Brevet FR3016046A1 — publié le 20150703

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION DE MANIPULATION D'UN APPAREIL PORTABLE L'invention porte sur un procédé et sur un dispositif de détection d'une manipulation d'un appareil portable, tel qu'un téléphone portable (notamment de type « smartphone », ou terminal de poche) ou une tablette tactile. L'invention porte également sur un téléphone portable ou une tablette tactile intégrant un tel dispositif. On entend par « manipulation » un mouvement intentionnel de l'appareil provoqué par son utilisateur, par exemple lorsqu'il le sort d'une 10 poche ou d'un sac à main, l'approche de son visage pour effectuer une communication téléphonique, le passe à une autre personne, etc. Il est parfois nécessaire qu'un appareil portable puisse déterminer, de façon autonome, lorsqu'il est en train d'être manipulé. Par exemple, la détection d'une manipulation peut permettre à un téléphone 15 portable d'augmenter la luminosité de son écran - préalablement maintenue à un faible niveau dans un souci d'économie d'énergie - afin de faciliter les opérations de déverrouillage. A présent, cela ne se fait pas de manière automatique et nécessite une opération spécifique de la part de l'utilisateur (généralement, un appui sur une touche). 20 L'utilisation d'un accéléromètre ou d'un magnétomètre permet la détection des mouvements d'un appareil portables, qui peuvent être attribués à une manipulation. Toutefois, ces mouvements peuvent également être provoqués par les mouvements de l'utilisateur qui transporte l'appareil et engendrer ainsi des « faux positifs ». 25 L'invention vise à procurer un procédé et un dispositif de détection d'une manipulation d'un appareil portable minimisant le risque de faux positifs, tout en présentant un taux de détection satisfaisant. L'inventeur s'est rendu compte que les faux positifs sont essentiellement dus aux mouvements de l'appareil portable induits par la 30 marche de l'utilisateur. Ces mouvements consistent essentiellement en des oscillations de faible amplitude à une fréquence de l'ordre de 1 Hz provoqués par les pas et, occasionnellement, en des rotations de grande amplitude autour d'un axe vertical, provoquées par les changements de cap. Par contre, une manipulation intentionnelle comporte le plus souvent une rotation d'assez grande amplitude autour d'un axe qui n'est généralement par vertical, éventuellement suivis de rotations de plus faibles amplitude. Le procédé et le dispositif de l'invention exploitent ces différences pour distinguer les manipulations intentionnelles de l'appareil des mouvements parasites résultant, notamment, de la marche de l'utilisateur. Un premier objet de l'invention est un procédé de détection d'une manipulation d'un appareil portable, comportant les étapes suivantes : a) déterminer, au moyen d'un capteur, l'orientation de la direction verticale dans un référentiel solidaire audit appareil portable à une pluralité d'instants successifs ; b) calculer, pour chaque dit instant, l'angle formé par l'orientation de ladite direction verticale dans ledit référentiel et une orientation 15 de référence ; et c) détecter une manipulation lorsque ledit angle dépasse un premier seuil. Avantageusement, un tel procédé peut comporter également l'étape suivante : 20 d) suite à la détection d'une manipulation, considérer pendant une durée déterminée qu'elle est en cours. En outre, ladite étape c) peut avantageusement comprendre également l'étape suivante : c') détecter une manipulation également lorsque ledit angle 25 dépasse un deuxième seuil, inférieur audit premier seuil, une manipulation étant déjà considérée en cours. Avantageusement, un tel procédé peut comporter également l'étape suivante : e) lorsqu'une manipulation est détectée à un instant dit de 30 détection, prendre en tant que nouvelle orientation de référence l'orientation de ladite direction verticale audit instant de détection ou à un instant antérieur. Alternativement, ladite orientation de référence peut être choisie égale à l'orientation de ladite direction verticale à un instant antérieur, précédent un instant courant d'une durée t comprise entre 0,5 et 5 secondes. Selon d'autres caractéristiques avantageuses, prises séparément ou en combinaison : - Ledit capteur peut être un accéléromètre à trois axes. - Ladite étape a) peut comprendre également une opération de filtrage passe-bas d'un signal généré par ledit capteur, avantageusement mise en oeuvre avec une fréquence de coupure inférieure ou égale à 1 HZ et 10 de préférence inférieure ou égale à 0,5 Hz. - Les instants d'une dite succession peuvent être espacés d'un intervalle moyen compris entre 1 secondes et 1 milliseconde. - Ledit premier seuil peut être compris entre 150 et 45°, et de préférence entre 20° et 40°. 