Brevet FR3028741A1 — publié le 20160527

DISPOSITIF DE MESURE DU RYTHME CARDIAQUE DU CONDUCTEUR D'UN VEHICULE [1] L'invention concerne, de façon générale, les interfaces homme-machine, en particulier dédiées aux véhicules automobiles, les systèmes d'aide à la conduite et le monitoring de l'état, en particulier physiologique, du conducteur d'un véhicule. [2] L'invention a également vocation à améliorer le confort et le bien-être à bord des véhicules automobiles. [3] L'invention porte plus particulièrement sur un dispositif permettant la surveillance de l'état physiologique du conducteur d'un véhicule automobile, par l'intermédiaire de moyens originaux configurés pour mesurer certains paramètres physiologique, comme le rythme cardiaque ou le rythme respiratoire. [4] Le problème général auquel la présente invention se propose d'apporter une solution concerne par conséquent la surveillance de l'état, en particulier physiologique, du conducteur d'un véhicule, dans le but de déterminer son niveau de vigilance, ou de détecter un problème de santé tel qu'une crise cardiaque, ou encore un assoupissement. [5] La surveillance de paramètres physiologiques, notamment du conducteur d'un véhicule, a déjà fait l'objet d'études et de développement. [6] Il est connu, par exemple, de mesurer les paramètres physiologiques suivant d'une personne : - le rythme cardiaque, par électrocardiogramme, - le niveau de sudation, par la mesure de la conductance cutanée - SCL pour Skin Conductance Level en anglais, ou par la technique du réflexe cutané galvanique - Galnanic Skin Response en anglais, - la température corporelle, - le rythme cardiaque et le taux d'oxygénation du sang, par la technique de photopléthysmographie ou par la technique de l'oxymétrie de pouls. [007] L'inconvénient majeur des techniques classiques de mesure de ces paramètres physiologiques réside dans le fait qu'elles nécessitent un contact avec le corps, ainsi qu'une continuité et une qualité de mesure élevée pour fournir des mesures fiables. Cela 3028741 2 engendre bien entendu de nombreuses difficultés dans un environnement d'habitacle de véhicule automobile, d'autant plus qu'il n'est pas sérieusement envisageable d'équiper le conducteur d'un véhicule de capteurs disposés sur son corps. [8] Pour répondre à cette problématique générale, les technologies actuelles 5 proposent un dispositif installé sur le volant, en vue de réaliser des mesures de paramètres physiologiques par contact, électrocardiogramme, mesure de la conductance cutanée, mesure du réflexe cutané galvanique, mesure de la température corporelle ou oxymétrie de pouls. C'est notamment en ce sens qu'a été proposé le dispositif décrit dans le document W02014128273. Cependant, le contact entre la peau du conducteur et de 10 tels dispositifs aménagés sur le volant n'est pas permanent. De plus, les mouvements des mains sur le volant produisent de nombreux artéfacts dans les mesures dont la fiabilité est par conséquent incertaine. [9] Il existe donc un besoin pour un dispositif plus efficace, permettant la mesure précise et sans contact de paramètres physiologiques du conducteur d'un véhicule 15 automobile. [0010] A cette fin, le dispositif selon l'invention comprend une ou plusieurs caméra(s) dirigée(s) vers le visage du conducteur, et des moyens d'illumination dudit visage par de la lumière infrarouge, invisible à l'oeil humain. Le dispositif selon l'invention comporte par ailleurs des moyens de mesure du rythme cardiaque, et éventuellement d'autres 20 paramètres physiologiques, à partir des images capturées par ladite (lesdites) caméra(s). Le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens d'analyse des mesures effectuées en fonction du temps. [0011] Dans ce contexte, l'invention propose un dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule, comprenant : 25 - au moins une caméra, - des moyens d'illumination du visage du conducteur, ladite au moins une caméra et lesdits moyens d'illumination étant placés face au conducteur, de telle manière que les moyens d'illumination éclairent le visage du conducteur et que la caméra capture des images dudit visage. 30 Le dispositif selon l'invention est remarquable en ce que lesdits moyens d'illumination éclairent le visage du conducteur par de la lumière infrarouge, en ce que ladite au moins une caméra capture des images du visage à travers un filtre infrarouge, de telle sorte que les images obtenues sont caractéristiques de la présence d'hémoglobine 3028741 3 sous la surface de la peau, et en ce que le dispositif de mesure du rythme cardiaque comprend par ailleurs des moyens de détermination de l'afflux sanguin sous la peau du visage du conducteur du véhicule à partir de ladite image, ainsi que des moyens de détermination du rythme cardiaque du conducteur en fonction de l'évolution dans le 5 temps dudit afflux sanguin. [0012] Selon un mode de réalisation préféré, ladite lumière infrarouge présente une longueur