EP0759722A1 - Device for controlling eye movement - Google Patents

Device for controlling eye movement

Info

Publication number
EP0759722A1
EP0759722A1 EP95920142A EP95920142A EP0759722A1 EP 0759722 A1 EP0759722 A1 EP 0759722A1 EP 95920142 A EP95920142 A EP 95920142A EP 95920142 A EP95920142 A EP 95920142A EP 0759722 A1 EP0759722 A1 EP 0759722A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
eye
processing means
image
pupil
coordinates
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP95920142A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
François JOUEN
Pierre-Marie Baudonniere
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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 Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP0759722A1 publication Critical patent/EP0759722A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/113—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining or recording eye movement

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling the eye movements of a living being.
  • MMHAITH Infrared television recording and measurement of ocular behavior in the human in ant
  • American Psychologist, 1969, 24, 279-283 concerning the illumination of the eye in infrared light
  • J. MERCHANT and R. MORISETTE Remote measurement of eye direction allowing subject motion over one cubic foot of space
  • IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 1974, 2, 79-95 concerning the principle known as "bright pupil” .
  • a person skilled in the art has therefore developed a device operating on the principle set out above, in order to follow the ocular movements of an eye, then to analyze them.
  • the eye of a living being who sits on a suitable support, is illuminated by a parallel infrared light beam, and observes a stimulation image displayed by a video monitor connected to management means such as a microcomputer.
  • management means such as a microcomputer.
  • the image displayed allows you to test part of the eye activity of the eye, for the specific problems that we want to study.
  • the beam of infrared light reflected on the eye then contains information concerning the direction of fixation of the eye. It is detected by a camera whose optical axis coincides with the axis of the reflected infrared parallel light beam, which camera delivers images of the eye which are digitized by an electronic video card and then stored in a memory. management resources.
  • calculation processing means calculate the coordinates of the center of the corneal point with reference to the coordinates of the center of the pupil.
  • the object of the present invention is to improve the situation, by providing solutions to these problems.
  • a first object of the invention is to allow the automated and rapid positioning of the eyes of the living being examined, in the examination position, without external assistance.
  • a second object of the invention is to authorize the study of both eyes simultaneously.
  • a third object of the invention is to make available, in the same device, and in a fully automated form, all of the known visual examinations.
  • a fourth object of the invention is to allow the processing and analysis of the data of a visual examination, in real time and simultaneously for both eyes, and to consequently supply an examination report authorizing the a series of other visual examinations, if necessary.
  • a fifth object of the invention is to authorize the optimization of the examination parameters as a function in particular of the age of the subject, and this regardless of his age.
  • the calculation processing means are capable of calculating, upon receipt of a digitized image, the positions of the center of the pupil and its outline with reference to a template. They also control the step-by-step movement of the support, in order to optimally position at least one eye in the axis of a camera, as a function of a comparison between the positions of the outline of the pupil and those of the template.
  • Said processing means are capable of interrupting the movement of the support, on which the living being examined is located, when the outline of the pupil is entirely contained in the template.
  • the mass memory is capable of storing data relating to a plurality of basic visual examinations of variable parameters, and of tests for adjusting the positioning of the eye, each consisting of a selected suite of visual stimulation images.
  • the processing means carry out an adjustment test, called “calibration”, to calculate a correction factor, specific to each eye, on a correspondence coordinated with the corneal point / direction of fixation performed for each image of the eye acquired by the camera. They then correct each response of the eye to a stimulation image according to the correction factor.
  • the processing means further comprise means for recording and analyzing the voice of the living being, as well as a time delay for measuring, if necessary, the time taken by said be alive to respond vocally to an image of stimulation.
  • the support also comprises means for connecting a helmet provided with electrodes to the processing means, which electrodes collect- slow electrical signals emitted by retinal cells of the living being towards the occipital lobes of his brain, following the observation, by at least one eye, of a stimulation image.
  • the electrical signals are then correlated to the stimulation images by the processing means.
  • the device comprises two calibrated infrared light sources and two charge transfer cameras.
  • Each infrared light source is capable of delivering a reference light beam intended to be reflected on an eye of the living being, then detected by the camera whose axis is coincident with the axis of the reference light beam, which camera provides images of the eye.
  • the processing means are able to process, in parallel, and in real time, the images of the eyes provided by the two cameras, and to associate a direction of fixation, for each eye, with a stimulation image. .
  • FIG. 4 schematically illustrates the elements of the device allowing the acquisition of the images of the eye, as well as the optical paths of the different light beams;
  • Figure 5 shows schematically the coding, in the form of a logic voltage threshold, of a digitized eye image;
  • FIG. 6 shows the image of the eye displayed by the master video monitor after processing, as well as an example of coding on 16 bits of information relating to this image of the eye;
  • FIG. 7 shows the grid used during the calibration procedure to make a correction in real time of the position of the corneal point
  • FIG. 8 shows the grid used during the calibration procedure, to make a delayed-time correction of the position of the corneal point
  • FIG. 10 is a screenshot of the parameter sheet of a given exam
  • FIG. 11 shows three copies of screens corresponding to stimulation images displayed on the slave video monitor, and each belonging to a given examination;
  • FIG. 12 is a double graph of the evolution of the coordinates of the corneal point over time
  • FIG. 13 shows schematically the processing, in real time, by the device, of the data of an examination
  • FIG. 14 shows schematically the processing, in deferred time, by the device, of the data of an examination.
  • the purpose of the device is to automatically examine the eye movements of a living being, which requires precise positioning.
  • the device consists of two separate but connected parts.
  • the first part comprises a support 12 intended to receive, in a preferably seated position, a living being. This part will be described later.
  • the second part comprises, housed in a frame 1, elements intended either to ensure the management of the device and the visual examinations which it offers, or to process the data delivered by these visual examinations.
  • a microcomputer 2 provided with a mass memory 3, capable of storing data relating to all the basic visual examinations offered by the device, as well as adjustment tests.
  • This microcomputer is further connected, on the one hand, to a master video monitor 4, authorizing the display of images and information concerning the management of examinations and, on the other hand, to a microprocessor 5, by a first bus 6 preferably chosen according to ISA or CENTRONIX standards.
  • the microprocessor 5 is able to process the data delivered by an examination. It is also connected to a first electronic input / output control card 7, thanks to a second input / output bus 8.
  • This control card 7 allows the microprocessor 5 to interact with all of the elements constituting the device according to the invention.
  • This control card 7 is also connected in parallel to a second electronic video image digitization card 9, a slave video monitor 10, an electrical power regulation unit 11, and the support 12 for being alive. .
  • Each visual examination consists of a succession of so-called stimulation images intended to be displayed on the screen of the slave video monitor 10.
  • the digitization card 9 is also connected to two infrared charge transfer cameras (CCD for Coupled Charge Device) 13-1 and 13-2. Its function is to digitize the images of the eyes of the living being examined, acquired by the two cameras 13-1 and 13-2.
  • CCD Coupled Charge Device
  • control unit 11 is further connected to three light sources, including two infrared 14-1 and 14-2 each delivering a reference light beam at 950 nanometers, each intended to illuminate an eye 30-i of the living being examined, and a cold source 15 of neon type intended to illuminate the whole of the room in which the device is installed.
  • This source 15 is adjustable in intensity by the microcomputer 2.
  • the box 11 is also connected to the support 12.
  • control card 7 is also connected to a photodiode 16 to measure the ambient infrared radiation, a rangefinder 17, the diode 18 of which emits at 500 nanometers, to measure the distance between the living being placed on the support, the device, as well as three sensors 18-1 to 18-3 for controlling the position of the support 12 in the three directions (X, Y, Z) defining the space, and a monitoring unit 19 for monitoring the all of the elements described above.
  • FIG. 3 describes in detail the first part of the device, and in particular the support 12.
  • This is the only element of the device not integrated into the frame 1. It comprises on the one hand a backrest 20 in which is housed a connection box 21 intended to connect a headset 22 provided with electrodes 23, to the electronic card for controlling the inputs / outputs 7.
  • D on the other hand, it comprises a plate 24 connected to the backrest 20, and resting on a first displacement unit 25-1 allowing its translation parallel to the ground (axis X).
  • This first control box 25-1 is fixed to the end of a leg 26, which is also fixed to a second displacement box 25-2 allowing its translation along a vertical support axis 27 (perpendicular Z axis to the X axis).
  • This axis 27 is fixed on a third displacement housing 25-3 allowing the translation of the support on the ground 28, in a direction Y perpendicular to the directions X and Z.
  • connection of the support 12 with the power regulation unit 11 allows the latter to manage the positioning speed of said support 12. Two speeds are provided, a fast and a slow.
  • Each displacement unit 25 consists of a stepping motor, and an endless screw provided with stops. They are also connected respectively to one of the position sensors 18-1 to 18-3, which supply the microprocessor 5 with data relating to the position of the support 12 relative to the stops of the displacement boxes 25.
  • the support 12 is able to be positioned very precisely in the three directions of space, so that the eyes of the living being seated on the support 12 are optimally placed in the examination position in a eye area 29.
  • FIG. 4 describes the device making it possible to route the light beams up to the eye area 29, which defines two sub-areas 29-1 and 29-2 intended to materialize the respective location of the left eye 30-1 and that of the right eye 30-2.
  • two infrared light sources 14-1 and 14-2 are provided, each consisting of eight light-emitting diodes, emitting a light beam at 950 nanometers.
  • Each beam is treated on its own channel, the two channels being made up of identical elements.
  • a source S delivers a beam of infrared light towards a first lens 31-1 which focuses it on a diffuser 32-1, which gives it a diameter of about 10 centimeters.
  • the beam thus diffused is diaphragmed 33-1 then transformed into a parallel beam by a second lens 34-1.
  • the parallel beam can then be filtered by filters 35-1 and 36-1 in order to eliminate the spectral components respectively less than 900 nanometers and greater than 1200 nanometers, which can be dangerous for the eye.
  • the beam thus treated 37-1 is reflected by a first semi-transparent mirror 38-1, which is oriented so that said beam 37-1 arrives in the sub-area for the eye 29-1 corresponding to it.
  • the eye 30-1 Before reflecting on the eye 30-1, it passes through a second semi-transparent mirror 39, common to the two channels, which is oriented so that the slave video monitor 10 can transmit, exactly in the axis of the beam processed from reference 37-1 and of the camera 13-1, the stimulation image which it displays on its screen at the level of the zone for eyes 29.
  • the treated beam 37-1 is then reflected on the stimulated eye 29-1 by the stimulation image, and is responsible for information concerning said stimulated eye 29-1.
  • the beam containing information 47-1 departs in the direction strictly opposite to the treated reference beam 37-1, crosses the two semi-transparent mirrors 39 and 38-1 then arrives at the camera 13-1 which is exactly in the axis of the beam 40-1, which allows it to acquire at least one image of the 29-1 eye stimulated.
  • the acquired images are then digitized by the digitization card 9 and then processed by the microprocessor 5.
