Brevet FR2760551A1 — publié le 19980911

L'invention se rapporte au domaine de l'imagerie dite virtuelle, en temps réel et différé, de scènes comportant des éléments mobiles, tels que des joueurs sur un terrain de football et, plus particulièrement, une représentation virtuelle de ces éléments mobiles dans un espace limité. L'invention s'applique à tout type de sport collectif (handball, volley-ball, etc.) ou individuel (athlétisme, ski, etc.). L'image obtenue peut notamment être incrustée dans une image télévisée. II est connu de pouvoir suivre les trajectoires d'éléments mobiles et de les retranscrire sur un moniteur de télévision. Ces moyens peuvent être classés en deux catégories. Ils sont soit actifs par émission et réception d'ondes, par exemple des radars (dans le domaine des ondes hyperfréquences) ou des lidars (dans le domaine des ondes optiques/infrarouges), soit par des moyens passifs de détection du rayonnement infrarouge émis naturellement par les mobiles (par exemple par capteurs à transfert de charge, dit CCD, initiales de Coupled Charge Device en langage anglo-saxon). Ces moyens sont bien adaptés pour suivre des trajectoires aériennes ou terrestres sur des portées relativement importantes (quelques dizaines de kilomètres à quelques centaines, voire milliers de kilomètres). Mais ces technologies, coûteuses, sont mal adaptées pour suivre un ou plusieurs mobiles, tels que des joueurs, qui se déplacent sur un terrain aux dimensions réduites (par exemple de l'ordre de la centaine de mètres). L'invention vise à obtenir une détection de mobiles se déplaçant dans un espace restreint, éventuellement proches les uns des autres, pour réaliser une représentation virtuelle en vue supérieure par retransmission télévisée en temps réel ou différé, sans mettre en oeuvre de moyens actifs ou passifs de détection, de tels moyens n'étant pas adaptés du fait de leur pouvoir discriminatoire trop faible pour de tels mobiles. L'invention est basée sur le repérage des positions de chacun des mobiles à partir d'une pluralité de moyens d'émission et de réception électromagnétique couplés à des moyens de traitement numérique centralisés permettant de traiter les données de position son exploitation. Plus précisément, I'invention a pour objet un procédé de représentation de mobiles se déplaçant dans un espace limité par imagerie virtuelle. II consiste à repérer des positions de chacun des mobiles à partir d'une pluralité de moyens de réception et d'émission d'ondes électromagnétiques, ces moyens étant asservis au positionnement des mobiles par rapport à l'espace limité et disposés à proximité dudit espace. Les ondes électromagnétiques appartiennent au domaine allant des ondes optiques jusqu'aux ondes radiofréquences. Les moyens de repérage sont couplés à un serveur numérique central via un concentrateur pour une exploitation directe ou différée des données de position ainsi fournies. Le serveur est connecté à des lignes de transmission allouées à des exploitants clients pour une retransmission télévisée. Selon une caractéristique préférée un opérateur analyse la scène à l'aide de moyens d'observation équipés de moyens d'émission de signaux indexés, correspondant à des séquences particulières prédéterminées, par exemple des phases de jeu "techniques" prédéterminées. Ces signaux sont reçus par les moyens de traitement centralisé auxquels sont couplés les moyens d'observation. L'invention concerne également un système de mise en oeuvre du procédé ci-dessus défini. Selon un premier mode de réalisation, le repérage est effectué par un maillage du terrain au moyen de marqueurs de position électroniques, chaque marqueur de position excitant par induction au moins une puce lecteurlémetteur d'identification, fixée sur chacun des mobiles, lorsque le mobile se trouve dans le champ d'excitation du marqueur, la puce émet alors une onde codée d'identification du mobile et de sa position. Les ondes émises sont transmises au serveur central via un concentrateur. Selon un autre mode de réalisation, chaque mobile est suivi par observation à distance, à l'aide de moyens de visée électronique, qui fournissent des données de position du mobile à un processeur pour calculer en temps réel la position des mobiles sur l'espace virtuel correspondant à l'espace limité par le terrain. Selon un exemple de réalisation, les moyens de visée sont constitués par paires de jumelles à télémétrie électronique. Chaque paire fournit à partir d'un compas numérique des valeurs de paramétrage géométrique (deux angles, -azimut et inclinaison-, ou un angle et la distance) de chaque mobile par rapport à l'espace limité dont le repérage est d'abord calibré. Ces données étant ensuite soit transmises à des processeurs, les processeurs étant alors connectés au concentrateur, soit transmises à un processeur centralisé connecté au concentrateur. Dans un autre exemple de réalisation, I'observation est effectuée à l'aide de caméras