Brevet FR2853423A1 — publié le 20041008

i Dispositif de saisie comportant un capteur optique suivi d'un moyen de filtrage La présente invention concerne un dispositif de saisie comportant un capteur optique suivi d'un moyen de filtrage. Le domaine de l'invention est donc celui de la saisie d'informations en vue de la commande d'une machine, en particulier une machine électronique telle qu'un ordinateur. Il est ainsi connu de commander un ordinateur à l'aide d'un clavier. Toutefois, l'utilisation d'un clavier requiert un apprentissage préalable et une 10 certaine dextérité. Il ne s'agit pas là d'une méthode de commande très conviviale. Il est aussi connu de commander un ordinateur à l'aide d'une souris, objet mobile qui se déplace dans un plan. Le déplacement planaire de la souris est reproduit par un déplacement homothétique d'un curseur sur l'écran de 15 l'ordinateur. La souris se manipule beaucoup plus aisément qu'un clavier. Cependant, c'est un accessoire qui demande tout de même une bonne maîtrise gestuelle et une certaine expérience pour être employé correctement. Il est par ailleurs connu de commander un ordinateur à l'aide d'un écran tactile, si bien qu'il n'y a plus de dispositif intermédiaire entre l'utilisateur et 20 l'écran. Un simple contact ou une pression du doigt sur un secteur de l'écran déclenche l'exécution de la commande représentée dans ce secteur. Selon une première option, la saisie peut être réalisée au moyen d'une dalle transparente, souvent résistive ou capacitive, disposée sur l'écran. Lorsqu'un objet mobile tel que le doigt d'un utilisateur appuie sur un secteur de 25 cette dalle, celle-ci génère une information électrique représentant le secteur identifié qui a été soumis à la pression de l'objet mobile. La dalle est un composant coûteux qui est technologiquement complexe à fabriquer. De plus, sa disposition sur l'écran peut affecter la luminosité de ce dernier. Selon une deuxième option, la saisie peut être réalisée acoustiquement. 30 En ce cas, la dalle est composée d'un matériau qui assure la propagation des ondes acoustiques de surface. Des transducteurs et des capteurs ultrasoniques sont agencés en réseau pour cartographier les différents secteurs de l'écran. Lorsqu'un objet est au contact d'un secteur de l'écran, il absorbe une partie des ondes qui traverse ce secteur. Là encore, la dalle est un composant de haute 35 technologie qui est susceptible de dégrader sévèrement la luminosité de l'écran. Il faut de plus remarquer que les deux options précédentes imposent l'utilisation d'un milieu particulier, celui de la dalle, apte à assurer la localisation de l'objet mobile. Selon une troisième option, la saisie peut être réalisée optiquement. On 5 prévoit dans ce cas un support disposé à la périphérie de la face frontale de l'écran. Sur ce support, une pluralité de sources lumineuses telles que des diodes électroluminescentes est arrangée selon une disposition matricielle en regard d'une pluralité correspondante de détecteurs. La localisation d'un objet mobile situé à proximité immédiate de l'écran s'effectue en identifiant le secteur 10 de cet écran dans lequel tous les faisceaux lumineux sont interrompus. Ici, la luminosité de l'écran n'est pas perturbée mais le support est encore un composant d'une relative complexité. Cette troisième option est moins contraignante sur le milieu dans lequel la localisation est pratiquée puisqu'il suffit que celui-ci soit transparent. Elle présente par contre une résolution limitée. En outre, les trois options précédentes sont mal adaptées à un écran de grandes dimensions, d'une superficie supérieure ou égale à 1 mètre carré, ne serait-ce que pour des raisons économiques. Il a donc été proposé d'employer une technique d'imagerie numérique pour s'affranchir des contraintes liées à une localisation physique de l'objet 2 0 mobile. La localisation est ici pratiquée sur une image d'une zone de localisation figurant à proximité de l'écran. Cette image est acquise au moyen d'un capteur tel que ceux qui sont utilisés dans les caméras vidéo et elle est ensuite soumise à un traitement qui permet de définir le secteur de l'écran en regard duquel figure l'objet mobile. A titre de référence, on citera la demande internationale de brevet 25 WO 01 93006. Une première limitation est due à la saturation des capteurs lorsque la luminosité au niveau de la zone de localisation est élevée, cette luminosité pouvant provenir notamment d'un éclairage puissant, d'un fort ensoleillement ou de réflexions importantes par des surfaces métalliques. Le signal de sortie d'un 30 capteur saturé n'est pas fiable car il est perturbé par des signaux indésirables tels que des parasites, ce qui conduit à une