Brevet FR3134468A1 — publié le 20231013

Procédé permettant de déterminer un paramètre physiologique tel qu’un rythme cardiaque d’un individu à partir d’un flux d’images (IS 1 , IS 2 , … IS M ) source comprenant une génération d’images moyennées et une opération de sélection individuelle de pixels sur chacune des images moyennées en fonction d’une variation temporelle de la valeur de ces pixels. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Traitement d’images pour la détermination d’un paramètre physiologique L’invention se rapporte au domaine du traitement d’images. L’invention présente un intérêt particulier dans le domaine de la photopléthysmographie sans contact. État de la technique antérieure La photopléthysmographie sans contact permet de déterminer un paramètre physiologique d’un individu tel que le rythme cardiaque, c’est-à-dire le nombre moyen de contractions du muscle cardiaque en une minute, appelé « battements par minute ». De manière générale, cette technique optique non invasive consiste à évaluer des variations de volume sanguin dans des tissus superficiels à partir de variations d’absorption de lumière dans ces tissus. Les techniques de photopléthysmographie sans contact connues fournissent des mesures dont la précision et la fiabilité dépendent fortement des variations de l’éclairage ambiant et des mouvements de l’individu, entraînant des erreurs de mesure. Un but de l’invention est de réduire de telles erreurs de mesure. Un autre but de l’invention est de procurer une solution de traitement d’images compatible avec une acquisition de ces images à l’aide de différents types de caméra, par exemple des caméras monochromes ou polychromes, et/ou dans différentes conditions d’éclairage, par exemple en l’absence de lumière visible. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé permettant de déterminer un paramètre physiologique d’un individu à partir d’un flux, appelé « flux source », d’images d’une région du corps de l’individu, ce procédé comprenant les étapes suivantes : – génération d’un flux, appelé « flux moyenné », d’images qui sont chacune obtenues par moyennage de plusieurs images successives du flux source sélectionnées par déplacement d’une fenêtre glissante ; – génération d’un flux, appelé « flux traité », d’images qui sont chacune obtenues à partir de deux images successives respectives du flux moyenné de sorte que, pour chacune des images du flux traité, un ou plusieurs pixels de cette image a une valeur : - égale à la valeur d’un pixel correspondant de l’une desdites deux images respectives du flux moyenné lorsque la valeur absolue de la différence entre cette valeur et la valeur d’un pixel correspondant de l’autre desdites deux images respectives du flux moyenné est supérieure à un premier seuil et inférieure à un deuxième seuil, - égale à zéro dans le cas contraire ; – détermination dudit paramètre physiologique à partir des variations de valeur de pixels des images du flux traité. De manière conventionnelle, une image comprend un ensemble de pixels formant une matrice de nombres qui représentent chacun une intensité lumineuse de l’un respectif de ces pixels. La valeur d’un pixel est l’intensité lumineuse de ce pixel. Au sens de la présente invention, une image est donc une série de nombres ne prenant pas nécessairement la forme d’une représentation visuelle. D’un point de vue terminologique, un pixel « correspondant » d’une image, par rapport à un pixel d’une autre image, est un pixel de même coordonnée. Par exemple, dans un système de coordonnées matriciel, un pixel de coordonnées (2, 3) d’une première image est un pixel correspondant au pixel de coordonnées (2, 3) d’une deuxième image, et réciproquement. L’étape de génération du flux moyenné permet notamment de réduire le bruit présent dans le flux source, par moyennage d’images de ce flux source. Plus précisément, pour chaque série d’images du flux source subissant cette opération, le moyennage est de préférence réalisé en calculant la moyenne des valeurs respectives de pixels correspondants des images de cette série, individuellement pour chacun des pixels. Autrement dit, la valeur de chacun des pixels de chacune des images du flux