vidéo, dont les images sont fournies par couplage numérique à des processeurs de traitement d'image équipés de suiveurs. Dans l'un ou l'autre mode de réalisation, le suivi d'une cible se déplaçant généralement à plus grande vitesse que les mobiles et éventuellement dans les airs (ballon, balle, palet,...) peut être obtenu soit par asservissement d'une caméra, soit par triangulation radio à partir d'un microfilament fixé à l'objet mobile, soit par traitement numérique à partir des données indexées fournies par l'analyse du jeu (jeu de pied, de tête,...). Un positionnement de la cible par traitement statistique peut également être obtenu à partir de l'étude du déplacement de l'ensemble des joueurs et d'un traitement de convergence numérique adapté. Les données reçues par le serveur central sont avantageusement enregistrées parallèlement à leur transmission vers les lignes clients. Ces enregistrements sont alors mémorisés sur tout support informatique (CD ROM, disquette,...). Les lignes de transmission et les supports informatiques peuvent recevoir également des objets de configuration paramétrables intégrés aux données reçues par le serveur central, en fonction de dossiers d'abonnements préalables (par exemple, dans le cas d'une rencontre sportive entre équipes . dossiers T.V., dossiers parrainage, équipes, joueurs ou stades) et des signaux indexés aux séquences analysées, pour constituer des retransmissions ou des enregistrements personnalisés. Les paramètres de configuration négociés avec les clients sont téléchargés depuis le serveur. Un paramétrage local des parrainages de la chaîne de télévision peut ainsi être introduit. De plus, pour une retransmission en direct, une indexation des séquences successives permet une synchronisation avec des phases répétées retransmises par la chaîne de télévision. En outre, un téléchargement de l'enregistrement réalisé par le serveur central permet aux chaînes de réaliser des différés. Par ailleurs, les incrustations sur l'image sont réalisées classiquement en régie de télévision à partir des signaux fournis par le serveur et traités par un processeur. Ce processeur délivre des signaux de télévision séquentiels en fonction des paramètres d'incrustation et du standard TV utilisé pour la retransmission, ces signaux représentant les positions virtuelles des mobiles dans un espace limité virtuel préenregistré dans le serveur central et correspondant au terrain sur lequel les mobiles évoluent. Avantageusement, le serveur central dispose également de données tactiques et de moyens statistiques mémorisés de manière à superposer des schémas tactiques et des tableaux statistiques aux séquences retransmises ou enregistrées. Ainsi l'invention permet à la fois d'avoir une vision globale permanente de la position d'un ensemble de mobiles, de suivre leur déplacement par retransmission en direct, d'enrichir ces déplacements par une analyse tactique et statistique et d'élaborer des moyens pédagogiques pour un enseignement réaliste en mode enregistré. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent respectivement: - la figure 1, I'interaction entre un marqueur de position et une puce lecteurlémetteur d'un joueur selon une première forme de réalisation de l'invention appliquée au football; - la figure 2, un diagramme général des différentes étapes intervenant dans le procédé selon l'invention; - la figure 3, un exemple d'image virtuelle obtenue selon le procédé de l'invention avec intégration de schéma tactique; - la figure 4, le suivi télémétrique d'un joueur selon une deuxième forme de réalisation de l'invention appliquée aux rencontres de football. Dans l'exemple de mise en oeuvre d'une première forme de réalisation de l'invention illustrée sur la figue 1, un carottage est effectué sur le terrain de football 1 pour y enterrer des marqueurs électroniques de position 2, disposés selon un maillage M. Les marqueurs sont constitués principalement d'une bobine émettant, dans son environnement immédiat, un champ magnétique d'intensité différenciée servant de code de repérage. Dans cet exemple de réalisation, le maillage M est régulier et rectangulaire et les marqueurs 2 sont distants d'environ 50 cm les uns des autres et sont enterrés sous une profondeur moyenne de 10 à 20 cm pour offrir une précision suffisante en fonction des largeurs de champ des marqueurs. Les joueurs 3 sont équipés d'une puce 4 de lecture et d'émission, fixée au protège-tibia 5 par un ruban adhésif. La puce est équipée d'un fil antenne émetteur, la puce et son fil ne dépassant pas 30 g en poids. Ces puces sont intégrées dans des micro-boîtiers qui ne présentent aucune aspérité et ne peuvent en aucun cas blesser ou gêner les joueurs, les circuits électroniques étant par ailleurs protégés résistent à des chocs même violents. De telles puces contiennent un code d'identification mémorisé pouvant être émis lorsque la puce est activée. Ces puces sont connues de l'homme de l'art