Brevet FR2892529A1 — publié le 20070427

La présente invention concerne d'une façon générale l'analyse du comportement visuel d'un sujet, à des fins d'optimisation des caractéristiques optiques de verres correcteurs, ou de lentilles 5 ophtalmiques, qu'il doit porter. On connaît déjà de nombreux systèmes visant à optimiser la position des verres dans une monture par rapport à la position relative des pupilles des yeux du sujet et de la monture. A cet effet, des images 10 fixes ou animées du visage du sujet portant la monture sont prises par une caméra, et la détection de la position des yeux est effectuée de même que la détection de l'emplacement de la monture. En particulier, le document FR-2860887A au nom de 15 la demanderesse divulgue un système dans lequel, à partir d'une série d'images animées du visage du sujet en cours de mouvement devant une caméra fixe, on détermine une image de référence dans laquelle le visage est le mieux axé sur la caméra, de manière à 20 avoir la meilleure définition de la position relative des yeux et de la monture. D'autres systèmes visent par exemple à simuler différentes formes de montures, par superposition d'une image réelle du visage du sujet avec une image 25 virtuelle de monture. Parallèlement, certains fabricants de verres ophtalmiques cherchent aujourd'hui à optimiser la conception de ces verres, notamment dans la technologie des verres dits progressifs , en 30 examinant le comportement du sujet lorsque son regard se déplace. Par exemple, en cours de lecture, un sujet peut suivre une ligne d'écriture en tournant davantage les yeux par rapport à la tête, ou au contraire davantage la tête par rapport aux yeux. Ce comportement du sujet détermine avantageusement la conception des verres, et notamment la largeur des zones en vue de loin et en vue de près sur ces derniers. Un appareil disponible dans le commerce pour donner une première indication du comportement optique semble comprendre un accessoire porté par le sujet au dessus des yeux, et pourvu de repères actifs, et un boîtier doté de moyens d'émission et de réception sans fil capable, à partir de signaux envoyés vers lesdits repères et renvoyés par ceux-ci, de déterminer la position de la tête du sujet lorsque celui-ci regarde des points fixes décalés latéralement à gauche et à droite. Le système permet d'en déduire sommairement si le sujet a plutôt tendance à déplacer ses yeux ou a plutôt tendance à déplacer sa tête lors d'une vision en déplacement latéral. La présente invention vise à proposer un système qui permette de déterminer le comportement du sujet lorsque sa vision se déplace, tout en conservant les avantages de la technologie vidéo notamment en vue d'optimiser la position des verres dans une monture, ou de permettre au sujet de s'observer avec différents types de montures virtuelles superposées à l'image réelle de son visage en technologie d'images de synthèse ou autre, etc. A cet effet, on prévoit selon l'invention un système d'aide à la détermination de la correction de la vue, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison . - une caméra susceptible de prendre des images animées du visage du sujet selon un axe de visée déterminé, - un dispositif d'affichage pour représenter les images prises par la caméra, - un accessoire apte à être porté de façon fixe par la tête du sujet et portant une pluralité de repères visuels, - des moyens formant cible(s) visuelle(s) susceptibles de couvrir au moins deux positions 15 déterminées par rapport à la caméra, - des moyens d'analyse d'image capables d'analyser la position des repères visuels dans les images prises par la caméra et d'en déduire la position et l'orientation dans l'espace de 20 l'accessoire, et donc de la tête du sujet, lorsqu'il observe différentes régions des moyens formant cible(s) visuelle(s), pour en déduire une information de comportement visuel du sujet lors d'une vision qui s'est déplacée. 