moyenné correspond de préférence à la moyenne des valeurs de pixels correspondants d’images de la série d’images du flux source utilisée pour générer cette image du flux moyenné. Le procédé de l’invention tel que défini ci-dessus, et en particulier l’étape de génération du flux traité, permet de déterminer un paramètre physiologique sur la base d’une sélection individuelle de pixels sur des images du flux moyenné, en ne tenant pas compte de pixels présentant des variations d’intensité lumineuse trop petites ou trop grandes d’une image à l’autre du flux moyenné. Cela permet notamment d’écarter des données qui seraient représentatives non pas d’une évolution temporelle effective du paramètre physiologique d’intérêt mais par exemple d’une modification de la luminosité ou de l’éclairage ambiant. Il en résulte une réduction des erreurs dans la détermination du paramètre physiologique, tout en procurant un indice de confiance correspondant, ce dernier étant proportionnel au nombre de pixels non nuls dans les images du flux traité. De plus, un tel traitement d’images réduit les contraintes relatives aux propriétés lumineuses des signaux représentés par les images du flux source. Notamment, une simple variation de contraste suffit à faire varier l’intensité lumineuse d’un ou plusieurs pixels d’une image à une autre. De manière non limitative, le procédé est ainsi pleinement fonctionnel lorsque le flux source est acquis en présence d’un contrejour ou d’un défaut de lumière, ou encore lorsque ce flux source représente des ondes électromagnétiques situées dans le proche infrarouge. Plus généralement, l’invention permet de procurer des résultats fiables et précis à partir d’un flux d’images qui peuvent être acquises dans diverses conditions lumineuses et à l’aide de différents types de caméras, par exemple une caméra monochrome ou trichrome. Le paramètre physiologique est de préférence un paramètre biologique vital tel qu’un rythme cardiaque. D’autres paramètres physiologiques peuvent être déterminés à l’aide du procédé de l’invention, par exemple une variabilité du rythme cardiaque, une pression artérielle ou un rythme respiratoire. Ces exemples ne sont pas limitatifs. Dans un mode de réalisation, ladite fenêtre glissante est déplacée selon un pas inférieur au nombre d’images du flux source utilisées pour obtenir l’une quelconque des images du flux moyenné. Autrement dit, le pas de déplacement de la fenêtre glissante est de préférence inférieur à la taille de cette fenêtre. A titre d’exemple, ce pas peut être d’une image ou de deux images. Dans un mode de réalisation, le nombre d’images du flux source utilisées pour obtenir chacune des images du flux moyenné est impair, par exemple égal à 3 ou 5. Dans un mode de réalisation, ledit premier seuil est égal à 0. Dans un mode de réalisation, ledit deuxième seuil est égal à 1/((N1-1)*K), N1 correspondant au nombre de valeurs que peuvent avoir les pixels des images du flux source, K correspondant au nombre d’images du flux source utilisées pour obtenir chacune des images du flux moyenné. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une génération d’un signal à partir de valeurs qui correspondent chacune à la valeur moyenne des pixels de l’une respective des images du flux traité dont la valeur est différente de zéro. Autrement dit, pour chacune des images du flux traité, les pixels non nuls de cette image peuvent être moyennés afin de constituer l’une respective des valeurs de ce signal. Il est préféré que la détermination du paramètre physiologique soit réalisée sur la base de ce signal. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape d’acquisition du flux source à l’aide d’une caméra. Selon une première variante de réalisation, la caméra est monochrome. Selon une deuxième variante de réalisation, la caméra est polychrome. Dans le cadre de cette deuxième variante, il est préféré que la valeur des pixels corresponde à l’intensité lumineuse d’un unique canal de couleur. Cela permet notamment de simplifier le traitement. A titre d’exemple, cette couleur peut être le vert. Bien entendu, plusieurs canaux de couleur peuvent chacun faire l’objet du traitement décrit ci-dessus, de manière parallèle. