Brevet FR3046473A1 — publié le 20170707

La présente invention concerne les interfaces entre des objets mobiles et un système informatique, notamment dans le domaine du suivi de personnes dans un environnement prédéterminé, et plus particulièrement un procédé et un dispositif pour l'extension de surfaces de détection interfaçant une pluralité d'éléments mobiles avec un système informatique. Dans de nombreuses situations, il peut être nécessaire, pour un système informatique, de détecter la position et/ou l'orientation d'éléments mobiles pour permettre à ce dernier de réagir en conséquence. Ainsi, par exemple, dans des applications de réalité virtuelle permettant d'enrichir un environnement visualisé par plusieurs utilisateurs, l'application mise en oeuvre par le système informatique doit connaître la position de tous les utilisateurs, pour calculer une représentation bidimensionnelle d'un objet tridimensionnelle, typiquement selon une position et une orientation, pour chaque utilisateur, afin d'ajouter cette représentation à la scène visualisée par chacun des utilisateurs. Il existe différentes technologies pour détecter la position et/ou l'orientation d'objets réels sur des surfaces de détection permettant d'utiliser ces objets comme interfaces de systèmes informatiques. Ainsi, par exemple, les inventeurs ont précédemment mis au point un procédé et des dispositifs pour interfacer une pluralité d'éléments mobiles avec un système informatique. Ce procédé et ces dispositifs ont fait l'objet d'une 25 demande de brevet ayant conduit au brevet FR 2 964 479. Conformément à l'invention décrite dans ce document, les éléments mobiles sont pourvus d'un ou plusieurs modules de localisation et d'un module d'activation permettant de déterminer la position et, de préférence, l'orientation, de chaque élément mobile, de façon séquentielle. La captation des positions 30 d'éléments mobiles s'effectue ici par champ électromagnétique. A ces fins, une surface de détection de positions des éléments mobiles, composée d'un maillage de type ligne/colonne de captation électromagnétique, est utilisée. Elle 3046473 2 est associée à un module électronique capable de calculer, par démultiplexage, la position d'un module de localisation émettant un champ électromagnétique. Chaque module de localisation est donc sélectionné de façon séquentielle, selon un identifiant qui lui est propre, afin qu'il émette un champ 5 électromagnétique. Un module de pilotage de détection de position est associé à la surface de détection afin d'activer séquentiellement les émissions électromagnétiques des modules de localisation via un signal de commande. La surface de détection des positions est, par exemple, une carte de type PCB (sigle de Printed Circuit Board en terminologie anglo-saxonne) de 10 réception électromagnétique, souple ou rigide. La figure 1 illustre un exemple de surface de détection et de logique associée. La surface de détection 1100 est ici constituée d'un maillage sous forme de lignes et de colonnes constituant une grille conductrice. Cette dernière 15 comprend un ensemble de boucles conductrices suivant deux axes orthogonaux. Chaque boucle est un capteur discret permettant de mesurer l'intensité du courant ou la tension induite par un élément rayonnant, typiquement un solénoïde appartenant à un élément mobile dont la position et/ou l'orientation doivent être calculées, qui est positionné sur la surface de 20 détection. A titre d'illustration, il est considéré qu'un solénoïde est placé à la position 105, c'est-à-dire à l'intersection des boucles 110 et 115 dont une extrémité est reliée à une masse et l'autre extrémité est reliée aux composants électroniques utilisés pour calculer une position. Lorsque le solénoïde situé à la position 105 est alimenté, il génère un courant inductif dans les boucles 110 et 115 qui peut être analysé et comparé au courant induit dans les autres boucles. Il est ainsi possible, par couplage inductif entre le solénoïde et la grille et par mesure du courant induit, de déterminer la position de solénoïde. Des multiplexeurs 120 et 125 sont reliés à chaque boucle de chacun des deux axes de la grille, c'est-à-dire ici à chacune des boucles verticales et horizontales, respectivement. Les sorties des multiplexeurs 120 