  • the latter then transmits to the master video monitor 4 the images of the two stimulated eyes, with reference to templates 41-1 and 41-2 stored in mass memory 3.
  • Each image of the eye acquired by a camera 13-i consists of an image of the pupil 41-i and a corneal point 42-i, according to the now well-known principle of corneal reflection.
  • the images delivered by the 13-i camera include all the gray levels between white and black.
  • the images thus digitized are filtered by the microprocessor 5, so as to keep only three levels (at least) unambiguously interpretable, and characterized by their own voltage, as shown diagrammatically in FIG. 5: the white bright (1 volt) for the corneal point 42-i, light gray (0.5 volt) for the pupil 41-i and black (0 volt) for the rest of the field.
  • the microprocessor 5 can then determine the positions of the contour of the pupil 41-i, which it compares to those of the template 40-i stored in the mass memory 3. When the contour of the pupil 41-i is entirely contained in the template 40-i, the eye 30-i is considered by the microprocessor 5 as being in the examination position, in the sub-area for eyes 29-i.
  • This template 40-i is chosen so that the image of the eye remains included therein despite head movements of ⁇ 15 °.
  • Said microprocessor 5 can then calculate the positions of the centers of the pupil 41-i and of the corneal point 42-i, then reference the center of the corneal point 42-i relative to the center of the pupil 41-i previously calculated.
  • the image is then retained for further processing if it meets the following requirements: horizontal and vertical diameter of the pupil 41-i sufficiently large, and corneal point 42-i of correct shape.
  • the XP and YP coordinates of the center of the pupil are determined over all of the horizontal and vertical lines inscribable in the pupil, by averaging the X and Y coordinates of the midpoints of the respectively horizontal lines. and vertical. An identical calculation is carried out for the coordinates XS, YS of the center of the corneal point 42-i.
  • a value is assigned to XV and YV, according to predefined criteria, when XP and YP, or XS and YS cannot be calculated, to preserve the possibility of an analysis of the causes of unsatisfactory results. Knowing the coordinates of a corneal point 42-i with reference to those of the center of the pupil 41-i must be perfectly accurate if one wishes to know precisely the direction of gaze fixation and correlate it to a stimulation image. However, AMSLATER and J.
  • FINDLAY have shown ("The corneal reflexion technique and the visual preference method: sources of error", Journal of experimental Child Psychology, 1975, 20, 240-247) that by systematically reporting the position of the corneal point 42-i to that of the center of the pupil 41-i, whatever the direction of the gaze, an error is made due to the exact non-coincidence of the center of rotation of the eye 30-i and the center of the corneal diopter.
  • A.BULLINGER and JLKAUFMANN showed ("Technique of recording and analysis of ocular movements", Perception, 1977, 6, 345-353) that the error made was all the more important that the direction of the gaze moved away from the central point of the eye 30-i. However, they demonstrated that this problem could be solved by performing a calibration on a limited number of test points.
  • This calibration is carried out before starting a basic visual examination, then restarted before any new examination to eliminate the risk of significant movements of the head between examinations. It is performed for both eyes simultaneously.
  • the objective of the calibration is to calculate a correction factor on the preliminary reading of the coordinates of the corneal point 42-i.
  • the calibration procedure used by the device is carried out by means of a positioning adjustment test stored in the mass memory 3. It consists of presenting successively to the living being, on the slave monitor 10, five stimulation images generally, or only two in the case of a newborn, to lighten the calibration phase in the latter case. On each image is placed a single point of reference, the five points materializing the center and the four corners of a grid limiting a visual field of ⁇ 15 °. Each image remains displayed on the screen of the slave video monitor 10 for one second.
  • Two levels of correction are authorized depending on whether the analysis of the visual examination is carried out in real time or in deferred time.
  • the real-time correction refers to the diagram in Figure 7, where the calibration grid is a square materialized by a grid (X, Y) of step 5 e . Two vectors V0 and VI are also shown.
  • V0 (VOx, VOy) is the vector obtained when the living being fixes the central point.
  • VI (Vlx, Vly) is the vector obtained when the living being fixes any point on the screen of the slave monitor 10.
  • the correction in deferred time refers to FIG. 8, which is valid for the right eye 30-2.
  • the objective of this second correction is to provide a very precise correction factor when reprocessing archived data, either in mass memory 3, or on a magnetic tape or a removable floppy disk, and without the constraint of the time of appearance of an image (of the order of 40 milliseconds).
  • V'ix ⁇ Vlx ⁇ VOx
  • the position of the gaze in Y is a function of the two directions X and Y, as indicated below.
  • Vx Vlx - VOx
  • Vy Vly - VOy, the ordinate of a point E with coordinates (Ex, Ey) belonging to the line d corresponding to the abscissa of V is given by:
  • the calibration of the left eye 30-1 is obtained by using the symmetry of the trapezoid of FIG. 6, relative to the vertical axis AB.
  • the operator installs the living being on the support 12, which has been automatically positioned in a reference position at the end of the previous examination. Then, he settles on his seat 43 and begins to dialogue with the microcomputer 2 thanks to a keyboard with keys 44.
  • the management of the device is carried out under "Windows" environment. This environment was chosen for its user-friendliness and for its widespread use. However, under Windows, it is not yet possible to work in timeshare, or multitasking, on 32 bits. However, the device is designed for real-time processing of the images of the eyes 30 acquired via the cameras 13.
  • the Applicant has chosen a microcomputer 2, PC compatible, provided with an i486DX processor operating at least at 33MHz, and assisted by a microprocessor 5, at least to ensure the calculation part.
  • This microprocessor 5 will for example be that manufactured by the company SIEMENS under the reference No. 166.
  • the Applicant has chosen to couple the digitization card 9 to a VESA BUS type memory bus interface.
  • the device informed of the start of the examination energizes its elements.
  • the two infrared light sources 14-1 and 14-2 then each deliver a reference light beam, which is processed by the optical elements described above, then reflected towards a sub-area for the eye 29-i , by the semi-transparent mirror 38-i associated with its optical path.
  • the screen of the master video monitor 4 then delivers two images each composed of a template 40-i and an image acquired by one of the cameras 13-i, which image does not represent the eye 30-i, if the living being is not in an optimal position for examination.
  • the operator controls the vertical positioning of the support, which is done by means of the displacement unit 25-2, so that the images of the eyes 30 provided by the cameras 13 appear at least in part at 'interior of the two templates 40.
  • the microcomputer 2 gives the order to the microprocessor 5 to perform the comparai ⁇ sound between the positions of the contour of the two pupils 41-1 and 41-2 and those of the two templates 40-1 and 40-2 respectively. If the contours are fully included in the templates 40, the eyes 30 of the living being are in an optimal position and the examination can begin. On the other hand, if this is not the case, the microprocessor 5 calculates by how many steps it will have to move each displacement unit 25-i so that the two eyes 30 are facing the eye areas 29. In the event of If this fails, this comparison procedure begins again. If necessary, the microcomputer 2 uses the range finder 17 to know precisely the distance between the eyes 30 of the living being and said device.
  • the microcomputer 2 controls the photodiode 16 to measure the infrared light intensity reflected on the face of the living being.
  • the photodiode 16 is connected to an electronic circuit which can trigger an alarm at the level of the master video monitor 4, if a chosen intensity threshold is exceeded. If this threshold is exceeded, the microcomputer 2 is able to command the control unit 11 to adjust the intensity of the infrared light sources 14, so that this intensity is less than said threshold.
  • the microcomputer 2 controls the calibration procedure described above, then offers the operator on the screen of the master video monitor 4 a choice of basic visual examinations from which the operator can select an adapted examination. to the living being examined.
  • These examinations constitute a database which can be supplemented later by loading a floppy disk, or a magnetic tape, into the microcomputer 2, which is provided for this purpose with at least three slots on the front allowing accept a 5 inch floppy disk, a 3.5 inch, or 5 inch hard drive, and a 3.5 inch external format magnetic cartridge reader / writer.
  • the device provided with its database, managed under Windows environment, therefore allows the selection by icon bars of a particular examination adapted to the living being examined, which that it is, since each exam is configured.
  • the microcomputer 2 displays on the screen of the master video monitor 4 the menu presenting the adjustable parameters of said visual examination.
  • An example of a menu for adjusting the parameters of a given examination is shown in the screenshot of FIG. 10.
  • the size of the objects to be displayed on the screen of the slave video monitor 10 will be adjusted, as well as their speed and their direction of travel.
  • Three stimulation images, extracted from basic visual examinations, intended to test the peripheral detection of the eyes, are given by way of example in FIG. 11.
  • the library of visual examinations which constitutes the database, offers the following examinations:
  • the proposed examinations can be classified into three groups of methods, which relate to visual activity or oculomotility.
  • the first group concerns behavioral methods. Many of them have already been automated, but for the study of a single eye, which prohibits binocular examinations. They mainly include the preferential gaze technique, which is particularly suitable for children under the age of four, and the so-called visual target tracking technique. These two techniques are obviously proposed by the device in monocular or binocular examination.
  • the second group concerns the subjective methods, which call for an active collaboration of the living being examined. In children, they are generally usable after 30 months. These methods are not subject to automation, since they generally require either a voice response or a manual indication on a twin image of that displayed on the slave video monitor 10.
  • the device is provided with a voice module composed of a voice recorder 45 coupled to an electronic voice synthesis card 46 which can recognize a certain number of keywords with reference to the stimulation images displayed on the screen of the slave video monitor 10. Furthermore, the device is able to measure the reaction time, called "integration time", which elapses between the display of a stimulation image and a voice response emitted by the being alive examined following the observation of said image.
  • integration time the reaction time
  • the operator asks the living being examined to read aloud the characters displayed on the screen of the slave monitor 10.
  • the voice module will transcribe the words or letters sent by the living being examined, and compare them to the content of the displayed image.
  • the analysis of the examination is carried out character after character, image of stimulation after image of stimulation, by a true / false comparison. Depending on the examination parameters chosen by the operator and the number of correct answers, the microcomputer 2 then assigns an examination mark.
  • the third group concerns objective methods. They bring together the techniques of visual evoked potential (EPI) and the electroretinogram.
  • the visual evoked potential is an electrical cortex response to light stimulation.
  • the excitation of the retinal cells causes a discharge of action potentials, which are transmitted through the optical pathways to the occipital cortex of the living being examined.
  • These signals are then collected by the electrodes 23 placed on the scalp, facing the two occipital lobes.
  • the electrodes 23 are fixed inside the adjustable helmet 22, and connected to the connection box 21 housed in the backrest 20 of the support 12.
  • the connection box is also connected to an acquisition circuit. and digital processing of complex analog signals of low amplitude, which circuit is coupled to a library of mathematical programs, such as Fourier transforms, stored in mass memory 3.
  • the device will only provide a statement of brain activity induced by stimulation images, and not an analysis of brain activity. This, as well as the report, must be made at the end of the examination by the operator.
