Brevet FR2785074A1 — publié le 20000428

i EQUIPEMENT DE VISUALISATION ET/OU D'ENREGISTREMENT D'UNE SCENE A DES FINS PEDAGOGIQUES, DANS LE CADRE DE LA PRATIQUE D'UNE ACTIVITE SPORTIVE La présente invention se rapporte à un équipement de visualisation et/ou d'enregistrement d'une scène à des fins pédagogiques, dans le cadre de la pratique d'une activité sportive. Plus précisément, l'invention s'applique dans le cadre de la pratique de tout sport ou discipline dont les gestes et mouvements sont techniques et d'une grande précision, nécessitant pour l'amélioration des performances une analyse précise de ces gestes et mouvements. Ces activités sportives sont notamment, entre autres, le golf, le tennis, l'escrime, l'équitation (dressage et obstacles), les arts martiaux, la boxe, les luttes défensives et de combat, la natation, la danse, etc. L'invention sera décrite ici plus particulièrement dans son application à la pratique du golf, à titre d'exemple non limitatif. Dans le cadre de la pratique d'un des sports précités, on cherche à améliorer l'assistance à l'apprentissage ou au perfectionnement, à quelque niveau que ce soit. Pour cela, un sportif analyse généralement ses propres gestes, tout en s'inspirant des gestes d'un professeur. On connaît depuis plusieurs années des appareils destinés au grand public permettant de capter et/ou enregistrer une scène imagée et/ou sonore. Il s'agit par exemple des caméras, des magnétoscopes ou encore des caméscopes. Cependant, ces appareils ne permettent généralement pas de visionner aisément les images captées et présentent un degré d'interactivité très réduit au plan du dialogue entre le sportif utilisateur et l'appareil. Cela limite considérablement la possibilité d'analyse des gestes en vue de progresser. On connaît par ailleurs des ordinateurs de type personnel permettant de restituer l'image et/ou le son d'une telle scène et de manipuler l'image par l'intermédiaire de certains traitements, notamment en vue d'analyser le contenu de l'image. Toutefois, de tels ordinateurs sont d'une utilisation complexe, non accessible à tous, et sont rarement disponibles sur le lieu de la pratique des sports considérés. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités de l'art antérieur, en proposant un appareil d'assistance à l'apprentissage qui soit destiné au grand public et qui intègre tout à la fois des fonctions de saisie, de mémorisation, d'enregistrement et restitution d'images et de sons, d'analyse des mouvements, et d'interactivité entre le sportif utilisateur et le dispositif, tout en étant robuste, résistant aux conditions climatiques, fiable et facile à utiliser. Dans ce but, la présente invention propose un équipement de visualisation et/ou d'enregistrement d'une scène à des fins pédagogiques, dans le cadre de la pratique d'une activité sportive, cet équipement comprenant: - un ordinateur de type personnel, au moins muni d'une unité centrale de traitement et d'une mémoire de masse; - un module pour capter des images de cette scène; - un module pour mémoriser les images captées dans la mémoire de masse; - un module d'enregistrement des images captées sur un support et de lecture de ce support; - un module de visualisation d'images; - un module d'interface homme/machine permettant un dialogue interactif entre un sportif utilisateur de l'équipement et l'équipement; un module de séquencement d'images, fournissant une succession temporelle d'images fixes, à partir des images captées, permettant de décomposer des mouvements du sportif utilisateur; et - un module de visualisation simultanée de toutes les images de cette succession temporelle d'images fixes. D'autre part, actuellement, le grand public n'a généralement accès à la pratique des activités sportives précitées que moyennant paiement. Cependant, il n'existe généralement pas de dispositif de prépaiement fonctionnant sur le lieu de la pratique de ces sports, en liaison avec l'une ou l'autre des machines classiques précitées, pour les commander en vue d'autoriser leur utilisation pendant une durée limitée, correspondant au paiement effectué, et en vue de progresser dans la pratique de ces sports. Pour résoudre ce problème, la présente invention propose un équipement du type ci-dessus et qui comprend en outre un module de réception de prépaiement, qui reçoit une valeur de prépaiement et permet l'utilisation de l'équipement pendant une durée déterminée, cette durée étant fonction de la valeur de prépaiement reçue. D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est un synoptique de l'équipement selon l'invention, dans un mode particulier de réalisation; - la figure 2 est une représentation schématique du module de visualisation d'images et de certains éléments du module d'interface homme/machine, visualisés par le module de visualisation