et 125 sont connectées aux contrôleurs automatiques de gain (CAG) 130 et 135, 3046473 3 respectivement, d'un module de pilotage de détection et de capture de position, référencé 140-1, d'un module matériel 140. Les signaux de sortie des contrôleurs automatiques de gain 130 et 135 sont tout d'abord démodulés dans les démodulateurs 145 et 150, respectivement. La démodulation produit un 5 signal continu (DC, sigle de Direct Current en terminologie anglo-saxonne) proportionnel à la sinusoïde originale complétée de composantes alternatives (AC, sigle d' Altemating Current en terminologie anglo-saxonne) multiples de la fréquence fixe émise par le solénoïde. Un module de calcul 140-2 du module matériel 140 pilote ici les 10 multiplexeurs 120 et 125 afin d'activer séquentiellement les boucles, c'est-à-dire d'activer une boucle n+1 après une boucle n. Lorsque la dernière boucle est atteinte, le processeur initie un nouveau cycle et pilote l'activation de la première boucle. Comme illustré, un filtre passe-bande est ici mis en oeuvre dans 15 chaque contrôleur automatique de gain 130 et 135 pour supprimer les harmoniques indésirables du signal démodulé ainsi que le bruit de fond électromagnétique. Ce filtrage permet d'affiner les mesures des signaux issus des multiplexeurs 120 et 125, qui sont démodulés dans les démodulateurs 145 et 150 puis numérisés dans les convertisseurs analogique/numérique (CAN) 20 155 et 160, respectivement. Les valeurs numériques obtenues sont transmises à l'unité centrale de traitement (CPU) 165 du module de calcul 140-2 pour être mémorisées. Comme illustré, l'unité centrale de traitement 165 contrôle les démodulateurs 145 et 150. 25 Après que les valeurs aient été mémorisées, l'unité centrale de traitement incrémente l'adresse des multiplexeurs afin de procéder à la numérisation des signaux provenant des boucles suivantes. Lorsqu'une dernière boucle est atteinte, l'unité centrale de traitement réinitialise l'adresse du multiplexeur correspondant à la valeur de la première boucle de l'axe 30 considéré. A la fin d'un cycle, l'unité centrale de traitement a mémorisé, pour chaque axe, autant de valeurs numériques qu'il y a de boucles adjacentes 3046473 4 proches de la position du solénoïde. A partir de ces valeurs, l'unité centrale de traitement calcule la position du solénoïde par interpolation comme décrit ci-après. Le module de pilotage de détection et de capture de position 140-1 5 comprend ici un émetteur 170, commandé par l'unité centrale de traitement 165 du module de calcul 140-2, permettant d'activer un module de localisation d'un élément mobile. Ainsi, pour estimer la position d'un ensemble de module de localisation, il est nécessaire d'activer séquentiellement chaque module de 10 localisation et, pour chacune de ces activations, selon le mode de réalisation décrit ici, effectuer un cycle sur chaque ensemble de boucles. La figure 2 illustre schématiquement le principe physique de couplage inductif entre un solénoïde et une boucle conductrice d'une surface de détection. 15 Chaque élément mobile dont la position et/ou l'orientation doivent être calculées comprend au moins un solénoïde dont l'axe est, de préférence, orientée vers la surface de détection. Le solénoïde 200 est parcouru par un courant alternatif et émet un champ électromagnétique qui se propage vers la surface de détection, 20 notamment, dans cet exemple, vers la boucle 115. La boucle 115, recevant un champ électromagnétique issu du solénoïde 200, se couple avec le solénoïde 200. Il est alors possible de mesurer un signal alternatif aux bornes de cette boucle, référencées 205. Le couplage entre le solénoïde 200 et la boucle 115 peut s'exprimer 25 sous la forme de la relation suivante, R= E D2 où E désigne la tension aux bornes du solénoïde 200, R désigne la tension du signal reçu aux bornes 205 de la boucle de réception 115, D est la distance entre le solénoïde 200 et la boucle de réception 115 et k est une 30 constante liée à des facteurs intrinsèques du système comprenant le solénoïde 3046473 5 et la boucle de réception, notamment le nombre de spires du solénoïde et la taille de la boucle. La figure 3 illustre schématiquement un mécanisme d'interpolation permettant de calculer la position d'un solénoïde placé sur une surface