  • the visual evoked potential is a low voltag signal masked by the electroencephalogram, which constitutes background noise. It is therefore necessary to extract the signal of the visual evocation potential from this background noise.
  • the electroretinogram represents the potential for overall activity of the retinal tissues induced by light stimulation. This technique requires prior pupil dilation as well as corneal anesthesia. As with visual evoked potential techniques, the living being examined is equipped with a helmet 22 provided with electrodes 23. The stimulation is carried out using a specific display. of stimulation images on the screen of the slave video monitor 10. This makes it possible to obtain stimulation in full field which uniformly illuminates the retina.
  • the microcomputer 2 controls the display, on the screen of the slave video monitor 10, of the first image of stimulation of said examination.
  • the camera or cameras 13-i have the time to acquire several images of the eye or eyes 30-i examined.
  • the procedure for acquiring each image and calculating the coordinates of the associated corneal point 42-i, with reference to the center of the pupil 41-i, have been described previously. It then remains at the microcomputer 2, in the event of real-time processing, to correct the coordinates of the corneal points 42-i with the correction factor calculated during calibration, and to deduce from these corrected coordinates the direction of fixation of the gaze, common to the images of the eye or the eyes, in order to correlate them with the stimulation image displayed.
  • the procedure is repeated for all stimulation images of the visual examination carried out.
  • the measured fixing directions are then grouped together on a graph, like that of FIG. 12. This makes it possible to follow, over time, the movement of the eyes 30 in the two directions X and Y defining the screen of the slave video monitor 10.
  • microsaccades of gaze adjustment which can be linked to microdisplacements either of the gaze or of the living being examined, or else to the imprecision on the calculation of coordinates of the corneal point 42-i;
  • the microprocessor 5 is provided with a filter which allows it to keep, for analysis, only the saccades and the fixings.
  • the microprocessor 5 is able to correlate this information with the positions of the patterns of the stimulation images successively displayed.
  • the microcomputer 2 is then able to deliver an account of the visual examination carried out, after weighting of the results by a coefficient depending on the examination parameters initially chosen, with reference to a correspondence table examination parameters / coefficient, stored in mass memory 3.
  • This report is displayed on the screen of the master video monitor 4. It can also be printed by a printer 47 connected to the microcomputer 2, on the operator's order, which can select this option in a menu managed by the Windows environment, at the end of the exam.
  • the data of the examination and the report are also stored in mass memory 3. This data can also be transferred either on diskette or on magnetic tape, after selection of options in a menu managed by the Windows environment. (Registered trademark), at the end of the exam.
  • the deferred time calibration procedure will be applied directly to the coordinates of the corneal points 42-i, then data processing, identical to that performed in real time, will be done.
  • the processing of data, in deferred time is automatic when the visual examination calls for eye movement monitoring coupled with vocal participation by the living being examined. This will be the case, for example, for Monoyer type exams.
  • deferred processing is made compulsory because the microcomputer 2 cannot manage at the same time (less than 40 ms), both the voice synthesis, the voice response times, and the determination of the fixation directions, and correlate this information to the stimulation images.
  • the operator may, depending on the results of this first examination, decide to carry out one or more other visual examinations. If he decides to carry out a second examination, he must then repeat the entire procedure described above, including the calibration, but nevertheless without affecting the positioning of the support 12.
  • the device delivers at the end of the examination a report according to the examination parameters chosen by the operator at the start of said examination, in all objectivity.
  • the system cannot be limited to the prevention of visual pathologies. It can be used in many situations, such as in functional exploration centers, or in occupational health centers to determine whether a given job corresponds to a given person, or even in experimental offices. tise to detect possible post-accident simulations, but also for an eye control intended for example for piloting objects in real time.

Abstract

A support (12) for a living being, controllably movable in three directions, defines an area (29-I) for the eyes (30-I). A frame (1) comprises two light sources (14), supplying, at the level of the area (29-I) for the eyes (30-I), two infrared light beams (37-I), two cameras (13-I), each for capturing an image derived from the reflection of said light beam (37-I) on an eye (30-I) and processing means for digitalizing the eye images and processing them in real time to calculate the center coordinates of the corneal point (42-I) with reference to the pupil center (41-I). The processing means further control the movement of the support (12) to position the eyes (30-I) precisely in the axis of the cameras (13-I), according to the coordinates of the pupil contour. A mass memory in the microcomputer (2) stores the data relating to a plurality of basic visual tests comprising a selected sequence of visual stimulation images. The response of the eyes to an image provides a gaze direction which is analyzed by processing means.

Description

Dispositif de contrôle des mouvements oculairesEye movement control device
L'invention concerne un dispositif de contrôle des mouvements oculaires d'un être vivant.The invention relates to a device for controlling the eye movements of a living being.
De tels dispositifs ont été décrits notamment dans les Brevets ou Demandes de Brevets :Such devices have been described in particular in Patents or Patent Applications:
- FR 85 12911, FR 06532, US 3 450 466, US 3 869 694, US 1 579 752, US 4 613 219, W0 91/17705 Al, et EP 0456166 Al.- FR 85 12911, FR 06532, US 3 450 466, US 3 869 694, US 1 579 752, US 4 613 219, W0 91/17705 Al, and EP 0456166 Al.
Ils sont fondés sur les travaux de M.M.HAITH ("Infrared télévision recording and measurement of ocular behavior in the human in ant", American Psychologist, 1969, 24, 279-283) concernant l'éclairage de l'oeil en lumière infrarouge, et ceux de J.MERCHANT et R.MORISSETTE ("Remote measurement of eye direction allowing subject motion over one cubic foot of space", IEEE Transactions on Biomédical Engineering, 1974, 2, 79-95) concernant le principe dit de "pupille brillante". Leurs travaux respectifs ont démontré d'une part que l'inté¬ rieur de l'oeil reflétait une partie du faisceau infrarouge éclairant, et d'autre part, que si la prise de vue dudit faisceau réfléchi était effectuée dans l'axe du faisceau éclairant, l'image de la pupille apparaissait claire quelle que soit la couleur de l'iris.They are based on the work of MMHAITH ("Infrared television recording and measurement of ocular behavior in the human in ant", American Psychologist, 1969, 24, 279-283) concerning the illumination of the eye in infrared light, and those of J. MERCHANT and R. MORISETTE ("Remote measurement of eye direction allowing subject motion over one cubic foot of space", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 1974, 2, 79-95) concerning the principle known as "bright pupil" . Their respective work demonstrated on the one hand that the interior of the eye reflected part of the illuminating infrared beam, and on the other hand, that if the shooting of said reflected beam was carried out in the axis of the beam illuminating, the image of the pupil appeared clear whatever the color of the iris.
Enfin, MASSÉ a démontré en 1976 qu'une partie du faisceau réfléchi par la cornée formait un point très brillant, dit "point cornéen", dont la position par rapport à l'image de la pupille variait selon la direction de fixation du regard.Finally, MASSÉ demonstrated in 1976 that part of the beam reflected by the cornea formed a very bright point, called the "corneal point", the position of which relative to the image of the pupil varied according to the direction in which the gaze was fixed.
L'homme du métier a donc développé un dispositif fonctionnant sur le principe exposé ci-dessus, afin de suivre les mouve¬ ments oculaires d'un oeil, puis de les analyser.A person skilled in the art has therefore developed a device operating on the principle set out above, in order to follow the ocular movements of an eye, then to analyze them.
Dans ces dispositifs, l'oeil d'un être vivant, qui est assis sur un support adapté, est éclairé par un faisceau de lumière parallèle infrarouge, et observe une image de stimulation affichée par un moniteur vidéo connecté à des moyens de gestion tels qu'un micro-ordinateur. L'image affichée permet de tester une partie de l'activité oculométrique de l'oeil, pour les problèmes spécifiques que l'on veut étudier.In these devices, the eye of a living being, who sits on a suitable support, is illuminated by a parallel infrared light beam, and observes a stimulation image displayed by a video monitor connected to management means such as a microcomputer. The image displayed allows you to test part of the eye activity of the eye, for the specific problems that we want to study.
Le faisceau de lumière infrarouge réfléchi sur l'oeil contient alors des informations concernant la direction de fixation de l'oeil. Il est détecté par une caméra dont l'axe optique est confondu avec l'axe du faisceau de lumière parallèle infrarouge réfléchi, laquelle caméra délivre des images de l'oeil qui sont numérisées par une carte électroni¬ que vidéo, puis stockées dans une mémoire de masse des moyens de gestion.The beam of infrared light reflected on the eye then contains information concerning the direction of fixation of the eye. It is detected by a camera whose optical axis coincides with the axis of the reflected infrared parallel light beam, which camera delivers images of the eye which are digitized by an electronic video card and then stored in a memory. management resources.
Le traitement des images est effectué ultérieurement par d'autres moyens de traitement, tels qu'un micro-ordinateur. Pour chaque image de l'oeil stockée, des moyens de traitement de calcul calculent les coordonnées du centre du point cornéen en référence aux coordonnées du centre de la pupille.The processing of the images is carried out subsequently by other processing means, such as a microcomputer. For each image of the eye stored, calculation processing means calculate the coordinates of the center of the corneal point with reference to the coordinates of the center of the pupil.
On aboutit ainsi à des données permettant de connaître une suite de directions de fixation, dont la localisation et la durée sont déterminées, et associées chacune à une image de stimulation.This leads to data making it possible to know a series of fixing directions, the location and duration of which are determined, and each associated with a stimulation image.
Ces données sont ensuite analysées, en temps différé, par un spécialiste qui fait un compte-rendu manuel et décide, en fonction dudit compte-rendu, si le sujet examiné doit subir des examens visuels complémentaires.These data are then analyzed, in deferred time, by a specialist who makes a manual report and decides, according to said report, if the subject examined must undergo additional visual examinations.
Or, les dispositifs automatisés connus ne permettent pas l'enchaînement des examens visuels, puisqu'ils sont générale¬ ment monotâches et monoculaires. Par conséquent, il faut contacter parfois plusieurs spécialistes aptes chacun à effectuer un examen visuel donné, souvent manuel.However, the known automated devices do not allow the sequence of visual examinations, since they are generally monotask and monocular. Consequently, it is sometimes necessary to contact several specialists, each capable of carrying out a given visual examination, often manual.
Par ailleurs, ces dispositifs automatisés sont, pour la plupart, situés dans des centres de recherche. Les cliniques et les milieux non spécialisés en sont quasiment ou totale- ment dépourvus, ce qui interdit les dépistages précoces et systématiques chez le nourrisson de moins de six mois, âge au-delà duquel les affections du système visuel sont diffici¬ lement traitables, sans risque de troubler le développement psychomoteur.In addition, these automated devices are, for the most part, located in research centers. Clinics and non-specialized circles are almost or total- mentally deprived, which prohibits early and systematic screenings in infants less than six months old, an age beyond which affections of the visual system are difficult to treat, without risk of disturbing psychomotor development.
