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WO2011161087A1 - Procede d'estimation d'une posture de reference - Google Patents

Procede d'estimation d'une posture de reference Download PDF

Info

Publication number
WO2011161087A1
WO2011161087A1 PCT/EP2011/060304 EP2011060304W WO2011161087A1 WO 2011161087 A1 WO2011161087 A1 WO 2011161087A1 EP 2011060304 W EP2011060304 W EP 2011060304W WO 2011161087 A1 WO2011161087 A1 WO 2011161087A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
posture
subject
reference posture
data
head
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/060304
Other languages
English (en)
Inventor
David Encaoua
Pascal Thomet
Original Assignee
Interactif Visuel Systeme (I V S)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Interactif Visuel Systeme (I V S) filed Critical Interactif Visuel Systeme (I V S)
Priority to PL11728807T priority Critical patent/PL2582283T3/pl
Priority to US13/806,126 priority patent/US9726911B2/en
Priority to KR1020137001496A priority patent/KR101836409B1/ko
Priority to JP2013515853A priority patent/JP5730995B2/ja
Priority to DK11728807.6T priority patent/DK2582283T3/da
Priority to EP11728807.6A priority patent/EP2582283B1/fr
Priority to ES11728807.6T priority patent/ES2544554T3/es
Publication of WO2011161087A1 publication Critical patent/WO2011161087A1/fr

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    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays

Definitions

  • the invention relates to the analysis of the visual behavior of a subject, for purposes of personalization and optimization of the optical characteristics of corrective lenses or ophthalmic lenses that he must wear, as well as their mounting on the frame.
  • the invention relates to the analysis of the general posture of the head of the subject and the taking of measurements made by an optician, who proceeds to the acquisition of necessary data to determine the general configuration of implantation corrective lenses next to the subject's eyes.
  • the document FR-2860887A in the name of the Applicant discloses a system in which, from a series of animated images of the face of the subject being moved in front of a fixed camera, a reference image is determined in which the face is best focused on the camera, so as to have the best definition of the relative position of the eyes and the mount.
  • a screen for representing the images taken by the camera an accessory 20 able to be fixedly worn by the subject's head and carrying a plurality of visual markers 21,
  • visual target means capable of covering at least two predetermined positions relative to the camera
  • Image analysis means capable of analyzing the position of the visual cues in the images taken by the camera.
  • the image analysis means then deduce the position and orientation in the space of the accessory 20, and therefore of the subject's head, when he observes different regions of the visual target means (s) ( s), to derive particular information on the relative importance of the movement of the head when moving vision from one target to another, as well as the relative importance of eye movement.
  • the accessory 20 may be in accordance with the accessory illustrated in FIG. 1 and comprise geometric indicator means 21 chosen specifically to highlight the orientation of the frame. It may consist of an elongated support carrying a series of visual references 21, placed along the branches of the frames and / or on the upper amount of face of the frame.
  • the head of the subject is in a reference position, and looks in a defined position, suitable for taking measurements.
  • the reference posture may in particular be the distant vision posture, in which the wearer stands in a natural position and fixes a point at infinity right in front of him in a horizontal plane.
  • the reference posture may correspond to a near vision posture, such as the reading position, that is to say the position in which the subject fixes a point about forty centimeters from his eyes and lowers are 30 ° view of the horizontal plane.
  • the reference posture will correspond to the posture in far vision. This however is not limiting and is given only as an example.
  • the optician measures the relative position of the pupils relative to the frame, it is then essential that it ensures that the wearer is in a position close to this reference position.
  • the systems known to date do not make it possible to determine accurately and automatically whether the posture of the subject is close to the reference posture. This is usually done manually, by the optician himself, from the simple observation of the posture of the subject at the time of taking measurements.
  • the optician can in particular use the systems described above, which give a value of the inclination of the accessory attached to the frame.
  • the posture of the subject may for example be described (but not limited to) using two angles for a known direction of the gaze.
  • the first angle corresponds to the heading of the head, ie an angled angle that reflects the fact that the subject tends to have his head more or less turned to the left or to the right when he looks at an object placed in front of him .
  • the second angle corresponds to the inclination of the head, ie an angled angle that reflects the fact that the subject tends to have his head more or less raised or lowered when he looks at an object placed in front of him.
  • this second angle may be the measurement of the pantoscopic angle, ie the measurement of the inclination of the average plane of the corrective lens relative to the vertical.
  • the optician In order to determine the distance between the pupils of the subject (one of the parameters for the manufacture of correction devices), the optician generally uses a pupillometer. In this case, the course is arbitrarily assumed to be zero since the pupillometer is resting against the subject's forehead. Nevertheless, this device does not allow to take into account the pantoscopic angle to be measured separately, or, if appropriate, the fact that the subject may have a lateralized head port (tendency of the subject to look rather to the right or to left in its reference position).
  • this approach does not guarantee that the position taken by the subject corresponds to his or her natural reference position and is not influenced by the presence of the optician, a particular object in the room or the instant psychological state of the subject (effect of the store that can intimidate the subject, constraints related to the demands of the optician, etc.). For example, if the wearer lowers his head too much when taking measurements, he will obtain values of height measurements too strong. In the case of progressive lenses (for which the correction power varies from top to bottom), he can then have his eyes next to the correction zone up close, while the object he is looking at is far off.
  • the natural reference posture is of great importance because it determines how the wearer var project his gaze on glasses lenses in his position of maximum comfort. Poor posture leads to poor measures of centering glasses. It is therefore essential to choose a correct posture image for calculating the projection of the gaze on the glasses and therefore to evaluate the quality of the wearer's posture during the measurement.
  • an error of one degree on the orientation of the head results in a centering error of about 0.4 millimeters, while the desired accuracy must be less than half a millimeter.
  • An approximation of the inclination in the distant vision reference posture can also be made by reference to the Frankfort plane which can be defined by the tragedies and the low ocular orbits
  • a first approach to measure the Frankfurt plane is to use the two centers of rotation of the eye to determine a first axis which will by definition be parallel to the plane of Frankfurt and at a known distance, about 22 millimeters from the Frankfort plane. Then the position of at least one tragion on at least two images of the face of the subject carrying an accessory 20 such as that defined above is manually, automatically or semi-assisted.
  • the points of the tragion being reference points (visible) and the tragion being immobile in the reference of the accessory 20, it can be positioned in three dimensions as being the intersection of the two lines of observation passing through the tragedies and the optical center of the camera.
  • the Frankfurt plane can then easily be calculated as the plane containing the tragion and tangent to the cylinder.
  • This plane is considered horizontal when the subject is in the far vision position.
  • This measurement is morphological and independent of the posture of the subject during the measurement. However this approach does not guarantee that the natural position in far vision perfectly coincides with a horizontal Frankfort plane.
  • the object of the invention is thus to propose a method making it possible to determine with precision a natural reference position of the subject, in whole or in part automatically.
  • the invention proposes a method for estimating a reference posture of a subject in order to perform measurements for the determination of parameters for the manufacture of a vision correction device, comprising the steps of: for a plurality of arrivals of the head on a target reference posture from at least one diversionary posture:
  • the actual reference posture is measured when the head arrives at the target reference posture
  • At least two real reference postures are measured corresponding to two opposite diversion postures, and the optimal reference posture is obtained by averaging the reference postures measured during these two opposite diversion postures;
  • the method further comprises obtaining a confidence interval on said optimal reference posture
  • the target reference posture corresponds to a posture in which the subject naturally looks at a determined target
  • the reference posture corresponds to the posture of distant vision or near vision of the subject
  • posture data includes a pantoscopic angle and heading value of the subject's head
  • pantoscopic angle and heading values are determined by means of conditional probabilities that depend on the previous actual reference posture data sets and / or the previous diversion posture type;
  • the method further comprises applying a weight to the data according to their respective relevance for the evaluation of the optimal reference posture and the confidence interval;
  • the method further comprises a step of determining the subject's Frankfort plane
  • data of the Frankfort plane are included in the data taken into account for the determination of the optimal reference posture and the confidence interval;
  • the method further comprises extrapolating additional data relating to reference postures that have not been taken by the subject from the recorded data;
  • the measurement of the actual reference posture comprises the location of singular points on at least one image of the subject; the singular points are borne by an accessory fixed on a spectacle frame carried by the subject;
  • the method further comprises the editing of the posture data used for calculating the manufacturing parameters of the correction device, from:
  • the invention proposes a system for estimating a reference posture of a subject adapted to be implemented in a method according to the invention, comprising:
  • a digital processing unit adapted to process said sets of actual reference posture data to obtain an optimal reference posture.
