Brevet FR2826149A1 — publié le 20021220

La présente invention concerne un dispositif d'acquisition de la position dans l'espace des lèvres d'un être humain ainsi que des utilisations de celuici. On connaît de tels dispositifs comportant une caméra permettant de reconnaître visuellement des mouvements des lèvres, pour effectuer une traduction simultanée des sons émis par celles-ci. Ces dispositifs se révèlent peu fiables, peu précis et compliqués à mettre en oeuvre. L'invention vise à obtenir un dispositif palliant les inconvénients de l'état de la technique. Un premier objet de l'invention est un dispositif d'acquisition de la position de l'espace des lèvres d'un être humain, comportant un moyen de production d'au moins une image des lèvres de l'être humain, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de support, sur lequel le moyen de production d'image est monté et qui est solidaire d'un moyen d'immobilisation sur le corps de l'être humain. Grâce à l'invention, le moyen de production d'image des lèvres est positionné de manière sensiblement fixe par rapport aux lèvres et indépendamment des mouvements des autres parties du corps de l'être humain, ce qui permet de générer une image pratiquement fixe des lèvres, plus aisée à exploiter. Afin d'obtenir une référence stable par rapport à l'être humain, le moyen d'immobilisation comprend au moins trois points d'appui sur la tête de l'être humain. Dans un mode de réalisation de l'invention, simple à mettre en oeuvre, le moyen d'immobilisation comprend une monture ayant deux branches d'appui sur les oreilles et un reposoir sur le nez (ou ensellure nasale) de l'être humain. Dans un mode de réalisation de l'invention, permettant d'obtenir un échantillon de la position dans l'espace des lèvres de l'être humain, quelles que soient les conditions d'éclairement, le dispositif comporte, monté sur le moyen de support, un moyen de projection par rayonnement, suivant un axe de projection, sur les lèvres de l'être humain, d'un profil de longueur d'onde déterminée, apte à être détecté par le moyen de production d'image et de forme déterminée, le moyen de projection et le moyen de production formant un système de triangulation par imagerie des lèvres de l'être humain. Suivant une caractéristique, facilitant l'interprétation de l'image, le profil de projection est compris dans un plan. Suivant une caractéristique de l'invention, le profil de projection est centré sur le plan vertical médian des lèvres, en position d'immobilisation sur le corps, ce qui permet de simplifier l'acquisition, en considérant que les mouvements des lèvres sont symétriques et que la capture la plus pertinente est celle du mouvement selon l'axe facial vertical. Afin de diminuer les risques de confusion d'interprétation de la position des lèvres, le moyen de production d'image et le moyen de projection sont disposés, suivant une caractéristique de l'invention, en position d'immobilisation sur le corps, de manière à produire une image du profil comprenant les lèvres et le phitrium. Suivant une caractéristique de l'invention assurant une sécurité de l'utilisateur contre le rayonnement et permettant d'étendre la gamme de rayonnement pouvant être utilisée dans le dispositif, celui-ci comprend en outre un moyen d'occultation du profil projeté vers les yeux en position d'immobilisation sur le corps. Afin de renforcer la sécurité de l'utilisateur contre le rayonnement et d'éviter des accidents dus à une mauvaise manipulation, le dispositif comprend un moyen de commande de mise en marche/arrêt du moyen de projection, monté de telle sorte qu'il ne provoque la mise en marche du moyen de projection que lorsque le moyen d'immobilisation se trouve dans une position d'immobilisation sur le corps. Dans un mode de réalisation peu encombrant, le moyen de commande de mise en marche/arrêt comprend un barrage photoélectrique monté sur le moyen d'immobilisation et apte à intercepter le corps de l'être humain lorsque le moyen d'immobilisation est en position d'immobilisation sur ledit corps. Suivant une caractéristique de l'invention, augmentant l'autonomie dans l'espace du dispositif, le dispositif comporte des moyens de traitement de l'image produite par le moyen de production d'image, reliés à celui-ci par une liaison de télécommunication sans fil. Afin d'exploiter automatiquement les images, il est prévu, suivant une caractéristique de l'invention, que les moyens de traitement comprennent des moyens d'analyse de l'image produite, aptes à générer au moins une grandeur caractéristique à partir de l'image produite, une base de données contenant des grandeurs de référence et un moyen de comparaison de la grandeur caractéristique générée par les moyens