et sont développées par exemple par la société ORDICAM. En fonctionnement, la puce est activée par induction dès qu'elle entre dans le champ magnétique Cm de repérage de la bobine d'un marqueur. Elle émet alors un signal S caractéristique de son code d'identification et du code de repérage. Les signaux S sont émis en bande de radiofréquence (433 MHz) et sont ainsi transmis à un serveur central via un concentrateur. Le suivi du ballon est réalisé par reconstitution numérique de sa trajectoire, à partir du suivi des joueurs qui sont successivement en contact avec le ballon. Ce suivi est réalisé par un processeur piloté par des signaux indexés au jeu successif des joueurs (jeu de pied ou de tête). Un opérateur analyse la scène à l'aide de traitement numérique à partir de phases de jeu "techniques" prédéterminées (corner, coup franc, hors-jeu,...). Ces signaux codés sont déclenchés par des contacteurs intégrés aux jumelles et sont reçus par le processeur du serveur centralisé auquel sont connectés tous les moyens d'observation par liaison spécialisée de type réseau local (norme R 232). Le fonctionnement d'une telle paire de jumelles est détaillé plus loin. La figure 2 résume, sous forme de diagramme synoptique, les différentes étapes intervenant dans le procédé de représentation par imagerie virtuelle selon l'invention à partir d'une transmission telle que précédemment décrite. Les signaux de détection de position S et d'observations S' reçus par le concentrateur 10 sont transmis à un serveur central 11 qui dispose de cartes de traitement numérique programmables et adaptées pour une exploitation en direct etlou en différé des données de position et de séquences analysées fournies. De telles cartes sont de structure connue et ne font pas partie de l'invention en tant que telles. Le serveur central Il sert d'interface entre la source de données locales et des lignes de transmission 12 allouées aux chaînes de télévision clientes et connectées par liaisons spécialisées, pour une exploitation directe et différée par retransmission télévisée, un téléchargement de l'enregistrement réalisé par le serveur central permettant aux chaînes de réaliser des différés. Les données reçues par le serveur central 11 sont enregistrées parallèlement à leur transmission vers les lignes clients. Ces enregistrements 16 sont mémorisés sur tout support informatique (CD ROM, disquette,...). Les lignes de transmission 12 transmettent également des objets de configuration paramétrables 13 intégrés aux données reçues par le serveur central 11 à travers les cartes de traitement, en fonction des dossiers d'abonnement clients. Les incrustations sur l'image sont réalisées classiquement par un processeur de régie de télévision 14, à partir des signaux fournis par la ligne de transmission 12 et traités par le processeur 14. Le signal de retransmission télévisée est alors émis sur le réseau. Le serveur central 11 dispose de données tactiques et de moyens statistiques 15 mémorisés également dans une carte de traitement, de manière à superposer des schémas tactiques etlou des tableaux statistiques aux séquences retransmises ou enregistrées et intégrés en régie 14. La figure 3 illustre un exemple d'image virtuelle obtenue selon le procédé de l'invention avec intégration de schémas tactiques. Sur cette image, le traitement informatique réalisé par les cartes du serveur central permet d'obtenir une représentation différenciée, respectivement des gardiens de but 20, des joueurs de terrain 21 des deux équipes et du ballon 22, par des couleurs e/ou des formes différentes. Par ailleurs, un terrain de football virtuel 23, avec ses principales caractéristiques (buts, lignes,...) est également représenté à partir de données numériques préenregistrées par le processeur du serveur. Les signaux correspondants au terrain, aux acteurs (joueurs, ballon), et aux flèches 24 de suivi tactique, sont synchronisés dans le temps au niveau du serveur, à partir des signaux provenant du terrain et de mémoires, par l'utilisation des moyens électroniques et numériques connus de l'homme du métier (séquenceur, horloges, mémoires,...). Les données reçues par le serveur central sont enregistrées parallèlement à leur transmission vers les lignes clients. Ces enregistrements sont alors mémorisés sur tout support informatique (CD ROM, disquette,...). De plus, pour une retransmission en direct, une indexation des séquences successives permet une synchronisation avec des phases répétées retransmises par la chaîne de télévision. Selon un autre mode de réalisation, illustré sur l'exemple de mise en oeuvre de la figure 4, chaque acteur, ballon 21 ou joueur 22 est suivi par un observateur équipé d'une paire de jumelles à télémétrie électronique, dont un oculaire 30 est représenté, et qui fournit des données angulaires et/ou de distance de chaque joueur à un processeur 31 qui calcule alors sa position (X, Y) à l'aide de ces données fournies à un