25 Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce système sont les suivants * les moyens formant cible(s) visuelle(s) comprennent deux cibles visuelles localisées situées à gauche et à droite d'un plan vertical passant par 30 l'axe de la caméra, respectivement. * les moyens formant cible(s) visuelle(s) comprennent au moins une ligne généralement horizontale. * les moyens formant cible(s) visuelle(s) 5 comprennent un document imprimé. * les moyens formant cible(s) visuelle(s) comprennent deux cibles espacées verticalement l'une de l'autre. * l'une des deux cibles espacées verticalement 10 est située sensiblement à la hauteur de la caméra, et l'autre est située au-dessous de la caméra. * le système comprend des moyens pour déplacer au moins une cible. * le système comprend des moyens pour déplacer au 15 moins une cible verticalement avec la caméra. * les moyens d'analyse d'image sont aptes à déterminer la rotation de la tête lors du déplacement du regard sur les cibles, et le système comprend des moyens de calcul pour déduire des informations de 20 rotation de la tête et de la position desdites cibles par rapport à la caméra, des informations de mouvement des yeux, pour ainsi obtenir une répartition entre le mouvement de la tête et le mouvement des yeux du sujet lors de ce déplacement du 25 regard. * les moyens d'analyse d'image et les moyens de calcul sont aptes à produire lesdites informations de façon statique, lorsque le sujet regarde une cible. * les moyens d'analyse d'image et les moyens de 30 calcul sont aptes à produire lesdites informations de façon dynamique, au cours du déplacement du regard du sujet. * le système comprend des moyens pour calculer une moyenne entre plusieurs positions de l'accessoire, relevées dans une même situation. * les moyens d'analyse d'image sont également capables de déterminer une position de référence de la tête du sujet, où l'accessoire occupe une position généralement symétrique par rapport à un plan vertical parallèle à l'axe de visée de la caméra. * les repères visuels de l'accessoire sont des zones localisées d'une couleur bien déterminée, et les moyens d'analyse d'image comprennent un moyen de filtrage colorimétrique. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un système selon l'invention, La figure 2 est un schéma-bloc des différents composants essentiels du système de l'invention, et La figure 3 est une vue en perspective d'un accessoire utilisé dans le système de l'invention. En référence aux dessins, on a représenté un système d'aide à la détermination de la correction de la vue, en vue de concevoir des verres de lunettes ou des lentilles ophtalmiques. Ce système comprend un bâti 10 dans la région supérieure duquel sont logés une caméra de prise de vues en couleurs 12 et un écran d'affichage en couleurs 14 par exemple à rayons cathodiques ou à cristaux liquides. La figure 2 montre en particulier que la caméra 12 est reliée à une unité centrale 11 via une carte d'acquisition vidéo 13, de façon connue en soi. L'unité centrale 11 pilote l'écran 14 via un circuit de sortie vidéo, non représenté, de façon également connue. Un clavier 16, ainsi que tout autre dispositif d'entrée tel que souris, etc., non illustré, permet de commander le système, comme on le verra en détail plus loin. Le système comprend également deux cibles 15 visuelles 21, 22, situées latéralement de part et d'autre du bâti, destinées à être regardées par un sujet, sur instruction d'un opérateur, comme on le verra en détail plus loin. Ces cibles peuvent être des zones visuellement bien identifiables, et 20 occupant des positions bien déterminées ou déterminables par rapport à l'axe de visée de la caméra 12. Le système comprend par ailleurs un accessoire destiné à être solidarisé à la tête du sujet S, et 25 illustré en détail sur la figure 3. Cet accessoire 30, réalisé par exemple en matière plastique transparente, comprend un corps principal 32 allongé horizontalement avec deux branches latérales 33, 34 également horizontales, s'étendant 30 sensiblement à angle droit vers l'arrière par rapport au corps principal. Le corps principal 32 comprend le long de son bord inférieur deux petites pinces 35, 36 destinées à venir s'accrocher le long des bord supérieurs de deux verres de lunettes (ou sur une monture) portées par le sujet S, les branches 33, 34 pouvant également comporter, de façon non illustrée, des aménagements pour se caler sur les branches de la monture. De la sorte, une fois que le sujet a mis des lunettes (correctrices ou optiquement neutres, ou encore la monture nue) dans une position bien stable, et que l'accessoire 30 a été mis en place, ledit accessoire occupe une position bien définie par rapport à la tête du sujet. Comme illustré sur la figure 3, l'accessoire 30 comporte un certain nombre de marqueurs ou repères visuels, ici huit zones carrées 41 à 46 d'une couleur bien identifiée, par exemple un vert vif d'une longueur d'onde bien définie, deux repères visuels 41, 42 étant situés en des emplacements espacés bien définis sur l'une des branches 33, 34, deux autres 43, 44 disposés symétriquement sur l'autre branche, et enfin quatre autres 45 à 48 