d'images; - les figures 3a et 3b illustrent la structure et le fonctionnement d'un module optique de positionnement du sportif utilisateur par rapport au module pour capter des images; - la figure 4 est une représentation schématique d'un ensemble d'unités périphériques compris dans l'équipement selon l'invention, dans un mode particulier de réalisation; et - la figure 5 est une reproduction d'un écran compris dans le module de visualisation d'images, dans un mode particulier de réalisation, illustrant une succession temporelle de neuf images fixes, fournies par le module de séquencement d'images à partir des images captées, et permettant de décomposer un mouvement de "swing" d'un sportif utilisateur golfeur. La figure 1 montre que l'équipement conforme à la présente invention s'articule autour d'une base micro- informatique telle qu'un ordinateur de type personnel 10 ou "PC" (en anglais "Personal Computer"). L'ordinateur 10 est au moins muni d'une unité centrale de traitement 102 et d'une mémoire de masse 104. Il interconnecte et gère l'ensemble des modules décrits ci- après. Pour cela, il peut par exemple comporter entre autres une mémoire RAM d'une capacité de l'ordre de 8 Mo, un disque dur d'une capacité de l'ordre de 2,1 Go et un processeur de type "Pentium" (marque déposée). Comme représenté sur la figure 1, l'équipement comprend un module 12 pour capter des images d'une scène sportive, en l'occurrence les gestes d'un sportif utilisateur (désigné par le signe de référence SU sur la figure 1) golfeur, à titre d'exemple nullement limitatif. Le module 12 peut par exemple être une caméra couleur à focale fixe de type dit multimédia, qu'on peut fixer sur une potence à hauteur fixe. Dans le cadre de l'application au golf, on choisit avantageusement une caméra permettant de visualiser un champ de 3 mètres selon la verticale et 4 mètres selon l'horizontale, et on place cette caméra à une distance comprise entre 3 mètres et 3,50 mètres. Le champ ainsi obtenu permet de filmer un golfeur d'une taille de 2 mètres muni de son club. La sortie vidéo de la caméra 12 s'accompagne d'une sortie audio 15, à laquelle peut être relié un microphone à électret, intégré dans la caméra 12, ce qui permet une prise de son simultanée à la prise d'image. Une prise à connecteur de type "jack" (non représentée) peut également être prévue, pour permettre la connexion éventuelle d'un microphone externe 52 (représenté sur la figure 4). La caméra 12 est reliée, par l'intermédiaire de sa sortie vidéo 13, à un module 14 de mémorisation des images captées dans la mémoire de masse 104. A titre d'exemple non limitatif, le module 14 peut être réalisé sous la forme d'une carte de numérisation d'image couleur temps réel, qui effectue une acquisition vidéo en temps réel, ainsi que la compression/décompression (par exemple par fonctions câblées) conformément à la norme JPEG, et la restitution à un bus 17 du type PC ISA. Une telle carte est avantageusement munie de plusieurs entrées vidéo, par exemple du type composite PAL, ce qui permet la connexion éventuelle de plusieurs caméras externes 50 (représentées schématiquement sur la figure 4). Dans ce cas, un module 18 de visualisation d'images, décrit plus loin en détail, permet un affichage d'une mosaïque constituée d'autant d'images qu'il y a de caméras. On peut ainsi visualiser simultanément, à partir de différents points de l'espace, une ou plusieurs images successives, fixes ou animées. La carte de numérisation d'images formant le module 14 peut en outre être conçue pour permettre une fonction d'incrustation (non représentée), éventuellement paramétrable, par exemple par des agents de maintenance du golf dans l'exemple de sport considéré ici. Cette fonction d'incrustation permet par exemple de visualiser, à l'aide du module 18 de visualisation d'images décrit ci-dessous, dans une région déterminée de ce module 18 (désignée par la référence 58 sur la figure 2), diverses informations de type alphanumérique, liées ou non à la spécificité du sport considéré, en plus des images captées, comme par exemple la date et l'heure, le nom du site o l'activité sportive concernée est pratiquée, ou encore le crédit horaire restant à l'utilisateur en fonction du prépaiement effectué, ainsi que décrit plus en détail ci-après. L'équipement conforme à l'invention, dans le mode particulier de réalisation de la figure 1, comprend également un module 16 pour enregistrer les images captées sur un support et pour lire ce support. Le module 16 peut être un magnétoscope de type VHS-PAL. Les fonctions pilotées de ce magnétoscope sont réduites au déclenchement et à l'arrêt de l'enregistrement, et à l'éjection d'une cassette vidéo, laquelle constitue le support précité. Le module 16 d'enregistrement et de lecture permet ainsi le pilotage du