Brevet FR3086781A1 — publié le 20200403

PROCEDE ET DISPOSITIF D'OBSERVATION OCULAIRE, ET APPLICATION BIOMETRIQUE [0001] La présente invention concerne les techniques d'observation de l'oeil utilisant (les mesures du diamètre pupillaire. ARRIERE-PLAN [00921 L'observation de l'oeil d'une personne peut porter sur la pupille, l'iris ou la rétine, à des fins biométriques ou ophtalmologiques. [0093] En biométrie, on utilise souvent les motifs formés par l'iris d'une personne afin de l'identifier. Pour sécuriser la détection, il est utile de vérifier que le détecteur d'iris est bien en présence d'un oeil vivant et non d'une simple image. L'une des techniques utilisées pour cela consiste à observer la dynamique pupillaire, et plus particulièrement les variations du diamètre pupillaire en réponse à une impulsion lumineuse. Voir "Aliveness Detection for Iris Biometrics", A. Pacut, A. Czajka, Proceedings of the 401h Annual International Carnahan Conference on Sccurity Technology, Lexington, Kentucky, 17-19 octobre 2006. [00041 Les mouvements de l' ceil peuvent également être utilisés comme trait biométrique. Voir "Eye-Movements as a Biometric", R. Bednarik, T. Kinnunen, A. Mihaila, P. Friinti, Scandinavian Conference on Image Analysis, SCIA 2005, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 3540, pages 780-789, juin 2005, ou "A video-based spatio-temporal biometric template representation of the spontancous pupillary oscillations; A pilot experiment", F. Villalohos-Castaldi, E. Suaste-Gémez, Mexican Conference on Pattern Recognition, MCPR 2013, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 7914, pages 165-174. Les mouvements de enregistrés par un appareil de type oculomètre ou caméra vidéo, peuvent notamment être les variations du diamètre pupillaire. Les éléments anatomiques utilisés appartiennent alors à un système incluant la masse du globe oculaire, les muscles responsables du mouvement des yeux et les muscles de l'iris contrôlant la dilatation de la pupille. Il est considéré que ces éléments ont un caractère d'unicité qui leur permet d'identifier une personne à travers les mesures faites par l'oculomètre. [00051 La présente invention vise à enrichir les techniques d'observation oculaire / - utilisables pour la biométrie ou d'autres applications. RESUME [0006] 11 est proposé un procédé d'observation oculaire, comprenant : présenter à un oeil d'un sujet un stimulus lumineux ayant des variations de 5 couleur au cours du temps ; mesurer des variations du diamètre pupillaire de l'oeil du sujet en réponse au stimulus lumineux ; et délivrer un profil indicatif des variations du diamètre pupillaire en fonction de la couleur du stimulus lumineux. 10 [00071 Le procédé prend en compte non seulement les paramètres anatomiques qui font varier le diamètre pupillaire, mais aussi la manière dont la dynamique pupillaire entre en jeu lorsque la couleur de la lumière varie. Ceci dépend notamment de la distribution des cellules photosensibles sur la rétine, notamment des cônes L, M et S sensibles aux longueurs d'onde longues (L), moyennes (M) ou courtes (S). On sait que l'agencement des 15 cônes L, M et S varie beaucoup d'un individu à un autre. Voir "Organization of thc Human Trichromatic Cone Mosaic", H. Hofer, J. Carroll, J. Neitz, M. Neitz, D.R. Williams, Journal of Neuroscience, 19 octobre 2005, 25 (42) pages 9669-9679. Selon la distribution des différents cônes et les composantes spectrales du stimulus, l'activation des circuits réflexes commandant les dilatations et contractions de la pupille est différente. Le 20 profil délivré par le procédé proposé traduit la variabilité de la distribution des différents cônes sur la rétine en même temps que celle des réponses pupillaires. [00081 Ce profil peut donc constituer un trait hiométrique de choix, particulièrement difficile à falsifier. [0009] En outre, comme le profil dépend de l'agencement des cônes L, M et S, il peut 25 fournir un indice d'une dyschromatopsie affectant le sujet, et donc présenter des applications intéressantes dans le domaine ophtalmique. [0010] Lc stimulus lumineux a de préférence unc couleur spatialement uniforme, avec ou sans texture, ce qui élimine tout contenu émotionnel susceptible d'interférer avec les variations du diamètre pupillaire 30 [00111 Dans une réalisation du procédé, le stimulus lumineux balaie continument des couleurs du spectre visible. [0012] Dans certaines applications, on peut prévoir de présenter le stimulus lumineux plusieurs fois à l'oeil du sujet avec des rythmes de balayage différents des couleurs du spectre visible. Les variations du diamètre pupillaire étant mesurées lors de chaque présentation du stimulus lumineux, il est alors délivré plusieurs profils indicatifs des 5 variations du diamètre pupillaire en fonction de la couleur du stimulus lumineux et du rythme de balayage. [0013] Dans une réalisation, le stimulus lumineux a en outre des variations de luminance au cours du temps, et le profil représente des variations du diamètre pupillaire en fonction à la fois de la luminance et de la couleur du stimulus lumineux. 