Brevet FR2794354A1 — publié le 20001208

Procédé et dispositif de contrôle de vigilance L'invention concerne tous les domaines de la sécurité où l'endormissement est une cause potentielle d'occident. Elle s'applique en particulier mais non exclusivement à la conduite de véhicules, où des statistiques montrent que 30% des accidents ont pour origine une baisse de vigilance. Cette baisse de vigilance, quand elle passe au-dessous d'un seuil critique, amène la personne dans un état qui sera appelé hypo-vigilance dans ce qui suit, Depuis plusieurs années, des programmes importants traitent de l'hypovigilance du conducteur. Les moyens d'identifier des signes précurseurs de la perte de vigilance y sont étudiés. Ces signes sont difficiles à identifier, ils résultent d'un état transitoire entre l'état de veille et l'état de sommeil lent dont l'endormissement est le premier stade, Les nombreux travaux réalisés dans le domaine ont porté, en particulier sur : - la détection du mouvement des paupières; pour cela une caméra de télévision observe des éléments du visage éclairés en infrarouge. - la détection des mouvements de V#il : direction du regard mesurée par réflexion d'un rayon infrarouge sur la rétine. - l'emploi d'un capteur placé sur le volant pour détecter les mouvements de correction de trajectoire. - l'association de trois mesures: mouvement du volant, mouvement sur l'accélérateur, vitesse du véhicule, A l'heure actuelle aucun système n'est réellement opérationnel, et de nombreux travaux d'étude sont encore en cours dans divers pays. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de contrôle de vigilance d'une personne, qui soit réalisable avec des composants du commerce et d'un faible coût. Ceci est obtenu par une surveillance des mouvements de la tête de la personne et par une détermination, parmi ces mouvements, de ceux qui trahissent un début d'endormissement, Selon l'invention il est proposé un procédé de contrôle de la vigilance d'une personne, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer des trajectoires de tête révélatrices d'un état d'hypo-vigi lance, les trajectoires étant des suites d'échantillons d'inclinaison de la tête dans le temps, et à les mettre en mémoire, puis à mesurer l'inclinaison de Io tête d'une personne afin d'en déterminer les trajectoires parcourues lors des mouvements de la tête, à comparer cycliquement la trajectoire parcourue pendant un temps prédéterminé précédant l'instant de comparaison avec les trajectoires en mémoire et à déclencher une alerte lorsque la comparaison montre que la trajectoire parcourue correspond à une trajectoire en mémoire. Selon l'invention il est également proposé un dispositif de contrôle de la vigilance d'une personne, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure pour mesurer l'inclinaison de la tête d'une personne, des moyens de fixation pour permettre de rendre le dispositif de mesure solidaire de la tête de la personne et des moyens de traitement couplés au dispositif de mesure et qui comportent : des moyens pour garder en mémoire des trajectoires de tête révélatrices d'un état d'hypo-vi gi lance, des moyens pour calculer et enregistrer les trajectoires parcourues lors des mouvements de la tête de la personne, des moyens pour comparer cycliquement la trajectoire parcourue pendant un temps prédéterminé précédant la comparaison avec les trajectoires en mémoire et des moyens pour fournir un signal d'alerte lorsque la comparaison montre que la trajectoire parcourue correspond à une trajectoire en mémoire. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - la figure 1, un schéma d'ensemble d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2, un exemple de réalisation d'une partie du dispositif selon la figure 1, - la figure 3, un algorithme relatif au dispositif selon la figure 1. La figure 1 est un schéma électronique d'un dispositif de contrôle de la vigilance; ce dispositif comporte un accéléromètre, A, un microprocesseur, C, pour analyser les signaux délivrés par l'accéléromètre et un avertisseur, D, commandé par le microprocesseur; l'avertisseur comporte un vibreur audible commandé par le signal de sortie du microprocesseur, Le rôle du dispositif selon la figure 1 est de rechercher la baisse de vigilance chez une personne en déterminant les mouvements de la tête caractéristiques de l'endormissement. Dans l'exemple de réalisation qui est décrit ci-après l'accéléromètre employé est vendu par la société ANALOG DEVICES sous la référence ADXL 2002. Cet accéléromètre est issu des dernières technologies utilisées pour les