelles, matrices de luminosites, de distances et de chaleurs en sons audibles, caracterise par un capteur optique matriciel, par un processeur électronique et par un synthétiseur de sons connectes de telle maniere que le second analyse l'image fournie par le premier et transmette au troisiemes les matrices reçues et calculées. 20) Dispositif selon la revendication précédente codant les mêmes informations visuelles en sensations tactiles matricielles de chaleur, de pression et de vibrations caracterisé par une matrice électrotactile placée au contact de la peau de l'aveugle et fournissant de manière mécanique, aérodynamique et thermique ses sensations, et connectée au processeur de manière à en recevoir les matrices captées et calculées ( figure 1) 30) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé'deux lentilles optiques, ou une lentille bifocale, et par un deuxième capteur optique matriciel connectée au processeur de telle manière que celui-ci détermine par comparaison angulaire les distances des objets placés dans le champs des lentilles. 40) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par l'asservissement de la distance de mise au point, distance entre les lentilles et les capteurs optiques, dont le processeur mesure la distance des objets placés dans le champs optique par détection du maximum de contraste entre capteurs voisins au cours de la variation de la distance de mise au point. 50) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrise par un ou plusieurs objectifs de distance focale variable, communément appelés zooms, et par ltasservissement de cette distance focale au processeur, permettant a l'utilisateur d'augmenter ou de réduire son champs optique. 60) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par un clavier de communication avec l'utilisateur contrôlant le fonctionnement du dispositif et les paramètres de prise d'images et de générations de sensations auditives ou tactiles connecté au processeur. 7 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par une matrice électrotactile souple ou rigide qui comporte des éléments mécaniques mobiles exerçant une pression sur la peau, des éléments électrothermiques placés au contact de la peau et des éléments mécaniques vibrants génèrant des vibrations à la surface de l'épiderme, groupés en chaque point de la matrice et transmettant des informations. 80) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par une matrice éléctrotactile comportant deux sources de fluides chaud et froid, un entrainement de ces fluides et, en chaque point de cette matrice, deux robinets ou un mélangeur suivi d'un robinet et une surface souple perméable à la chaleur placée au contact de la peau de l'utilisateur, générant des sensations de chaleur et de pression. 90) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par un échangeur de chaleur puisant l'énergie calorifique du corps humain et un générateur d'énergie électrique, ces éléments constituant les sources d'énergie du dispositif. 100) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par un casque comportant quatre ou six éléments éléctrosonores donnant par multiphonie la sensation de l'espace et générant des sons dont les paramètres, intensité, fréquence et timbre traduisent les informations concernant chaque point de la matrice de Capteursoptiques, et dont la répartition entre les éléments électrosonores donne la direction du point considéré. 110) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par un capteur optique matriciel dont la sensibilité s'étend dans l'infrarouge et fourni la température des objets placés dans son champ, sous la même forme matriciel que les autres capteurs.