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, avant l’acquisition du flux source, une étape de réglage de paramètres d’exposition et/ou de luminosité de la caméra et, pendant l’acquisition du flux source, un maintien des valeurs de ces paramètres. Un tel réglage permet d’optimiser les informations utiles présentes sur les images du flux source et de réduire les informations dues à des artéfacts de mesure. L’invention a aussi pour objet un dispositif comprenant des moyens adaptés pour exécuter les étapes du procédé tel que défini ci-dessus. Dans un mode de réalisation, ce dispositif comprend en outre une caméra configurée pour réaliser l’étape d’acquisition du flux source du procédé tel que défini ci-dessus. A titre d’exemple, cette caméra peut appartenir à un appareil numérique tel qu’un téléphone mobile, une tablette ou un ordinateur. L’invention a aussi pour objet un programme d’ordinateur comprenant des instructions informatiques exécutables qui, lorsqu’elles sont exécutées par ordinateur, mettent en œuvre les étapes du procédé tel que défini ci-dessus. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit. La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels : est un diagramme illustrant des étapes d’un procédé conforme à l’invention ; est une vue schématique d’un flux d’images source ; est une vue schématique illustrant une génération d’une première image d’un flux moyenné à partir d’une première série d’images du flux source ; est une vue schématique illustrant une génération d’une deuxième image d’un flux moyenné à partir d’une deuxième série d’images du flux source ; est une vue schématique d’un flux traité d’images, généré à partir du flux moyenné. Description détaillée de modes de réalisation Il est décrit ci-dessous un exemple de procédé conforme à l’invention permettant notamment de déterminer un rythme cardiaque d’un individu. Ce procédé ou des variantes de ce procédé peuvent être mis en œuvre de manière analogue pour détecter un autre paramètre physiologique tel que la variabilité du rythme cardiaque, la tension artérielle, le rythme respiratoire, ou encore de manière non limitative le taux de saturation en oxygène de cet individu. Dans cet exemple nullement limitatif, le procédé comprend successivement les étapes suivantes qui sont illustrées sur le diagramme de la : – A1 : réglage d’une caméra numérique ; – A2 : acquisition d’un flux d’images, appelé « flux source » ; – A3 : génération d’un flux d’images, appelé « flux moyenné », à partir du flux source ; – A4 : génération d’un flux d’images, appelé « flux traité », à partir du flux moyenné ; – A5 : détermination du paramètre physiologique ; – A6 : affichage du résultat. Dans cet exemple, la caméra est monochrome et permet d’acquérir des images numériques qui comportent chacune un nombre de B1*B2 pixels. De manière connue en soi, pour chaque pixel P(C1,C2) de chaque image organisée sous forme matricielle, C1 est une première coordonnée du pixel correspondant par exemple à un numéro de colonne de la matrice et C2 est une deuxième coordonnée du pixel correspondant dans cet exemple à un numéro de ligne de la matrice. B1 correspond ainsi au nombre de colonnes et B2 au nombre de lignes de la matrice de sorte que chaque pixel a une coordonnée C1 comprise entre 1 et B1 et une coordonnée C2 comprise entre 1 et B2. Dans cet exemple, B1 est égal à 4000 et B2 est égal à 3000, de sorte que chaque image acquise à l’aide de cette caméra a une définition de 12 millions de pixels. La valeur I(C1,C2) de chaque pixel P(C1,C2) représente dans cet exemple son intensité lumineuse en niveau de gris et est un nombre entier naturel compris entre 0 et 255. Chaque pixel P(C1,C2) peut ainsi avoir 256 valeurs. L’étape A1 comprend une fixation de la luminosité de la caméra à une valeur donnée et un ajustement de l’exposition de la caméra, à l’aide d’un programme informatique conçu pour modifier l’exposition de manière incrémentale à partir d’une exposition nulle jusqu’à ce que la valeur moyenne I moy (C1,C2) de chaque pixel P(C1,C2) d’une série d’images successivement acquises soit comprise entre un seuil inférieur et un seuil supérieur, par exemple entre 160 et 200. Cette