défilement des images, l'arrêt sur image, la visualisation au ralenti ou en marche arrière. Le module 18 de visualisation d'images peut être réalisé, soit sous la forme d'un écran, soit sous la forme de lunettes de visualisation du type à deux écrans à cristaux liquides, portées par le sportif utilisateur SU, soit encore sous la forme d'un vidéoprojecteur, voire d'un écran géant. Un tel écran peut par ailleurs être relié au réseau Internet via un modem 54 (figure 4), compris dans les unités périphériques 46 susceptibles d'être reliées à l'équipement objet de la présente invention. Le modem 54 peut par exemple permettre une télé-formation des sportifs. Dans le cas o le module 18 de visualisation est un écran intégré dans un moniteur, on peut choisir de le réaliser sous la forme d'un écran S- VGA couleur de dimension 14 pouces, à 1024 x 768 pixels, et de le protéger par un plastron ou plaque 19 (figure 2) en matériau composite résistant. Comme le montre la figure 2, des éléments 30, 31, 32 d'un module 20 d'interface homme/machine (figure 1) sont prévus et intégrés dans l'écran 18. Les éléments 30, 31, 32 sont avantageusement des touches graphiques, visualisées par l'écran 18. Ces touches sont donc "virtuelles", tactiles et configurables à volonté. Dans le mode particulier de réalisation de la figure 2, deux ensembles symétriques, de six demi-touches 30 chacun, sont disposés à gauche et à droite de l'écran. Ces touches 30 peuvent être complétées par une ou plusieurs touches additionnelles 31, 32. Les touches 30 illustrées à titre d'exemple nullement limitatif sur la figure 2 permettent d'accéder aux fonctions suivantes, symbolisées par des icônes sur la figure 2: affichage en mode mosaïque, affichage plein écran, reproduction sur disquette d'une image fixe captée (dans ce cas, les unités périphériques 46 comprennent un ou plusieurs lecteurs de disquettes 48, voir figure 4), avance image par image, retour arrière image par image, retour à un mode de lecture/enregistrement. Les touches additionnelles 31, 32 permettent respectivement d'accéder à une aide contextuelle, et à revenir en arrière dans les commandes saisies à l'écran. La liste des touches qui vient d'être décrite n'est pas exhaustive et de nombreuses autres fonctions, du type lecture au ralenti ou entrée de paramètres relatifs à la morphologie du sportif utilisateur (comme décrit plus loin), peuvent être envisagées grâce au caractère reconfigurable desdites touches. Ces touches peuvent également être reconfigurées selon la langue utilisée et/ou d'éventuels menus déroulants. Toutes ces touches tactiles sont avantageusement du type à contact résistif sous membrane polyester trichrome, pour résister durablement à des conditions généralement difficiles, étant donné l'utilisation grand public. Comme le montre la figure 2, indépendamment des touches tactiles 30, 31, 32, une région supplémentaire 60 laissant voir l'écran peut être aménagée dans le plastron monobloc qui protège le module 18 de visualisation d'images. Une telle région 60 peut par exemple comporter le logo de l'entreprise qui fabrique l'équipement. Comme illustré sur la figure 1, l'équipement selon l'invention comporte en outre un module 22 de séquencement d'images. D'une part, le module 22 fournit des successions temporelles d'images fixes G, à partir des images captées, ce qui permet de décomposer des mouvements du sportif utilisateur SU. Pour cela, le module 14 de mémorisation des images captées procède à l'acquisition numérique d'une image toutes les N images, N étant un nombre entier au moins égal à 2. Les images acquises sont ainsi espacées d'un intervalle de temps donné, typiquement de l'ordre de la centaine de millisecondes. Lors de la mémorisation des images, leur taille est réduite par remplissage de la mémoire du module 14 avec un facteur 1/N2, c'est-à-dire par mémorisation d'un pixel sur N2. On peut ainsi aboutir, de façon classique, à une visualisation en mode dit mosaïque, telle que celle de la figure 5 (N = 3) avec N2 images fixes. Ce mode de visualisation est schématisé sur la figure 1 par un module 24 de visualisation simultanée de toutes les images de la succession temporelle d'images fixes mémorisées. D'autre part, le module 22 de séquencement d'images fournit des successions temporelles d'images fixes de référence Gref, à partir d'une silhouette du sportif utilisateur SU. Cette silhouette est définie à partir d'un ou plusieurs paramètres 34 (figure 1) préalablement saisis par le sportif utilisateur SU à l'aide du module 20 d'interface homme/machine. Les paramètres 34 sont relatifs à la morphologie du sportif SU et comprennent par exemple sa taille, son poids, ou encore le fait qu'il soit gaucher ou droitier. Le module 22 de séquencement d'images fournit ainsi à un module 36 de comparaison une succession