  • the digital processing unit also makes it possible to obtain a confidence interval on said optimal reference posture
  • the system further comprises further comprises a portable display device adapted to be carried by the subject, and in that the measuring means comprises an image capture device fixed with respect to the portable display device; and
  • the display device furthermore comprises visual targets.
  • the invention provides a computer program product comprising program code instructions for performing the steps of the method described above, when said program is executed by a computer.
  • FIG. 1 represents a perspective view of an example of an accessory that can be used in the implementation of the system and method according to the invention
  • FIG. 2 represents a block diagram of various components of the system of the invention.
  • FIG. 3 is a graphical representation of the various steps according to one embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a front view of an exemplary portable system that can be used in the implementation of the system and method according to the invention.
  • a system comprises, for example, a frame in the upper region of which an image capture device 12 such as a camera, placed in the vicinity of a device for get a target that the subject will fix in the reference posture, such as a one-way mirror placed in front of the camera.
  • the camera 12 is connected to a central unit 11 for acquiring the video images.
  • a keyboard 16, as well as any other input and output device such as mouse, a screen 14, etc. allows to control the system.
  • Such a device comprises a mirror without tain positioned vertically.
  • the camera is placed behind the mirror so that the position of its main optical axis with respect to the mirror is known.
  • the camera is arranged so that its main optical axis extends substantially perpendicular to the mirror.
  • the accessory 20 has the shape of a clip and is placed on the frame.
  • Examples of systems for monitoring the position of the head may be the following, but not limited to:
  • An accelerometer placed in a fixed manner with respect to the head. A continuous acquisition of the acceleration allows after a proper calibration to obtain a follow-up of the position of the head.
  • An ultrasound system such as the Vision Print System marketed by the company Essilor, to measure the eye-head coefficient for the customization of Ipseo glass.
  • Infrared emitters placed on the head of the subject for example on an accessory of the type described above or on any fixed object relative to the head which is equivalent, associated with an infrared camera.
  • the system is then similar to the Activisu Expert 3 system, but implements an infrared camera instead of a camera sensitive only to the visible spectrum, and using markers emitting in the spectrum infrared instead of using visual cues of a certain color (green on the Activisu Expert 3 system).
  • this parameter can be the rotation of the head around the vertical axis (heading) or around the horizontal axis oriented right / left (linked to the pantoscopic angle).
  • This can be a three-dimensional reconstruction of remarkable points of the face by stereoscopic (or photogrammetric) using two cameras (or reconstruction with a single camera associated with a means of rescaling sufficiently precise for the study (the rescaling means which may be for example a known distance between two of the remarkable points identified on an image).
  • these measurements are also linked to an image of the subject in order to calculate the optimal posture.
  • the method according to the invention notably comprises the iteration of steps performed by means of shots (or an equivalent device for monitoring the position) and calculation of a posture. optimal from these shots.
  • the method comprises the steps of firstly registering a plurality of postures of the subject with the camera 12, and at each recording step having the wearer perform at least one movement. determined before returning to a given reference posture 1 10.
  • the postures recorded may correspond to the posture at a given moment of the subject when looking in the mirror. Then, by means inducing a spontaneous movement such as voice instructions, messages displayed on a screen, the lighting of a light in a given part of the room to attract the gaze of the subject, or more generally any means causing the patient to modify his posture, the subject is displaced or at least the rotation of his head before bring back to the initial reference position in which he looks in the mirror.
  • a spontaneous movement such as voice instructions, messages displayed on a screen
  • the subject fixes a target and measures are made to evaluate the distance between the target and the frame carried by the subject, the heading, and the angle formed by the inclination of the average plane of the corrective lenses relative to the vertical plane containing the direction of gaze of the subject when he fixes the target (the pantoscopic angle being peculiar to distant vision).
  • the target may be on a shelf 30, and the position of the frame is determined by means of the accessory 20 attached thereto.
  • the tablet 30 is a portable system provided with a display device 31, such as a liquid crystal screen, and on which is mounted an image pickup device 12 'such as a camera.
  • a display device 31 such as a liquid crystal screen
  • an image pickup device 12 ' such as a camera
  • the screen can for example measure about 40 cm wide and 25 cm high.
  • this tablet 30 thus allows the subject to be positioned therewith.
  • the person can therefore position himself against tablet 30, and therefore facing the camera 12 ', the tablet 30 advantageously replacing a mirror or other positioning aid device.
  • the subject can then grab the tablet 30 in his hands, like a book or a newspaper, so that he can comfortably fix the items displayed by the screen 31.
  • the screen 31 may display information on existing lenses and lenses. It can also refer to the subject the image taken by the camera, for example to improve its centering.
  • the operator can then make his measurements, asking the subject to view the items displayed on the screen 31, then a place of his choice in the room, etc. so as to determine, with the aid of the camera 12 'mounted on the screen 31 and / or the camera 12, the reference posture in the reading position of the subject.
  • the tablet 30 itself comprises means for distracting the subject to bring it to its natural reference position.
  • the tablet 30 may display text extending the full width of the screen 31.
  • his gaze travels over the screen and his head makes a rotation movement left / right and up / down. It is then possible to determine the reference posture of the subject, insofar as the movement of the head induced by the reading of the text constitutes a sufficient distraction to reset the posture of the subject in the reading position: indeed, when this then sets a target element on the tablet 30, such as a centered image or a light emitting diode fixed relative to the screen 31, its position is more natural than before reading.
  • the reference posture in the reading position can be determined as being the average between the extreme postures of reading the text on the screen 31. Thanks to the display of the text by the screen 31, it is also possible to measure the eye-to-head ratio (that is to say a mean ratio between the angle of rotation of the eye and rotation of the subject's head), by determining, by means of the camera, the angular interval of the subject's head: knowing the distance between the head of the subject and the width of the screen, we then deduce the angular interval traveled by the subject's eyes during reading, as well as the eye-head coefficient.
  • the eye-to-head ratio that is to say a mean ratio between the angle of rotation of the eye and rotation of the subject's head
  • text is displayed at different locations on the screen and / or in different sizes, to cause the subject to look at different places on the screen before returning to the target element.
  • a thorough behavioral study is also possible if the target remains substantially punctual (for example a very short text) and moves in various reading positions (up, down, right or left), the screen 31 being driven by the processing unit 1 1, it is then possible to know at any time how the head port evolves according to the movements of the target.
  • the tablet 30 may include visual targets 32, such as light emitting diodes (LED), fixed relative to the screen.
  • a sound signal may accompany the switching on / off of targets.
  • two sets of LEDs may be attached to arms that extend radially from lateral sides of the shelf 30, so as to create three sets of visual targets 32 for the subject.
  • each arm has four LEDs, separated from each other by a distance between approximately 0.5 cm and 5 cm, preferably about 2 cm.
  • the implementation of a plurality of adjacent LEDs on each arm makes it possible to adapt the angular difference between the accessory (and thus the head of the subject) and the lateral visual target (ie here the LED lit during the measurement) according to the distance between the tablet 30 and the accessory 20.
  • the tablet 30 has no screen: it then comprises three sets of LEDs, a central and two side.
  • the visual targets 32 it then suffices to light successively, preferably randomly, the visual targets 32 in order to be able to measure the eye-head coefficient and heading, as well as determine the natural posture of the subject.
  • the "optimal" reference position 130 is then calculated from observations and recordings, a position that may be different from the positions observed and correspond to an intermediate or extrapolated position.
  • This method is based on the use of a model of human behavior against the device to interpret the postural measurements.
  • conditional probabilities for example the probability of having an optimal reference posture p knowing that one has a sequence of postures pi measured after / iterations, and wherein the types of diversion used ( look up, left, read a document, etc.) prior to each pi posture.
  • conditional probabilities for example the probability of having an optimal reference posture p knowing that one has a sequence of postures pi measured after / iterations, and wherein the types of diversion used ( look up, left, read a document, etc.) prior to each pi posture.
  • the model of human behavior vis-à-vis the device can notably use the range of mathematical tools of statistics of the state of the art and in particular: - conditional probabilities, for example the probability of having a posture knowing that we have a sequence of postures pi, and depending on the types of diversion used (look up, left, read a document, etc.). ) before each pi posture: these conditional properties can be organized in a Markov chain.
  • Bayesian networks may be used to determine the sequence of instruction of diversions to be given according to previously observed postures and previously given diversion instructions.
  • the Bayesian probabilities will make it possible to model for example the correlation between a posture or a parameter of external posture, and the parameters of reference postures.
  • This external posture or this parameter of external posture could for example be: The posture in reading vision while one seeks to measure the posture in far vision.
  • the result obtained is in the form of an "optimal" value and an interval of possible values.
  • posture value here will be understood in particular the value of the pantoscopic angle and the heading for a given posture.