perte de l'information utile. Une deuxième limitation est due à une variation brutale de la luminosité au niveau de la zone de localisation, cette variation pouvant provenir de l'interruption d'un éclairage puissant, du passage d'un nuage ou d'une ombre 35 indésirable. En effet, les méthodes d'imagerie ont souvent recours à une technique soustractive selon laquelle on soustrait une image de référence à l'image en cours d'analyse. Lors d'un brusque changement de luminosité, l'image de référence n'est plus fidèle à la réalité si bien que des signaux parasites apparaissent dans le signal de sortie du capteur. Un premier objet de la présente invention est donc de réduire l'influence de la luminosité ambiante. Selon l'invention, un dispositif de saisie comporte un premier capteur optique et, pourvu d'une première entrée de synchronisation, il comprend un premier moyen de filtrage pour isoler dans le signal de sortie de ce premier capteur un premier signal de détection corrélé au signal reçu sur cette première 10 entrée de synchronisation. On dispose ainsi d'un moyen pour corriger le signal de sortie du capteur. De plus, le premier capteur est équipé d'un premier filtre passe-bande. On diminue ainsi l'effet des différentes perturbations lumineuses. Avantageusement, le dispositif comporte une première source lumineuse 15 dont l'entrée est raccordée à une première sortie de puissance d'un premier module d'alimentation, cette première sortie de puissance étant également raccordée à la première entrée de synchronisation. Il est alors préférable que le spectre d'émission de la première source lumineuse soit situé majoritairement dans la bande passante du premier filtre. Par ailleurs, le signal délivré sur la première sortie de puissance n'est pas constant. On facilite ainsi la récupération du signal de détection. En effet, le signal délivré par la première sortie de puissance peut être périodique. Il est alors souhaitable que le premier moyen de filtrage soit prévu pour pratiquer une détection synchrone. A titre de commodité, le premier capteur et la première source lumineuse sont assemblés. Selon une caractéristique additionnelle, le dispositif comporte de plus 30 une deuxième source lumineuse dont l'entrée est raccordée à une deuxième sortie de puissance d'un deuxième module d'alimentation, la somme logique de cette première et de cette deuxième sorties de puissance étant appliquée à ladite première entrée de synchronisation. De préférence, les spectres d'émission des première et deuxième 35 sources lumineuses sont situés majoritairement dans la bande passante du premier filtre. Suivant un mode de réalisation privilégié du dispositif, les signaux délivrés par les deux sorties de puissance sont périodiques et présentent un déphasage constant. Il est toujours souhaitable que le premier moyen de filtrage soit prévu pour pratiquer une détection synchrone. Toutefois, lorsque la caméra est placée derrière l'objet mobile, il est impossible, sans connaître la taille de celui-ci, d'estimer la distance qui le sépare de l'écran. D'autre part, l'interposition d'un corps quelconque entre la caméra et l'objet mobile masquerait ce dernier, interdisant par-là même sa localisation. Il 10 convient donc de prendre des précautions quant à l'installation du capteur d'image relativement à l'écran. Afin de pallier les carences de la technique d'imagerie sur une seule image, on met en jeu le principe connu de la stéréovision. Ce principe permet de déterminer la position réelle de l'objet dans l'espace en utilisant deux images 15 prises sous des angles de vues différents. On peut même employer plus de deux images. La demande internationale de brevet WO 99 40562 expose un dispositif qui détecte le doigt d'un utilisateur lorsqu'il vient au contact de l'écran, ceci sans information à priori sur le doigt (sa taille, par exemple). On citera également la demande internationale de brevet WO 02 29722 qui décrit un procédé d'imagerie 20 nécessitant plusieurs caméras. Les systèmes d'imagerie ci-dessus présentent une autre limitation si la zone de localisation n'est pas matériellement délimitée, au moyen d'un cadre par exemple. Des solutions ont bien été proposées pour remédier à cette limitation mais elles sont peu satisfaisantes car, complexes, elles réclament une puissance 25 de calcul assez considérable et elles ne permettent pas de supprimer toutes les difficultés. Une solution satisfaisante à cet égard propose de localiser uniquement des objets identifiés tels qu'un gant approprié ou un marqueur; le brevet américain no US 2001 024512 envisage l'emploi d'une étiquette infra rouge. Cependant, cette solution n'autorise pas la localisation d'un objet 30 quelconque. Un deuxième