15 - Ledit deuxième seuil peut être compris entre 5° et 25°. - Ladite durée déterminée peut être comprise entre 0,1 et 2 secondes. - Ledit appareil portable peut être choisi parmi un téléphone portable et une tablette tactile. 20 Un deuxième objet de l'invention est un dispositif de détection d'une manipulation d'un appareil portable comprenant : - un capteur pour mesurer l'orientation d'une direction verticale dans un référentiel solidaire audit appareil portable ; et - un processeur relié audit capteur, ledit processeur étant 25 configuré ou programmé pour mettre en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes. Un troisième objet de l'invention est un téléphone portable comprenant un tel dispositif. Un quatrième objet de l'invention est une tablette tactile 30 comprenant un tel dispositif. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : - La figure 1, un schéma fonctionnel d'un dispositif selon un 5 mode de réalisation de l'invention, intégré à un téléphone portable ; - Les figures 2A et 2B, la mesure de l'orientation de la direction verticale dans un référentiel solidaire à l'appareil portable dont les manipulations doivent être détectées ; et - La figure 3, un ordinogramme d'un procédé selon un 10 premier mode de réalisation de l'invention où la référence est prise à l'instant courant. - La figure 4, un ordinogramme d'un procédé selon un second mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente schématiquement un téléphone 15 portable de type terminal de poche ou « smartphone » SP, intégrant un dispositif de détection des manipulations DDM selon un mode de réalisation de l'invention. Ce dernier comprend un accéléromètre à trois axes AM, réalisé en technologie MEMS (système micro-électro-mécanique), un circuit CC de conditionnement (filtrage, échantillonnage et conversion au format numérique) 20 des signaux générés par ledit accéléromètre, un processeur PR recevant les signaux ainsi conditionnés et une mémoire M stockant un programme exécuté par ledit processeur afin de mettre en oeuvre un procédé selon l'invention. Il convient de noter que ces différents éléments sont normalement présents dans les « smartphones », ainsi que dans d'autres appareils tels que des 25 tablettes tactiles. Ainsi, des modifications purement logicielles peuvent suffire à transformer un « smartphone » ou une tablette tactile en un appareil portable selon l'art antérieur apte à la mise en oeuvre de l'invention. La figure 2A montre l'orientation de l'accéléromètre AM dans un référentiel inertiel Ro (axes X0, 110, Zo, ce dernier correspondant à la 30 verticale locale) pour deux positions P1 et P2 de l'appareil portable. La figure représente aussi, dans les deux positions, un référentiel RANA (axes XAM, YAM, ZANA) solidaire de l'accéléromètre, et donc mobile dans le référentiel inertiel. En supposant que l'appareil portable n'est pas soumis à des accélérations violentes, l'accéléromètre AM mesure essentiellement l'accélération gravitationnelle, dirigée selon l'axe Z0; en tout cas, l'accélération gravitationnelle est dominante si on se limite à considérer les composantes à basse fréquence (1 Hz ou moins) des signaux qu'il fournit. Plus précisément, quelle que soit sa position, l'accéléromètre AM fournit des signaux représentatifs de l'orientation (c'est-à-dire des composantes) de l'axe Zo dans son référentiel propre RAM. La figure 2B montre l'accéléromètre AM dans son référentiel 10 propre RANA. Dans ce référentiel, le passage de l'appareil de la position P1 à la position P2 se traduit par un changement d'orientation de Zo, c'est-à-dire de la direction verticale. Conformément à l'invention, on considère qu'un changement d'orientation de Zo, par rapport à une orientation de référence ou « initiale », 15 dépassant un certain seuil s1 est indicatif d'une manipulation de l'appareil. Le seuil s1 permet de ne pas prendre en compte les petites oscillations provoquées par la marche de l'utilisateur ; le fait de s'intéresser aux changements d'orientation de Zo permet de négliger l'effet des changements de cap des utilisateurs, qui ne modifient pas cette orientation (il s'agit de 20 rotations autour, justement, de l'axe vertical Zo). Le seuil s1 est avantageusement compris entre 15° et 45°, et de prl:rence entre 200 et 40° ; par exemple, il peut être de 30°. L'ordinogramme de la figure 3 illustre, de manière plus détaillée, la mise en oeuvre d'un procédé selon un mode de réalisation de 25 l'invention. Bien que cela ne soit pas représenté, on considère que les signaux issus de l'accéléromètre AM sont soumis à un filtrage passe-bas avec une fréquence de coupure inférieure ou égale à 1 Hz, et de préférence inférieure ou égale à 0,5 Hz, ce qui permet de minimiser les influences des oscillations dues à la marche et de chocs éventuels. En outre, ces signaux 30 sont échantillonnés - ou sous-échantillonnés - à une fréquence typiquement de l'ordre de 200 Hz, mais pouvant être supérieure (1 kHz ou