  • the model of human behavior in front of the device can also be supplemented by an "a priori" model, in particular for the measurement of heading, in order to reduce the number of samples necessary for determining the reference natural posture of the subject.
  • a priori can for example be used to improve the maximum likelihood calculation by Bayesian inferences, allowing in particular to rely on a reference posture rather than another, especially when the postures taken by the subject are very unstable, based on statistical analysis.
  • the use of such a model a priori is progressive.
  • the more stable the measurements made on the subject the less the prior model is used.
  • the more unstable the measurements made the more the prior model is favored, the average of the measurements being not sufficiently relevant because of their dispersion.
  • the implementation of the prior model can also be adapted to the measurement of the pantoscopic angle.
  • it is more difficult than in the case of heading measurement since the pantoscopic angle can vary between 2 and 18 °, instead of 0-3 ° for heading, and that it depends among others on mount and head port of the subject.
  • a priori model may prefer high values for the pantoscopic angle in order to clear the distant vision of the subject, taking into account the posture after raising the head (when from the reading position to the far position).
  • the optician can then use his expertise or choose the best posture from the space of possible values proposed, and the system can display in real time the impact of a choice of posture value on the measurement results to help the optician in his decision.
  • the display is delayed, for example at the end of the recording of the series of postures pi. It is also possible to display an image representing the posture of the wearer corresponding to a possible posture value selected by the optician, in order to help him verify that this value corresponds to the posture he observes on the wearer or that he wants to use for centering.
  • This image may be the most representative image among those recorded during the measurement (posture measurement and centering measurement).
  • the displayed image may result from the synthesis image production of the posture, performing a three-dimensional reconstruction from the real images and interpolating the images recorded during the iteration.
  • the invention may comprise the following steps.
  • the optician places the subject in front of the mirror.
  • the subject carries the accessory 20 formed of geometric indicator means 21.
  • Indications of "diversion” are then given to the subject (step 100): they are for example displayed on the screen and repeated by the optician, or announced by loudspeaker, and the optician ensures that they are executed.
  • the instructions will include asking to look at the mount's bridge in the mirror (or any other target for distance vision) to determine a first reference posture, and then ask to follow diversionary instructions to bring the subject in a diversionary posture (turn his head to the right or to the left, raise or lower his head technically, turn to the optician (who can be placed behind the subject), close his eyes, move and move to another location before returning to the mirror, etc.).
  • the subject is then asked to resume his reference position, for example by fixing the bridge of the frame again in the mirror, and the new reference position is recorded (step 1 10).
  • This operation (diversion then return to the reference posture and registration of the latter reference posture) is repeated at least once, preferably several times.
  • the registered reference posture corresponds to a posture of diversion of the subject, that is to say a posture in which the latter fixes a given target (for example on the right or on the top).
  • the operator then asks the subject to set a second target, in the opposite direction (eg left or bottom, respectively).
  • the reference posture of the subject (which is taken into account for the determination of the "optimal" natural posture) then corresponds to an average (which can be weighted) of these two postures of diversion.
  • the postures can be recorded continuously, without the diversion posture for which the measurement is made necessarily corresponds to the extreme position of the diversion, thanks to the continuous image taken by the camera.
  • This embodiment has the advantage of being less abrupt for the subject and more reliable, since the subject no longer needs to reposition his head in the center after each diversion.
  • one favors postures of diversions having a small amplitude in order to remain in the comfort interval of the subject.
  • the diversion operations differ from one iteration to another. For example, it is possible to successively ask the subject to turn his head technically to the right, then to the left, then to look at the ceiling, the floor, to read a document, the goal being to reset the reference posture (here, the posture corresponding to distance vision) to determine the natural posture of the subject.
  • the reference posture here, the posture corresponding to distance vision
  • the choice of the diversions as well as the adjustment of the calculations can depend on the type of glass to be made for the frame of the subject and the stability of his postures.
  • the measurements made for the determination of the pantoscopic angle may be preferred over the measurements made for heading in the case of a progressive lens.
  • the values are generally more centered for heading than for the pantoscopic angle, so that their dispersion is less.
  • An acquisition is then carried out in real time by recording the posture values pi after each diversion / ' , and by choosing the diversion indications as a function of the head ports already observed. For example, it is advantageous to ask the subject to turn the head several times to the right and then to the left if his pantoscopic angle is very unstable. Alternatively, it is also possible to ask the subject to raise and lower the head if the measurement of its course shows that it is unstable; the inventors have indeed found that, for the measurement of heading, the subject tended to better replace his head after making a up / down or low / high movement of the head after several movements right / left.
  • the subject may tend to resist or on the contrary amplify the movement and stop beyond the natural posture when he returns to the reference position, distorting thus the results, whereas when the right / left rotation movement is followed by a up / down movement (or low / high), the heading corresponds substantially to that of the natural position.
  • the inventors have also found that the right / left diversions give an indication of the stability and amplitude of the heading comfort zone, while the up / down diversions give an indication of the stability and amplitude of the heading zone. comfort of the pantoscopic angle, and that a high / low diversion tends to refocus the subject's heading while a right / left diversion tends to refocus its pantoscopic angle.
  • the optimal value of the natural posture is then calculated on the basis of the different recorded postures pi and the possible values (steps 120 and 130), for example values within a confidence interval.
  • the system will be able to automatically detect the moments when the wearer approaches the reference posture (as opposed to the time when he is away from it, because he is responding to a "diversion" instruction. "). This detection can in particular be based on two indices:
  • the posture is sufficiently close to the reference posture (limit on the heading angle and pantoscopic angle, position in the delimited space: distance to the mirror, top position down right and left)
  • the position is stabilized: weak movements during a certain lapse of time.
  • This detection will automatically aggregate the values of postures to be taken into account in the statistics calculations and will allow to have an automated process.
  • results of centering and personalization measurements are then determined (measurement of the distance between the two pupils, the glass-eye distance, etc.).
  • the system makes it possible to edit the posture value among the possible values.
  • the optician interactively views the new values of the centering measurements, the quality of the parameters (heading and pantoscopic angle) chosen, and if necessary an image representing the posture of the wearer to verify that the parameters correspond to the posture he observes on the wearer or that he wishes to use for centering. For each posture it is possible to take the average and the standard deviation on the video images, to extract a trend of evolution on the moving average etc.
  • the pantoscopic angle will be more natural after the wearer has mentally turned his head up or down, even more after he has made these two movements, etc.
  • the measurements made following up / down diversions may have a greater weight than the measurements made directly after a right / left diversion, since we have seen that these first give results closer natural cape.
  • the results obtained are then displayed, for example on the system screen.
  • the system allows the display of an image representative of the reference head port among the images recorded during the analysis phase, adjusted to the position of the eyes (so that the transition from one image to another is continuous) and interpolated to simulate a position between two (or more) recorded photos.
  • Techniques such as the optical flow or disparity map associated with warping or triangularization and texture mapping can be used.
  • the images of postures can be extrapolated to simulate a position that could not be recorded (subject having a head port that is not at all natural in front of the mirror). This extrapolation can in particular be made from the prior model.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'estimation d'une posture de référence d'un sujet en vue de réaliser des mesures pour la détermination de paramètres pour la fabrication d'un dispositif de correction de vue, comprenant les étapes consistant, pour une pluralité d'arrivées de la tête sur une posture de référence cible à partir d'au moins une posture de diversion: - mesurer la posture de référence réelle, pour ainsi obtenir plusieurs ensembles de données de posture de référence réelle, et mémoriser lesdits ensembles de données, - à l'aide d'une unité de traitement numérique, traiter lesdits ensembles de données de posture de référence réelle pour obtenir une posture de référence optimale.

Description

PROCEDE D'ESTIMATION D'UNE POSTURE DE REFERENCE
L'invention concerne l'analyse du comportement visuel d'un sujet, à des fins de personnalisation et d'optimisation des caractéristiques optiques de verres correcteurs ou de lentilles ophtalmiques qu'il doit porter, ainsi que leur montage sur la monture.
Plus précisément, l'invention concerne l'analyse de la posture générale de la tête du sujet et la prise de mesures effectuées par un opticien, qui procède à l'acquisition de données nécessaires afin de déterminer la configuration générale d'implantation des verres correcteurs en regard des yeux du sujet.
On connaît déjà de nombreux systèmes visant à optimiser la position des verres dans une monture par rapport à la position relative des pupilles des yeux du sujet et de la monture. A cet effet, des images fixes ou animées du visage portant la monture sont prises par une caméra, et la détection de la position des yeux est effectuée de même que la détection de l'emplacement de la monture.