objet de la présente invention est donc un dispositif optique de saisie d'une grande fiabilité capable de localiser tous types d'objets. Selon l'invention, le dispositif comporte un deuxième capteur optique, pourvu d'une deuxième entrée de synchronisation, et il comprend un deuxième 35 moyen de filtrage pour isoler dans le signal de sortie de ce deuxième capteur un deuxième signal de détection corrélé au signal reçu sur la deuxième entrée de synchronisation. Selon une première option, le deuxième capteur est équipé d'un deuxième filtre passe-bande dont la bande passante est distincte de celle du 5 premier filtre et il comporte aussi, comme mentionné ci-dessus, une deuxième source lumineuse dont l'entrée est raccordée à une deuxième sortie de puissance d'un deuxième module d'alimentation, cette deuxième sortie de puissance étant également raccordée à la deuxième entrée de synchronisation. Avantageusement, le spectre d'émission de la deuxième source 10 lumineuse est situé majoritairement dans la bande passante du deuxième filtre. Tout comme pour la première source, il est préférable que le signal délivré sur la deuxième sortie de puissance ne soit pas constant, éventuellement périodique. Alors, il est souhaitable que le deuxième moyen de filtrage soit prévu 15 pour pratiquer une détection synchrone. A titre de commodité, le deuxième capteur et la deuxième source lumineuse sont assemblés. Selon une deuxième option, le dispositif comportant un deuxième capteur est équipé d'un deuxième filtre passe-bande dont la bande passante est 20 identique à celle du premier filtre et, il comporte aussi, comme mentionné cidessus, une deuxième source lumineuse dont l'entrée est raccordée à une deuxième sortie de puissance d'un deuxième module d'alimentation, cette deuxième sortie de puissance étant également raccordée à la deuxième entrée de synchronisation. Là encore, on prévoit une détection synchrone. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en se référant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, un schéma d'un dispositif pourvu d'un capteur et d'une 30 source lumineuse, - la figure 2, un schéma d'un dispositif pourvu d'un capteur et de deux sources lumineuses, et - la figure 3, un schéma d'un dispositif pourvu de deux capteurs et de deux sources lumineuses. Les éléments présents dans plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence. En référence à la figure 1, un premier capteur optique CI, tel qu'un détecteur de type CMOS ou CCD utilisé dans les caméras, délivre un premier signal de sortie SI à un premier moyen de filtrage FI. Une première source lumineuse LI est ici disposée coaxialement au 5 capteur CI, de sorte qu'elle l'entoure. Cette première source LI est alimentée par la sortie PI d'un premier module d'alimentation ALI. De préférence, cette source lumineuse LI présente un spectre d'émission à bande étroite et l'on agence donc un premier filtre optique passebas PBI sur le premier capteur CI, filtre dont la bande passante recouvre la plus 10 grande partie de ce spectre d'émission. Lorsqu'il convient de s'affranchir des perturbations dues à la lumière ambiante, cette bande passante est située au moins pour partie en dehors du spectre visible. On réalise ainsi un premier filtrage optique. Il est par ailleurs possible de procéder à un filtrage électronique, auquel 15 cas il est souhaitable que le signal délivré par le premier module d'alimentation ALi ne soit pas constant. En effet, si ce signal est périodique, le premier moyen de filtrage peut aisément combiner ce signal périodique et le premier signal de sortie SI. Selon un mode de réalisation privilégié, la première sortie de puissance 20 PI délivre un signal périodique pulsé, autrement dit un signal prenant une valeur constante non nulle, un premier palier, durant une première fraction de la période et prenant une valeur nulle durant le restant de cette période. Ainsi, le premier moyen de filtrage FI produit un premier signal de détection DI qui vaut le premier signal de sortie en présence du premier palier et 25 qui vaut zéro dans le cas contraire. En fait, ce signal de détection DI résulte de la fonction logique ET appliquée sur le premier signal de sortie SI et sur le signal issu de la première sortie de puissance PI. On peut ainsi parler de détection synchrone, alors qu'il s'agit d'une corrélation temporelle. Il est également envisageable de réaliser une corrélation fréquentielle. 