temporelle d'images fixes G, obtenue à partir des images captées, et une succession temporelle d'images fixes de référence Gref, obtenue à partir d'un gabarit de référence représentant les gestes d'un sportif "professeur" ou "académique" ou même "champion", tout en prenant en compte les mêmes paramètres de morphologie que ceux du sportif "élève". Le module 36 superpose la succession temporelle d'images fixes G et la succession temporelle d'images fixes de référence Gref et transmet l'image de la superposition au module 18 de visualisation d'images. Le sportif utilisateur "élève" SU peut ainsi analyser ses propres gestes et les comparer à des gestes idéaux. Comme indiqué plus haut, dans un mode particulier de réalisation, l'équipement de la présente invention intègre en outre un module 26 de réception de prépaiement (figure 1). Le module 26 est prévu pour recevoir une carte 28 de type magnétique et/ou à circuit intégré, dans laquelle une valeur de prépaiement VP a été préalablement programmée. Lors de l'introduction de la carte 28 dans le module 26 de réception de prépaiement, la valeur de prépaiement VP est transmise de la carte 28 au module 26, ce qui déclenche le fonctionnement de l'équipement pour une durée D qui dépend de la valeur de prépaiement VP, soit D = f(VP). Des cartes 28 magnétiques et/ou à circuit intégré spécifiquement destinées à une utilisation pour des séances de formation peuvent être conçues de façon à activer des fonctions supplémentaires de l'équipement, telles que l'utilisation de plusieurs caméras externes 50 en plus du l1 module 12 pour capter des images, de telles fonctions supplémentaires étant inhibées en cas de présentation au module 26 d'une carte appartenant à une personne non inscrite à ces séances, par exemple. Le module 26 de réception de prépaiement peut être relié à l'ordinateur 10 par une liaison de type série classique. Afin de conférer à l'équipement une autonomie d'énergie satisfaisante, on peut par exemple prévoir un chargeur de batterie 24 volts / 5 ampères, permettant une recharge complète en une durée de l'ordre de 12 heures, à partir du réseau 230 volts / 50 Hertz. On peut également prévoir deux batteries au plomb de 12 volts / 50 ampères, ce qui permet un cyclage quotidien pour une utilisation nominale d'une durée minimale de l'ordre de 6 heures en continu. Enfin, le choix d'un convertisseur de tension 24 volts / 230 volts en courant alternatif permet d'utiliser des sous-ensembles à tension d'alimentation standard du réseau 230 volts / 50 hertz. On décrit ci-après à l'aide des figures 3a et 3b un module 38 de positionnement du sportif utilisateur SU par rapport au module 12 pour capter des images. Le module 38 de positionnement, représenté dans un mode particulier de réalisation sur la figure 3a, comprend une mire de cadrage 40, superposée à l'image de l'environnement 41 du sportif et visualisée à l'aide du module 18 de visualisation d'images. Comme l'indique la figure 3b, supposons que le module 12 pour capter des images soit placé dans l'équipement à une hauteur H du sol. On note a l'angle entre l'horizontale et l'axe de visée de la caméra, v le demi- angle optique vertical de la caméra et D la distance de positionnement du sportif utilisateur SU par rapport à l'équipement. Le sportif SU vient placer un objet, par exemple une balle de golf 43, de façon qu'elle soit au centre de la mire de cadrage 40. Il vient: H - = tan(c + v) D d'o D H tan( + v) En plaçant la mire de cadrage 40 sur l'écran du module 18 de visualisation, on en déduit la distance D adéquate pour que la caméra du module 12 puisse filmer le sportif SU en entier. Dans un mode particulier de réalisation, l'équipement de l'invention comprend en outre un module 42 de prise de son, tel qu'un ou plusieurs microphones, et un module 44 de restitution de son, tel qu'un ou plusieurs haut-parleurs. L'ordinateur 10 peut être relié en outre à un module d'impression 56 (figure 4), tel qu'une imprimante à jet d'encre couleur du type A4, 360 dpi (en anglais "dots per inch"), permettant d'obtenir des reproductions sur papier d'images mémorisées sous forme numérique dans la mémoire de masse 104 de l'ordinateur 10. Enfin, les caméras externes 50 (figure 4) éventuellement reliées à l'équipement captent chacune la scène sportive sous un angle différent, de sorte que le module 18 de visualisation d'images produit une mosaïque d'images respectivement issues de ces caméras externes 50 ainsi que de la caméra 12 intégrée à l'équipement. Les images de cette mosaïque peuvent avoir été captées soit simultanément, soit successivement. Cela permet au sportif5 utilisateur d'analyser ses gestes selon plusieurs points de vue. REVENDICATIONS 1. Equipement de visualisation et/ou d'enregistrement d'une scène à des fins pédagogiques, dans le cadre de la