Enfin, seuls quelques examens visuels, ne faisant pas intervenir le sujet examiné, sont automatisés ou semi-automa- tisés. Ils sont en général utilisés par des chercheurs, pour des études ponctuelles et non routinières.Finally, only a few visual examinations, which do not involve the subject examined, are automated or semi-automated. They are generally used by researchers, for ad hoc and non-routine studies.
La présente invention a pour but d'améliorer la situation, en apportant des solutions à ces problèmes.The object of the present invention is to improve the situation, by providing solutions to these problems.
Un premier but de l'invention est de permettre le positionne¬ ment automatisé et rapide des yeux de l'être vivant examiné, en position d'examen, sans assistance extérieure.A first object of the invention is to allow the automated and rapid positioning of the eyes of the living being examined, in the examination position, without external assistance.
Un second but de l'invention est d'autoriser l'étude des deux yeux simultanément.A second object of the invention is to authorize the study of both eyes simultaneously.
Un troisième but de l'invention est de mettre à disposition, dans un même dispositif, et sous forme totalement automati¬ sée, l'ensemble des examens visuels connus.A third object of the invention is to make available, in the same device, and in a fully automated form, all of the known visual examinations.
Un quatrième but de l'invention est de permettre le traite¬ ment et l'analyse des données d'un examen visuel, en temps réel et simultanément pour les deux yeux, et de fournir en conséquence un compte-rendu d'examen autorisant l'enchaîne- ment d'autres examens visuels, si besoin est.A fourth object of the invention is to allow the processing and analysis of the data of a visual examination, in real time and simultaneously for both eyes, and to consequently supply an examination report authorizing the a series of other visual examinations, if necessary.
Enfin, un cinquième but de l'invention est d'autoriser l'optimisation des paramètres d'examen en fonction notamment de l'âge du sujet, et cela quel que soit son âge.Finally, a fifth object of the invention is to authorize the optimization of the examination parameters as a function in particular of the age of the subject, and this regardless of his age.
L'invention part des dispositifs connus, précédemment décrits . Selon un premier aspect de l'invention, les moyens de traitement de calcul sont aptes à calculer, dès réception d'une image numérisée, les positions du centre de la pupille et de son contour en référence à un gabarit. Ils commandent également le déplacement pas à pas du support, pour position¬ ner de façon optimale au moins un oeil dans l'axe d'une caméra, en fonction d'une comparaison entre les positions du contour de la pupille et celles du gabarit.The invention starts from known devices, previously described. According to a first aspect of the invention, the calculation processing means are capable of calculating, upon receipt of a digitized image, the positions of the center of the pupil and its outline with reference to a template. They also control the step-by-step movement of the support, in order to optimally position at least one eye in the axis of a camera, as a function of a comparison between the positions of the outline of the pupil and those of the template.
Lesdits moyens de traitement sont aptes à interrompre le déplacement du support, sur lequel se trouve l'être vivant examiné, lorsque le contour de la pupille est intégralement contenu dans le gabarit.Said processing means are capable of interrupting the movement of the support, on which the living being examined is located, when the outline of the pupil is entirely contained in the template.
Selon un second aspect de l'invention, la mémoire de masse est propre à stocker des données relatives à une pluralité d'examens visuels de base de paramètres variables, et de tests de réglage de positionnement de l'oeil, constitués chacun d'une suite choisie d'images de stimulation visuelle.According to a second aspect of the invention, the mass memory is capable of storing data relating to a plurality of basic visual examinations of variable parameters, and of tests for adjusting the positioning of the eye, each consisting of a selected suite of visual stimulation images.
Selon un troisième aspect de l'invention, après positionne¬ ment du support, les moyens de traitement effectuent un test de réglage, dit "calibration", pour calculer un facteur de correction, propre à chaque oeil, sur une correspondance coordonnées du point cornéen/direction de fixation effectuée pour chaque image de l'oeil acquise par la caméra. Ils corrigent ensuite chaque réponse de l'oeil à une image de stimulation en fonction du facteur de correction.According to a third aspect of the invention, after positioning the support, the processing means carry out an adjustment test, called "calibration", to calculate a correction factor, specific to each eye, on a correspondence coordinated with the corneal point / direction of fixation performed for each image of the eye acquired by the camera. They then correct each response of the eye to a stimulation image according to the correction factor.
Selon un quatrième aspect de l'invention, les moyens de traitement comprennent en outre des moyens d'enregistrement et d'analyse de la voix de l'être vivant, ainsi qu'une temporisation pour mesurer, si nécessaire, le temps mis par ledit être vivant pour répondre vocalement à une image de stimulation.According to a fourth aspect of the invention, the processing means further comprise means for recording and analyzing the voice of the living being, as well as a time delay for measuring, if necessary, the time taken by said be alive to respond vocally to an image of stimulation.
Selon un cinquième aspect de l'invention, le support comprend également des moyens pour connecter un casque muni d'électro¬ des, aux moyens de traitement, lesquelles électrodes recueil- lent des signaux électriques émis par des cellules rétinien¬ nes de l'être vivant en direction des lobes occipitaux de son cerveau, suite à l'observation, par au moins un oeil, d'une image de stimulation. Les signaux électriques sont ensuite corrélés aux images de stimulation par les moyens de traite¬ ment.According to a fifth aspect of the invention, the support also comprises means for connecting a helmet provided with electrodes to the processing means, which electrodes collect- slow electrical signals emitted by retinal cells of the living being towards the occipital lobes of his brain, following the observation, by at least one eye, of a stimulation image. The electrical signals are then correlated to the stimulation images by the processing means.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le dispositif comprend deux sources de lumière infrarouges calibrées et deux caméras à transfert de charge. Chaque source de lumière infrarouge est apte à délivrer un faisceau de lumière de référence destiné à être réfléchi sur un oeil de l'être vivant, puis détecté par la caméra dont l'axe est confondu avec l'axe du faisceau de lumière de référence, laquelle caméra fournit des images de l'oeil.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the device comprises two calibrated infrared light sources and two charge transfer cameras. Each infrared light source is capable of delivering a reference light beam intended to be reflected on an eye of the living being, then detected by the camera whose axis is coincident with the axis of the reference light beam, which camera provides images of the eye.
Dans ce mode de réalisation, les moyens de traitement sont aptes à traiter, en parallèle, et en temps réel, les images des yeux fournies par les deux caméras, et à associer une direction de fixation, pour chaque oeil, à une image de stimulation.In this embodiment, the processing means are able to process, in parallel, and in real time, the images of the eyes provided by the two cameras, and to associate a direction of fixation, for each eye, with a stimulation image. .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear on examining the detailed description below, and the appended drawings, in which:
- la figure 1 décrit les relations entre les principaux éléments du dispositif;- Figure 1 describes the relationships between the main elements of the device;
- la figure 2 illustre, dans le détail, les éléments connec¬ tés au boîtier de régulation de la puissance;- Figure 2 illustrates, in detail, the elements connected to the power control unit;
- la figure 3 illustre, en vue de trois quart, les éléments constituant le support;- Figure 3 illustrates, in three-quarter view, the elements constituting the support;
la figure 4 illustre schématiguement les éléments du dispositif permettant l'acquisition des images de l'oeil, ainsi que les trajets optiques des différents faisceaux de lumière; - la figure 5 schématise le codage, sous forme de seuil logique en tension, d'une image de l'oeil numérisée;FIG. 4 schematically illustrates the elements of the device allowing the acquisition of the images of the eye, as well as the optical paths of the different light beams; - Figure 5 shows schematically the coding, in the form of a logic voltage threshold, of a digitized eye image;
- la figure 6 présente l'image de l'oeil affichée par le moniteur vidéo maître après traitement, ainsi qu'un exemple de codage sur 16 bits d'une information relative à cette image de l'oeil;FIG. 6 shows the image of the eye displayed by the master video monitor after processing, as well as an example of coding on 16 bits of information relating to this image of the eye;
- la figure 7 présente la grille utilisée lors de la procé- dure de calibration pour effectuer une correction en temps réel de la position du point cornéen;FIG. 7 shows the grid used during the calibration procedure to make a correction in real time of the position of the corneal point;
- la figure 8 présente la grille utilisée lors de la procé¬ dure de calibration, pour effectuer une correction en temps différé de la position du point cornéen;- Figure 8 shows the grid used during the calibration procedure, to make a delayed-time correction of the position of the corneal point;
- la figure 9 présente de façon schématique la disposition des principaux éléments constituant le dispositif;- Figure 9 shows schematically the arrangement of the main elements constituting the device;
- la figure 10 est une copie d'écran de la feuille de paramè¬ tre d'un examen donné;- Figure 10 is a screenshot of the parameter sheet of a given exam;
- la figure 11 présente trois copies d'écrans correspondant à des images de stimulation affichées sur le moniteur vidéo esclave, et appartenant chacune à un examen donné;- Figure 11 shows three copies of screens corresponding to stimulation images displayed on the slave video monitor, and each belonging to a given examination;
- la figure 12 est un double graphe de l'évolution des coordonnées du point cornéen au cours du temps;- Figure 12 is a double graph of the evolution of the coordinates of the corneal point over time;
- la figure 13 schématise le traitement, en temps réel, par le dispositif, des données d'un examen; et- Figure 13 shows schematically the processing, in real time, by the device, of the data of an examination; and
- la figure 14 schématise le traitement, en temps différé, par le dispositif, des données d'un examen.- Figure 14 shows schematically the processing, in deferred time, by the device, of the data of an examination.
Les dessins annexés sont, pour l'essentiel, de caractère certain. En conséquence, ils font partie intégrante de la description et pourront non seulement servir à compléter celle-ci, mais aussi contribuer à la définition de l'inven¬ tion, le cas échéant.The attached drawings are, for the most part, certain. Consequently, they form an integral part of the description and may not only serve to supplement this, but also contribute to the definition of the invention, where appropriate.
On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2.We first refer to Figures 1 and 2.
Le dispositif a pour but d'examiner de façon automatisée les mouvements oculaires d'un être vivant, ce qui nécessite un positionnement précis. Dans ce but, le dispositif est constitué de deux parties distinctes, mais connectées.The purpose of the device is to automatically examine the eye movements of a living being, which requires precise positioning. For this purpose, the device consists of two separate but connected parts.
La première partie comprend un support 12 destiné à recevoir, en position de préférence assise, un être vivant. Cette partie sera décrite ultérieurement.The first part comprises a support 12 intended to receive, in a preferably seated position, a living being. This part will be described later.
La seconde partie comprend, logés dans un bâti 1, des éléments destinés, soit à assurer la gestion du dispositif et des examens visuels qu'il propose, soit à traiter des données délivrées par ces examens visuels.The second part comprises, housed in a frame 1, elements intended either to ensure the management of the device and the visual examinations which it offers, or to process the data delivered by these visual examinations.