logiciel adapté, connu et adaptable par l'homme de l'art. Celui-ci calcule en temps réel la position du joueur sur le terrain virtuel correspondant à l'espace réel limité par le terrain grâce à un logiciel adapté connu de l'homme du métier. Plus précisément, chaque paire de jumelles fournit à partir d'un compas numérique des valeurs d'azimut et d'inclinaison de chaque joueur par rapport à l'espace limité dont le repérage est d'abord calibré, ces données étant ensuite transmises au processeur par câblage spécialisé (norme RS 232), les processeurs étant alors connectés à un processeur centralisé servant de concentrateur de données. De telles jumelles sont développées par exemple par la société LEICA. Selon un autre exemple de réalisation, les positions des joueurs sont calculés par les processeurs à partir de données d'images vidéo fournies par des caméras vidéo avantageusement dispersées pour couvrir tout l'espace. Les images sont analysées par repérage des joueurs par un suiveur piloté par la souris du processeur, couplé à un logiciel de calcul de position en temps réel en fonction du repérage effectué. Le logiciel est préalablement convenablement paramétré en fonction des angles de vue de la caméra associée, les caméras pouvant être fixes ou mobiles. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. II est par exemple possible, dans le deuxième mode de réalisation, de connecter directement les processeurs au concentrateur sans passer par un processeur centralisé. II est également possible de panacher les deux modes de réalisation, en utilisant un maillage et une observation électronique complémentaires ou superposés. Par ailleurs, le ballon peut être suivi par d'autres moyens, tels que par asservissement d'une caméra, par triangulation radio à partir d'un microfilament fixé à celui-ci, ou par positionnement par traitement statistique du déplacement de l'ensemble des joueurs et d'un traitement de convergence numérique adapté. En outre, les moyens d'observation par visée électronique peuvent être des caméras vidéo ou numériques, des théodolites, des lunettes ou des télescopes. De plus, I'invention s'applique à tout spectacle où des mobiles se déplacent dans un espace limité, dans le domaine sportif (ski, cyclisme, athlétisme, tout sport de ballon ou balle,...) ou autre (théâtre, tournage de films cinématographiques,...). REVENDICATIONS 1. Procédé de représentation de mobiles se déplaçant dans un espace limité par imagerie virtuelle, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer des positions de chacun des mobiles (3, 20 à 22) à partir d'une pluralité de moyens de réception et d'émission d'ondes électromagnétiques (2,4 30,31), ces moyens étant asservis au positionnement des mobiles par rapport à l'espace limité (23) et disposés à proximité dudit espace, à coupler ces moyens de repérage à un serveur numérique central (11) via un concentrateur (10) pour une exploitation directe ou différée des données de position ainsi fournies, et à connecter ce serveur (11) à des lignes de transmission (12) allouées à des exploitants clients pour une retransmission télévisée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à enregistrer (16) les données reçues par le serveur (11) parallèlement à leur transmission par les lignes clients (12) et à transmettre également des objets de configuration paramétrables (13) intégrés aux données reçues par le serveur central (11), en fonction de dossiers d'abonnement clients. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste également à analyser l'espace limité à l'aide d'une émission de signaux d'analyse indexés (S') correspondant à des séquences d'événement prédéterminées et à transmettre des données tactiques et statistiques (15) en fonction des séquences analysées. 4. Système de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il exploite les données de position (S), de séquences analysées (S'), de données tactiques et de moyens statistiques (15) ou d'objets de configuration (13) fournies au serveur central (11) sous forme de signaux par des cartes de traitement numérique programmables et adaptées pour fournir des signaux de représentation virtuelle, et en ce que le serveur (11) est connecté par des lignes de transmission (12) en liaison spécialisée au processeur de régie (14) des exploitants, pour incruster ces signaux dans l'image télévisée retransmise. 5. Système de mise en oeuvre selon la revendication 4, caractérisé en ce que les incrustations d'image sont réalisées en régie de télévision à partir des signaux fournis par la ligne de transmission (12) connectée au serveur (11) et traités par un processeur (14) qui délivre des signaux de télévision séquentiels en fonction des paramètres d'incrustation et du standard TV utilisé pour la retransmission, ces signaux représentant les positions virtuelles successives des mobiles dans un espace limité virtuel préenregistré dans le serveur central (11) et correspondant au terrain sur lequel les mobiles évoluent. 