En particulier, le document FR-2860887A au nom de la demanderesse divulgue un système dans lequel, à partir d'une série d'images animées du visage du sujet en cours de mouvement devant un caméra fixe, on détermine une image de référence dans laquelle le visage est le mieux axé sur la caméra, de manière à avoir la meilleure définition de la position relative des yeux et de la monture.
Parallèlement, des fabricants de verres ophtalmiques cherchent aujourd'hui à optimiser la conception de ces verres, notamment dans la technologie des verres dits progressifs, en examinant le comportement du sujet lorsque son regard se déplace. Par exemple, le document FR- 2892529A au nom de la demanderesse divulgue un système comprenant :
- une caméra,
- un écran permettant de représenter les images prises par la caméra, - un accessoire 20 apte à être porté de façon fixe par la tête du sujet et portant une pluralité de repères visuels 21 ,
- des moyens formant cible(s) visuelle(s) susceptibles de couvrir au moins deux positions déterminées par rapport à la caméra, et
- des moyens d'analyse d'image capables d'analyser la position des repères visuels dans les images prises par la caméra. Les moyens d'analyse d'image en déduisent alors la position et l'orientation dans l'espace de l'accessoire 20, et donc de la tête du sujet, lorsqu'il observe différentes régions des moyens formant cible(s) visuelle(s), pour en déduire notamment des informations sur l'importance relative du mouvement de la tête lors du déplacement de la vision d'une cible à l'autre, ainsi que l'importance relative du mouvement des yeux.
Typiquement, l'accessoire 20 peut être conforme à l'accessoire illustré en figure 1 et comprendre des moyens formant indicateurs géométriques 21 choisis spécifiquement pour mettre en valeur l'orientation de la monture. Il peut être constitué d'un support longiligne portant une série de repères visuels 21 , placés le long des branches des montures et/ou sur le montant supérieur de face de la monture.
Pour que les mesures soient précises, il est nécessaire que la tête du sujet soit dans une posture de référence, et regarde dans une position définie, adaptée à la prise de mesures.
La posture de référence peut notamment être la posture de vision de loin, dans laquelle le porteur se tient dans une position naturelle et fixe un point à l'infini droit devant lui suivant un plan horizontal. En variante, la posture de référence peut correspondre à une posture de vision de près, telle que la position de lecture, c'est-à-dire la position dans laquelle le sujet fixe un point à environ quarante centimètres de ses yeux et abaisse sont regard de 30° par rapport au plan horizontal.
Dans la suite de cette description, la posture de référence correspondra à la posture en vision de loin. Ceci n'est cependant pas limitatif et n'est donné qu'à titre d'exemple. Lorsque l'opticien mesure la position relative des pupilles par rapport à la monture, il est alors indispensable qu'il s'assure que le porteur soit dans une posture proche de cette posture de référence.
Or les systèmes connus à ce jour ne permettent pas de déterminer avec précision et de manière automatique si la posture du sujet est proche de la posture de référence. Cela est donc généralement fait manuellement, par l'opticien lui-même, à partir de la simple observation de la posture du sujet au moment de la prise des mesures. Pour cela, l'opticien peut notamment s'aider des systèmes décrits précédemment, qui donnent une valeur de l'inclinaison de l'accessoire fixé sur la monture.
La posture du sujet peut par exemple être décrite (de manière non limitative) à l'aide de deux angles pour une direction du regard connue. Le premier angle correspond au cap de la tête, c'est à dire un angle orienté qui reflète le fait que le sujet a tendance à avoir la tête plus ou moins tournée à gauche ou à droite lorsqu'il regarde un objet placé droit devant lui.
Le deuxième angle correspond à l'inclinaison de la tête, c'est à dire un angle orienté qui reflète le fait que le sujet a tendance à avoir la tête plus ou moins relevée ou abaissée lorsqu'il regarde un objet placé droit devant lui. Pour une monture donnée, ce deuxième angle peut être la mesure de l'angle pantoscopique, c'est à dire la mesure de l'inclinaison du plan moyen de la lentille correctrice par rapport à la verticale.
Afin de déterminer la distance entre les pupilles du sujet (un des paramètres pour la fabrication des dispositifs de correction), l'opticien utilise généralement un pupillomètre. Dans ce cas, le cap est arbitrairement supposé nul puisque le pupillomètre est en appui contre le front du sujet. Néanmoins, ce dispositif ne permet pas de tenir compte de l'angle pantoscopique qui doit être mesuré séparément, ni, le cas échéant, du fait que le sujet puisse présenter un port de tête latéralisé (tendance du sujet à regarder plutôt à droite ou à gauche dans sa position de référence).
Néanmoins, cette approche ne garantit pas que la position prise par le sujet corresponde bien à sa position de référence naturelle et n'est pas influencée par la présence notamment de l'opticien, d'un objet particulier dans la pièce ou de l'état psychologique instantané du sujet (effet du magasin qui peut intimider le sujet, contraintes liées aux demandes de l'opticien, etc.). Par exemple, si le porteur baisse trop la tête lors de la prise de mesures, on obtiendra des valeurs de mesures de hauteur trop fortes. Dans le cas de verres progressifs (pour lesquels la puissance de correction varie de haut en bas), il pourra alors avoir ses yeux en regard de la zone de correction de près, alors que l'objet qu'il regarde est au loin.
La posture de référence naturelle est cependant d'une grande importance car elle détermine la manière dont le porteur var projeter son regard sur les verres de lunettes dans sa position de confort maximum. Une mauvaise posture conduit donc à de mauvaises mesures de centrage des verres. Il est donc primordial de choisir une image posture correcte pour le calcul de la projection du regard sur les verres de lunette et donc d'évaluer la qualité de la posture du porteur pendant la mesure.
A titre d'illustration numérique, une erreur d'un degré sur l'orientation de la tête a pour conséquence une erreur de centrage d'environ 0.4 millimètres, alors que la précision recherchée doit être inférieure au demi millimètre.
Une approximation de l'inclinaison dans la posture de référence en vision de loin peut également être réalisée par référence au plan de Frankfort qui peut être défini par les tragions et le bas des orbites oculaires Une première approche pour mesurer le plan de Francfort est d'utiliser les deux centres de rotation de l'œil pour déterminer un premier axe qui sera par définition parallèle au plan de Francfort et à une distance connue, d'environ 22 millimètres du plan de Frankfort. Ensuite on place manuellement, automatiquement ou d'une manière semi-assistée la position d'au moins un tragion sur au moins deux images du visage du sujet portant un accessoire 20 tel que celui défini plus haut. Les points du tragion étant des points de références (visibles) et le tragion étant immobiles dans le repère de l'accessoire 20, il peut être positionné en trois dimensions comme étant l'intersection des deux droites d'observation passant par les tragions et le centre optique de la caméra. Le plan de Francfort peut alors facilement être calculé comme étant le plan contenant le tragion et tangent au cylindre.
Ce plan est réputé horizontal lorsque le sujet est en position de vision de loin. Cette mesure est morphologique et indépendante de la posture du sujet pendant la mesure. Cependant cette approche ne garanti pas que la position naturelle en vision de loin coïncide parfaitement avec un plan de Frankfort horizontal.
L'invention vise donc à proposer un procédé permettant de déterminer avec précision une position de référence naturelle du sujet, en tout ou partie automatique.
Pour cela, l'invention propose un procédé d'estimation d'une posture de référence d'un sujet en vue de réaliser des mesures pour la détermination de paramètres pour la fabrication d'un dispositif de correction de vue, comprenant les étapes consistant, pour une pluralité d'arrivées de la tête sur une posture de référence cible à partir d'au moins une posture de diversion :
- lors de chaque arrivée sur la posture de référence cible, mesurer la posture de référence réelle, pour ainsi obtenir plusieurs ensembles de données de posture de référence réelle, et mémoriser lesdits ensembles de données,
- à l'aide d'une unité de traitement numérique, traiter lesdits ensembles de données de posture de référence réelle pour obtenir une posture de référence optimale.
L'enchaînement de ces étapes permet ainsi d'obtenir une posture de référence optimale, et ce malgré le fait que chaque diversion augmente les dispersions et donc la variabilité du port de tête. La mise en œuvre de diversions répétées était donc quelque chose que l'homme du métier aurait cherché à éviter.