La gestion est effectuée par un micro-ordinateur 2 muni d'une mémoire de masse 3, apte à stocker des données relatives à l'ensemble des examens visuels de base proposés par le dispositif, ainsi que des tests de réglage. Ce micro-ordina¬ teur est en outre connecté, d'une part, à un moniteur vidéo maître 4, autorisant l'affichage d'images et de renseigne¬ ments concernant la gestion des examens et, d'autre part, à un microprocesseur 5, par un premier bus 6 choisi de préfé¬ rence selon les normes ISA ou CENTRONIX.Management is carried out by a microcomputer 2 provided with a mass memory 3, capable of storing data relating to all the basic visual examinations offered by the device, as well as adjustment tests. This microcomputer is further connected, on the one hand, to a master video monitor 4, authorizing the display of images and information concerning the management of examinations and, on the other hand, to a microprocessor 5, by a first bus 6 preferably chosen according to ISA or CENTRONIX standards.
Le microprocesseur 5 est apte à traiter les données délivrées par un examen. Il est en outre connecté à une première carte électronique de commande d'entrées/sorties 7, grâce à un deuxième bus d'entrées/sorties 8.The microprocessor 5 is able to process the data delivered by an examination. It is also connected to a first electronic input / output control card 7, thanks to a second input / output bus 8.
Cette carte de commande 7 permet au microprocesseur 5 de dialoguer avec l'ensemble des éléments constituant le dispositif selon l'invention. Cette carte de commande 7 est en outre connectée en parallèle à une seconde carte électronique de numérisation d'images vidéo 9, un moniteur vidéo esclave 10, un boîtier de régula¬ tion de la puissance électrique 11, et le support 12 d'être vivant.This control card 7 allows the microprocessor 5 to interact with all of the elements constituting the device according to the invention. This control card 7 is also connected in parallel to a second electronic video image digitization card 9, a slave video monitor 10, an electrical power regulation unit 11, and the support 12 for being alive. .
Chaque examen visuel est constitué d'une succession d'images dires de stimulation destinées à être affichées sur l'écran du moniteur vidéo esclave 10.Each visual examination consists of a succession of so-called stimulation images intended to be displayed on the screen of the slave video monitor 10.
La carte de numérisation 9 est en outre connectée à deux caméras infrarouges à transfert de charges (CCD pour Coupled Charge Device) 13-1 et 13-2. Elle a pour fonction de numéri¬ ser les images des yeux de l'être vivant examiné, acquises par les deux caméras 13-1 et 13-2.The digitization card 9 is also connected to two infrared charge transfer cameras (CCD for Coupled Charge Device) 13-1 and 13-2. Its function is to digitize the images of the eyes of the living being examined, acquired by the two cameras 13-1 and 13-2.
Par ailleurs, le boîtier de régulation 11 est en outre connecté à trois sources de lumière, dont deux infrarouges 14-1 et 14-2 délivrant chacune un faisceau de lumière de référence à 950 nanomètres, destinés à éclairer chacun un oeil 30-i de l'être vivant examiné, et une source froide 15 de type néon destiné à éclairer l'ensemble du local dans lequel se trouve installé le dispositif. Cette source 15 est réglable en intensité par le micro-ordinateur 2. Le boîtier 11 est également connecté au support 12.Furthermore, the control unit 11 is further connected to three light sources, including two infrared 14-1 and 14-2 each delivering a reference light beam at 950 nanometers, each intended to illuminate an eye 30-i of the living being examined, and a cold source 15 of neon type intended to illuminate the whole of the room in which the device is installed. This source 15 is adjustable in intensity by the microcomputer 2. The box 11 is also connected to the support 12.
Enfin, la carte de commande 7 est également connectée à une photodiode 16 pour mesurer le rayonnement infrarouge ambiant, un télémètre 17, dont la diode 18 émet à 500 nanomètres, pour mesurer la distance qui sépare l'être vivant placé sur le support, du dispositif, ainsi qu'à trois capteurs 18-1 à 18-3 de contrôle de la position du support 12 suivant les trois directions (X, Y, Z) définissant l'espace, et à un boîtier de surveillance 19 pour surveiller l'ensemble des éléments décrits ci-dessus.Finally, the control card 7 is also connected to a photodiode 16 to measure the ambient infrared radiation, a rangefinder 17, the diode 18 of which emits at 500 nanometers, to measure the distance between the living being placed on the support, the device, as well as three sensors 18-1 to 18-3 for controlling the position of the support 12 in the three directions (X, Y, Z) defining the space, and a monitoring unit 19 for monitoring the all of the elements described above.
Il est maintenant fait référence à la figure 3, qui décrit en détail la première partie du dispositif, et notamment le support 12. Celui-ci est le seul élément du dispositif non intégré dans le bâti 1. Il comporte d'une part un dossier 20 dans lequel se trouve logé un boîtier de connexion 21 destiné à connecter un casque 22 muni d'électrodes 23, à la carte électronique de commande des entrées/sorties 7. D'autre part, il comporte un plateau 24 connecté au dossier 20, et reposant sur un premier boîtier de déplacement 25-1 permettant sa translation parallèlement au sol (axe X). Ce premier boîtier de commande 25-1 est fixé à l'extrémité d'un pied 26, lequel est également fixé sur un deuxième boîtier de déplacement 25-2 permettant sa translation le long d'un axe de support vertical 27 (axe Z perpendiculaire à l'axe X). Cet axe 27 est fixé sur un troisième boîtier de déplacement 25-3 permettant la translation du support sur le sol 28, suivant une direc¬ tion Y perpendiculaire aux directions X et Z.Reference is now made to FIG. 3, which describes in detail the first part of the device, and in particular the support 12. This is the only element of the device not integrated into the frame 1. It comprises on the one hand a backrest 20 in which is housed a connection box 21 intended to connect a headset 22 provided with electrodes 23, to the electronic card for controlling the inputs / outputs 7. D on the other hand, it comprises a plate 24 connected to the backrest 20, and resting on a first displacement unit 25-1 allowing its translation parallel to the ground (axis X). This first control box 25-1 is fixed to the end of a leg 26, which is also fixed to a second displacement box 25-2 allowing its translation along a vertical support axis 27 (perpendicular Z axis to the X axis). This axis 27 is fixed on a third displacement housing 25-3 allowing the translation of the support on the ground 28, in a direction Y perpendicular to the directions X and Z.
Par ailleurs, la connexion du support 12 avec le boîtier de régulation de la puissance 11 permet à ce dernier de gérer la vitesse de positionnement dudit support 12. Deux vitesses sont prévues, une rapide et une lente.Furthermore, the connection of the support 12 with the power regulation unit 11 allows the latter to manage the positioning speed of said support 12. Two speeds are provided, a fast and a slow.
Chaque boîtier de déplacement 25 est constitué d'un moteur pas à pas, et d'une vis sans fin munie de butées. Ils sont en outre connectés respectivement à l'un des capteurs de position 18-1 à 18-3, lesquels fournissent au microprocesseur 5 une donnée de position relative du support 12 par rapport aux butées des boîtiers de déplacement 25.Each displacement unit 25 consists of a stepping motor, and an endless screw provided with stops. They are also connected respectively to one of the position sensors 18-1 to 18-3, which supply the microprocessor 5 with data relating to the position of the support 12 relative to the stops of the displacement boxes 25.
Equipé de la sorte, le support 12 est apte à être positionné très précisément suivant les trois directions de l'espace, afin que les yeux de l'être vivant assis sur le support 12 soient placés de façon optimale en position d'examen dans une zone pour les yeux 29.Equipped in this way, the support 12 is able to be positioned very precisely in the three directions of space, so that the eyes of the living being seated on the support 12 are optimally placed in the examination position in a eye area 29.
La procédure de positionnement du support 12 sera explicitée ultérieurement dans la description d'une procédure d'examen complet.The procedure for positioning the support 12 will be explained later in the description of a complete examination procedure.
On se réfère maintenant à la figure 4, qui décrit le disposi¬ tif permettant d'acheminer les faisceaux de lumière jusqu'à la zone pour yeux 29, laquelle définit deux sous-zones 29-1 et 29-2 destinées à matérialiser l'emplacement respectif de l'oeil gauche 30-1 et celui de l'oeil droit 30-2.Reference is now made to FIG. 4, which describes the device making it possible to route the light beams up to the eye area 29, which defines two sub-areas 29-1 and 29-2 intended to materialize the respective location of the left eye 30-1 and that of the right eye 30-2.
Pour éclairer chaque oeil 30-i, il est prévu deux sources de lumière infrarouge 14-1 et 14-2, chacune constituée de huit diodes électroluminescentes, émettant un faisceau de lumière à 950 nanomètres.To illuminate each eye 30-i, two infrared light sources 14-1 and 14-2 are provided, each consisting of eight light-emitting diodes, emitting a light beam at 950 nanometers.
Chaque faisceau est traité sur une voie qui lui est propre, les deux voies étant constituées d'éléments identiques.Each beam is treated on its own channel, the two channels being made up of identical elements.
Une source S délivre un faisceau de lumière infrarouge en direction d'une première lentille 31-1 qui le focalise sur un diffuseur 32-1, lequel lui donne un diamètre d'environ 10 centimètres. Le faisceau ainsi diffusé est diaphragmé 33-1 puis transformé en faisceau parallèle par une seconde lentille 34-1. Le faisceau parallèle peut ensuite être filtré par des filtres 35-1 et 36-1 afin d'éliminer les composantes spectrales respectivement inférieures à 900 nanomètres et supérieures à 1200 nanomètres, lesquelles peuvent être dangereuses pour l'oeil.A source S delivers a beam of infrared light towards a first lens 31-1 which focuses it on a diffuser 32-1, which gives it a diameter of about 10 centimeters. The beam thus diffused is diaphragmed 33-1 then transformed into a parallel beam by a second lens 34-1. The parallel beam can then be filtered by filters 35-1 and 36-1 in order to eliminate the spectral components respectively less than 900 nanometers and greater than 1200 nanometers, which can be dangerous for the eye.
Le faisceau ainsi traité 37-1 est réfléchi par un premier miroir semi-transparent 38-1, qui est orienté de façon que ledit faisceau 37-1 arrive dans la sous-zone pour l'oeil 29-1 lui correspondant.The beam thus treated 37-1 is reflected by a first semi-transparent mirror 38-1, which is oriented so that said beam 37-1 arrives in the sub-area for the eye 29-1 corresponding to it.