série d’images acquises pour réaliser ce réglage comprend dans cet exemple 30 images par seconde. Si cette procédure ne permet pas d’obtenir une valeur moyenne I moy (C1,C2) de chaque pixel P(C1,C2) comprise entre ces seuils inférieur et supérieur, le programme modifie la luminosité puis réitère l’ajustement de l’exposition tel que décrit ci-dessus, et ainsi de suite jusqu’à ce que les conditions précitées soient remplies. Les valeurs d’exposition et de luminosité ainsi obtenues sont maintenues lors de l’étape d’acquisition A2, ce qui permet d’éviter les artéfacts de mesure qui résulteraient d’un ajustement automatique de ces paramètres. La caméra est ensuite disposée de manière à acquérir des images d’une région du corps de l’individu, dans cet exemple une partie de son visage. La représente de manière schématique une succession de M images IS i (i allant de 1 à M) ainsi acquises et constituant ledit flux source. Ces images IS i sont appelées « images source ». Le flux source ainsi acquis est représentatif d’une variation temporelle d’une information lumineuse rétrodiffusée par des tissus superficiels du visage de l’individu, correspondant à une variation temporelle de volume sanguin dans des vaisseaux parcourant ces tissus, un volume sanguin plus important se traduisant par une absorption de lumière plus importante par l’oxygène contenue dans le sang. L’étape A3 de génération dudit flux moyenné est décrite ci-après en référence aux figures 3 et 4. Pour générer le flux moyenné, il est constitué plusieurs séries contenant chacune K images du flux source, K étant généralement supérieur à 1 et inférieur à M et étant dans cet exemple égal à 3. La première série, illustrée sur la , comprend les trois premières images IS 1 , IS 2 et IS 3 du flux source. La deuxième série, illustrée sur la , comprend les images IS 2 , IS 3 et IS 4 du flux source, c’est-à-dire les trois images consécutives à partir de la deuxième image IS 2 du flux source. La troisième série, non représentée, comprend trois images consécutives du flux source à partir de la troisième image IS 3 . Plus généralement, chacune des séries comprend K images consécutives du flux source en partant d’une image respective du flux source, ce qui permet en l’occurrence de constituer un nombre de L=M-(K-1) séries. Autrement dit, ces L séries de K images source successives sont sélectionnées par déplacement d’une fenêtre glissante avec dans cet exemple un pas de 1 image. Pour chacune des séries ainsi constituées, les images source de cette série sont moyennées de manière à former l’une respective des images IM j (j allant de 1 à L) dudit flux moyenné. Ainsi, en référence à la , la valeur de chacun des pixels P(C1,C2) de l’image moyennée IM 1 résultant du moyennage des images source IS 1 , IS 2 et IS 3 de la première série est égale à la moyenne des valeurs de ce pixel P(C1,C2) sur chacune des images sources IS 1 , IS 2 et IS 3 . Il en va de même pour la réalisation de l’image moyennée IM 2 résultant du moyennage des images source IS 2 , IS 3 et IS 4 de la deuxième série ( ) ainsi que pour les autres images du flux moyenné. Compte tenu de ces calculs de moyenne, la valeur de chacun des pixels P(C1,C2) des images moyennées IM j est un nombre réel, par comparaison avec la valeur de chacun des pixels des images source qui est un nombre entier naturel. Il va maintenant être décrit l’étape A4 de génération dudit flux traité. Le flux traité comprend un nombre P d’images IT n , appelées « images traitées », qui comprennent chacune une partie des informations des images moyennées IM j avec j allant de 1 à L-1, respectivement. Le flux traité comprend dans cet exemple une image en moins que le flux moyenné. Concernant plus précisément la première image IT 1 du flux traité, chacun des pixels P(C1,C2) de cette image IT 1 a une valeur qui est égale à la valeur du pixel P(C1,C2) correspondant de l’image moyennée IM 1 si la valeur absolue de la différence entre cette valeur et la valeur du pixel P(C1,C2) correspondant de l’image moyennée suivante, c’est-à-dire en l’occurrence l’image IM 2 , est supérieure à un premier seuil S1 et inférieure à un deuxième seuil S2. Si cette valeur absolue est inférieure