d'analyse aux grandeurs de référence présentes dans la base de données. Dans un mode de réalisation, nécessitant de traiter une quantité relativement petite d'informations pour acquérir un nombre relativement grand de positions des lèvres, les moyens d'analyse comprennent des moyens de mesure d'au moins une coordonnée sur l'image de points du profil projeté, délimitant des parties de la bouche de l'être humain, telles que la lèvre supérieure et la lèvre inférieure, pour la génération d'au moins une grandeur caractéristique. Afin de pouvoir corréler les images à d'autres informations pouvant varier en fonction du mouvement des lèvres, il est prévu suivant une caractéristique de l'invention, que le moyen de production en image est associé à au moins un capteur de pression différentielle monté sur le moyen de support, par exemple à un microphone devant la bouche ou un capteur sous les narines, en position d'immobilisation, et/ou à un deuxième moyen de triangulation par imagerie de la position de la glotte de l'être humain, monté sur le moyen de support, des moyens de corrélation entre l'image produite par le moyen de production d'image et la pression détectée par le capteur et/ou la deuxième image produite par le deuxième moyen de triangulation par imagerie de la position de la glotte de l'être humain étant prévus. L'invention prévoit également une utilisation du dispositif d'acquisition de la position dans l'espace des lèvres d'un être humain, comme interface de commande homme/machine, pour générer des signaux de commande à partir de l'image produite par les moyens de production, par exemple pour la commande d'un robot, d'un ordinateur ou d'un fauteuil pour handicapé. Une autre utilisation du dispositif d'acquisition de la position dans l'espace des lèvres d'un être humain, consiste, suivant l'invention, à lire les lèvres d'un être humain à partir de l'image produite, par exemple pour produire un son en fonction de l'image produite, pour corriger la prononciation de l'être humain à partir de l'image produite ou pour la reconnaissance de la parole de l'être humain. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente le dispositif d'acquisition porté par un être humain suivant un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessous du dispositif d'acquisition selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective de la monture du dispositif d'acquisition suivant l'invention ; - la figure 4 est un synoptique modulaire montrant le dispositif d'acquisition suivant l'invention ; - les figures 5 à 8 représentent différentes images des lèvres d'un être humain, dont les positions peuvent être acquises par le dispositif suivant l'invention ; et - la figure 9 représente le dispositif d'acquisition porté par un être humain suivant un autre mode de réalisation de l'invention. A la figure 1, le dispositif 1 d'acquisition suivant l'invention, comporte une monture 2 adaptée pour être positionnée sur la tête d'un être humain et comportant à cet effet deux branches 3,4 latérales, destinées à être disposées de part et d'autre de la tête au niveau des tempes et solidaires à leurs extrémités frontales d'une branche transversale 5 destinée à être disposée devant le nez de l'être humain et comportant à cet effet, dans sa partie médiane, un reposoir 6 sur le nez, comportant deux branches 7,8 en oblique vers le bas, situées de part et d'autre du nez, terminées chacune par un coussinet 9 d'appui sur le nez et assurant un centrage par rapport à celui-ci. Les extrémités arrière des branches transversales 3,4, sont solidaires d'organes 10,11 d'appui sur les oreilles, par exemple formés par un prolongement recourbé sur celles-ci jusqu'en dessous du lobe inférieur des oreilles et muni d'un revêtement de confort. La barre transversale 5 est solidaire, à distance du reposoir 6, par exemple par un côté solidaire de la branche latérale 3, d'une branche 12 de liaison dirigée vers l'avant et vers le bas par rapport au nez. La branche 12 de liaison est solidaire d'une branche 13 de support située à distance de la branche 5 transversale et par exemple parallèle à celle-ci. Une caméra 14 ainsi qu'une source 15 d'émission d'un profil laser sont fixées sur la branche 13 de support à distance l'une de l'autre, suivant la direction transversale 16 allant entre les côtés gauche et droit de la tête de l'être humain. Lorsque la monture 2 est posée par ses organes d'appui 10,11 et son reposoir 6, respectivement sur les oreilles et le nez de l'être humain, celle-ci ainsi que la branche de support 13, la caméra 14 et la source 15 sont immobilisées en position par rapport au visage et aux lèvres de l'être humain. La source 15 est orientée de manière à projeter le profil laser 17 sur