plus) ou inférieure (5 - 10 Hz ou moins). Cette fréquence d'échantillonnage peut être variable ; plus généralement, on considère l'orientation de Zo à des instants espacés d'un intervalle moyen compris entre 1 secondes et 1 milliseconde. Premièrement, l'orientation de l'axe Zo à l'instant t=0 est prise comme orientation initiale, ou de référence, ZREF. En outre, on considère qu'il 5 n'y a pas de manipulation en cours à l'instant t=0; on pose donc le « drapeau » (variable binaire) MANIP égal à zéro. Par ailleurs, un compteur COMPT est initialisé à zéro. Ensuite, à chaque instant « t» on détermine l'angle a(t) entre la l'orientation de Zo dans le référentiel RAm, et l'orientation de ZREF, 10 considérée fixe dans ce référentiel. Cet angle peut être déterminé en calculant l'arc-sinus de la norme du produit vectoriel entre ZREF et Zo, dont l'accéléromètre AM fournit les composantes selon les axes XAM, YAM, ZAm (on considère que 114112=11ZREFII2=1, ce qui peut être obtenu par normalisation): a(t) - arcsin (11ZREF x Zo (OP 15 Ensuite, on effectue la détection des manipulations. Une manipulation est détectée si : alors que le drapeau MANIP est égal à 0, a(t)s1 ; ou si alors que le drapeau MANIP est égal à 1, a(t)s2, où s2 est un deuxième seuil inférieur à s1 et pouvant être compris, par exemple, 20 entre 5° et 25°. L'idée est qu'une manipulation commence souvent avec un changement d'orientation important, puis se poursuit avec des changements d'orientation moindres. Si une manipulation est détectée (qu'il s'agisse d'une 25 « détection initiale », avec franchissement du premier seuil st ou d'une « détection ultérieure », avec franchissement du deuxième seuil s2) : - le drapeau MANIP passe à 1, pour indiquer qu'une manipulation est en cours ; - la direction de référence ZREF est actualisée, et prend la 30 valeur de Zo à l'instant de détection, Zo(t) ; - le compteur COMPT prend une valeur prédéfinie INIT qui correspond à une durée prédéterminée, généralement de l'ordre de 1 seconde. Si aucune manipulation n'est détectée le compteur COMPT 5 est décrémenté d'une unité (à supposer qu'il ne soit pas nul). On remarque que selon ce mode de réalisation, la direction de référence est actualisée à la valeur de Zo à l'instant de détection « t », et cela lorsqu'une manipulation est détectée (MANIP = 1), ou à la fin d'une manipulation (MANIP passe de 1 à 0). 10 En l'absence détection de manipulation (MANIP = 0), la valeur de référence n'est pas actualisée. Lorsque le compteur COMPT prend la valeur zéro, le drapeau MANIP est remis à zéro, autrement il garde sa valeur. En tout cas, le procédé est répété de façon itérative. L'utilisation du compteur se base sur le principe 15 suivant : lorsqu'une manipulation a été détectée (qu'il s'agisse d'une « détection initiale », avec franchissement du premier seuil s1 ou d'une « détection ultérieure », avec franchissement du deuxième seuil s2), on considère qu'elle se poursuit pendant au moins une durée minimale prédéterminée, exprimée par INIT. Le décrément du compteur COMPT 20 constitue un compte à rebours, qui est réinitialisé à chaque détection de manipulation. La manipulation est considérée terminée (ce qui est exprimé par le retour du drapeau MANIP à zéro) lorsqu'aucune détection - « initiale » ou « ultérieure » - ne s'est produite pendant ladite durée prédéterminée. Selon un autre mode de réalisation, représenté sur 25 l'ordinogramme de la figure 4: Si une manipulation est détectée (qu'il s'agisse d'une « détection initiale », avec franchissement du premier seuil st ou d'une « détection ultérieure », avec franchissement du deuxième seuil s2) : - le drapeau MANIP passe à 1, pour indiquer qu'une 30 manipulation est en cours ; la direction de référence ZREF est actualisée, et prend la valeur de Zo à un instant antérieur « t-T », Zo(t-t) ; ^ le compteur COMPT prend une valeur prédéfinie INIT qui correspond à une durée prédéterminée, généralement de l'ordre de 1 seconde. Si aucune manipulation n'est détectée : - le compteur COMPT est décrémenté d'une unité (à supposer qu'il ne soit pas nul) ; et - la direction de référence ZREF est actualisée, et prend la valeur de Zo à un instant antérieur « t-T », Zo(t-t). On remarque que selon ce mode de réalisation, la direction de référence est toujours actualisée à la valeur de Zo à un instant antérieur, et cela à chaque itération, qu'une manipulation soit détectée ou non. De préférence, la valeur de référence est choisie égale à la valeur de Zo à l'instant t-T, c'est-à-dire décalée selon le décalage temporel T, ce dernier étant le plus souvent compris entre 0,5 et 5 secondes, et typiquement de l'ordre d'une seconde. Ce décalage temporel peut être paramétrable et ajusté expérimentalement. L'expérience montre que ce mode de réalisation est plus robuste (moins de faux positifs), mais moins sensible. En effet, pour qu'une manipulation soit détectée, il faut que la variation angulaire ait lieu dans l'intervalle temporel T. De nombreuses modifications de ce procédé peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, à titre non limitatif : - L'accéléromètre AM pourrait être remplacé par un autre 25 capteur, par exemple un magnétomètre sensible au champ magnétique terrestre - mais cela induirait une complexité additionnelle. - Seulement le seuil s1 pourrait être utilisé ; dans ce cas, la détection des manipulations se ferait en vérifiant la seule condition cc(t)1 et serait indépendante de la valeur du drapeau. 