10 [0014] Selon une variante du procédé, le stimulus lumineux a une luminance constante au cours du temps. [0015] Le temps d'acquisition du profil peut rester limité. Typiquement, le stimulus lumineux est présenté à l'oeil du sujet et les variations du diamètre pupillaire sont mesurées pendant une durée inférieure à une minute. Pour certaines applications du 15 procédé, une durée inférieure à quinze secondes, voire à dix secondes, peut suffire. 19016] Dans le cadre du procédé présenté ici, les variations du diamètre pupillaire en réponse au stimulus lumineux peuvent être mesurées sur les deux yeux du sujet, un profil indicatif des variations du diamètre pupillaire en fonction de la couleur du stimulus lumineux étant délivré pour chacun des deux yeux. 20 [0017] Un autre aspect de l'invention se rapporte à un procédé biométrique constituant une application du procédé d'observation oculaire. Un profil biométrique est obtenu pour une personne en appliquant à un oeil de cette personne un procédé d'observation oculaire tel que défini précédemment. [0018] Un autre aspect de l'invention se rapporte à un dispositif d'observation oculaire, 25 comprenant : une source lumineuse pour présenter à un oeil d'un sujet un stimulus lumineux ayant des variations de couleur au cours du temps ; un détecteur pour mesurer des variations du diamètre pupillaire de l'oeil du sujet en réponse au stimulus lumineux ; et 30 un processeur pour délivrer un profil indicatif des variations du diamètre pupillaire en fonction de la couleur du stimulus lumineux. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [00191 D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 5 la figure 1 est un schéma synoptique d'un exemple de dispositif d'observation oculaire selon l'invention ; les figures 2 et 3 sont des diagrammes illustrant un exemple de stimulus lumineux utilisable dans un mode de réalisation du procédé selon invention ; la figure 4 est une représentation de profils délivrés par le mode de réalisation du 10 procédé utilisant le stimulus des figures 2 et 3 ; et les figures 5 à 10 montrent d'autres profils obtenus en utilisant le stimulus des figures 2 et 3. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION [00201 En référence à la figure I. un mode de réalisation du dispositif selon l'invention 15 comprend un détecteur 10, une source lumineuse 20, et un processeur 30. [00211 Le détecteur 10 est capable de renseigner sur les variations de diamètre pupillaire d'un sujet recevant un stimulus visuel délivré par la source lumineuse 20. Il peut notamment s'agir d'un oculomètre. L'oculomètre (« eye tracker » en anglais) est un appareil capable de mesurer un certain nombre de paramètres de l'oeil ou des yeux d'une 20 personne, tels que la position de la pupille de l'oeil droit et/ou de l' ceil gauche, le diamètre pupillaire de l'oeil droit et/ou de l'oeil gauche, la direction du regard, la convergence et le synchronisme des activités des deux yeux. Dans l'application considérée ici, on pourra généralement se limiter aux informations sur le diamètre pupillaire, enregistrées au cours du temps. 25 [00221 Pour fiabiliser les mesures du détecteur 10, le dispositif peut éventuellement comporter une mentonnière ou un autre système pour stabiliser la position de la tête du sujet en face de la source lumineuse 20. Mais ceci sera souvent superflu car le dispositif est généralement peu sensible aux mouvements de fenil ou de la tête. [00231 Dans une réalisation, la source lumineuse 20 est un écran sur lequel est affiché un 30 motif lumineux prédéfini, par exemple spatialement uniforme. La source peut aussi être un afficheur à diodes électroluminescentes ou à cristaux liquides. Dans un autre exemple, le détecteur 10 et la source lumineuse 20 font partie d'un appareil du type pupillomètre. r002,11 La source lumineuse 20 est commandée par le processeur 30 pour faire varier la couleur du motif lumineux affiché à un rythme déterminé, ce qui forme un stimulus 5 lumineux dont la couleur varie en fonction (lu temps. 1.00251 Le processeur 30 récupère le signal de sortie du détecteur 10 dépendant du diamètre pupillaire du sujet. 