les lèvres suivant un axe 17a de projection et forme un émetteur de lumière structurée plane. Le profil laser 17 est un plan laser vertical contenant l'axe 17a de projection et ayant une étendue telle qu'il intercepte le phitrium, les lèvres, l'intérieur de la bouche et le menton. L'axe 17a de projection de la source 15 et l'axe optique 14a de la caméra forment un angle 17b non nul et par exemple compris entre 20 et 35 . La source 15 comporte un émetteur laser 18 émettant un rayon laser au travers d'un élément 19 de focalisation optique, puis d'un élément 20 de divergence optique, par exemple constitué d'un barreau cylindrique, apte à transformer le rayon laser en un faisceau plan, puis d'un élément 21 comportant une ouverture de passage du faisceau plan et apte à occulter celui-ci au-dessous du niveau des yeux, en position d'immobilisation de la monture 2, par exemple de 3 cm au-dessous de la ligne des yeux ou à partir de la base du nez ainsi que représenté. Le profil laser 17 est monochromatique, par exemple rouge ou dans le proche infra-rouge invisible à l'oil humain. La caméra 14 est dirigée vers les lèvres de l'être humain, de manière à pouvoir former une image de celles-ci, et est apte à recevoir le profil 17. La caméra 14 est de type matriciel et comporte un filtre interférentiel 22 accordé sur la longueur d'onde du profil 17, un objectif 23 à courte focale et un module 24 à rétine matricielle, l'un derrière l'autre dans le sens de réception. A titre d'exemple, la longueur d'onde du profil 17 est de 800 nanomètres, la caméra est de technologie CMOS, la rétine est d'1/3 de pouce et l'objectif est en méthacrylate de focale 2,8 mm. Le champ de réception de la caméra 14 et son positionnement sur la branche 13 de support sont adaptés pour que la caméra 14 puisse former une image couvrant en hauteur, les lèvres, le phitrium et le menton. La caméra 14 et la source 15 sont reliées à une alimentation en énergie 25. La caméra 14 est en outre reliée à un émetteur 26 apte à transmettre l'image formée par la caméra 14 à un récepteur 27 distant par une liaison hertzienne 28, ainsi que représenté à la figure 4. Les informations reçues par le récepteur 27 sont traitées par une unité de traitement 29 reliée au récepteur 27 et par exemple mise en oeuvre sur un calculateur. A la figure 3, la monture 2 comporte un barrage photo-électrique 30 pour commander la mise en marche de la source 15 lorsque la monture 2 se trouve en position d'immobilisation et son arrêt dans une autre position. A cet effet, le barrage photo-électrique 30 est positionné entre les branches 7,8 en oblique du reposoir 6, de manière à être interrompu par le nez en position d'immobilisation et à ne pas l'être en l'absence d'obstacle entre celles-ci, et comporte une diode 30a d'émission électroluminescente sur l'une 7 des branches, dirigée vers un phototransistor 30b sur l'autre branche 8. La caméra 14 est commandée de manière à prendre des images à in- tervalles réguliers, par exemple 50 images par seconde. Afin de réduire la quantité d'informations à transmettre par la liaison 28, il peut être choisi que seules les trames paires ou impaires des images soient transmises par l'émetteur 26. L'unité de traitement 29 comporte un module 31 d'extraction de grandeurs caractéristiques de l'image produite par la caméra 14, à partir des informations reçues par le récepteur 27, le module 31 d'extraction comportant par exem- ple un module de numérisation de l'image. Les figures 5 à 8 représentent des images des lèvres lorsqu'elles sont en position de prononcer respectivement les lettres 0, t, F de fa et M de mi, provenant de la caméra 14. La projection du profil 17 sur le visage de l'être humain, comporte un segment AB sur le phitrium, un segment BC sur la lèvre supérieure, un segment CD entre les lèvres, un segment DE sur la lèvre inférieure et un segment EF sur le menton. Les points B, C, D et E d'extrémité de ces segments sont délimités respectivement par les changements de courbure du profil 17 présent dans les images, qui sont provoqués par le haut de la lèvre supérieure, le bas de la lèvre supérieure, le haut de la lèvre inférieure et le bas de la lèvre inférieure. A titre d'exemple, le module 31 d'extraction comporte des moyens de mesure de l'abscisse des points B, C, D et E suivant un axe Z de projection, par exemple vertical. Il est prévu dans le module 31 d'extraction, des moyens de calcul de l'abscisse du point B, rapporté à celle du point E, en tant que première grandeur caractéristique d1 et de l'abscisse du point C, rapportée à l'abscisse du point D, en tant que deuxième grandeur caractéristique d2. En variante, ces deux grandeurs caractéristiques d1, d2, sont mesurées directement par les