30 - Dans ce cas, on pourrait ne pas utiliser de drapeau, ni de compteur. Ces éléments sont néanmoins utiles si on souhaite distinguer une manipulation unique qui se poursuit pendant un certain temps d'une succession de manipulations plus brèves. - L'équation a(t) = arcsin (11ZREF x Zo (00) n'est qu'un mode possible de détermination de l'angle a(t). - Les valeurs des seuils si et s2, de la fréquence de coupure, de la fréquence d'échantillonnage, de l'espacement moyen entre les instants auxquels on détermine l'orientation de la direction verticale et de la durée minimale d'une manipulation sont données uniquement à titre d'exemple non limitatif, et dépendent des applications spécifiques considérées. - L'invention s'applique également à des appareils portables autres que des téléphones portables ou des tablettes tactiles. REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'une manipulation d'un appareil portable (SP), comportant les étapes suivantes : a) déterminer, au moyen d'un capteur (AM), l'orientation de la direction verticale (Zo) dans un référentiel solidaire audit appareil portable à une pluralité d'instants successifs ; b) calculer, pour chaque dit instant, l'angle (a) formé par l'orientation de ladite direction verticale dans ledit référentiel et une orientation 10 de référence (ZREF) ; et c) détecter une manipulation lorsque ledit angle dépasse un premier seuil (s1). 2. Procédé selon la revendication 1 comportant également 15 l'étape suivante : d) suite à la détection d'une manipulation, considérer pendant une durée déterminée qu'elle est en cours. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel ladite étape 20 c) comprend également l'étape suivante : c') détecter une manipulation également lorsque ledit angle (a) dépasse un deuxième seuil (s2), inférieur audit premier seuil, une manipulation étant déjà considérée en cours. 25 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes comportant également l'étape suivante : e) lorsqu'une manipulation est détectée à un instant dit de détection, prendre en tant que nouvelle orientation de référence l'orientation de ladite direction verticale audit instant de détection. 30 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel ladite orientation de référence (ZREF) est choisie égale à l'orientation de laditedirection verticale (Z0) à un instant antérieur, précédent un instant courant d'une durée t comprise entre 0,5 et 5 secondes. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans 5 lequel ledit capteur est un accéléromètre à trois axes (AM). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite étape a) comprend également une opération de filtrage passe-bas d'un signal généré par ledit capteur. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel ladite opération de filtrage passe-bas est mise en oeuvre avec une fréquence de coupure inférieure ou égale à 1 HZ et de préférence inférieure ou égale à 0,5 Hz. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les instants d'une dite succession sont espacés d'un intervalle moyen compris entre 1 secondes et 1 milliseconde. 20 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit premier seuil est compris entre 15° et 45°, et de préférence entre 20° et 40°. 11. Procédé selon la revendication 3, ou l'une des 25 revendications 4 à 10 lorsqu'elle dépend de la revendication 3, dans lequel ledit deuxième seuil est compris entre 5° et 25°. 12. Procédé selon la revendication 2, ou l'une des revendications 3 à 11 lorsqu'elle dépend de la revendication 2, dans lequel 30 ladite durée déterminée est comprise entre 0,1 et 2 secondes. 10 1512. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit appareil portable est choisi parmi un téléphone portable (SP) et une tablette tactile. 14. Dispositif (DDM) de détection d'une manipulation d'un appareil portable comprenant : - un capteur (AM) pour mesurer l'orientation d'une direction verticale dans un référentiel solidaire audit appareil portable ; et - un processeur (PR) relié audit capteur, ledit processeur 10 étant configuré ou programmé pour mettre en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes. 15. Téléphone portable (SP) comprenant un dispositif (DDM) selon la revendication 14. 15 16. Tablette tactile comprenant un dispositif (DDM) selon la revendication 14.