11 le traite pour mettre en forme un profil de la manière décrite ci-après. [00261 À titre d'exemple, la couleur variable du stimulus lumineux est générée sous le 10 contrôle du processeur 30 en adressant à l'écran 20 un signal ayant des composantes rouge (R), verte (G) et bleue (B) telles que représentées sur la figure 2. La figure 2 montre aussi la variation de la luminance (L) résultant de la commande de l'écran 20 avec ce signal RGB. Chaque composante a un niveau haut et un niveau bas. Le signal est périodique, se composant de cycles successifs ayant chacun : 15 - une première phase dans laquelle la composante B est à son niveau haut, la composante G est à son niveau bas et la composante R diminue linéairement de son niveau haut à son niveau bas ; - une deuxième phase dans laquelle la composante B est à son niveau haut, la composante R est à son niveau bas et la composante G augmente linéairement de 20 son niveau bas à son niveau haut ; - une troisième phase dans laquelle la composante G est à son niveau haut, la composante R est à son niveau bas et la composante B diminue linéairement de son niveau haut à son niveau bas ; - une quatrième phase dans laquelle la composante G est à son niveau haut, la 25 composante B est à son niveau bas et la composante R augmente linéairement de son niveau bas à son niveau haut ; - une cinquième phase dans laquelle la composante R est à son niveau haut, la composante B est à son niveau bas et la composante G diminue linéairement de son niveau haut à son niveau bas ; - une sixième phase dans laquelle la composante R est à son niveau haut, la composante B est à son niveau bas et la composante G augmente linéairement de son niveau bas à son niveau haut ; - une septième phase dans laquelle la composante G est à son niveau haut, la 5 composante B est à son niveau bas et la composante R diminue linéairement de son niveau haut à son niveau bas ; - une huitième phase dans laquelle la composante G est à son niveau haut, la composante R est à son niveau bas et la composante B augmente linéairement de son niveau bas à son niveau haut ; 10 - une neuvième phase dans laquelle la composante B est à son niveau haut, la composante R est à son niveau bas et la composante G diminue linéairement de son niveau haut à son niveau bas ; et - une dixième phase dans laquelle la composante B est à son niveau haut, la composante G est à son niveau bas et la composante R augmente linéairement de 15 son niveau bas à son niveau haut. [0027] La figure 3 reprend la variation de luminance en fonction du temps avec le stimulus généré selon la figure 2. La variation de couleur, ou de chrominance, en fonction du temps y est indiquée par une palette de gris sur le diagramme qui ne peut pas être fourni ici en couleurs. 20 [0028] Le stimulus en question balaie l'essentiel du spectre de lumière visible. On voit que sa chrominance varie continûment en fonction du temps. Chaque cycle du signal peut être subdivisé en deux demi-cycles. Au cours du premier des deux demi-cycles, couvrant les première à cinquième phases susmentionnées, la couleur du motif est violette (y) avant d'évoluer vers le bleu (B), le vert (G), le jaune (Y) pour aller jusqu'au rouge (R) à la fin de 25 la cinquième phase. Le deuxième des deux demi-cycles couvre les sixième à dixième phases susmentionnées et correspond à une inversion temporelle du premier demi-cycle (symétrie par rapport à la ligne mixte sur les figures 2 et 3). La luminance est maximale pour une couleur jaune à la fin de la quatrième et de la sixième phase, et minimale pour une couleur bleue à la fin de la première et de la neuvième phase. 30 [0029] La figure 2 montre trois cycles du signal à titre d'exemple, chaque cycle durant 15 secondes. En pratique, le stimulus peut être présenté sur un ou plusieurs cycles, ou même sur moins d'un cycle, par exemple un demi-cycle compte tenu de la symétrie du signal. [00301 Les réponses pupillaires dépendent du rythme auquel le stimulus lumineux est affiché, c'est-à-dire de la vitesse d'enchainement des couleurs. Plusieurs vitesses de 5 balayage peuvent être utilisées, pour augmenter la robustesse (le la reconnaissance. 