30 En ce cas, le premier module d'alimentation AL1 délivre préférentiellement un signal sinusoïdal caractérisé par une fréquence de détection. Le premier moyen de filtrage FI isole désormais le premier signal de détection DI en retenant la composante du premier signal de sortie SI figurant à la fréquence de détection. On remarquera qu'il est possible de combiner au sein du premier moyen 35 de filtrage une corrélation temporelle et une corrélation fréquentielle. En référence à la figure 2, selon une première variante, le dispositif comporte une deuxième source lumineuse L2 alimentée par une deuxième sortie de puissance P2 d'un deuxième module d'alimentation AL2. Là encore, la bande passante du premier filtre PB1 recouvre la plus grande partie du spectre d'émission de cette seconde source lumineuse L2. Maintenant, la première entrée de synchronisation El n'est plus raccordée à la première sortie de puissance PI mais elle reçoit le signal de sortie d'un opérateur OP qui réalise la fonction logique OU des signaux issus des première Pl et seconde P2 sorties de puissance. La première sortie de puissance PI délivre comme ci-dessus un signal pulsé caractérisé par un premier palier. La deuxième sortie de puissance P2 délivre un signal pulsé de même période caractérisé par un deuxième palier, signal déphasé par rapport au précédent, de sorte que les deux paliers ne soient pas présents simultanément. 15 Là encore, le premier signal de détection Dl résulte de la fonction logique ET appliquée sur le premier signal de sortie SI et sur le signal injecté sur la première entrée de synchronisation El. Ainsi, un objet 012 présent dans le premier faisceau FAI issu de la première source lumineuse Ll et dans le deuxième faisceau FA2 issu de la 20 deuxième source lumineuse L2 apparaîtra nettement dans le premier signal de détection Dl durant les premier et deuxième paliers. Par contre, un objet 01 figurant dans le premier faisceau FAI mais ne figurant pas dans le deuxième faisceau FA2 apparaîtra dans le premier signal de détection Dl très nettement durant le premier palier et beaucoup moins 2 5 nettement, si ce n'est pas du tout, durant le deuxième palier. De même, un objet 02 figurant dans le second faisceau FA2 mais ne figurant pas dans le premier faisceau FAI apparaîtra dans le premier signal de détection Dl très nettement durant le second palier et beaucoup moins nettement, si ce n'est pas du tout, durant le premier palier. Ainsi, on peut identifier aisément les objets présents dans une zone de localisation définie par l'intersection des premier FAI et second FA2 faisceaux, car ils produisent la même information durant les deux paliers, ce qui n'est pas le cas des objets situés en dehors de cette zone. En référence à la figure 3, pour bénéficier des avantages inhérents à la 35 stéreo-vision, le dispositif comporte de plus un deuxième capteur optique C2 délivrant un deuxième signal de sortie S2. De plus, un deuxième moyen de filtrage F2 est prévu pour isoler dans le deuxième signal de sortie S2 un deuxième signal de détection D2 corrélé au signal reçu sur une deuxième entrée de synchronisation E2. Le deuxième capteur C2 est de préférence équipé d'un deuxième filtre 5 passe-bande PB2 dont la bande passante est identique à celle du premier filtre passe-bande PB1. La deuxième entrée de synchronisation E2 est reliée à la première entrée de synchronisation El et, par conséquent, dans le cas présent, le deuxième moyen de filtrage F2 fonctionne comme le premier Fl. Selon une variante, le deuxième filtre passe-bande PB2 présente une bande passante différente de celle du premier filtre passe-bande PBl. Dans ce cas, le spectre d'émission de la deuxième source lumineuse L2 est adapté au deuxième filtre passe-bande PB2. Naturellement, les première El et deuxième E2 entrées de synchronisation ne sont plus connectées. Les premier Fl et 15 deuxième F2 moyens de filtrage fonctionnent comme indiqué plus haut en référence à la figure 1. L'avantage de cette variante est de profiter de deux signaux de détection Dl, D2, chacun dans une bande optique distincte. Ainsi, si l'une de ces bandes présente des perturbations gênantes, il est encore possible de traiter 2 0 l'information figurant dans l'autre bande. L'exemple de réalisation de l'invention présenté ci-dessus a été choisi pour son caractère concret. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut-être remplacé par un moyen équivalent 2 5 sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif de saisie comportant un premier capteur optique CI caractérisé en ce que, pourvu d'une première entrée de synchronisation El, il comprend un premier moyen de filtrage FI pour isoler dans le signal de sortie SI de ce premier capteur Cl un premier signal de détection Dl corrélé au signal reçu sur ladite première entrée de synchronisation El. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier capteur CI est équipé d'un premier filtre passe-bande PBl. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une première source lumineuse LI dont l'entrée est raccordée à une 15 première sortie de puissance PI d'un premier module d'alimentation ALI, cette première sortie de puissance PI étant également raccordée à ladite première entrée de synchronisation El. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le spectre 2 0 d'émission de ladite première source lumineuse LI est situé majoritairement dans la bande passante dudit premier filtre PB1. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le signal délivré sur ladite première sortie de puissance Pi 2 5 n'est pas constant. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal délivré par ladite première sortie de puissance Pl est périodique. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit premier moyen de filtrage Fl est prévu pour pratiquer une détection synchrone. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ledit premier capteur Cl et ladite première source lumineuse 35 Ll sont assemblés. 9) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une première source lumineuse LI dont l'entrée est raccordée à une première sortie de puissance PI d'un premier module d'alimentation AL1, une deuxième source lumineuse L2 dont l'entrée est raccordée à 5 une deuxième sortie de puissance P2 d'un deuxième module d'alimentation AL2, la somme logique de cette première PI et de cette deuxième P2 sorties de puissance étant appliquée à ladite première entrée de synchronisation El. 10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les spectres d'émission desdites première LI et deuxième L2 sources lumineuses sont situés majoritairement dans la bande passante dudit premier filtre PB1l. 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les signaux délivrés par lesdites sorties de puissance Pi, P2 sont périodiques et présentent un déphasage constant. 12) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit premier 20 moyen de filtrage Fl est prévu pour pratiquer une détection synchrone. 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que, comportant un deuxième capteur optique C2, pourvu d'une deuxième entrée de synchronisation E2, il comprend un deuxième 25 moyen de filtrage F2 pour isoler dans le signal de sortie S2 de ce deuxième capteur C2 un deuxième signal de détection D2 corrélé au signal reçu sur ladite deuxième entrée de synchronisation E2. 14) Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit deuxième 30 capteur C2 est équipé d'un deuxième filtre passe-bande PB2 dont la bande passante est distincte de celle dudit premier filtre PB1. 15) Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une deuxième source lumineuse L2 dont l'entrée est raccordée à 3 5 une deuxième sortie de puissance P2 d'un deuxième module d'alimentation AL2, cette deuxième sortie de puissance P2 étant également raccordée à ladite deuxième entrée de synchronisation E2. 16) Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le spectre 5 d'émission de ladite deuxième source lumineuse L2 est situé majoritairement dans la bande passante dudit deuxième filtre PB2. 17) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que le signal délivré sur ladite deuxième sortie de 10 puissance P2 n'est pas constant. 18) Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le signal délivré par ladite deuxième sortie de puissance P2 est périodique. 19) Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen de filtrage F2 est prévu pour pratiquer une détection synchrone. 20) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, caractérisé en ce que ledit deuxième capteur C2 et ladite deuxième source 20 lumineuse L2 sont assemblés. 21) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12 caractérisé en ce que, comportant un deuxième capteur optique C2, pourvu d'une deuxième entrée de synchronisation E2, il comprend un deuxième 25 moyen de filtrage F2 pour isoler dans le signal de sortie S2 de ce deuxième capteur C2 un deuxième signal de détection D2 corrélé au signal reçu sur ladite deuxième entrée de synchronisation E2. 22) Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit deuxième 30 capteur C2 est équipé d'un deuxième filtre passe-bande PB2 dont la bande passante est identique à celle dudit premier filtre PB1. 23) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que la somme logique desdites première PI et 35 deuxième P2 sorties de puissance est appliquée à ladite deuxième entrée de synchronisation E2. 24) Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen de filtrage F2 est prévu pour pratiquer une détection synchrone. 25) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 21 à 24, caractérisé en ce que ledit deuxième capteur C2 et ladite deuxième source lumineuse L2 sont assemblés.