Avant de se réfléchir sur l'oeil 30-1, il traverse un second miroir semi-transparent 39, commun aux deux voies, qui est orienté de façon que le moniteur vidéo esclave 10 puisse transmettre, exactement dans l'axe du faisceau traité de référence 37-1 et de la caméra 13-1, l'image de stimulation qu'il affiche sur son écran au niveau de la zone pour yeux 29. Le faisceau traité 37-1 se réfléchit alors sur l'oeil 29-1 stimulé par l'image de stimulation, et se charge d'informations concernant ledit oeil 29-1 stimulé. Le faisceau contenant les informations 47-1 repart dans la direction strictement opposée au faisceau traité de référence 37-1, traverse les deux miroirs semi-transparents 39 et 38-1 puis arrive sur la caméra 13-1 qui se trouve exactement dans l'axe du faisceau 40-1, ce qui lui permet d'acquérir au moins une image de l'oeil 29-1 stimulé.Before reflecting on the eye 30-1, it passes through a second semi-transparent mirror 39, common to the two channels, which is oriented so that the slave video monitor 10 can transmit, exactly in the axis of the beam processed from reference 37-1 and of the camera 13-1, the stimulation image which it displays on its screen at the level of the zone for eyes 29. The treated beam 37-1 is then reflected on the stimulated eye 29-1 by the stimulation image, and is responsible for information concerning said stimulated eye 29-1. The beam containing information 47-1 departs in the direction strictly opposite to the treated reference beam 37-1, crosses the two semi-transparent mirrors 39 and 38-1 then arrives at the camera 13-1 which is exactly in the axis of the beam 40-1, which allows it to acquire at least one image of the 29-1 eye stimulated.
Il en va de même pour le second faisceau traité de référence 37-2, destiné à éclairer l'autre oeil 29-2 (oeil droit), et détecté par la seconde caméra 13-2.The same goes for the second treated reference beam 37-2, intended to illuminate the other eye 29-2 (right eye), and detected by the second camera 13-2.
Les images acquises sont alors numérisées par la carte de numérisation 9 puis traitées par le microprocesseur 5. Celui-ci transmet alors au moniteur vidéo maître 4 les images des deux yeux stimulés, en référence à des gabarits 41-1 et 41-2 stockés dans la mémoire de masse 3.The acquired images are then digitized by the digitization card 9 and then processed by the microprocessor 5. The latter then transmits to the master video monitor 4 the images of the two stimulated eyes, with reference to templates 41-1 and 41-2 stored in mass memory 3.
Chaque image de l'oeil acquise par une caméra 13-i est constituée d'une image de la pupille 41-i et d'un point cornéen 42-i, selon le principe désormais bien connu du reflet cornéen.Each image of the eye acquired by a camera 13-i consists of an image of the pupil 41-i and a corneal point 42-i, according to the now well-known principle of corneal reflection.
Les images délivrées par la caméra 13-i comportent tous les niveaux de gris entre le blanc et le noir. Après leur numérisation par la carte de numérisation 9, les images ainsi numérisées sont filtrées par le microprocesseur 5, afin de ne conserver que trois niveaux (au moins) interprétables sans ambiguïté, et caractérisés par une tension propre, comme schématisé figure 5 : le blanc brillant (1 volt) pour le point cornéen 42-i, le gris clair (0,5 volt) pour la pupille 41-i et le noir (0 volt) pour le reste du champ.The images delivered by the 13-i camera include all the gray levels between white and black. After their digitization by the digitization card 9, the images thus digitized are filtered by the microprocessor 5, so as to keep only three levels (at least) unambiguously interpretable, and characterized by their own voltage, as shown diagrammatically in FIG. 5: the white bright (1 volt) for the corneal point 42-i, light gray (0.5 volt) for the pupil 41-i and black (0 volt) for the rest of the field.
Le microprocesseur 5 peut alors déterminer les positions du contour de la pupille 41-i, qu'il compare à celles du gabarit 40-i stocké dans la mémoire de masse 3. Lorsque le contour de la pupille 41-i se trouve intégralement contenu dans le gabarit 40-i, l'oeil 30-i est considéré par le microproces¬ seur 5 comme étant en position d'examen, dans la sous-zone pour yeux 29-i. Ce gabarit 40-i est choisi de telle sorte que l'image de l'oeil y reste incluse malgré des mouvements de tête de ±15°. Ledit microprocesseur 5 peut alors calculer les positions des centres de la pupille 41-i et du point cornéen 42-i, puis référencer le centre du point cornéen 42-i par rapport au centre de la pupille 41-i précédemment calculé.The microprocessor 5 can then determine the positions of the contour of the pupil 41-i, which it compares to those of the template 40-i stored in the mass memory 3. When the contour of the pupil 41-i is entirely contained in the template 40-i, the eye 30-i is considered by the microprocessor 5 as being in the examination position, in the sub-area for eyes 29-i. This template 40-i is chosen so that the image of the eye remains included therein despite head movements of ± 15 °. Said microprocessor 5 can then calculate the positions of the centers of the pupil 41-i and of the corneal point 42-i, then reference the center of the corneal point 42-i relative to the center of the pupil 41-i previously calculated.
Ces calculs de positions sont effectués par reconnaissance de changements d'intensité de seuils logiques en tension, au niveau de chaque ligne d'analyse de l'image numérisée. Chaque changement de seuil est codé par trois bits, et les coordon¬ nées (X, Y) du lieu de changement sont codées respectivement sur 7 bits et 6 bits, comme cela est schématisé sur la figure 6. On constitue ainsi pour chaque image des tableaux de coordonnées (X, Y) des débuts et fins de pupille 41-i et des débuts et fins de point cornéen 42-i, en éliminant les lignes aberrantes introduites par les mouvements des cils ou des paupières.These position calculations are performed by recognizing changes in intensity of logic thresholds in voltage, at each line of analysis of the digitized image. Each change of threshold is coded by three bits, and the coordinates (X, Y) of the place of change are coded respectively on 7 bits and 6 bits, as is shown diagrammatically in FIG. 6. One thus constitutes for each image coordinate tables (X, Y) of the beginnings and ends of the pupil 41-i and the beginnings and ends of the corneal point 42-i, eliminating the aberrant lines introduced by the movements of the eyelashes or the eyelids.
L'image est alors retenue pour la suite du traitement si elle répond aux exigences suivantes : diamètre horizontal et vertical de la pupille 41-i suffisamment grand, et point cornéen 42-i de forme correcte.The image is then retained for further processing if it meets the following requirements: horizontal and vertical diameter of the pupil 41-i sufficiently large, and corneal point 42-i of correct shape.
A partir des tableaux de coordonnées constitués, on détermine sur l'ensemble des lignes horizontales et verticales inscrip- tibles dans la pupille, les coordonnées XP et YP du centre de la pupille, en moyennant les coordonnées X et Y des milieux des lignes respectivement horizontales et verticales. Un calcul identique est effectué pour les coordonnées XS, YS du centre du point cornéen 42-i.From the established coordinate tables, the XP and YP coordinates of the center of the pupil are determined over all of the horizontal and vertical lines inscribable in the pupil, by averaging the X and Y coordinates of the midpoints of the respectively horizontal lines. and vertical. An identical calculation is carried out for the coordinates XS, YS of the center of the corneal point 42-i.
Enfin, les coordonnées XV, YV du centre du point cornéen 42-i par rapport au centre de la pupille 41-i sont données par :Finally, the coordinates XV, YV of the center of the corneal point 42-i with respect to the center of the pupil 41-i are given by:
XV = XS - XP et YV = YS - YP.XV = XS - XP and YV = YS - YP.
Une valeur est affectée à XV et YV, selon des critères prédéfinis, quand XP et YP, ou XS et YS ne peuvent être calculés, pour préserver la possibilité d'une analyse des causes de résultats non satisfaisants. La connaissance des coordonnées d'un point cornéen 42-i en référence à celles du centre de la pupille 41-i doit être parfaitement exacte si l'on souhaite connaître précisément la direction de fixation du regard et la corréler à une image de stimulation. Or, A.M.SLATER et J.FINDLAY ont montré ("The corneal reflexion technique and the visual préférence method : sources of error", Journal of expérimental Child Psycholo- gy, 1975, 20, 240-247) qu'en rapportant systématiquement la position du point cornéen 42-i à celle du centre de la pupille 41-i, quelle que soit la direction du regard, on commet une erreur due à la non-coïncidence exacte du centre de rotation de l'oeil 30-i et du centre du dioptre cornéen.A value is assigned to XV and YV, according to predefined criteria, when XP and YP, or XS and YS cannot be calculated, to preserve the possibility of an analysis of the causes of unsatisfactory results. Knowing the coordinates of a corneal point 42-i with reference to those of the center of the pupil 41-i must be perfectly accurate if one wishes to know precisely the direction of gaze fixation and correlate it to a stimulation image. However, AMSLATER and J. FINDLAY have shown ("The corneal reflexion technique and the visual preference method: sources of error", Journal of experimental Child Psychology, 1975, 20, 240-247) that by systematically reporting the position of the corneal point 42-i to that of the center of the pupil 41-i, whatever the direction of the gaze, an error is made due to the exact non-coincidence of the center of rotation of the eye 30-i and the center of the corneal diopter.
Par ailleurs, A.BULLINGER et J.L.KAUFMANN ont montré ("Tech- nique d'enregistrement et d'analyse des mouvements oculai¬ res", Perception, 1977, 6, 345-353) que l'erreur commise était d'autant plus importante que la direction du regard s'éloignait du point central de l'oeil 30-i. Néanmoins, ils ont démontré que l'on pouvait résoudre ce problème en effectuant une calibration sur un nombre restreint de points tests.In addition, A.BULLINGER and JLKAUFMANN showed ("Technique of recording and analysis of ocular movements", Perception, 1977, 6, 345-353) that the error made was all the more important that the direction of the gaze moved away from the central point of the eye 30-i. However, they demonstrated that this problem could be solved by performing a calibration on a limited number of test points.
Cette calibration est effectuée avant de commencer un examen visuel de base, puis recommencée avant tout nouvel examen pour éliminer les risques de mouvements importants de la tête entre les examens. Elle est effectuée pour les deux yeux simultanément. La calibration a pour objectif de calculer un facteur de correction sur la lecture préliminaire des coordonnées du point cornéen 42-i.This calibration is carried out before starting a basic visual examination, then restarted before any new examination to eliminate the risk of significant movements of the head between examinations. It is performed for both eyes simultaneously. The objective of the calibration is to calculate a correction factor on the preliminary reading of the coordinates of the corneal point 42-i.
La procédure de calibration utilisée par le dispositif est effectuée grâce à un test de réglage du positionnement stocké dans la mémoire de masse 3. Elle consiste à présenter successivement à l'être vivant, sur le moniteur esclave 10, cinq images de stimulation généralement, ou seulement deux dans le cas d'un nouveau-né, pour alléger la phase de calibration dans ce dernier cas. Sur chaque image se trouve placé un point unique de référence, les cinq points matéria¬ lisant le centre et les quatre coins d'une grille limitant un champ visuel de ±15°. Chaque image reste affichée sur l'écran du moniteur vidéo esclave 10 pendant une seconde.The calibration procedure used by the device is carried out by means of a positioning adjustment test stored in the mass memory 3. It consists of presenting successively to the living being, on the slave monitor 10, five stimulation images generally, or only two in the case of a newborn, to lighten the calibration phase in the latter case. On each image is placed a single point of reference, the five points materializing the center and the four corners of a grid limiting a visual field of ± 15 °. Each image remains displayed on the screen of the slave video monitor 10 for one second.