coussins d'air gonflables, les suspensions actives, le freinage d'urgence-, mises au point dans l'industrie automobile; il comporte deux capteurs et un circuit de traitement pour traiter les signaux fournis par les capteurs. Il a une sensibilité de mesure de + 2g, ou g est l'accélération de la pesanteur, et peut mesurer aussi bien des accélérations dynamiques, comme celles dues à des vibrations, que des accélérations statiques telles que la pesanteur. Les deux capteurs de l'accéléromètre sont montés orthogonalement l'un par rapport à l'autre et définissent ainsi deux axes de mesure; ils fournissent des signaux sous forme analogique, Le circuit de traitement de l'accéléromètre effectue, sur les signaux de chacun des deux capteurs, un filtrage suivi d'une conversion des signaux de données analogiques en signaux de données faits d'impulsions modulées en largeur, dits signaux PWM d'après le sigle des mots anglais pulse wide modulation , qui signifient modulation de largeur d'impulsion. Le filtrage est un filtrage passe-bas dont la valeur est ajustable par branchement de deux condensateurs de voleur adéquate sur le circuit imprimé que comporte l'accéléromètre, La conversion en signaux PWM s'effectue par cycles et la fréquence de ces cycles est ajustable de 0, 5 à 10 ms par simple connexion, sur le circuit imprimé de l'accéléromètre, d'une résistance de valeur convenablement choisie; les deux signaux PWM délivrés présentent un rapport durée d'impulsion/durée de cycle proportionnel à l'accélération selon, respectivement, les deux axes. Il est à noter que les accéléromètres, en fonctionnement statique, fournissent une tension proportionnelle à leur position par rapport à leur axe de mesure. L'accéléromètre est utilisé ici pour déterminer l'inclinaison de son axe et, pour conserver une bonne précision, il est nécessaire de limiter, par le filtrage passe-bas mentionné plus avant, sa bande de fréquences au domaine d'utilisation, soit de 0 à 5 Hz. L'accéléromètre est disposé dans un boîÎtier dont le volume est de l'ordre du centimètre cube, Cet accéléromètre ADXL 2002 doit être placé avec ses axes de mesures horizontaux, c'est-à-dire perpendiculaires à l'axe de la gravité, pour utiliser sa plage de sensibilité maximum relativement à la mesure d'inclinaison, Etant donné le faible volume et le faible poids de l'accéléromètre, il est possible, comme dans la réalisation selon la figure 2, de le suspendre à l'une des oreilles de la personne dont la vigilance doit être surveillée, Dans cette réalisation l'accéléromètre, A, est solidaire de l'extrémité inférieure d'un crochet en plastique, B; deux axes orthogonaux Ox, Oy indiquent, sur Ici figure 2, la direction des axes de mesure des deux capteurs de l'accéléromètre. Un conducteur multifilaire, K, relie l'accéléromètre à une fiche de raccordement, L. Le crochet est destiné à être placé à cheval sur l'oreille, dans l'espace entre l'oreille externe et le crane, Le conducteur multifilaire K amène les tensions de polarisation à l'accéléromètre et transmet les deux signaux élaborés par l'accéléromètre. La fiche de raccordement L permet le raccordement de l'accéléromètre à un ensemble électronique conçu pour être monté sur le tableau de bord d'un véhicule; cet ensemble électronique, non représenté sur la figure 2, comporte en série une prise fixe, le microprocesseur C et l'avertisseur D avec son circuit d'amplification d'entrée, La prise fixe est destinée à recevoir la fiche L lors du raccordement accéléromètre-ensemble électronique, Il est à noter que l'ensemble électronique est alimenté à partir de la source d'énergie de bord. En variante à la liaison par conducteur multifilaire K telle que représentée sur la figure 2, il est possible de réaliser une transmission sans fil, de type infrarouge ou haute fréquence, entre l'accéléromètre et l'ensemble électronique, Par rapport à la réalisation selon la figure 2 cette variante nécessite des moyens supplémentaires : un émetteur et une source d'énergie au niveau de l'accéléromètre, un récepteur au niveau de l'ensemble électronique; cette variante est donc plus coûteuse, mais plus confortable d'emploi, La figure 3 est un exemple d'un algorithme de calculs à effectuer par le microprocesseur C de la figure 1. Pour réaliser cette fonction le choix s'est porté sur un microprocesseur de type 16/32 bits, tout à fait classique, utilisé dans le domaine du contrôle-commande et possédant deux entrées d'impulsions modulées en largeur, dites entrées PWIVI; les deux entrées PWM sont destinées à recevoir les deux signaux de sortie de l'accéléromètre, Dans