Certains aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants : - la posture de référence réelle est mesurée lors de l'arrivée de la tête sur la posture de référence cible ;
- au moins deux postures de référence réelles sont mesurées correspondant à deux postures de diversion opposées, et la posture de référence optimale est obtenue en effectuant une moyenne des postures de référence mesurées lors des ces deux postures de diversion opposées ;
- le procédé comprend en outre l'obtention d'un intervalle de confiance sur ladite posture de référence optimale ;
- la posture de référence cible correspond à une posture dans laquelle le sujet regarde naturellement une cible déterminée ;
- la posture de référence correspond à la posture de vision de loin ou de vision de près du sujet ;
- les données de posture comprennent une valeur d'angle pantoscopique et de cap de la tête du sujet ;
- les valeurs d'angle pantoscopique et de cap sont déterminées au moyen de probabilités conditionnelles dépendant des ensembles de données de posture de référence réelle précédents et/ou du type de posture de diversion précédente ;
- le procédé comprend en outre l'application d'un poids aux données en fonction de leur pertinence respective pour l'évaluation de la posture de référence optimale et de l'intervalle de confiance ;
- le procédé comprend en outre une étape de détermination du plan de Frankfort du sujet ;
- on intègre en outre des données du plan de Frankfort dans les données prises en compte pour la détermination de la posture de référence optimale et de l'intervalle de confiance ;
- le procédé comprend en outre l'extrapolation de données supplémentaires relatives à des postures de référence qui n'ont pas été prises par le sujet à partir des données enregistrées ;
- la mesure de la posture de référence réelle comprend la localisation de points singuliers sur au moins une image du sujet ; - les points singuliers sont portés par un accessoire fixé sur une monture de lunettes portée par le sujet ;
- le procédé comprend en outre l'édition des données de posture utilisée pour le calcul des paramètres de fabrication du dispositif de correction, à partir :
- de l'intervalle de confiance et de la posture de référence optimale d'un ensemble de données d'une posture de référence réelle ou extrapolée à partir des ensembles de données réelles,
- de la présentation d'une image du sujet dans cette posture et/ou de l'impact du choix de cette posture sur les paramètres de fabrication du dispositif de correction.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un système d'estimation d'une posture de référence d'un sujet adapté pour être mis en œuvre dans un procédé selon l'invention, comprenant :
- des moyens pour mesurer, lors de chaque arrivée sur la posture de référence cible, la posture de référence réelle, pour ainsi obtenir plusieurs ensembles de données de posture de référence réelle,
- des moyens pour mémoriser lesdits ensembles de données,
- une unité de traitement numérique adaptée pour traiter lesdits ensembles de données de posture de référence réelle pour obtenir une posture de référence optimale.
Certains aspects préférés mais non limitatifs du système sont les suivants :
- l'unité de traitement numérique permet en outre d'obtenir un intervalle de confiance sur ladite posture de référence optimale ;
- le système comprend en outre comprend en outre un dispositif d'affichage portable adapté pour être porté par le sujet, et en ce que les moyens de mesure comprennent un dispositif de capture d'image, fixe par rapport au dispositif d'affichage portable ; et
- le dispositif d'affichage comprend en outre des cibles visuelles. Selon un dernier aspect, l'invention propose un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé décrit ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples illustratifs et sur lesquels :
La figure 1 représente une vue en perspective d'un exemple d'accessoire pouvant être utilisé dans la mise en œuvre du système et du procédé selon l'invention,
La figure 2 représente un schéma bloc de différents composants du système de l'invention, et
La figure 3 est une représentation graphique des différentes étapes selon une forme de réalisation de l'invention, et
La figure 4 est une vue de face d'un exemple de système portable pouvant être utilisé dans la mise en œuvre du système et du procédé selon l'invention.
Comme illustré sur la figure 2, un système conforme à l'invention comprend par exemple un bâti dans la région supérieure duquel sont logés un dispositif de capture d'images 12 tel qu'une caméra, placé à proximité d'un dispositif permettant d'obtenir une cible que le sujet va fixer dans la posture de référence, tels qu'un miroir sans tain placé devant la caméra. La caméra 12 est reliée à une unité centrale 1 1 pour l'acquisition des images vidéo. Un clavier 16, ainsi que tout autre dispositif d'entrée et de sortie tel que souris, un écran 14, etc. permet de commander le système.
Par exemple, il est possible d'intégrer l'invention dans le dispositif commercialisé sous le nom d'Activisu Expert 3 par la demanderesse. Un tel dispositif comprend un miroir sans tain positionné verticalement. La caméra est placée derrière le miroir de sorte que la position de son axe optique principal par rapport au miroir soit connue. Typiquement, la caméra est disposée de sorte que son axe optique principal s'étende sensiblement perpendiculairement au miroir.
Par ailleurs, l'accessoire 20 a la forme d'un clip et est placé sur la monture.
Pour plus de détails sur le système, on pourra se référer par exemple aux demandes citées précédemment n°FR-2860887A ou FR-2892529A.
En variante, il n'est pas nécessaire de partir d'une image (ou toutes autre information utile aux mesures de centrage) pour chaque mesure de posture. Il est possible par exemple de mettre en œuvre un système de suivi de la position de la tête en temps réel (ou calcul différé) associé à un appareil photo. L'étude de la posture sera alors réalisée avec un grand nombre de mesures de la posture alors qu'une seule (ou quelques) photo(s) sera(seront) prise(s) pour le centrage.
Des exemples de systèmes de suivi de la position de la tête peuvent être les suivants, de manière non limitative :
- Un accéléromètre placé de manière fixe par rapport à la tête. Une acquisition continue de l'accélération permet après un étalonnage approprié d'obtenir un suivi de la position de la tête.
- Un système par ultrason comme le Vision Print System commercialisé par la société Essilor, permettant de mesurer le coefficient œil-tête pour la personnalisation du verre Ipseo.
- Des émetteurs infrarouges placés sur la tête du sujet, par exemple sur un accessoire 20 du type décrit précédemment ou sur tout objet fixe par rapport à la tête qui soit équivalent, associés à une caméra infrarouge. Le système est alors similaire au système d'Activisu Expert 3, mais met en œuvre une caméra infrarouge au lieu d'une caméra sensible uniquement au spectre visible, et en utilisant des repères émettant dans le spectre infrarouge au lieu d'utiliser des repères visuels d'une couleur déterminée (vert sur le système Activisu Expert 3).
- Tout système de reconstruction tridimensionnelle du visage permettant d'obtenir un paramètre de posture suffisamment précis pour l'étude, ce paramètre pouvant être la rotation de la tête autour l'axe vertical (le cap) ou autour de l'axe horizontal orienté droite/gauche (lié à l'angle pantoscopique). Cela peut être une reconstruction tridimensionnelle de points remarquables du visage par stéréoscopie (ou photogrammétrie) à l'aide de deux caméras (ou une reconstruction avec une seule caméra associée à un moyen de remise à l'échelle suffisamment précis pour l'étude (le moyen de remise à l'échelle pouvant être par exemple une distance connue entre deux des points remarquables identifiés sur une image).
Lors de la prise de mesure par l'un de ces dispositifs de suivi de la posture, on effectue en outre un lien entre ces mesures et une image du sujet afin de calculer la posture optimale
Afin de déterminer la posture naturelle du sujet, le procédé selon l'invention comprend notamment l'itération d'étapes réalisées au moyen de prises de vues (ou d'un dispositif équivalent de suivi de la position) et de calcul d'une posture optimale à partir de ces prises de vue.
Selon une forme de réalisation, le procédé comprend les étapes consistant à enregistrer 1 10 dans un premier temps une pluralité de postures du sujet grâce à la caméra 12, et, à chaque étape d'enregistrement, à faire effectuer au porteur au moins un mouvement déterminé avant de revenir à une posture de référence donnée 1 10.
Par exemple, les postures enregistrées peuvent correspondre à la posture à un instant donné du sujet lorsqu'il se regarde dans le miroir. Puis, par des moyens induisant un déplacement spontané tels que des instructions vocales, des messages affichés sur un écran, l'allumage d'une lumière dans un endroit donné de la pièce afin d'attirer le regard du sujet, ou plus généralement tout moyen amenant le patient à modifier sa posture, on induit 1 10 le déplacement du sujet ou du moins la rotation de sa tête avant de le ramener vers la position initiale de référence dans laquelle il se regarde dans le miroir.
Typiquement, il est possible de demander au sujet de tourner la tête à droite ou à gauche, de regarder au sol ou au plafond, de lire un document, de fermer les yeux, l'idée de base étant de le distraire temporairement afin de « réinitialiser » sa posture et de s'approcher de sa posture naturelle, malgré l'environnement et son état psychologique. On parvient ainsi à amener le sujet à placer son regard droit devant lui de manière généralement plus naturelle à chaque itération. L'amélioration n'est cependant pas garantie à chaque itération, dans la mesure où le sujet peut par exemple présenter une fatigue qui va l'amener à modifier sa position de référence. C'est pourquoi on privilégie l'utilisation d'une estimation statistique implémentée sur la base des différentes postures plutôt que la sélection de la dernière posture mesurée.