100311 La partie supérieure de la figure 2 montre, en unités arbitraires, les variations de diamètre pupillaire mesurées sur un sujet à qui le stimulus lumineux est présenté. Ces variations indiquent un profil, utilisable notamment à des fins biométriques, qui témoigne de la réponse pupillaire du sujet. On voit que cette réponse est sensiblement la même pour 10 les deux yeux du sujet. [00321 Les variations de diamètre pupillaire du profil peuvent être représentées en fonction du temps comme sur la figure 2, en fonction de la couleur (en prenant en compte deux coordonnées de chrominance, telles que les composantes U et V dans un repère YUV), ou encore en fonction de la luminance comme sur la figure 4, dès lors que le 15 stimulus comporte une relation temps-chrominance-luminance. Lorsque la luminance du stimulus est variable, le profil représente des variations du diamètre pupillaire en fonction à la fois de la luminance et de la couleur. [00331 La figure 4 est une autre représentation des variations de diamètre pupillaire de la figure 2, sur un seul cycle du signal de stimulation. Pour chaque oeil, chaque point 20 représenté correspond à une valeur de luminance du stimulus, indiquée en ordonnée, à une couleur (non incluse dans la représentation en noir et blanc mais pouvant l'être dans une représentation en couleurs) et à un diamètre pupillaire, indiqué en ordonnée. [00341 Lc profil ainsi affiché présente une configuration particulière propre au sujet sur lequel il a été enregistré. Typiquement, le profil est quasi-identique pour les deux yeux du 25 fait que les réponses pupillaires sont consensuelles. Une différence notable entre les deux yeux peut être un signe de trouble neurologique du sujet. [00351 La forme, y compris les caractéristiques dynamiques (vitesse, accélération), du profil des variations de diamètre pupillaire, dans l'une ou l'autre des représentations (temps/chrominance/luminance), peut servir à identifier le sujet dans une application 30 biotnétrique. -5- [00361 Par exemple, les figures 5 à 8 montrent, dans un repère diamètre pupillaire / luminance, des profils qui ont été enregistrés sur plusieurs cycles du stimulus sur quatre sujets différents. Sur chacune de ses figures, la partie gauche représente les variations de diamètre pupillaire de l'oeil gauche de l'un des sujets, la partie droite représente les 5 variations de diamètre pupillaire de l'ceil droit du même sujet, et les lignes successives représentent chacune la réponse à un cycle du stimulus. On voit que les quatre sujets sont bien différenciés par leurs profils respectifs sur un cycle. [00371 On voit aussi que les formes des profils sont, pour chaque personne, assez stables dans le temps. Les profils sont donc très bien adaptés pour servir de trait biométrique. 10 [00381 Pour l'application biométrique, on a recours à des algorithmes de reconnaissance et de classification de formes. Typiquement, un sujet a dans un premier temps une phase d'apprentissage dans laquelle un ou plusieurs profils sont enregistrés sur un oeil ou les deux, puis un apprentissage est exécuté sur les profils enregistrés pour en dériver des paramètres qui permettront de procéder ensuite à une reconnaissance. Dans une phase de 15 reconnaissance, le profil des variations de diamètre pupillaire fait l'objet d'une nouvelle acquisition et est présenté à l'algorithme de reconnaissance en vue d'identifier le sujet. Les techniques couramment employées dans le domaine de la reconnaissance de formes et de la classification sont applicables avec le type de profil biométrique proposé ici, par exemple les techniques utilisant des machines à vecteurs de support (SVM) ou des réseaux 20 de neurones artificiels. [00391 Dans la phase d'apprentissage, on peut enregistrer le profil biométrique sur une durée plus longue que dans la phase de reconnaissance. Une durée de trente secondes à une minute peut être utilisée en phase d'apprentissage, couvrant par exemple plusieurs cycles du stimulus, tandis qu'une durée inférieure à 15 secondes ou même inférieure à 10 25 secondes peut être utilisée en phase de reconnaissance couvrant par exemple un cycle ou un demi-cycle du stimulus. 11 est possible de procéder à plusieurs apprentissages successifs avec plusieurs acquisitions du profil effectués sur un même sujet consécutivement ou non, et éventuellement dans des environnements lumineux différents, afin de lisser les irrégularités qui peuvent exister et donc de rendre le système plus robuste. 30 [00401 Dans une autre application possible du procédé, les différences de forme des profils obtenus par le processeur 30 sont mises à profit pour essayer de détecter ou caractériser des dyschromatopsies dont des personnes sont atteintes. Certaines classes de formes peuvent être révélatrices de pathologies particulières liées à la distribution des cônes L, M et S sur la rétine. [00411 Si on dispose d'un panel de personnes atteintes d'un type de dyschromatopsie (daltonisme), on peut réaliser un apprentissage sur des profils enregistrés sur ces 5 personnes en vue de déterminer une ou plusieurs classes. Si une reconnaissance effectuée ensuite sur le profil enregistré sur une autre personne l'associe à une telle classe, cela constitue un indice que cette autre personne est susceptible d'être atteinte du même type de dyschromatopsie. [0042] Les profils des figures 5 et 6 précédemment commentées ont été obtenus sur des 10 personnes ayant une vision normale des couleurs tandis que ceux des figures 7 et 8 Font été sur des personnes daltoniennes. On peut remarquer que les boucles formées par ces profils dans la région des couleurs rouges, bleues et violettes (luminances les plus basses sur la partie gauche des tracés des figures 5-8) sont relativement régulières chez les sujets sains tandis qu'elles sont déformées chez les sujets daltoniens. 