moyens de mesure. Bien entendu, d'autres grandeurs caractéristiques de la position des lèvres peuvent être également déterminées à partir de l'image produite par la caméra 14. Ainsi, à la figure 5, d1 = 33 et d2 = 4, à la figure 6, d1 = 38, d2 = 10, à la figure 7, d1 =21, d2=1, à la figure 8, d1 = 19etd2=0. Les grandeurs caractéristiques d1, d2, sont envoyées à un comparateur 32 effectuant une comparaison de celles-ci à des grandeurs de référence préenregistrées dans une base 33 de données d'images. Le résultat de la comparaison fourni par le comparateur 32 est envoyé à un organe de commande 34 apte à générer au moins un signal S en fonction du résultat de la comparaison. Le cas échéant, une phase d'apprentissage permet d'enregistrer les grandeurs des références dans la base de données 33 à partir de grandeurs caractéristiques produites par le module 31 d'extraction et provenant d'images formées par la caméra 14. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 9, le dispositif 1 d'acquisition comporte, en plus des éléments décrits en référence aux figures précédentes, une deuxième caméra 35 et une deuxième source 36 de projection d'un deuxième profil 37 plan laser structuré, montés à distance l'un de l'autre suivant la direction transversale 16 sur une deuxième branche 38 de support, laquelle est fixée par une deuxième branche 39 de liaison à la branche 12 de liaison et/ou également à la branche 13 de support, par exemple à proximité de la caméra 14. La deuxième caméra 35 et la deuxième source 36 sont montés de façon à obtenir un capteur de triangulation. En position d'immobilisation, la deuxième source 36 est orientée de manière à projeter le deuxième profil laser 37 sur la glotte, suivant un plan vertical médian, et la deuxième caméra 35 est dirigée vers la glotte de l'être humain, de manière à pouvoir former une image de celle-ci, et est apte à recevoir le deuxième profil 37. La deuxième caméra 35 est synchronisée pour former des images simultanées avec la caméra 14. De manière similaire à ce qui a été décrit en ce qui concerne la caméra 14, l'image formée par la deuxième caméra 35 est transmise par un émetteur hertzien au récepteur 27 puis traitées par l'unité 29 de traitement, où en plus il est extrait de l'image formée par la deuxième caméra 35 une ou plusieurs grandeurs caractéristiques de la position de la glotte, qui sont ensuite comparées à des grandeurs de référence de la position de la glotte. L'unité 29 de traitement est apte à effectuer une corrélation entre le résultat de la comparaison de grandeurs caractéristiques de lèvres avec le résultat de la comparaison de grandeurs caractéristiques de glotte, des moyens étant prévus à cet effet. L'unité 29 de traitement produit un signal S de sortie, fonction du résultat de la comparaison de grandeurs caractéristiques de lèvres et de la corrélation établie. Il est ainsi permis de discriminer plus finement entre plusieurs sons associés à des positions identiques ou ressemblantes des lèvres ou à des positions apparaissant comme telles sur l'image des lèvres produite par la caméra 14, par exemple pour discriminer entre les sons é nasal et i glottique. Bien entendu, l'unité 29 de traitement peut être telle que la corrélation n'est effectuée que pour des résultats prédéterminés de la comparaison de grandeurs caractéristiques des lèvres, par exemple pour des résultats pour lesquels il a été prédéterminé qu'ils correspondent à des positions de lèvres associées à plusieurs sons. Le signal S peut également être produit après corrélation avec une analyse de sons reçus par un microphone positionné sur la branche de support 13 de la monture 2 ou avec une analyse de signaux provenant d'un capteur de pression différentielle positionné sur la branche de support 13 de la monture 2 devant la bouche ou sous le nez de l'être humain, des moyens étant prévus à cet effet. Suivant l'invention, le signal S peut être utilisé pour commander un robot, un ordinateur ou un fauteuil d'handicapé, ou pour générer des sons pouvant correspondre aux positions des lèvres, par exemple de personnes muettes. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) d'acquisition de la position dans l'espace des lèvres d'un être humain, comportant un moyen (14) de production d'au moins une image des lèvres de l'être humain, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen (13) de support, sur lequel le moyen (14) de production d'images est monté et qui est solidaire d'un moyen (2) d'immobilisation sur le corps de l'être humain. 2. Dispositif (1) d'acquisition suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (2) d'immobilisation comprend au moins trois points d'appui (3, 4,6) sur la tête de l'être humain. 