Dans le cas où la posture de référence correspond à la vision de près en position de lecture, le sujet fixe une cible et on effectue des mesures afin d'évaluer la distance entre la cible et la monture porté par le sujet, le cap, et l'angle formé par l'inclinaison du plan moyen des lentilles correctrices par rapport au plan vertical contenant la direction du regard du sujet lorsqu'il fixe la cible (l'angle pantoscopique étant propre à la vision de loin).
Pour cela, la cible peut être sur une tablette 30, et la position de la monture est déterminée par l'intermédiaire de l'accessoire 20 fixé sur celle- ci.
Ici, la tablette 30 est un système portable doté d'un dispositif d'affichage 31 , tel qu'un écran à cristaux liquides, et sur laquelle est monté un dispositif de prise d'image 12' tel qu'une caméra.
L'écran peut par exemple mesurer environ 40 cm de large pour 25cm de haut.
Avantageusement, cette tablette 30 permet ainsi de positionner le sujet par celle-ci. La personne peut donc se positionner face à tablette 30, et donc face à la caméra 12', la tablette 30 remplaçant avantageusement un miroir ou tout autre dispositif d'aide au positionnement.
Le sujet peut alors saisir la tablette 30 dans ses mains, comme un livre ou un journal, de telle sorte qu'il puisse fixer confortablement les éléments affichés par l'écran 31 .
Il est par exemple possible d'afficher un ou plusieurs textes, des images, des publicités, fixes ou mobiles sur l'écran.
Typiquement, l'écran 31 peut afficher des informations sur les verres et lentilles existantes. Il peut également renvoyer au sujet l'image prise par la caméra, afin par exemple d'améliorer son centrage.
L'opérateur peut alors effectuer ses mesures, en demandant au sujet de visualiser les éléments affichés sur l'écran 31 , puis un endroit de son choix dans la pièce, etc. de manière à déterminer, à l'aide de la caméra 12' montée sur l'écran 31 et/ou de la caméra 12, la posture de référence en position de lecture du sujet.
Selon une autre forme de réalisation, la tablette 30 comporte elle- même des moyens permettant de distraire le sujet afin de l'amener vers sa posture de référence naturelle.
Typiquement, la tablette 30 peut afficher un texte s'étendant sur toute la largeur de l'écran 31 . De la sorte, lorsque le sujet lit le texte affiché, son regard parcourt l'écran et sa tête effectue un mouvement de rotation gauche/droite et haut/bas. Il est alors possible de déterminer la posture de référence du sujet, dans la mesure où le mouvement de la tête induit par la lecture du texte constitue une distraction suffisante pour réinitialiser la posture du sujet en position de lecture: en effet, lorsque celui-ci fixe ensuite un élément cible sur la tablette 30, telle qu'une image centrée ou une diode électroluminescente fixe par rapport à l'écran 31 , sa position est plus naturelle qu'avant lecture.
De manière approximative, la posture de référence en position de lecture peut être déterminée comme étant la moyenne entre les postures extrêmes de lecture du texte sur l'écran 31 . Grâce à l'affichage du texte par l'écran 31 , il est en outre possible d'effectuer une mesure d'un coefficient œil-tête (c'est-à-dire un rapport moyen entre l'angle de rotation de l'œil et la rotation de la tête du sujet), en déterminant, grâce à la caméra, l'intervalle angulaire de la tête du sujet : connaissant la distance entre la tête du sujet et la largeur de l'écran, on en déduit alors l'intervalle angulaire parcouru par les yeux du sujet au cours de la lecture, ainsi que le coefficient œil-tête.
En variante, un texte est affiché à différents endroits de l'écran et/ou dans différentes tailles, de manière à amener le sujet à regarder différents endroits de l'écran avant de retourner sur l'élément cible. Une étude comportementale approfondie est en outre possible si la cible reste sensiblement ponctuelle (par exemple un texte très court) et se déplace en des positions variées de lecture (en haut, en bas, à droite ou à gauche), l'écran 31 étant piloté par l'unité de traitement 1 1 , il est alors possible de savoir à tout moment comment évolue le port de tête en fonction des déplacements de la cible.
Selon une autre variante encore, outre les cibles visuelles affichées par l'écran 31 , la tablette 30 peut comporter des cibles visuelles 32, telles que des diodes électroluminescentes (LED), fixes par rapport à l'écran. Un signal sonore peut accompagner l'allumage/l'extinction des cibles.
Par exemple, deux ensembles de LEDs peuvent être fixés sur des bras qui s'étendent radialement depuis des côtés latéraux de la tablette 30, de manière à créer trois ensembles de cibles visuelles 32 pour le sujet.
Ici, chaque bras comporte quatre LEDs, séparées les unes des autres d'une distance comprise entre approximativement 0.5 cm et 5 cm, de préférence environ 2 cm. Avantageusement, la mise en œuvre d'une pluralité de LEDs adjacentes sur chaque bras permet d'adapter l'écart angulaire entre l'accessoire (et donc la tête du sujet) et la cible visuelle latérale (i.e. ici la LED allumée lors de la mesure) en fonction de la distance entre la tablette 30 et l'accessoire 20. En variante (non illustré sur les figures), la tablette 30 ne comporte pas d'écran : elle comporte alors trois ensembles de LEDs, un central et deux latéraux.
Il suffit alors d'allumer successivement, de préférence de manière aléatoire, les cibles visuelles 32 afin de pouvoir effectuer les mesures du coefficient œil-tête et du cap, ainsi que de déterminer la posture naturelle du sujet.
Au cours de ces étapes, on procède à l'acquisition et à l'analyse automatique des données enregistrées, et il n'est plus nécessaire de se référer à la seule expertise de l'opticien.
On procède alors au calcul de la position de référence « optimale » 130 à partir des observations et des enregistrements, position pouvant être différente des positions observées et correspondre à une position intermédiaire ou extrapolée.
Ce procédé est basé sur l'utilisation d'un modèle du comportement humain face au dispositif pour interpréter les mesures de postures.
Il peut notamment prendre la forme de probabilités conditionnelles, par exemple la probabilité d'avoir une posture de référence optimale p sachant que l'on dispose d'une séquence de postures pi mesurée après /' itérations, et sachant les types de diversion utilisées (regarder en haut, à gauche, lire un document, etc.) préalablement à chaque posture pi. Par exemple des études ont montré que la probabilité que le cap de la tête soit bon est plus forte après avoir tournée la tête à droite puis à gauche qu'avant ces mouvements. Les mesures du cap obtenues après ces mouvements auront donc un poids plus élevé dans les calculs de cette valeur. Des considérations similaires peuvent-être avantageusement faite pour l'angle pantoscopique après avoir regardé le plafond
Le modèle du comportement humain face au dispositif pourra notamment utiliser l'éventail des outils mathématiques de statistiques de l'état de l'art et notamment : - les probabilités conditionnelles, par exemple la probabilité d'avoir une posture p sachant que l'on dispose d'une séquence de postures pi, et dépendant des types de diversion utilisés (regarder en haut, à gauche, lire un document, etc.) préalablement à chaque posture pi : ces propriétés conditionnelles pourront être organisées dans une chaîne de Markov.
- Des analyses avancées permettant de détecter si une valeur est « cohérentes » ou « aberrantes » et ainsi censurer les valeurs aberrantes
- Des réseaux bayesiens pourront par exemple être utilisés pour déterminer la séquence d'instruction de diversions à donner en fonction des postures précédemment observées et des instructions de diversion précédemment données.
- Les probabilités bayesiennes (ou tout autre outil statistique adapté) pourront permettre de modéliser par exemple la corrélation entre une posture ou un paramètre de posture externe, et les paramètres de postures de référence. Cette posture externe ou ce paramètre de posture externe pourra par exemple être : La posture en vision de lecture alors qu'on cherche à mesurer la posture en vision de loin. Le coefficient œil-tête - mesuré par un système tel que Activisu Expert 3 développé par la demanderesse, ou encore le Vision Print System développé par Essilor - à savoir le pourcentage de rotation de la tête par rapport à la rotation de l'œil lorsqu'on regarde un objet placé à 40° sur le côté de la tête.
Le résultat obtenu est sous la forme d'une valeur « optimale » et d'un intervalle de valeurs possibles.
Par valeur de posture, on comprendra ici notamment la valeur de l'angle pantoscopique et du cap pour une posture donnée.
Le modèle du comportement humain face au dispositif peut en outre être complété par un modèle « a priori », en particulier pour la mesure du cap, afin de réduire le nombre d'échantillons nécessaire pour détermination de la posture naturelle de référence du sujet. Un tel modèle « a priori » peut par exemple être utilisé pour améliorer le calcul du maximum de vraisemblance par inférences bayésiennes, en permettant notamment de compter sur une posture de référence plutôt qu'une autre, en particulier lorsque les postures prises par le sujet sont très instables, en se fondant sur des analyses statistiques.