15 [0043] Le même effet est visible sur les figures 9 et 10 qui montrent des profils sur un cycle de l'oeil d'un sujet sain (figure 9) et de l'oeil d'un sujet daltonien (figure 10). 19044j Ce type de distinction pourra émerger du processus d'apprentissage et de reconnaissance de forme pour aider à détecter certaines pathologies de la rétine. [0045] Le stimulus lumineux présenté ci-dessus en référence aux ligures 2 et 3 n'est 20 qu'un exemple dont on peut concevoir de nombreuses variantes, par exemple en modifiant les modulations des composantes R, G, B, en raccourcissant ou en allongeant la durée d'un cycle, etc. [0046] Une variante consiste à présenter un stimulus lumineux dont la luminance est constante. Seule sa chrominance varie dans le temps. Si l'afficheur 20 est commandé avec 25 un signal de type YUV, REVENDICATIONS1. Procédé d'observation oculaire, comprenant : présenter à un oeil d'un sujet un stimulus lumineux ayant des variations de couleur au cours du temps ; mesurer des variations du diamètre pupillaire de l'oeil du sujet en réponse au stimulus lumineux ; et délivrer un profil indicatif des variations du diamètre pupillaire en fonction de la couleur du stimulus lumineux. 2. Procédé d'observation oculaire selon la revendication 1, dans lequel le stimulus lumineux a une couleur spatialement uniforme. 3. Procédé d'observation oculaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le stimulus lumineux balaie continument des couleurs du spectre visible. 4. Procédé d'observation oculaire selon la revendication 3, dans lequel le stimulus lumineux est présenté plusieurs fois à l'oeil du sujet avec des rythmes de balayage différents des couleurs du spectre visible, et les variations du diamètre pupillaire sont mesurées lors de chaque présentation du stimulus lumineux, de sorte qu'il est délivré plusieurs profils indicatifs des variations du diamètre pupillaire en fonction de la couleur du stimulus lumineux et du rythme de balayage. 5. Procédé d'observation oculaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le stimulus lumineux a en outre des variations de luminance au cours du temps, et dans lequel le profil représente des variations du diamètre pupillaire en fonction à la fois de la luminance et de la couleur du stimulus lumineux. 6. Procédé d'observation oculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le stimulus lumineux a une luminance constante au cours du temps. 7. Procédé d'observation oculaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 dans lequel le stimulus lumineux est présenté à l'oeil du sujet et les variations du diamètre pupillaire sont mesurées pendant une durée inférieure à une minute. 8. Procédé d'observation oculaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le stimulus lumineux est présenté à l'oeil du sujet et les variations du 10 diamètre pupillaire sont mesurées pendant une durée inférieure à quinze secondes. 9. Procédé d'observation oculaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les variations du diamètre pupillaire en réponse au stimulus lumineux sont mesurées sur les deux yeux du sujet, et un profil indicatif des variations du diamètre 15 pupillaire en fonction de la couleur du stimulus lumineux est délivré pour chacun des deux yeux. 10. Procédé biométrique comprenant l'obtention d'un profil biométrique par observation d'un oeil d'une personne, dans lequel k profil biométrique est obtenu par un procédé d'observation oculaire selon l'une quelconque des revendications précédentes 20 appliqué à l'oeil de la personne. 11. Dispositif d'observation oculaire, comprenant : une source lumineuse (20) pour présenter à un oeil d'un sujet un stimulus lumineux ayant des variations de couleur au cours du temps ; un détecteur (10) pour mesurer des variations du diamètre pupillaire de l'oeil du 25 sujet en réponse au stimulus lumineux ; et un processeur (30) pour délivrer un profil indicatif des variations du diamètre pupillaire en fonction de la couleur du stimulus lumineux.