de 5 détection, selon un axe donné, à partir de mesures obtenues par un système tel que celui décrit en référence à la figure 1. Il est supposé ici que le solénoïde se situe à proximité de boucles verticales B3, B4 et B5, positionnées selon des abscisses X3, X4 et X5, les tensions mesurées aux bornes de ces boucles étant notées V3, V4 et V5, 10 respectivement. Le solénoïde se trouve ici a une position, en abscisse, notée XS. Les coordonnées X3, X4 et X5 peuvent être obtenues par l'unité centrale de traitement à partir d'un identifiant de la boucle correspondante (ces valeurs sont prédéfinies selon le schéma de routage de la surface de détection 15 et, de préférence, mémorisées dans une mémoire non volatile). La portion de courbe 300 représentée sur la figure 3 illustre la variation de tension pour la position XS du solénoïde selon les positions des boucles couplées avec le solénoïde, extrapolée à partir des valeurs mesurées par les boucles B3, B4 et B5. Elle peut être assimilée à une fonction du second 20 degré de type parabolique. Cette approximation locale correspond, en pratique, au phénomène de couplage électromagnétique entre un solénoïde et des boucles d'une grille conductrice. Les relations suivantes illustrent cette propriété. V3 = a(X3- XS)2 +b 25 V4 = a(X4- XS)2 +b V5 = a(X5- XS)2 +b où a et b sont des constantes, a étant une constante inférieure à zéro (a REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle dans un système comprenant une surface de détection interfaçant une pluralité d'éléments mobiles avec un système informatique, la surface de détection comprenant une pluralité de surfaces de détection élémentaires (1110-11, 1110-12, 1110-13), les surfaces de détection élémentaires formant au moins un groupe (1100-1) comprenant plusieurs sous-groupes (1105-1, 1105-2, 1105-3), chaque sous-groupe comprenant au moins une surface de détection élémentaire, chaque surface de détection élémentaire étant configurée pour déterminer une position d'un élément mobile, chaque élément mobile de la pluralité d'éléments mobiles pouvant être activé par un module de gestion associé à un sous-groupe, le procédé comprenant les étapes suivantes, pour au moins un sous-groupe, - inscription (1010) d'au moins un élément mobile auprès du module de gestion du au moins un sous-groupe, le au moins un élément mobile étant inscrit dans une liste de références d'éléments mobiles ; - réservation (1015) d'une période de temps différente pour chaque élément mobile référencés dans la liste de référence, ladite période de temps permettant l'activation d'un élément mobile et la détermination d'une position d'un élément mobile activé, les périodes de temps réservées formant une séquence permettant une activation séquentielle des éléments mobiles inscrits auprès du module de gestion dudit au moins un sous-groupe ; au moins un élément mobile étant inscrit auprès de modules de gestion d'au moins deux sous-groupes différents, la période de temps réservée pour ledit au moins un élément mobile inscrit auprès de modules de gestion d'au moins deux sous-groupes différents étant la même dans chacun desdits au moins deux sous-groupes. 2. Procédé selon la revendication 1 comprenant en outre une étape de comparaison d'une position d'un élément mobile avec une zone 3046473 39 prédéterminée et, en réponse à la comparaison, une étape de modification d'au moins une période de temps réservée pour l'élément mobile dont la position est comparée avec une zone prédéterminée. 5 3. Procédé selon la revendication 2 selon lequel ladite étape de modification d'au moins une période de temps réservée comprend la réservation d'une nouvelle période de temps pour l'élément mobile dont la position est comparée avec une zone prédéterminée, la nouvelle période de temps étant la même qu'une autre période de temps précédemment réservée 10 pour l'élément mobile dont la position est comparée avec une zone prédéterminée, la nouvelle période de temps et l'autre période de temps étant réservées dans des modules de gestion de sous-groupes différents. 