3. Dispositif (1) d'acquisition suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (2) d'immobilisation comprend une monture (2) ayant deux branches (3,4) d'appui sur les oreilles et un reposoir (6) sur le nez de l'être humain. 4. Dispositif (1) d'acquisition suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, monté sur le moyen (13) de support, un moyen (15) de projection par rayonnement, suivant un axe (17a) de projection, sur les lèvres de l'être humain, d'un profil (17) de longueur d'onde déterminée, apte à être détecté par le moyen (14) de production d'image et de forme déterminée, le moyen (15) de projection et le moyen (14) de production formant un système de triangulation par imagerie des lèvres de l'être humain. 5. Dispositif (1) d'acquisition suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le profil (17) de projection est compris dans un plan. 6. Dispositif (1) d'acquisition suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le profil (17) de projection est centré sur le plan vertical médian des lèvres, en position d'immobilisation sur le corps. 7. Dispositif (1) d'acquisition suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le moyen (14) de production d'images et le moyen (15) de projection, sont disposés, en position d'immobilisation sur le corps, de manière à produire une image du profil (17) comprenant les lèvres et le phitrium. 8. Dispositif (1) d'acquisition suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (21) d'occultation du profil projeté vers les yeux en position d'immobilisation sur le corps. 9. Dispositif (1) d'acquisition suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (30) de commande de mise en marche/arrêt du moyen (15) de projection monté de telle sorte qu'il ne provoque la mise en marche du moyen (15) de projection que lorsque le moyen (13) d'immobilisation se trouve dans une position d'immobilisation sur le corps. 10. Dispositif (1) d'acquisition suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen (30) de commande de mise en marche/arrêt, comprend un barrage (30) photoélectrique monté sur le moyen (2) d'immobilisation et apte à intercepter le corps de l'être humain lorsque le moyen (2) d'immobilisation est en position d'immobilisation sur ledit corps. 11. Dispositif (1) d'acquisition suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (29) de traitement de l'image produite par le moyen (14) de production d'image, reliés à celuici par une liaison (28) de télécommunication sans fil. 12. Dispositif (1) d'acquisition suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens (29) de traitement comprennent des moyens (31) d'analyse de l'image produite, aptes à générer au moins une grandeur (d1, d2) caractéristique, à partir de l'image produite, une base de données (33) contenant des grandeurs de référence, et un moyen (32) de comparaison de la grandeur caractéristique (d1, d2) générée par les moyens (31) d'analyse aux grandeurs de référence présentes dans la base (33) de données. 13. Dispositif (1) d'acquisition suivant la revendication 12 et l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les moyens (31) d'analyse comprennent des moyens de mesure d'au moins une coordonnée sur l'image de points (A, B, C, D, E) du profil (17) projeté, délimitant des parties de la bouche de l'être humain, telles que la lèvre supérieure et la lèvre inférieure, pour la génération d'au moins une grandeur caractéristique (d1, d2). 14. Dispositif (1) d'acquisition suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen (14) de production d'image est associé au moins un capteur de pression différentielle monté sur le moyen (13) de support et/ou à un deuxième moyen (35,36, 37,38, 39) de triangulation par imagerie de la position de la glotte de l'être humain, monté sur le moyen (13) de support, des moyens de corrélation entre l'image produite par le moyen (14) de production d'image et la pression détectée par le capteur et/ou la deuxième image produite par le deuxième moyen (35,36, 37,38, 39) de triangulation par imagerie de la position de la glotte de l'être humain étant prévus. 15. Utilisation d'un dispositif (1) d'acquisition selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comme interface de commande homme/machine, pour générer des signaux de commande à partir de l'image produite par le moyen (14) de production. 16. Utilisation d'un dispositif (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, pour lire les lèvres d'un être humain à partir de l'image produite par le moyen (14) de production, par exemple pour produire un son en fonction de l'image produite, pour corriger la prononciation d'un être humain à partir de l'image produite ou pour la reconnaissance de la parole d'un être humain.