situés sur le corps principal. Plus précisément concernant ces derniers repères, le corps principal 32 de l'accessoire comporte une partie en saillie vers le haut 37, dans la région supérieure de laquelle se trouve un repère 45, et une partie en saillie vers l'avant 38, à l'extrémité libre de laquelle se trouve un repère 46. Les deux derniers repères 47 et 48 se trouvent à gauche et à droite, au voisinage du départ des branches 33 et 34. Bien entendu tout autre agencement de marqueurs, le cas échéant plus nombreux, peut être utilisé, en fonction notamment des types de mouvements dont l'analyse est à privilégier, de la précision souhaitée et de l'éventuelles ambiguïtés à résoudre lorsque les marqueurs sont trop peu nombreux et/ou trop uniformément espacés. L'unité centrale 11 possède, de préférence par programmation appropriée, des moyens d'analyse des images prises par la caméra 12 et destinés à : - identifier sur les images prises par la caméra, les différents repères visuels visibles (sachant que les repères de l'une des branches latérales ou des deux branches pourront ne pas être vus par la caméra) ; cette identification s'effectue notamment avec un filtrage de l'image sur la longueur d'onde correspondant à la couleur des repères visuels ; - déterminer les coordonnées des centres de chacun des repères visuels visibles par rapport à un référentiel de l'image, - calculer, en fonction desdites coordonnées, le position et l'inclinaison de la tête de préférence selon les six degrés de liberté possibles, de manière à intégrer la totalité des mouvements possibles de la tête. De préférence, ces calculs s'effectuent en relation avec une position de référence (position dans l'axe ) déterminée initialement, conformément par exemple au document FR-2860887A au nom de la 30 demanderesse, la hauteur convenable de l'axe de visée de la caméra 12 ayant été préalablement réglée manuellement ou automatiquement. Ceci s'effectue préférentiellement en cherchant la position de la tête où l'accessoire occupe une position généralement symétrique par rapport à un plan vertical parallèle à l'axe de visée de la caméra. La mise en œuvre du système décrit s'effectue alors de la façon suivante. Une fois la position de référence du visage déterminée comme indiqué ci-dessus, les positions des repères visuels de l'accessoire dans cette position de référence sont mémorisées. On demande alors au sujet de regarder la cible visuelle de gauche puis la cible visuelle de droite. A chaque fois, une instruction est donnée au système, par exemple à l'aide d'une touche du clavier 16, pour que les moyens d'analyse d'image calculent la position courante de la tête du sujet à partir de la position courante des repères visuels se trouvant dans l'image. Bien entendu, on peut largement varier ce qui est demandé au sujet pour analyser son comportement. En particulier, on peut demander au sujet de regarder plusieurs fois alternativement les cibles gauche et droite. Le système procède en temps réel ou différé la séquence d'images prises par la caméra au cours de ces mouvements. Il peut par exemple calculer une position moyenne de la tête (qui servira de position de référence) au cours de ces mouvements, une position moyenne de la tête lorsque la cible gauche 21 est regardée, et enfin une position moyenne de la tête lorsque la cible droite 22 est regardée. Plus précisément, les moyens de traitement d'image relèvent dans l'image prise au moment de l'instruction précitée les coordonnées des repères visuels effectivement visibles, et principalement des quatre repères visuels 45-48 qui sont susceptibles de faire le plus face à la caméra, et l'on comprend aisément que grâce à la disposition spécifique des repères visuels, et grâce à des algorithmes basés principalement sur la géométrie trigonométrique, l'unité centrale est apte à déterminer les changements de position et d'inclinaison de la tête par rapport à la position de référence selon les six degrés de liberté. Les variations d'angle de vue entre l'observation de la cible gauche et l'observation de la cible droite sont quant à elles connues grâce au fait que le système connaît d'une part la position desdites cibles et d'autre part, grâce à l'accessoire 30, la position de la tête du sujet. Le système est ainsi capable de déterminer des informations sur l'importance relative du mouvement de la tête lors du déplacement de la vision d'une cible à l'autre, et d'en déduire l'importance relative du mouvement des yeux. Ces informations sont délivrées au niveau d'une sortie 18 (affichage, impression, équipement de fabrication de verres, etc.). Dans une autre forme de réalisation de l'invention, qui peut être d'ailleurs cumulée avec celle-ci dessus, le système peut être conçu pour mesurer le mouvement d'inclinaison de la tête vers le bas, notamment lorsque le sujet passe d'une vision de loin (regard porté à l'horizontale ou sensiblement) à une vision de lecture de près (regard porté vers le bas, et ceci une fois ou plusieurs fois alternativement comme dans le cas qui précède. Dans ce cas, le système comporte avantageusement une première cible visuelle placée sensiblement à la hauteur de la caméra (par exemple fixée à ladite caméra, et une deuxième cible placée à une certaine distance au-dessous de la caméra, par exemple à quelques dizaines de centimètres. Cette deuxième cible pourra aussi bien être constituée par un livre ouvert ou une feuille de papier comportant des caractères que l'on demandera au sujet de lire. Avantageusement, des moyens manuels ou motorisés sont prévus pour déplacer la caméra et les cibles, indépendamment les uns des autres ou de concert, de manière à ce que la caméra et la première cible soient sensiblement à la hauteur des yeux et que la deuxième cible soit située à la distance voulue au- dessous de la caméra. Encore plus préférentiellement, on peut prévoir que la deuxième cible (typiquement des caractères à lire) soit placée derrière une vitre ou un miroir semi-transparent appartenant au bâti 10, avec une inclinaison propre à la lecture, l'ensemble se déplaçant verticalement de concert avec la caméra. Selon une variante de cette autre forme de réalisation, on peut prévoir que la deuxième cible soit simplement un livre ou un document placé dans les mains du sujet, ce dernier adoptant alors une position naturelle de lecture. La position exacte de la deuxième cible n'est alors pas connue précisément par le système (pas de position déterminée par rapport à la caméra), mais l'on peut prévoir tout moyen (repères visuels sur le livre et/ou sur le bâti) permettant d'avoir la position la plus déterminée possible pour que l'analyse du comportement visuel soit fiable. Selon une autre forme de réalisation encore, le système peut être conçu pour analyser le comportement du sujet lorsqu'il lit un document de taille fixe. Dans ce cas, ce ne sont pas les cibles visuelles 21 et 22 du premier mode de réalisation qui sont utilisées, mais un document (par exemple une feuille au format A4) sur lequel un texte est imprimé. Dans ce cas, c'est l'ensemble du texte qui constitue les différentes cibles visuelles, la taille (géométrique) du texte et sa position par rapport à la caméra permettant, en étant au moins approximativement connues, de déterminer, par les moyens d'analyse d'image décrits plus haut, quelles sont les importances relatives du mouvement de la tête et du mouvement des yeux en cours de lecture. Plus précisément, le système analyse dans ce cas une série d'images prises pendant la phase de lecture, pour effectuer la détermination précitée de façon dynamique, en temps réel ou en temps différés selon notamment la puissance de calcul du système. Comme dans l'exemple précédent, la cible ici constituée par le document écrit peut appartenir au système, en étant alors de préférence derrière une vitre à l'intérieur du bâti et en pouvant se déplacer en hauteur par rapport à la caméra, ou alors être simplement tenue dans les mains du sujet. Bien entendu, de très nombreuses variantes peuvent être apportées à l'invention. En premier lieu, l'agencement physique des différents composants du système peut largement varier par rapport à ce qui est décrit. Par exemple on peut faire en sorte, par des systèmes optiques de renvoi à miroirs semi-transparents, que l'axe de visée la caméra 12 et l'axe de l'écran (la normale à l'écran en son centre) 14 soient voisins ou confondus de façon prendre le sujet de face lorsqu'il est face à l'écran. La caméra 12 peut si nécessaire être motorisée, en déplacement verticale mais également en déplacement latéral, en inclinaison, en grossissement, etc. On peut par ailleurs adopter sur l'accessoire tout autre agencement de repères visuels, de couleurs identiques ou différentes, permettant par simple analyse d'image de déterminer la position et l'orientation, selon les six degrés de liberté, dudit l'accessoire 30 et donc de la tête du sujet. En outre, il est possible grâce au système de l'invention d'effectuer une analyse dynamique du comportement visuel. En particulier, on peut demander au sujet de déplacer son regard plus ou