Deux niveaux de correction sont autorisés selon que l'analyse de l'examen visuel est effectuée en temps réel ou en temps différé.Two levels of correction are authorized depending on whether the analysis of the visual examination is carried out in real time or in deferred time.
La correction en temps réel fait référence au schéma de la figure 7, où la grille de calibration est un carré matéria- lise par un quadrillage (X, Y) de pas 5e. Deux vecteurs V0 et VI sont également représentés.The real-time correction refers to the diagram in Figure 7, where the calibration grid is a square materialized by a grid (X, Y) of step 5 e . Two vectors V0 and VI are also shown.
V0 = (VOx, VOy) est le vecteur obtenu lorsque l'être vivant fixe le point central.V0 = (VOx, VOy) is the vector obtained when the living being fixes the central point.
VI = (Vlx, Vly) est le vecteur obtenu lorsque l'être vivant fixe un point quelconque de l'écran du moniteur esclave 10.VI = (Vlx, Vly) is the vector obtained when the living being fixes any point on the screen of the slave monitor 10.
Le point cornéen présente donc une dérive dont les coeffi- cients sont Cx = VOx et Cy = VOy.The corneal point therefore presents a drift whose coefficients are Cx = VOx and Cy = VOy.
Dans ces conditions, les positions corrigées en X et en Y par rapport au centre sont données respectivement par :Under these conditions, the corrected positions in X and Y with respect to the center are given respectively by:
Vl v = ( Vly - VOy) CyVl v = (Vly - VOy) Cy
La correction en temps différé fait référence à la figure 8, laquelle est valable pour l'oeil droit 30-2. L'objectif de cette seconde correction est d'apporter un facteur de correction très précis à l'occasion d'un retraitement des données archivées, soit dans la mémoire de masse 3, soit sur une bande magnétique ou une disquette amovible, et sans la contrainte du temps d'apparition d'une image (de l'ordre de 40 millisecondes).The correction in deferred time refers to FIG. 8, which is valid for the right eye 30-2. The objective of this second correction is to provide a very precise correction factor when reprocessing archived data, either in mass memory 3, or on a magnetic tape or a removable floppy disk, and without the constraint of the time of appearance of an image (of the order of 40 milliseconds).
On utilise la calibration effectuée avant l'examen et servant à la correction en temps réel, mais la grille utilisée n'est plus un carré mais un trapèze, pour lequel seul le pas en X est considéré comme constant. La position du regard en X est donc donnée par le cas précédent :We use the calibration performed before the exam and used for real-time correction, but the grid used is no longer a square but a trapezoid, for which only the step in X is considered to be constant. The position of the gaze in X is therefore given by the previous case:
V'ix = { Vlx ~ VOx) V'ix = {Vlx ~ VOx)
CxCx
En revanche, la position du regard en Y est fonction des deux directions X et Y, comme indiqué ci-après. On considère la droite d passant par les points A et B de coordonnées respectives (Ax, Ay) et (Bx, By) . Celle-ci a pour équation y = ax + b, où :On the other hand, the position of the gaze in Y is a function of the two directions X and Y, as indicated below. We consider the line d passing through points A and B with respective coordinates (Ax, Ay) and (Bx, By). This has the equation y = ax + b, where:
(By-Ay) = (B + Ay) x ( Bx + Ax) (Bx-Ax) 2(By-Ay) = (B + Ay) x (Bx + Ax) (Bx-Ax) 2
Soit V le vecteur cornéen non corrigé, de coordonnéesLet V be the uncorrected corneal vector, with coordinates
Vx = Vlx - VOx,Vx = Vlx - VOx,
Vy = Vly - VOy, l'ordonnée d'un point E de coordonnées (Ex, Ey) appartenant à la droite d correspondant à l'abscisse de V est donnée par :Vy = Vly - VOy, the ordinate of a point E with coordinates (Ex, Ey) belonging to the line d corresponding to the abscissa of V is given by:
Ey = (a x Ex) + b avec Ex = Vx.Ey = (a x Ex) + b with Ex = Vx.
Le vecteur cornéen corrigé V de coordonnées (Vx, Vy) es alors obtenu par une simple règle de trois, puisque l'ordon née trouvée vaut +15°. On a donc : Vx = Vx et Vy = ( 15° x yThe corrected corneal vector V of coordinates (Vx, Vy) is then obtained by a simple rule of three, since the born order found is worth + 15 °. So we have : Vx = Vx and Vy = (15 ° x y
EyEy
Dans le cas d'un vecteur cornéen non corrigé d'ordonnée Vy négative, on utilise le même raisonnement, mais avec la droite d' passant par les points C et D.In the case of an uncorrected corneal vector of ordinate Vy negative, the same reasoning is used, but with the straight line passing through points C and D.
Par ailleurs, la calibration de l'oeil gauche 30-1 est obtenue en utilisant le symétrique du trapèze de la figure 6, par rapport à l'axe vertical AB.Furthermore, the calibration of the left eye 30-1 is obtained by using the symmetry of the trapezoid of FIG. 6, relative to the vertical axis AB.
Il est maintenant fait référence à la figure 9Reference is now made to FIG. 9
Au début d'un examen, l'opérateur installe l'être vivant sur le support 12, qui a été automatiquement positionné dans une position de référence à la fin de l'examen précédent. Puis, il s'installe sur son siège 43 et commence à dialoguer avec le micro-ordinateur 2 grâce à un clavier à touches 44. La gestion du dispositif est effectuée sous environnement "Windows". Cet environnement a été choisi pour sa convivia- lité et pour son utilisation très largement répandue. Néanmoins, sous Windows, il n'est pas encore possible de travailler en temps partagé, ou multitâche, sur 32 bits. Or, le dispositif est conçu pour un traitement en temps réel des images des yeux 30 acquises par l'intermédiaire des caméras 13. Cela nécessite d'afficher une image de stimulation sur l'écran du moniteur vidéo esclave 10, d'acquérir les images des deux yeux 30 éclairés par les deux faisceaux de référence infrarouges traités 37-1 et 37-2, à traiter ces images afin de connaître la direction de fixation du regard, à corréler ces images à l'image de stimulation, tout en affichant les images des deux yeux 30-1 et 30-2 à l'intérieur des deux gabarits 40-1 et 40-2 sur l'écran du moniteur vidéo maître 4. Toutes ces opérations doivent être effectuées en moins de 40 ms , soit 25 images par seconde, afin de parfaitement suivre les mouvements oculaires. Ces opérations sont rendues possibles grâce à la mise au point par le Demandeur d'un logiciel de commande qui court- circuite l'horloge propre à l'environnement Windows, et le remplace par sa propre horloge.At the start of an examination, the operator installs the living being on the support 12, which has been automatically positioned in a reference position at the end of the previous examination. Then, he settles on his seat 43 and begins to dialogue with the microcomputer 2 thanks to a keyboard with keys 44. The management of the device is carried out under "Windows" environment. This environment was chosen for its user-friendliness and for its widespread use. However, under Windows, it is not yet possible to work in timeshare, or multitasking, on 32 bits. However, the device is designed for real-time processing of the images of the eyes 30 acquired via the cameras 13. This requires displaying a stimulation image on the screen of the slave video monitor 10, acquiring the images of the two eyes 30 lit by the two treated infrared reference beams 37-1 and 37-2, to process these images in order to know the direction in which the gaze is fixed, to correlate these images to the stimulation image, while displaying the images of the two eyes 30-1 and 30-2 inside the two templates 40-1 and 40-2 on the screen of the master video monitor 4. All these operations must be carried out in less than 40 ms, ie 25 images per second, in order to perfectly follow the eye movements. These operations are made possible thanks to the development by the Applicant of control software which bypasses the clock specific to the Windows environment, and replaces it with its own clock.
Pour assurer la gestion d'un tel dispositif, le Demandeur a porté son choix sur un micro-ordinateur 2, compatible PC, muni d'un processeur i486DX fonctionnant au moins à 33MHz, et assisté par un microprocesseur 5, au moins pour assurer la partie calcul. Ce microprocesseur 5 sera par exemple celui fabriqué par la Société SIEMENS sous la référence N° 166. De plus, pour assurer le traitement et l'affichage simultanés des images des deux yeux 30 sur l'écran du moniteur vidéo maître 4, le Demandeur a choisi de coupler la carte de numérisation 9 à une interface bus mémoire de type VESA BUS.To ensure the management of such a device, the Applicant has chosen a microcomputer 2, PC compatible, provided with an i486DX processor operating at least at 33MHz, and assisted by a microprocessor 5, at least to ensure the calculation part. This microprocessor 5 will for example be that manufactured by the company SIEMENS under the reference No. 166. In addition, to ensure the simultaneous processing and display of the images of the two eyes 30 on the screen of the master video monitor 4, the Applicant has chosen to couple the digitization card 9 to a VESA BUS type memory bus interface.
Le dispositif informé du début de l'examen met ses éléments sous tension. Les deux sources de lumière infrarouge 14-1 et 14-2 délivrent alors chacune un faisceau de lumière de référence, lequel est traité par les éléments optiques décrits précédemment, puis réfléchi en direction d'une sous-zone pour l'oeil 29-i, par le miroir semi-transparent 38-i associé à son trajet optique. L'écran du moniteur vidéo maître 4 délivre alors deux images composées chacune d'un gabarit 40-i et d'une image acquise par l'une des caméras 13-i, laquelle image ne représente pas l'oeil 30-i, si l'être vivant n'est pas en position optimale d'examen. Dans ce cas, l'opérateur commande alors le positionnement vertical du support, ce qui est effectué par l'intermédiaire du boîtier de déplacement 25-2, afin que les images des yeux 30 fournies par les caméras 13 apparaissent au moins en partie à l'inté¬ rieur des deux gabarits 40.The device informed of the start of the examination energizes its elements. The two infrared light sources 14-1 and 14-2 then each deliver a reference light beam, which is processed by the optical elements described above, then reflected towards a sub-area for the eye 29-i , by the semi-transparent mirror 38-i associated with its optical path. The screen of the master video monitor 4 then delivers two images each composed of a template 40-i and an image acquired by one of the cameras 13-i, which image does not represent the eye 30-i, if the living being is not in an optimal position for examination. In this case, the operator then controls the vertical positioning of the support, which is done by means of the displacement unit 25-2, so that the images of the eyes 30 provided by the cameras 13 appear at least in part at 'interior of the two templates 40.