le cas d'un montage en série sur des véhicules équipés d'un ordinateur de bord, l'algorithme peut être exécuté par cet ordinateur, ce qui apporte une réduction de matériel et donc une économie, Les opérations mathématiques à effectuer consistent, tout d'abord, à partir des données PWM, X et Y, fournies par l'accéléromètre, à calculer l'inclinaison de la tête; l'accumulation des voleurs d'inclinaisons dans le temps permet de calculer des trajectoires, c'est-à-dire des suites d'échantillons d'inclinaison dans le temps; une recherche par comparaison des trajectoires de référence, dites attitudes, conservées en mémoire, permet de distinguer entre, d'une part, les trajectoires correspondant à des attitudes en mémoire et qui seront considérées comme des trajectoires anormales, caractéristiques de l'état d'hypo-vigilance et, d'autre part, toutes les autres trajectoires qui ne correspondent à aucune attitude en mémoire et pour lesquelles il pourra être de facto subodoré quelles sont des trajectoires caractéristiques d'un état d'éveil, Dans le cas où la recherche aboutit, c'est-à-dire dans le cas ou une trajectoire anormale est trouvée, une alerte est déclenchée grâce à l'avertisseur D. L'algorithme de la figure 3 comporte neuf blocs référencés de 1 à 9. Selon le bloc 1, les données PWM, X et Y, après acquisition, sont échantillonnées pour être converties en voleurs d'accélération AXn, AYn où AXn, AYn signifient voleur de l'échantillon des axes Ox et Oy du cycle d'échantillonnage n; les cycles d'échantillonnage sont déclenchés de façon périodique, avec une période réglable de 0,5 à 1seconde. Selon le bloc 2, les échantillons du bloc 1 sont normalisés par une fonction arc sinus à l'instant n par rapport à la position Og où g est la gravité; le calcul donne l'inclinaison IXn, lYn pour le cycle n. Selon le bloc 3, un vecteur d'inclinaison pour le cycle n est calculé par la formule : Vin (IXn-1 - lXn) + (IYn-1 - lYn) Les vecteurs inclinaison sont chargés, selon le bloc 4, dans une mémoire selon le bloc 5. La mémoire 5 est une mémoire série-parallèle de type premier entré-premier sorti, connue sous le nom de mémoire FIFO, où FIFO est le sigle correspondant aux mots anglo-saxons first in first out qui signifient premier entré-premier sorti, Quand le vecteur Vin est chargé dans la mémoire cette dernière comporte également les m-1 précédents vecteurs Vln-1,.... Vln-m+l , dans le cas de l'exemple décrit m Selon le bloc 6 le microprocesseur comporte une mémoire avec, dans cette mémoire, une table d'attitudes dans laquelle sont stockés des points de courbes de référence AT], AT2 ... ATp, dites attitudes, dont il a été question plus avant; le nombre de points par courbe est égal au nombre m de vecteurs dans la mémoire selon le bloc 5 et, dans l'exemple décrit, le nombre p de ces courbes est égal à dix, Pour remplir la table d'attitudes une phase d'expérimentation est nécessaire qui, dans l'exemple décrit, a consisté, avec des sujets mis en état d'hypo-vigilance, à relever des trajectoires et à sélectionner les plus fréquentes et donc les plus représentatives. Selon le bloc 7, composé d'un sélecteur d'attitude 70 et d'un bloc proprement dit, 71, il est effectué une comparaison systématique entre le contenu de la mémoire selon le bloc 5 et successivement chacune des attitudes contenues dans le bloc 6. Cette comparaison est effectuée pour chaque cycle d'échantillonnage, Quand la comparaison indique une égalité entre le contenu de la mémoire 5 et l'une des attitudes de la mémoire 6 une alerte est provoquée par le bloc 8. Deux alertes successives dans un laps de temps prédéterminé, qui dans l'exemple décrit est de 5 secondes, déclenchent l'avertisseur D grâce au bloc 9; ainsi la succession des blocs 8 et 9 réalise un filtrage des fausses alertes : une alerte n'est prise en compte pour déclencher l'avertisseur que si elle est suivie d'une autre alerte dans le laps de temps indiqué ci-avant. Il est à noter que, dans d'autres réalisations, le nombre de signaux d'alertes pour déclencher l'avertisseur peut être supérieur à 2, voire être égal à 1, auquel cas le bloc 9 n'a plus de raison d'être, Le signal de sortie du bloc 8 peut, en plus de son utilisation dans le bloc 9, être enregistré, par exemple dans une "boïite noire", pour constituer un historique des alertes, La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, L'accéléromètre utilisé peut être un accéléromètre à trois axes orthogonaux au lieu de deux dans l'exemple décrit; dans le cas de trois capteurs il n'est plus nécessaire que deux d'entre eux soient dans un même