d'onde d'environ 940 nanomètres. [0013] Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend en outre : 10 - des moyens pour détecter le visage du conducteur sur chaque image capturée, - des moyens pour détecter un ensemble de zones fortement vascularisées dudit visage, - des moyens pour extraire de l'image capturée une zone d'intérêt, représentative desdites zones fortement vascularisées, 15 des moyens de mesure de l'intensité moyenne des pixels de chaque image capturée correspondant à ladite zone d'intérêt, et des moyens de mesure des variations de ladite intensité moyenne en fonction du temps, les moyens de détermination de l'afflux sanguin sous la peau du visage du conducteur déterminant ledit afflux sanguin à partir desdites variations 20 de l'intensité moyenne des pixels de la zone d'intérêt en fonction du temps. [0014] Lesdites zones fortement vascularisées peuvent notamment correspondre aux zones où passent les artères faciales, labiales inférieures, labiales supérieures, et nasales du visage. 25 [0015] Avantageusement, lesdits moyens de détermination de l'afflux sanguin sous la peau du visage du conducteur, à partir des variations de l'intensité moyenne des pixels de la zone d'intérêt en fonction du temps, comprennent des moyens de décomposition spectrale. [0016] Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte en outre des 30 moyens de détermination du rythme respiratoire en fonction de l'évolution dans le temps de ladite détermination de l'afflux sanguin sous la peau du visage du conducteur. 3028741 4 [0017] Selon un mode de réalisation, ladite au moins une caméra est fixée à un tableau de bord d'habitacle de véhicule ou à un rétroviseur intérieur d'un habitacle de véhicule. [0018] Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'illumination sont fixés à un tableau de bord d'habitacle de véhicule ou à un rétroviseur intérieur d'un habitacle de 5 véhicule. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma d'un dispositif selon l'invention installé dans un habitacle de 10 véhicule ; - figure 2, un schéma représentant le traitement d'une image d'un visage de conducteur capturée par la caméra du dispositif selon l'invention. [0020] Dans ce qui va suivre, les modes de réalisation décrits s'attachent plus particulièrement à une mise en oeuvre du dispositif selon l'invention au sein d'un véhicule 15 automobile. Cependant, toute mise en oeuvre dans un contexte différent, en particulier dans tout type de véhicule, est également visée par la présente invention. [0021] La figure 1 représente de façon schématique le principe de fonctionnement du dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule, selon l'invention. [0022] Ledit conducteur 2 est représenté dans un habitacle de véhicule 1. Le dispositif 20 de mesure du rythme cardiaque selon l'invention comprend, dans le mode de réalisation de la figure 1, une caméra 10 et un illuminateur infrarouge 11. L'illuminateur infrarouge 11 constitue des moyens d'illumination du visage 3 du conducteur 2 par de la lumière infrarouge. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, ladite lumière infrarouge présente une longueur d'onde d'environ 940 nanomètres. La caméra 10 capture 25 des images du visage 3 du conducteur 2 à travers un filtre infrarouge 12. [0023] Le dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule comprend également des moyens, non représentés, de traitement des images capturées par la caméra 10. Ces moyens de traitement permettent de mesurer, en temps réel et sans contact, le rythme cardiaque du conducteur 2, ainsi, éventuellement, que son rythme 3028741 5 respiratoire. Ces mesures peuvent être analysées pour déterminer l'état physiologique général du conducteur 2. [0024] La caméra 10 peut être intégrée dans le tableau de bord, comme représenté à la figure 1, mais également, de façon alternative ou de façon additionnelle et 5 complémentaire, dans le combiné, dans la demi-gaine supérieure de la colonne de direction, ou encore dans le rétroviseur intérieur de l'habitacle de véhicule 1. Le - ou les - illuminateurs 11 peuvent partager le même emplacement que la caméra 10, ou être positionné(s) proche de la caméra, ou encore être disposés en l'un des autres emplacements précédemment cités, distinct de celui où se trouve la caméra 10. 