pratique d'une activité sportive, ledit équipement comprenant: - un ordinateur de type personnel (10), au moins muni d'une unité centrale de traitement (102) et d'une mémoire de masse (104); - des moyens (12) pour capter des images de ladite scène; des moyens (14) pour mémoriser les images captées dans la mémoire de masse (104); - des moyens (16) d'enregistrement des images captées sur un support et de lecture de ce support; - des moyens (18) de visualisation d'images; - des moyens (20) d'interface homme/machine permettant un dialogue interactif entre un sportif (SU) utilisateur dudit équipement et ledit équipement; - des moyens (22) de séquencement d'images, fournissant une succession temporelle d'images fixes (G) à partir desdites images captées, permettant de décomposer des mouvements du sportif utilisateur (SU); et - des moyens (24) pour visualiser simultanément toutes les images de ladite succession temporelle d'images fixes (G). 2. Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (26) de réception de prépaiement, qui reçoivent une valeur de prépaiement (VP) et permettent l'utilisation dudit équipement pendant une durée déterminée (D) fonction de ladite valeur de prépaiement (VP) reçue. 3. Equipement selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (26) de réception de prépaiement sont prévus pour recevoir une carte (28) magnétique et/ou à circuit intégré, dans laquelle ladite valeur de prépaiement (VP) a été préalablement programmée. 4. Equipement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens (20) d'interface homme/machine comprennent un ensemble de touches virtuelles (30, 31, 32) de type tactile, lesdites touches (30, 31, 32) étant visualisées par lesdits moyens (18) de visualisation d'images. 5. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens (22) de séquencement d'images fournissent en outre une succession temporelle d'images fixes de référence (Gref) à partir d'une silhouette du sportif utilisateur (SU), ladite silhouette étant définie à partir d'une pluralité de paramètres (34) préalablement saisis par le sportif utilisateur (SU) à l'aide desdits moyens (20) d'interface homme/machine, et en ce que ledit équipement comprend en outre des moyens (36) de comparaison de ladite succession temporelle d'images fixes (G), fournie par lesdits moyens (22) de séquencement d'images à partir desdites images captées, à au moins un gabarit de référence, ledit gabarit de référence comprenant ladite succession temporelle d'images fixes de référence (Gref). 6. Equipement selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits paramètres (34) sont relatifs à la morphologie du sportif utilisateur (SU) et comprennent sa taille et son poids. 7. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (38) de positionnement du sportif utilisateur (SU) par rapport auxdits moyens (12) pour capter des images. 8. Equipement selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens (38) de positionnement comprennent une mire de cadrage (40), visualisée à l'aide desdits moyens (18) de visualisation d'images. 9. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de prise (42) et de restitution (44) du son. 10. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens (16) d'enregistrement et de lecture permettent au choix une ou plusieurs possibilités parmi l'arrêt sur image, la lecture en avant et en arrière, la lecture image par image, la lecture au ralenti. 11. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ordinateur (10) est relié à une ou plusieurs unités périphériques additionnelles (46). 12. Equipement selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites unités périphériques additionnelles (46) comprennent au moins un lecteur de disquettes (48) et/ou au moins un modem (54). 13. Equipement selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'ordinateur (10) est relié en outre à des moyens d'impression (56) permettant d'obtenir une ou plusieurs copies sur papier d'images mémorisées dans la mémoire de masse (104). 14. Equipement selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est relié en outre à une ou plusieurs caméras externes (50), qui captent chacune ladite scène sous un angle différent, de façon que lesdits moyens (18) de visualisation d'images produisent une mosaïque d'images respectivement issues desdites caméras externes (50) ainsi que desdits moyens (12) pour capter des images, les images de ladite mosaïque ayant été captées soit simultanément, soit successivement. 15. Equipement selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est relié en outre à un microphone externe (52). 16. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite activité sportive est le golf, le tennis, l'escrime, l'équitation, un art martial, la boxe, la lutte défensive ou de combat, la natation ou la danse.