plan horizontal. Plus généralement l'accéléromètre peut être remplacé par tout dispositif de mesure capable de contrôler les mouvements de la tête d'une personne afin d'en déterminer les trajectoires parcourues soit par la variation de l'inclinaison de la tête en fonction du temps soit directement en repérant à chaque instant la position exacte de la tête; à titre d'exemple le dispositif de mesure peut être du genre des dispositifs qui permettent de situer la position de la tête d'un pilote d'avion d'arme à l'aide d'une part de trois émetteurs solidaires du casque du pilote et qui émettent respectivement selon trois directions orthogonales et d'autre part de trois récepteurs solidaires du cockpit et qui reçoivent respectivement avec trois antennes directrices montées orthogonalement. Les signes d'hypo-vigilance à mettre en mémoire dans la table d'attitudes peuvent également être déterminés à l'intérieur d'études telles que les développent actuellement des grands organismes scientifiques et des constructeurs automobiles et qui portent, entre autres, sur les transports intelligents et l'analyse de la vigilance en conduite automobile simulée. De même une phase d'apprentissage peut être prévue, en fonction du conducteur, pour déterminer les données personnelles d'attitude de tête dans les premières minutes de conduite et, en fonction de ces données, apporter un correctif de décalage dans le calcul de l'inclinaison. L'algorithme décrit peut être traité de manière performante en utilisant une programmation à base de réseaux de neurones, Quant à l'avertisseur D il peut être réalisé de différentes façons. Dans l'exemple décrit c'est une source sonore qui monte progressivement en puissance pour éviter de faire sursauter le conducteur. L'avertisseur peut comporter un émetteur de signaux vocaux pré-enregistrés qui sont émis de manière plus rapprochée et à un niveau sonore plus élevé à mesure que les alertes sont plus rapprochées, REVENDICATIONS 1, Procédé de contrôle de la vigilance d'une personne, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer des trajectoires de tête révélatrices d'un état d'hypo-vig !lance, les trajectoires étant des suites d'échantillons d'inclinaison de la tête dans le temps, et à les mettre en mémoire, puis à mesurer l'inclinaison de la tête d'une personne afin d'en déterminer les trajectoires parcourues lors des mouvements de la tête, à comparer cycliquement la trajectoire parcourue pendant un temps prédéterminé précédant l'instant de comparaison avec les trajectoires en mémoire et à déclencher une alerte lorsque la comparaison montre que la trajectoire parcourue correspond à une trajectoire en mémoire. 2, Dispositif de contrôle de la vigilance d'une personne, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure (A) pour mesurer l'inclinaison de la tête d'une personne, des moyens de fixation (B) pour permettre de rendre le dispositif de mesure solidaire de la tête de la personne et des moyens de traitement (C) couplés au dispositif de mesure et qui comportent : des moyens pour garder en mémoire (6) des trajectoires de tête révélatrices d'un état d'hypo-vigilonce, des moyens pour calculer et enregistrer (1 -5) les trajectoires parcourues lors des mouvements de la tête de la personne, des moyens pour comparer (7) cycliquement la trajectoire parcourue pendant un temps prédéterminé précédant la comparaison avec les trajectoires en mémoire et des moyens pour fournir un signal d'alerte (8) lorsque la comparaison montre que la trajectoire parcourue correspond à une trajectoire en mémoire. 3, Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comporte un accéléromètre avec n, où n est un entier supérieur à 1 et inférieur à 4, capteurs montés orthogonclement, pour fournir des signaux d'accélération (X, Y), en ce que les moyens de traitement sont connectés à l'accéléromètre pour recevoir les signaux d'accélération, et en ce que les moyens pour calculer et enregistrer transforment les signaux d'accélération en des voleurs d'inclinaison en fonction du temps et stockent ces voleurs dans une mémoire de type premier entré-premier sorti (5). 4, Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que n est égal à deux et en ce que les deux capteurs sont disposés pour être dans un plan sensiblement horizontal lorsque la tête de la personne est droite. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent des moyens pour déclencher une alarme (9) lorsque les moyens pour fournir un signal d 'alerte (8) ont au moins fourni un nombre donné de signaux d'alerte pendant un laps de temps prédéterminé.