Par exemple, on sait que le cap d'une personne est généralement plus proche de 0° que de 3°. Par conséquent, l'utilisation du modèle a priori implique de choisir une posture de référence proche de 0° plutôt que de 3° en cas d'instabilité des mesures.
Selon une forme de réalisation, l'utilisation d'un tel modèle a priori est progressive. De la sorte, plus les mesures effectuées sur le sujet sont stables, moins le modèle a priori est utilisé. Et a contrario, plus les mesures effectuées sont instables, plus le modèle a priori est privilégié, la moyenne des mesures n'étant pas suffisamment pertinente en raison de leur dispersion.
La détermination de la posture de référence naturelle « optimale » est alors plus fiable.
La mise en œuvre du modèle a priori peut également être adaptée à la mesure de l'angle pantoscopique. Elle est cependant plus difficile que dans le cas de la mesure du cap, étant donné que l'angle pantoscopique peut varier entre 2 et 18°, au lieu de 0-3° pour le cap, et qu'il dépend entre autres de la monture et du port de tête du sujet. Typiquement, lorsque les mesures sont effectuées pour des verres progressifs, un modèle a priori peut privilégier des valeurs hautes pour l'angle pantoscopique afin de dégager la vision de loin du sujet, en prenant en compte de la posture après relèvement de la tête (lors du passage de la position de lecture à la position de loin).
L'opticien peut alors utiliser son expertise ou choisir la meilleure posture parmi l'espace de valeurs possibles proposées, et le système peut afficher en temps réel l'impact d'un choix de valeur de posture sur les résultats de mesures afin d'aider l'opticien dans sa décision.
En variante, l'affichage se fait de manière différée, par exemple à la fin de l'enregistrement de la série de postures pi. Il est également possible d'afficher une image représentant la posture du porteur correspondant à une valeur de posture possible sélectionnée par l'opticien, afin de l'aider à vérifier que cette valeur correspond à la posture qu'il observe sur le porteur ou qu'il souhaite utiliser pour le centrage.
Cette image peut être l'image la plus représentative parmi celles enregistrées lors de la mesure (mesure de la posture et mesure de centrage). En variante, l'image affichée peut résulter de la production en image de synthèse de la posture, en effectuant une reconstruction tridimensionnelle à partir des images réelles et en interpolant les images enregistrées lors de l'itération.
Par exemple, il est possible de prendre la moyenne (qui pourra être pondérée par des critères de probabilités conditionnelles obtenus au moyen d'outils statistiques) comme valeur « optimale » et d'utiliser l'écart type pour calculer un intervalle de confiance comme intervalle de valeurs possibles.
De manière optionnelle, si la dispersion de l'angle pantoscopique
(inclinaison haut/bas) est trop importante, on peut alors proposer à l'utilisateur de mesurer le plan de Frankfort, par exemple en déterminant la position de l'œil et du tragion, et de l'utiliser pour améliorer les valeurs possibles et la valeur optimale.
Par défaut, on peut par exemple prendre la valeur du plan de
Frankfort comme valeur optimale, ou l'utiliser pour détecter des valeurs de mesures aberrantes à censurer et réduire la dispersion. On peut en outre estimer la précision du plan de Frankfort et éventuellement en tenir compte dans les calculs statistiques, notamment avec un poids supérieur aux valeurs considérées comme moins pertinentes.
Par exemple, dans le cadre d'une mesure de la posture naturelle en vision de loin, l'invention peut comprendre les étapes suivantes.
L'opticien place le sujet devant le miroir.
De préférence, le sujet porte l'accessoire 20 formé de moyens formant indicateurs géométriques 21 . Des indications de « diversion » sont alors données au sujet (étape 100) : elles sont par exemple affichées sur l'écran et répétées par l'opticien, ou encore annoncées par haut-parleur, et l'opticien veille à ce qu'elles soient exécutées. Les instructions consisteront par exemple à demander de regarder le pont de la monture dans le miroir (ou tout autre cible pour la vision de loin) afin de déterminer une première posture de référence, puis à demander de suivre des indications de diversion afin d'amener le sujet dans une posture de diversion (tourner franchement la tête à droite ou à gauche, lever ou baisser franchement la tête, se tourner vers l'opticien (qui peut être placé derrière le sujet), fermer les yeux, se déplacer et se diriger vers un autre lieu avant de revenir face au miroir, etc.).
On demande alors au sujet de reprendre sa posture de référence, par exemple en fixant à nouveau le pont de la monture dans le miroir, et on enregistre la nouvelle posture de référence (étape 1 10).
Cette opération (diversion puis retour à la posture de référence et enregistrement de cette dernière posture de référence) est répétée au moins une fois, de préférence plusieurs fois.
En variante, la posture de référence enregistrée correspond à une posture de diversion du sujet, c'est-à-dire une posture dans laquelle celui-ci fixe une cible donnée (par exemple à droite ou en haut). L'opérateur demande alors au sujet de fixer une deuxième cible, dans la direction opposée (par exemple à gauche ou en bas, respectivement). La posture de référence du sujet (qui est prise en compte pour la détermination de la posture naturelle « optimale ») correspond alors à une moyenne (qui peut être pondérée) de ces deux postures de diversion.
Bien entendu, les postures peuvent être enregistrées en continu, sans que la posture de diversion pour laquelle la mesure est effectuée corresponde nécessairement à la position extrême de la diversion, grâce à la prise d'images en continu faite par la caméra. Ainsi, par exemple, il est possible de demander au sujet d'effectuer un mouvement continu de rotation droite/gauche de la tête et d'enregistrer deux postures de diversion, l'une à droite et l'autre à gauche, qui ne correspondent pas aux postures extrêmes du mouvement de rotation. De la sorte, on peut choisir par exemple des postures correspondant à la fixation de cibles légèrement décentrées à droite et à gauche (+/- 6° par exemple par rapport à la posture à 0°), et en faire la moyenne afin d'obtenir la posture de référence pi à prendre en compte pour les calculs de la valeur « optimale » de la posture de référence naturelle. Afin d'améliorer les mesures, il est même possible d'effectuer plusieurs mesures entre les deux points extrêmes des postures de diversion droite et gauche, puis de calculer une moyenne intégrée de ces mesures afin de déterminer la posture de référence pi.
Cette variante de réalisation présente l'avantage d'être moins brusque pour le sujet et plus fiable, puisque le sujet n'a plus besoin de repositionner sa tête au centre après chaque diversion. Par ailleurs, on privilégie des postures de diversions ayant une faible amplitude afin de rester dans l'intervalle de confort du sujet.
Avantageusement, les opérations de diversion diffèrent d'une itération à l'autre. Par exemple, il est possible de demander successivement au sujet de tourner la tête franchement à droite, puis à gauche, puis de regarder le plafond, le sol, de lire un document, le but étant de réinitialiser la posture de référence (ici, la posture correspondant à la vision de loin) afin de déterminer la posture naturelle du sujet.
Par ailleurs, le choix des diversions ainsi que l'ajustement des calculs peuvent dépendre du type de verre à réaliser pour la monture du sujet et de la stabilité de ses postures. Par exemple, les mesures effectuées pour la détermination de l'angle pantoscopique peuvent être privilégiées devant les mesures effectuées pour le cap dans le cas d'un verre progressif. En effet, les valeurs sont généralement davantage centrées pour le cap que pour l'angle pantoscopique, de sorte que leur dispersion est moindre.
Ce choix peut être fait préalablement, au début des mesures, ou au cours du procédé de mesure, en fonction des postures enregistrées. Ainsi, si on constate que la posture est instable lorsque le sujet relève ou baisse la tête, on privilégiera une diversion haut/bas supplémentaire afin de confirmer les mesures de l'angle pantoscopique, au détriment des autres.
On effectue alors une acquisition en temps réel en enregistrant les valeurs de posture pi après chaque diversion /', et en choisissant les indications de diversion en fonction des ports de tête déjà observés. Par exemple il est avantageux de demander au sujet de tourner plusieurs fois la tête à droite puis à gauche si son angle pantoscopique est très instable. En variante, il est également possible de demander au sujet de lever et de baisser la tête si la mesure de son cap montre qu'il est instable ; les inventeurs ont en effet constaté que, pour la mesure du cap, le sujet avait tendance à mieux replacer sa tête après avoir effectué un mouvement haut/bas ou bas/haut de la tête qu'après plusieurs mouvements droite/gauche. En effet, lors des mouvements de rotation droite/gauche de la tête, le sujet peut avoir tendance à résister ou au contraire amplifier le mouvement et s'arrêter au-delà de la posture naturelle lorsqu'il revient dans la position de référence, faussant ainsi les résultats, alors que lorsque le mouvement de rotation droite/gauche est suivi d'un mouvement haut/bas (ou bas/haut), le cap correspond sensiblement à celui de la position naturelle.