4. Procédé selon la revendication 2 selon lequel ladite étape de 15 modification d'au moins une période de temps réservée comprend la suppression d'une période de temps précédemment réservée pour l'élément mobile dont la position est comparée avec une zone prédéterminée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 selon 20 lequel la zone prédéterminée est une zone comprenant une partie d'une première surface de détection élémentaire d'un premier sous-groupe et une partie d'une seconde surface de détection élémentaire d'un second sous-groupe différent du premier sous-groupe. 25 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant en outre une étape de synchronisation de modules de calcul de position associés à chaque surface de détection élémentaire d'un sous-groupe. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 30 comprenant en outre une étape d'activation d'un élément mobile et une étape de détermination d'une position d'un élément mobile activé, les étapes d'activation et de détermination étant effectuées selon ladite séquence. 3046473 40 8. Procédé selon la revendication 7 selon lequel l'étape de détermination d'une position d'un élément mobile activé comprend une étape de mesure d'une tension en sortie d'un circuit de traitement connecté à chaque 5 boucle de détection d'une pluralité de boucles de détection d'une surface de détection élémentaire, une étape d'obtention d'une impédance de chacune des boucles de détection de la pluralité des boucles de détection et une étape de calcul d'une tension induite aux bornes de chacune des boucles de détection de la pluralité des boucles de détection en fonction des impédances obtenues et 10 de mesures de tension. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 selon lequel un élément mobile est activé par un signal radio comprenant un identifiant unique d'un élément mobile à activer. 15 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant en outre une étape de détermination de la position d'un élément mobile précédemment activé et une étape de transmission de la position déterminée audit élément mobile précédemment activé. 20 11. Surface de détection pour interfacer une pluralité d'éléments mobiles avec un système informatique, la surface de détection comprenant une pluralité de surfaces de détection élémentaires (1110-11, 1110-12, 1110-13), les surfaces de détection élémentaires formant au moins un groupe (1100-1) 25 comprenant plusieurs sous-groupes (1105-1, 1105-2, 1105-3), chaque sous- groupe comprenant au moins une surface de détection élémentaire, chaque surface de détection élémentaire étant configurée pour déterminer une position d'un élément mobile, chaque élément mobile de la pluralité d'éléments mobiles pouvant être activé par un module de gestion associé à un sous-groupe, 30 chaque module de gestion associé à un sous-groupe étant configuré pour : - inscrire (1010) au moins un élément mobile dans une liste de références d'éléments mobiles ; 3046473 41 - réserver (1015) une période de temps différente pour chaque élément mobile référencés dans la liste de référence, ladite période de temps permettant l'activation d'un élément mobile et la détermination d'une position d'un élément mobile activé, les périodes de temps réservées formant une 5 séquence permettant une activation séquentielle des éléments mobiles inscrits auprès du module de gestion dudit au moins un sous-groupe ; des modules de gestion associés à des sous-groupes étant en outre configurés pour qu'une même période de temps soit réservée pour un même élément mobile inscrit auprès de plusieurs modules de gestion d'au moins deux sous- 10 groupes différents. 12. Surface de détection selon la revendication 11 selon laquelle au moins une surface de détection élémentaire comprend une pluralité de boucles de détection et selon laquelle un module de calcul de position est associé à la 15 au moins une surface de détection élémentaire, le module de calcul de position étant configuré pour obtenir une impédance pour chacun des boucles de détection élémentaire et pour calculer une tension induite aux bornes de chacune des boucles de détection de la pluralité des boucles de détection en fonction des impédances obtenues. 20 13. Surface de détection selon la revendication 11 ou la revendication 12 selon laquelle un module de gestion associé à un sous-groupe est en outre configuré pour activer un élément mobile par un signal radio comprenant un identifiant unique d'un élément mobile à activer. 25