10 [0025] Les moyens d'illumination 11 et la caméra 10 sont placés face au conducteur 2, de façon à, respectivement, illuminer son visage 3 et en capturer des images. [0026] De façon préférée, l'illuminateur 11 éclaire le visage 3 d'une lumière présentant une longueur d'onde d'environ 940 nanomètres. Cette longueur d'onde de 940 nanomètres est préférée car elle est, dans le proche infrarouge, celle pour laquelle 15 l'absorption par l'hémoglobine présente dans le sang, sous sa forme oxygénée Hb02, est la plus forte. [0027] La caméra 10 capture l'image du visage 3 et réalise par conséquent l'acquisition d'une image de la réflexion de la lumière infrarouge sur la peau du visage 3, à la longueur d'onde d'environ 940 nanomètres. Cette image est caractéristique de la présence 20 d'hémoglobine sous la surface de la peau. [0028] Sur la durée, la caméra 10 réalise ainsi l'acquisition de séquence d'images du visage 3 du conducteur, en lumière infrarouge, à une fréquence voulue, qui peut être, par exemple, de 30 images par seconde. [0029] De façon optionnelle, la caméra 10 peut enregistrer une image de fond, en 25 l'espèce celle correspondant à la réflexion de la lumière ambiante sur la peau du visage 3. Cette image de fond peut alors être soustraite à l'image du visage capturée en infrarouge afin d'en éliminer le bruit correspondant. Cependant, si le filtre optique infrarouge 12 placé devant la caméra 10 est suffisamment efficace, le niveau d'intensité de l'image de fond est très faible et la mise en oeuvre de cette soustraction de l'image de fond à l'image capturée 30 en infrarouge est inutile. 3028741 6 [0030] En référence à la figure 2, le dispositif selon l'invention comprend par ailleurs des moyens de détection, dans chaque image capturée, du visage du conducteur 2, parmi les autres éléments de l'habitacle qui l'entourent. [0031] Les algorithmes de détection d'un visage dans une image sont connus. A titre 5 d'illustration, il est possible d'utiliser par exemple un détecteur fonctionnant selon la méthode connue de Viola and Jones. [0032] En référence à la figure 2, une partie 30 de chaque image, correspondant au visage du conducteur, est alors considérée pour les traitements ultérieurs. De ce fait, quand le conducteur bouge devant la caméra 10, sa tête est constamment suivie, de 10 même que la zone correspondant à la partie 30 de l'image dans laquelle le visage a été détecté, en suivant ses mouvements. [0033] Toujours en référence à la figure 2, à partir de cette partie 30 de chaque image, le dispositif selon l'invention met en oeuvre des moyens de détection des zones 31 où la peau est fortement vascularisée. Ces zones fortement vascularisées 31 correspondent 15 généralement aux joues et aux parties supérieures et inférieures de la bouche, où se trouvent les artères faciales, labiales inférieures et supérieures et nasales latérales. [0034] Pour cela, l'utilisation d'un algorithme de localisation des traits du visage, basé sur un modèle statistique, tel que l'algorithme de modèle d'apparence actif, ou AAM pour Active Appearance Model selon l'acronyme anglais, permet, par étapes de convergence 20 successives, de trouver des points caractéristiques sur le visage, tels que les coins des lèvres, les yeux, les narines, les sourcils, correspondant aux zones fortement vascularisées 31 de la figure 2. [0035] Toujours en référence à la figure 2, à partir de ces points caractéristiques 31 détectés sur la partie 30 du visage, le dispositif selon l'invention comprend des moyens 25 d'extraction d'une zone d'intérêt 32 représentative des zones fortement vascularisées 31 du visage. [0036] Selon le mode de réalisation préféré de la présente invention, le dispositif selon l'invention comprend des moyens pour calculer l'intensité moyenne des pixels correspondant à cette zone d'intérêt 32 dans chaque image capturée. 30 [0037] L'évolution de cette intensité moyenne des pixels formant la zone d'intérêt 32 sur chaque image capturée par la caméra 10 est ainsi analysée en fonction du temps, la 3028741 7 caméra capturant des séquences d'images du visage 3 à une fréquence prédéterminée, comprise entre 25 Hertz et 60 Hertz, et pouvant par exemple être égale à environ 30 Hertz. [0038] Le dispositif pour mesurer le rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule 5 comporte par conséquent des moyens pour analyser l'évolution de cette intensité moyenne des pixels formant la zone d'intérêt 32, en fonction du temps. Cette évolution est caractéristique de la présence d'hémoglobine et donc de l'afflux sanguin dans la peau du visage, lui-même caractéristique de la fréquence cardiaque, correspondant aux fluctuations à haute fréquence, et de la fréquence respiratoire, correspondant aux 10 fluctuations à plus basse fréquence. [0039] Ainsi, l'analyse de l'évolution de l'intensité moyenne des pixels formant la zone d'intérêt 32 de chaque image du visage 3 du conducteur 2, capturée par la caméra 10, permet de déterminer le rythme cardiaque dudit conducteur. En effet, ladite évolution de l'intensité moyenne des pixels formant la zone d'intérêt 32 correspond, pour les 15 fréquences comprises entre 0,7 Hertz et 3 Hertz, à un rythme cardiaque compris entre 42 et 180 pulsations par minute et, pour les fréquences inférieures à 0,5 Hertz, à un rythme respiratoire, étant entendu qu'une fréquence de 0,5 Hertz correspond à un rythme respiratoire d'environ 30 inspirations / expirations par minute. [0040] En résumé, le dispositif selon l'invention permet la mesure du rythme cardiaque et 20 du rythme respiratoire du conducteur d'un véhicule, de façon