Les inventeurs ont également constaté que les diversions droite/gauche donnent une indication sur la stabilité et l'amplitude de la zone de confort du cap, tandis que les diversions haut/bas donnent une indication sur la stabilité et l'amplitude de la zone de confort de l'angle pantoscopique, et qu'une diversion haut/bas a tendance à recentrer le cap du sujet tandis qu'une diversion droite/gauche a tendance à recentrer son angle pantoscopique.
Connaissant la stabilité du cap et de l'angle pantoscopique du sujet, il est alors possible d'adapter le nombre de diversion ainsi que le type de diversions demandées à celui-ci afin de déterminer de manière optimale sa posture de référence. On calcule alors la valeur optimale de la posture naturelle sur la base des différentes postures enregistrées pi et les valeurs possibles (étapes 120 et 130), par exemple les valeurs comprises dans un intervalle de confiance.
Durant le processus de mesures, le système pourra automatiquement détecter les instants où le porteur s'approche de la posture de référence (par opposition aux moments ou il en est éloigné, parce qu'il est en train de répondre à une instruction de « diversion »). Cette détection pourra notamment s'appuyer sur deux indices :
a. La posture est suffisamment proche de la posture de référence (limite sur l'angle de cap et angle pantoscopique, position dans l'espace délimité : distance au miroir, position haut bas droite et gauche)
b. La position est stabilisée : mouvements faibles pendant un lapse de temps déterminé.
Cette détection permettra d'agréger automatiquement les valeurs de postures à prendre en compte dans les calculs de statistiques et permettra d'avoir un processus automatisé.
Pour chaque posture il est possible de prendre la moyenne et l'écart type sur les images vidéo, d'extraire une tendance d'évolution sur la moyenne mobile, etc.
A partir de la valeur optimale de la posture naturelle, on détermine alors des résultats de mesures de centrage et de personnalisation (mesure de la distance entre les deux pupilles, la distance verre-œil, etc.).
Selon une forme de réalisation, le système permet d'éditer la valeur de posture parmi les valeurs possibles.
Lors de ces éditions, l'opticien voit de manière interactive les nouvelles valeurs des mesures de centrage, la qualité des paramètres (cap et angle pantoscopique) choisis, et le cas échéant une image représentant la posture du porteur afin de vérifier que les paramètres correspondent à la posture qu'il observe sur le porteur ou qu'il souhaite utiliser pour le centrage. Pour chaque posture il est possible de prendre la moyenne et l'écart type sur les images vidéo, extraire une tendance d'évolution sur la moyenne mobile etc.
On applique alors un poids aux valeurs en fonction d'un modèle de comportement donné. Par exemple un cap proche de zéro sera plus pertinent qu'une valeur élevée, , et un cap enregistré après un mouvement de rotation gauche/droite du visage suivi d'un mouvement haut/bas sera plus pertinent que celui mesuré directement suite à un mouvement de rotation gauche/droite, la diversion haut/bas ayant tendance à recentrer le cap du sujet.
De la même manière, l'angle pantoscopique sera plus naturel après que le porteur ait tournée la tête franchement vers le haut ou vers le bas, plus encore après qu'il ait effectué ces deux mouvements, etc. Par ailleurs, il est également possible d'appliquer un poids à chaque valeur en fonction du type de diversion effectué et du comportement (stabilité). Ainsi, pour l'évaluation du cap, les mesures effectuées suite à des diversions haut/bas peuvent avoir un poids plus important que les mesures effectuées directement après une diversion droite/gauche, puisqu'on a vu que ces premières donnent des résultats plus proches du cap naturel.
On affiche ensuite les résultats obtenus, par exemple sur l'écran du système.
Par ailleurs, il peut s'avérer avantageux d'offrir à l'opticien la possibilité d'éditer le port de tête de référence parmi un ensemble de valeurs acceptables et d'en apprécier l'impact sur les mesures de centrage. Afin d'évaluer qualitativement la pertinence du port de tête choisi, le système permet l'affichage d'une image représentative du port de tête de référence parmi les images enregistrées pendant la phase d'analyse, recalée sur la position des yeux (pour que le passage d'une image à l'autre soit continu) et interpolée pour simuler une position entre deux (ou plus) photos enregistrées. Des techniques telle que l'optical flow ou disparity map associées à du warping ou triangularisation et texture mapping peuvent être utilisées.
Les images de postures peuvent être extrapolées pour simuler une position qui n'a pas pu être enregistrée (sujet ayant un port de tête qui n'est pas du tout naturel devant le miroir). Cette extrapolation peut notamment être réalisée à partir du modèle a priori.
Elle peut par ailleurs être affichée en stéréoscopie tridimensionnelle pour mieux la percevoir.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé d'estimation d'une posture de référence d'un sujet en vue de réaliser des mesures pour la détermination de paramètres pour la fabrication d'un dispositif de correction de vue, comprenant les étapes consistant, pour une pluralité d'arrivées de la tête sur une posture de référence cible à partir d'au moins une posture de diversion :
- mesurer la posture de référence réelle, pour ainsi obtenir plusieurs ensembles de données de posture de référence réelle, et mémoriser lesdits ensembles de données,
- à l'aide d'une unité de traitement numérique, traiter lesdits ensembles de données de posture de référence réelle pour obtenir une posture de référence optimale.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la posture de référence réelle est mesurée lors de l'arrivée de la tête sur la posture de référence cible.
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel au moins deux postures de référence réelles sont mesurées correspondent à deux postures de diversion opposées, et la posture de référence optimale est obtenue en effectuant une moyenne des postures de référence mesurées lors des ces deux postures de diversion opposées.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant en outre la détermination d'un intervalle de confiance sur ladite posture de référence optimale.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la posture de référence cible correspond à une posture dans laquelle le sujet regarde naturellement une cible déterminée.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la posture de référence correspond à la posture de vision de loin ou de vision de près du sujet.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les données de posture comprennent une valeur d'angle pantoscopique et de cap de la tête du sujet.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel les valeurs d'angle pantoscopique et de cap sont déterminées au moyen de probabilités conditionnelles dépendant des ensembles de données de posture de référence réelle précédents et/ou du type de posture de diversion précédente.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre l'application d'un poids aux données en fonction de leur pertinence respective et du type de diversion associé pour l'évaluation de la posture de référence optimale.
10. Procédé selon l'une des 1 à 9 précédentes, comprenant en outre une étape de détermination du plan de Frankfort du sujet.
1 1 . Procédé selon la revendication 9, dans lequel on intègre en outre des données du plan de Frankfort dans les données prises en compte pour la détermination de la posture de référence optimale et de l'intervalle de confiance.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 1 1 , comprenant en outre la prise en compte progressive d'un modèle a priori.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, comprenant en outre l'extrapolation de données supplémentaires relatives à des postures de référence qui n'ont pas été prises par le sujet à partir des données enregistrées.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la mesure de la posture de référence réelle comprend la localisation de points singuliers (21 ) sur au moins une image du sujet.
15. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les points singuliers sont portés par un accessoire (20) fixé sur une monture de lunettes portée par le sujet.
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, comprenant en outre l'édition des données de posture utilisée pour le calcul des paramètres de fabrication du dispositif de correction, à partir
- de l'intervalle de confiance et de la posture de référence optimale d'un ensemble de données d'une posture de référence réelle ou extrapolée à partir des ensembles de données réelles,
- de la présentation d'une image du sujet dans cette posture et/ou de l'impact du choix de cette posture sur les paramètres de fabrication du dispositif de correction.
17. Système d'estimation d'une posture de référence d'un sujet adapté pour être mis en œuvre dans un procédé selon l'une des revendications 1 à 16, comprenant :
- des moyens pour mesurer (12, 12'), lors de chaque arrivée sur la posture de référence cible, la posture de référence réelle, pour ainsi obtenir plusieurs ensembles de données de posture de référence réelle, - des moyens pour mémoriser lesdits ensembles de données, - une unité de traitement numérique (1 1 ) adaptée pour traiter lesdits ensembles de données de posture de référence réelle pour obtenir une posture de référence optimale.
18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'unité de traitement numérique est en outre adaptée pour obtenir un intervalle de confiance sur ladite posture de référence optimale.
19. Système selon l'une des revendications 17 et 18, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'affichage (30) portable adapté pour être porté par le sujet, et en ce que les moyens de mesure comprennent un dispositif de capture d'image (12), fixe par rapport au dispositif d'affichage portable (30).
20. Système selon la revendication 19, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage (30) comprend en outre des cibles visuelles (32).
21 . Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 16, lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
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