ou égale à 1, ou si elle est supérieure ou égale à S2, le pixel P(C1,C2) correspondant de cette image IT 1 a une valeur égale à zéro. Autrement dit, l’image IT 1 du flux traité conserve d’une part les pixels de l’image IM 1 du flux moyenné lorsque la variation de leur valeur entre l’image IM 1 et l’image IM 2 est comprise entre les seuils S1 et S2 et, d’autre part, remplace la valeur des autres pixels par une valeur nulle. La deuxième image IT 2 du flux traité est obtenue de manière analogue à partir des images moyennées IM 2 et IM 3 . Il en va de même concernant les images IT 3 à IT P qui sont obtenues à partir des images IM 3 à IM L , c’est-à-dire par déplacement d’une fenêtre glissante sélectionnant à chaque itération deux images moyennées successives, cette fenêtre étant dans cet exemple déplacée d’un pas de 1 image. Dans cet exemple particulier, le seuil S1 est égal à 0 et le seuil S2 est égal à 1/((N1-1)*K), N1 étant le nombre de valeurs que peuvent avoir les pixels des images du flux source, c’est-à-dire dans cet exemple 256. Ces seuils peuvent être déterminés de manière empirique en fonction par exemple de la nature du paramètre physiologique à déterminer. D’un point de vue temporel, chacune des images IM j du flux moyenné est positionné au même niveau que l’image intermédiaire de la série d’images source utilisée pour générer cette image moyennée. Par exemple, la première image IM 1 du flux moyenné correspond à la position temporelle de l’image source IS 2 . Il en résulte que la première image IT 1 du flux traité est dans cet exemple temporellement décalée d’une image par rapport à la première image IS 1 du flux source. En prenant pour exemple une acquisition de 30 images source par seconde, il en résulte un décalage temporel de 1/30 secondes entre le flux traité et le flux source. Le paramètre physiologique, dans cet exemple le rythme cardiaque, peut être déterminé A5 sur la base du flux traité ainsi obtenu. Dans cet exemple nullement limitatif, il est constitué un signal temporel dont chaque point a une amplitude égale à la valeur moyenne des pixels non nuls de l’une respective des images du flux traité. Ainsi, le premier point de ce signal a une amplitude correspondant à la valeur moyenne des pixels non nuls présents sur la première image IT 1 du flux traité, et ainsi de suite pour les points suivants. Un filtrage supplémentaire est optionnellement réalisé dans le cas où les amplitudes de deux points successifs du signal présentent une différence trop importante l’une par rapport à l’autre, par exemple une différence correspondant à une augmentation supérieure à 20%. A titre d’exemple, l’amplitude du deuxième point peut alors être réduite de sorte que son écart corresponde à une variation de 20%. Dans cet exemple, lors de l’étape A6, le résultat ainsi obtenu est affiché sur un écran. Cet affichage peut comprendre une représentation visuelle dudit signal, avec et/ou sans filtrage supplémentaire, et/ou une ou plusieurs valeurs représentatives du rythme cardiaque et/ou d’un autre paramètre physiologique calculé sur la base de ce signal selon des techniques qui sont bien connues en tant que telles. Les différentes étapes qui viennent d’être décrites sont mises en œuvre à l’aide d’un programme d’ordinateur comprenant des instructions informatiques exécutables correspondantes. La description qui précède n’est pas limitative et de nombreuses variantes peuvent être envisagées sur cette base sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, la caméra peut être de nature différente et être par exemple une caméra polychrome d’un téléphone mobile. La description qui précède peut dans ce cas s’appliquer par analogie pour chacun des canaux de couleur, étant entendu que le traitement peut être réalisé sur la base de la valeur des pixels d’un unique canal de couleur, par exemple le vert. Alternativement, le traitement décrit ci-dessus peut être réalisé sur la base de valeurs combinant des informations fournies par plusieurs canaux de couleur. Les nombres indiqués dans cette description sont donnés à titre d’exemple. Notamment, les images peuvent contenir un nombre de pixels inférieur ou supérieur à 12 millions. K peut avoir une