6. Système de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les signaux indexés d'analyse sont déclenchés par des contacteurs intégrés à des moyens d'observation (30) à télémétrie électronique connectés au serveur central (11), et sont reçus par le processeur du serveur central (11) auquel sont connectés les moyens d'observation par liaison de type réseau local. 7. Système de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un téléchargement de l'enregistrement est réalisé par le serveur (11) pour permettre aux exploitants de réaliser des différés. 8. Système de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il retransmet en direct des séquences successives indexées à l'aide du serveur (11) pour une synchronisation avec des phases répétées retransmises par l'exploitant. 9. Système de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les enregistrements (16) sont mémorisés sur tout support informatique. 10. Système de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le repérage de position est effectué par un maillage (M) du terrain au moyen de marqueurs électroniques de position (2), chaque marqueur de position excitant par induction, lorsque le mobile se trouve dans le champ d'excitation du marqueur, au moins une puce lecteur/émetteur d'identification (4) fixée sur chacun des mobiles, et en ce que la puce (4) équipée d'un fil antenne émet alors une onde codée d'identification du mobile et de sa position, les ondes émises étant transmises au serveur central (11) via un concentrateur (10). 11. Système selon la revendication 10 appliqué à un sport collectif tel que le football, caractérisé en ce qu'un carottage est effectué sur le terrain de football (1) pour y enterrer les marqueurs électroniques de position (2), disposés selon un maillage (M) régulier, en ce que les marqueurs, constitués principalement d'une bobine, émettent un champ magnétique d'intensité différenciée servant de code de repérage, et en ce que chaque joueur (3) est équipé d'au moins une puce (4) de lecture et d'émission. 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce le maillage (M) est rectangulaire et les marqueurs (2) sont distants d'environ 50 cm les uns des autres et sont enterrés sous une profondeur d'environ 10 à 20cm. 13. Système de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconques de revendications 4 à 9, caractérisé en ce que chaque mobile est suivi par des moyens de visée à distance (30), qui fournissent des données de position du mobile par connexion à un processeur (31) qui calcule en temps réel la position (X, Y) des mobiles sur l'espace virtuel correspondant à l'espace limité par le terrain (23). 14. Système selon la revendication 13 appliqué à un sport collectif tel que le football, caractérisé en ce que les moyens de visée à distance de chaque mobile (20, 21), sont constitués par des paires de jumelle à télémétrie électronique (30), en ce que chaque paire de jumelles fournit à partir d'un compas numérique des valeurs d'azimut et d'inclinaison de chaque mobile par rapport à l'espace limité dont le repérage est d'abord calibré, et en ce que ces données sont transmises à des processeurs (31) qui calculent en temps réel la position du mobile sur le terrain virtuel correspondant à l'espace réel limité par le terrain (23) et sont connectés en réseau au concentrateur de données. 15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que les jumelles sont toutes connectées à un processeur centralisé qui sert de concentrateur de données. 16. Système selon la revendication 13 appliqué à un sport collectif tel que le football, caractérisé en ce que les moyens de visée à distance de chaque mobile (20, 21), sont constitués par une ou des caméras vidéo dispersées pour couvrir tout l'espace, les images vidéo obtenues sont analysées par repérage des joueurs par un suiveur piloté par la souris du processeur couplé à un logiciel de calcul de position en temps réel en fonction du repérage effectué. 17. Système de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 16 appliqué à un sport de jeu collectif utilisant une cible se déplaçant généralement à plus grande vitesse que les mobiles, caractérisé en ce que le suivi de cette cible est obtenu à l'aide des moyens de traitement numérique par reconstitution de trajectoire à partir de données de jeu indexées. 18. Système selon le préambule de la revendication 13 caractérisé en ce que le suivi de cette cible est obtenu par asservissement d'une caméra. 19. Système selon le préambule de la revendication 13 caractérisé en ce que le suivi de cette cible est obtenu par triangulation radio à partir d'un microfilament fixé à l'objet mobile. 20. Système selon le préambule de la revendication 13, caractérisé en ce que le suivi de cette cible est obtenu par traitement statistique à partir de l'étude du déplacement de l'ensemble des joueurs et d'un traitement de convergence numérique adapté.