moins rapidement selon une trajectoire donnée, typiquement une ligne horizontale (ligne d'écriture ou simple repère), et par analyse des images successivement prises par la caméra, déterminer dynamiquement comment la tête et les yeux se déplacent, et obtenir ainsi le cas échéant des informations plus fines sur la façon dont doit être conçu un verre multifocal. Ce processus peut en particulier être mis en oeuvre tant en vision de près qu'en vision de loin. Enfin l'invention peut être combinée à tout traitement d'image permettant notamment de superposer au visage du sujet des images de synthèse représentant différents modèles de montures, de retraiter la zone occupée par l'accessoire 30 pour que celui-ci soit invisible sur l'image délivrée (notamment retraitement des repères visuels dont la couleur fortement marquée peut être indésirable à l'écran, etc. REVENDICATIONS 1. Système d'aide à la détermination de la correction de la vue, caractérisé en ce qu'il 5 comprend en combinaison : - une caméra susceptible de prendre des images animées du visage du sujet selon un axe de visée déterminé, - un dispositif d'affichage pour représenter les 10 images prises par la caméra, - un accessoire apte à être porté de façon fixe par la tête du sujet et portant une pluralité de repères visuels, -des moyens formant cible(s) visuelle(s) 15 susceptibles de couvrir au moins deux positions déterminées par rapport à la caméra, des moyens d'analyse d'image capables d'analyser la position des repères visuels dans les images prises par la caméra et d'en déduire la 20 position et l'orientation dans l'espace de l'accessoire, et donc de la tête du sujet, lorsqu'il observe différentes régions des moyens formant cible(s) visuelle(s), pour en déduire une information de comportement visuel du sujet lors d'une vision qui 25 s'est déplacée. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant cible(s) visuelle(s) comprennent deux cibles visuelles localisées situées 30 à gauche et à droite d'un plan vertical passant par l'axe de la caméra, respectivement. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens formant cible(s) visuelle(s) comprennent au moins une ligne généralement horizontale. 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens formant cible(s) visuelle(s) comprennent un document imprimé. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens formant cible(s) visuelle(s) comprennent deux cibles espacées verticalement l'une de l'autre. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des deux cibles espacées verticalement est située sensiblement à la hauteur de la caméra, et l'autre est située au-dessous de la caméra. 7. Système selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déplacer au moins une cible. 25 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déplacer au moins une cible verticalement avec la caméra. 9. Système selon l'une des revendications 30 revendication 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'analyse d'image sont aptes à déterminer la rotation 15 20de la tête lors du déplacement du regard sur les cibles, et en ce qu'il comprend des moyens de calcul pour déduire des informations de rotation de la tête et de la position desdites cibles par rapport à la caméra, des informations de mouvement des yeux, pour ainsi obtenir une répartition entre le mouvement de la tête et le mouvement des yeux du sujet lors de ce déplacement du regard. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'analyse d'image et les moyens de calcul sont aptes à produire lesdites informations de façon statique, lorsque le sujet regarde une cible. 11. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'analyse d'image et les moyens de calcul sont aptes à produire lesdites informations de façon dynamique, au cours du déplacement du regard du sujet. 12. Système selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour calculer une moyenne entre plusieurs positions de l'accessoire, relevées dans une même situation. 13. Système selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les moyens d'analyse d'image sont également capables de déterminer une position de référence de la tête du sujet, où l'accessoire occupe une position généralement symétrique par rapport à unplan vertical parallèle à l'axe de visée de la caméra. 14. Système selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les repères visuels de l'accessoire sont des zones localisées d'une couleur bien déterminée, et en ce que les moyens d'analyse d'image comprennent un moyen de filtrage colorimétrique.10