fiable, continue, et sans contact. [0041] En outre, de façon optionnelle et complémentaire, il faut noter que le même dispositif, grâce en particulier à la caméra, et à des moyens de traitement adaptés, peut permettre de simultanément mesurer l'ouverture des yeux du conducteur 2 afin de 25 déterminer son niveau d'éveil, ou encore de capturer les mouvements de la tête et des yeux du conducteur 2 afin d'évaluer son niveau de distraction. [0042] La fusion de toutes ces données - état physiologique, niveau d'éveil, distraction ainsi, éventuellement, que des données provenant du véhicule significatives du comportement du conducteur - louvoiement, actions non coordonnées sur les pédales 30 et / ou sur le volant ...etc. - peut permettre d'obtenir, sans contact, une mesure complète de l'état physiologique et émotionnel du conducteur. 3028741 8 [0043] Cette information sur l'état du conducteur peut être exploitée pour configurer des systèmes d'aides à la conduite embarqués, afin d'adapter les réglages des organes de confort et plus généralement de l'habitacle, voire de permettre de gérer des cas extrêmes où la mesure complète de l'état physiologique et émotionnel du conducteur montre que 5 l'exécution de la tâche de conduite n'est plus possible - endormissement, malaise, crise d'épilepsie, crise cardiaque ...etc. [0044] II est précisé, en outre, que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS: 1. Dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule, comprenant : - au moins une caméra (10), - des moyens d'illumination (11) du visage du conducteur, ladite au moins une caméra (10) et lesdits moyens d'illumination (11) étant placés face au conducteur (2), de telle manière que les moyens d'illumination (11) éclairent le visage (3) du conducteur et que la caméra (10) capture des images dudit visage, caractérisé ce que lesdits moyens d'illumination (11) éclairent le visage (3) du conducteur par de la lumière infrarouge, en ce que ladite au moins une caméra (10) capture des images du visage à travers un filtre infrarouge (12), de telle sorte que les images obtenues sont caractéristiques de la présence d'hémoglobine sous la surface de la peau, et en ce que le dispositif de mesure du rythme cardiaque comprend par ailleurs des moyens de détermination de l'afflux sanguin sous la peau du visage (3) du conducteur (2) du véhicule à partir de ladite image, ainsi que des moyens de détermination du rythme cardiaque du conducteur (2) en fonction de l'évolution dans le temps dudit afflux sanguin. 2. Dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite lumière infrarouge présente une longueur d'onde d'environ 940 nanomètres. 3. Dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : des moyens pour détecter le visage (30) du conducteur sur chaque image capturée, des moyens pour détecter un ensemble de zones fortement vascularisées (31) dudit visage détecté (30), des moyens pour extraire de l'image capturée une zone d'intérêt (32), représentative desdites zones fortement vascularisées (31), des moyens de mesure de l'intensité moyenne des pixels de chaque image capturée correspondant à ladite zone d'intérêt (32), et des moyens de mesure des variations de ladite intensité moyenne en fonction du temps, les moyens de détermination de l'afflux sanguin sous la peau du visage (30) du conducteur (2) déterminant ledit afflux sanguin à partir desdites 3028741 10 variations de l'intensité moyenne des pixels de la zone d'intérêt (32) en fonction du temps. 4. Dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule selon la 5 revendication 3, caractérisé en ce que lesdites zones fortement vascularisées (31) correspondent aux zones où passent les artères faciales, labiales inférieures, labiales supérieures, et nasales du visage. 5. Dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule selon l'une 10 quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination de l'afflux sanguin sous la peau du visage du conducteur (2), à partir des variations de l'intensité moyenne des pixels de la zone d'intérêt (32) en fonction du temps, comprennent des moyens de décomposition spectrale. 6. Dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule selon l'une 15 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de détermination du rythme respiratoire en fonction de l'évolution dans le temps de ladite détermination de l'afflux sanguin sous la peau du visage du conducteur (2). 7. Dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule selon l'une 20 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une caméra (10) est fixée à un tableau de bord d'habitacle de véhicule (1) ou à un rétroviseur intérieur d'un habitacle de véhicule (1). 8. Dispositif de mesure du rythme cardiaque du conducteur d'un véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens 25 d'illumination sont fixés à un tableau de bord d'habitacle de véhicule (1) ou à un rétroviseur intérieur d'un habitacle de véhicule (1).