valeur différente de 3, par exemple 5 ou un autre nombre de préférence impair. Le pas de la fenêtre glissante peut être supérieur à 1 image, que ce soit pour la génération du flux moyenné et/ou pour la génération du flux traité. Pour autre exemple, ledit signal temporel sur la base duquel est déterminé le paramètre physiologique peut être construit non pas en calculant la valeur moyenne des pixels de chacune des images traitées mais en utilisant les valeurs d’un ou plusieurs pixels donnés ayant par exemple une valeur non nulle sur plusieurs images traitées successives. Procédé permettant de déterminer un paramètre physiologique tel qu’un rythme cardiaque d’un individu à partir d’un flux, appelé « flux source », d’images (IS 1 , IS 2 , … IS M ) d’une région du corps de l’individu, ce procédé comprenant les étapes suivantes : – génération (A3) d’un flux, appelé « flux moyenné », d’images (IM 1 , IM 2 ) qui sont chacune obtenues par moyennage de plusieurs images successives (IS 1 , IS 2 , IS 3 ; IS 2 , IS 3 , IS 4 ) du flux source sélectionnées par déplacement d’une fenêtre glissante ; – génération (A4) d’un flux, appelé « flux traité », d’images (IT 1 , IT 2 , … IT P ) qui sont chacune obtenues à partir de deux images (IM 1 , IM 2 ) successives respectives du flux moyenné de sorte que, pour chacune des images (IT 1 , IT 2 , … IT P ) du flux traité, un ou plusieurs pixels de cette image a une valeur : - égale à la valeur d’un pixel correspondant de l’une desdites deux images (IM 1 , IM 2 ) respectives du flux moyenné lorsque la valeur absolue de la différence entre cette valeur et la valeur d’un pixel correspondant de l’autre desdites deux images (IM 1 , IM 2 ) respectives du flux moyenné est supérieure à un premier seuil et inférieure à un deuxième seuil, - égale à zéro dans le cas contraire ; – détermination (A5) dudit paramètre physiologique à partir des variations de valeur de pixels des images (IT 1 , IT 2 , … IT P ) du flux traité. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite fenêtre glissante est déplacée selon un pas inférieur au nombre d’images du flux source utilisées pour obtenir l’une quelconque des images (IM 1 , IM 2 ) du flux moyenné, ce pas étant par exemple d’une image. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit premier seuil est égal à 0 et ledit deuxième seuil est égal à 1/((N1-1)*K), N1 correspondant au nombre de valeurs que peuvent avoir les pixels des images (IS 1 , IS 2 , … IS M ) du flux source, K correspondant au nombre d’images du flux source utilisées pour obtenir chacune des images (IM 1 , IM 2 ) du flux moyenné. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une génération d’un signal à partir de valeurs qui correspondent chacune à la valeur moyenne des pixels de l’une respective des images (IT 1 , IT 2 , … IT P ) du flux traité dont la valeur est différente de zéro, la détermination (A5) du paramètre physiologique étant réalisée sur la base de ce signal. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une étape d’acquisition (A2) du flux source à l’aide d’une caméra. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la caméra est monochrome ou polychrome, la valeur des pixels correspondant de préférence à l’intensité lumineuse d’un unique canal de couleur lorsque la caméra est polychrome. Procédé selon la revendication 5 ou 6, comprenant en outre, avant l’acquisition (A2) du flux source, une étape de réglage (A1) de paramètres d’exposition et/ou de luminosité de la caméra et, pendant l’acquisition (A2) du flux source, un maintien des valeurs de ces paramètres. Dispositif comprenant des moyens adaptés pour exécuter les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Dispositif selon la revendication 8, comprenant en outre une caméra, appartenant par exemple à un appareil numérique tel qu’un téléphone mobile, une tablette ou un ordinateur, la caméra étant configurée pour réaliser l’étape d’acquisition (A2) du flux source du procédé selon l’une quelconque des revendications 5 à 7. Programme d’ordinateur comprenant des instructions informatiques exécutables qui, lorsqu’elles sont exécutées par ordinateur, mettent en œuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.