Le prépositionnement effectué, l'opérateur commande alors le positionnement automatique du support 12. Le micro-ordinateur 2 donne l'ordre au microprocesseur 5 d'effectuer la comparai¬ son entre les positions du contour des deux pupilles 41-1 et 41-2 et celles respectivement des deux gabarits 40-1 et 40-2. Si les contours sont intégralement inclus dans les gabarits 40, les yeux 30 de l'être vivant sont en position optimale et l'examen peut commencer. En revanche, si ce n'est pas le cas, le microprocesseur 5 calcule de combien de pas il va devoir déplacer chaque boîtier de déplacement 25-i afin que les deux yeux 30 se trouvent en regard des zones pour yeux 29. En cas d'échec, cette procédure par comparaison recommence. Si besoin est, le micro-ordinateur 2 utilise le télémètre 17 pour connaître précisément la distance entre les yeux 30 de l'être vivant et ledit dispositif.The prepositioning carried out, the operator then controls the automatic positioning of the support 12. The microcomputer 2 gives the order to the microprocessor 5 to perform the comparai¬ sound between the positions of the contour of the two pupils 41-1 and 41-2 and those of the two templates 40-1 and 40-2 respectively. If the contours are fully included in the templates 40, the eyes 30 of the living being are in an optimal position and the examination can begin. On the other hand, if this is not the case, the microprocessor 5 calculates by how many steps it will have to move each displacement unit 25-i so that the two eyes 30 are facing the eye areas 29. In the event of If this fails, this comparison procedure begins again. If necessary, the microcomputer 2 uses the range finder 17 to know precisely the distance between the eyes 30 of the living being and said device.
Lorsque l'être vivant est correctement positionné, le micro-ordinateur 2 commande à la photodiode 16 la mesure de l'intensité lumineuse infrarouge réfléchie sur le visage de l'être vivant. La photodiode 16 est connectée à un circuit électronique pouvant déclencher une alarme au niveau du moniteur vidéo maître 4, en cas de dépassement d'un seuil d'intensité choisi. En cas de dépassement de ce seuil, le micro-ordinateur 2 est apte à commander au boîtier de régula¬ tion 11 de régler l'intensité des sources de lumière infra- rouge 14, afin que cette intensité soit inférieure audit seuil.When the living being is correctly positioned, the microcomputer 2 controls the photodiode 16 to measure the infrared light intensity reflected on the face of the living being. The photodiode 16 is connected to an electronic circuit which can trigger an alarm at the level of the master video monitor 4, if a chosen intensity threshold is exceeded. If this threshold is exceeded, the microcomputer 2 is able to command the control unit 11 to adjust the intensity of the infrared light sources 14, so that this intensity is less than said threshold.
Ensuite, le micro-ordinateur 2 commande la procédure de calibration décrite précédemment, puis propose à l'opérateur sur l'écran du moniteur vidéo maître 4 un choix d'examens visuels de base parmi lesquels l'opérateur pourra sélection¬ ner un examen adapté à l'être vivant examiné.Then, the microcomputer 2 controls the calibration procedure described above, then offers the operator on the screen of the master video monitor 4 a choice of basic visual examinations from which the operator can select an adapted examination. to the living being examined.
Ces examens constituent une base de données qui pourra être complétée ultérieurement par chargement d'une disquette, ou d'une bande magnétique, dans le micro-ordinateur 2, lequel est muni à cet effet d'au moins trois emplacements en frontal permettant d'accepter un disque souple 5 pouces, un disque dur 3,5 pouces, ou 5 pouces, et un lecteur/enregistreur de cartouches magnétiques format externe 3,5 pouces.These examinations constitute a database which can be supplemented later by loading a floppy disk, or a magnetic tape, into the microcomputer 2, which is provided for this purpose with at least three slots on the front allowing accept a 5 inch floppy disk, a 3.5 inch, or 5 inch hard drive, and a 3.5 inch external format magnetic cartridge reader / writer.
Le dispositif, muni de sa base de données, géré sous environ¬ nement Windows, permet donc la sélection par barres d'icônes d'un examen particulier adapté à l'être vivant examiné, quel qu'il soit, puisque chaque examen est paramétré. Ainsi, avant de lancer un examen visuel donné, le micro-ordinateur 2 affiche sur l'écran du moniteur vidéo maître 4 le menu présentant les paramètres ajustables dudit examen visuel. Un exemple de menu de réglage des paramètres d'un examen donné est représenté sur la copie d'écran de la figure 10. En fonction de l'âge de l'être vivant, ou du problème visuel qui le concerne, on choisira, par exemple, d'examiner soit un oeil particulier, soit les deux. Puis, on ajustera la taille des objets à afficher sur l'écran du moniteur vidéo esclave 10, ainsi que leur vitesse et leur direction de défilement. Trois images de stimulation, extraites d'examens visuels de base, destinés à tester la détection périphérique des yeux, sont données à titre d'exemple sur la figure 11.The device, provided with its database, managed under Windows environment, therefore allows the selection by icon bars of a particular examination adapted to the living being examined, which that it is, since each exam is configured. Thus, before launching a given visual examination, the microcomputer 2 displays on the screen of the master video monitor 4 the menu presenting the adjustable parameters of said visual examination. An example of a menu for adjusting the parameters of a given examination is shown in the screenshot of FIG. 10. Depending on the age of the living being, or the visual problem which concerns it, we will choose, by example, consider either a particular eye, or both. Then, the size of the objects to be displayed on the screen of the slave video monitor 10 will be adjusted, as well as their speed and their direction of travel. Three stimulation images, extracted from basic visual examinations, intended to test the peripheral detection of the eyes, are given by way of example in FIG. 11.
La bibliothèque d'examens visuels, que constitue la base de données, propose les examens suivants :The library of visual examinations, which constitutes the database, offers the following examinations:
- détection périphérique, - échelle d'acuité 1,- peripheral detection, - acuity scale 1,
- échelle d'acuité 2,- acuity scale 2,
- préférences visuelles,- visual preferences,
- poursuite,- pursuit,
- saccades, - Thibaudet,- jerks, - Thibaudet,
- Nystag us optocinétique,- Nystag us optokinetics,
- potentiel évoqué visuel (PEV) .- visual evoked potential (EPI).
Les examens proposés peuvent être classés en trois groupes de méthodes, qui concernent l'activité visuelle ou l'oculomotri- cité.The proposed examinations can be classified into three groups of methods, which relate to visual activity or oculomotility.
Le premier groupe concerne les méthodes comportementales. Elles ont déjà fait l'objet pour une bonne partie d'entre elles, d'une automatisation, mais pour l'étude d'un oeil unique, ce qui interdit les examens binoculaires. Elles regroupent principalement la technique du regard préférentiel particulièrement adaptée aux enfants de moins de quatre ans, et la technique dite de poursuite visuelle de cible mobile. Ces deux techniques sont évidemment proposées par le disposi¬ tif en examen monoculaire ou binoculaire.The first group concerns behavioral methods. Many of them have already been automated, but for the study of a single eye, which prohibits binocular examinations. They mainly include the preferential gaze technique, which is particularly suitable for children under the age of four, and the so-called visual target tracking technique. These two techniques are obviously proposed by the device in monocular or binocular examination.
Le deuxième groupe concerne les méthodes subjectives, qui font appel à une collaboration active de l'être vivant examiné. Chez l'enfant, elles sont utilisables généralement après 30 mois. Ces méthodes ne font pas l'objet d'une automatisation, puisqu'elles nécessitent en général soit une réponse vocale, soit une indication manuelle sur une image jumelle de celle affichée sur le moniteur vidéo esclave 10.The second group concerns the subjective methods, which call for an active collaboration of the living being examined. In children, they are generally usable after 30 months. These methods are not subject to automation, since they generally require either a voice response or a manual indication on a twin image of that displayed on the slave video monitor 10.
A cet effet, le dispositif est muni d'un module vocal composé d'un enregistreur vocal 45 couplé à une carte électronique de synthèse vocale 46 pouvant reconnaître un certain nombre de mots-clés en référence aux images de stimulation affichées sur l'écran du moniteur vidéo esclave 10. Par ailleurs, le dispositif est apte à mesurer le temps de réaction, dit "temps d'intégration", qui s'écoule entre l'affichage d'une image de stimulation et une réponse vocale émise par l'être vivant examiné suite à l'observation de ladite image. L'automatisation complète de ce type d'examen présente donc un avantage très important, puisqu'elle donne accès au temps d'intégration visuelle d'une image.To this end, the device is provided with a voice module composed of a voice recorder 45 coupled to an electronic voice synthesis card 46 which can recognize a certain number of keywords with reference to the stimulation images displayed on the screen of the slave video monitor 10. Furthermore, the device is able to measure the reaction time, called "integration time", which elapses between the display of a stimulation image and a voice response emitted by the being alive examined following the observation of said image. The complete automation of this type of examination therefore has a very important advantage, since it gives access to the visual integration time of an image.
Par exemple, dans un examen de type MONOYER, l'opérateur demande à l'être vivant examiné de lire à haute voix les caractères affichés sur l'écran du moniteur esclave 10. Le module vocal va transcrire les mots ou lettres émis par l'être vivant examiné, et les comparer au contenu de l'image affichée.For example, in a MONOYER type examination, the operator asks the living being examined to read aloud the characters displayed on the screen of the slave monitor 10. The voice module will transcribe the words or letters sent by the living being examined, and compare them to the content of the displayed image.
L'analyse de l'examen s'effectue caractère après caractère, image de stimulation après image de stimulation, par une comparaison vrai/faux. En fonction des paramètres d'examen choisis par l'opérateur et du nombre de bonnes réponses, le micro-ordinateur 2 attribue ensuite une note d'examen. Le troisième groupe concerne les méthodes objectives. Elles regroupent les techniques du potentiel évoqué visuel (PEV) et l'électrorétinogramme.The analysis of the examination is carried out character after character, image of stimulation after image of stimulation, by a true / false comparison. Depending on the examination parameters chosen by the operator and the number of correct answers, the microcomputer 2 then assigns an examination mark. The third group concerns objective methods. They bring together the techniques of visual evoked potential (EPI) and the electroretinogram.
Le potentiel évoqué visuel est une réponse électrique d cortex à une stimulation lumineuse. L'excitation des cellules rétiniennes provoque une décharge de potentiels d'actions, qui sont transmis à travers les voies optiques jusqu'a cortex occipital de l'être vivant examiné. Ces signaux son alors recueillis par les électrodes 23 posées sur le cui chevelu, en regard des deux lobes occipitaux. Dans l présente invention, les électrodes 23 sont fixées à l'inté rieur du casque 22 ajustable, et connectées au boîtier d connexion 21 logé dans le dossier 20 du support 12. L boîtier de connexion est en outre connecté à un circui d'acquisition et de traitement numérique de signaux analogi ques complexes et de faible amplitude, lequel circuit es couplé à une bibliothèque de programmes mathématiques, comm par exemple des transformées de Fourrier, stockée dans l mémoire de masse 3.The visual evoked potential is an electrical cortex response to light stimulation. The excitation of the retinal cells causes a discharge of action potentials, which are transmitted through the optical pathways to the occipital cortex of the living being examined. These signals are then collected by the electrodes 23 placed on the scalp, facing the two occipital lobes. In the present invention, the electrodes 23 are fixed inside the adjustable helmet 22, and connected to the connection box 21 housed in the backrest 20 of the support 12. The connection box is also connected to an acquisition circuit. and digital processing of complex analog signals of low amplitude, which circuit is coupled to a library of mathematical programs, such as Fourier transforms, stored in mass memory 3.
Cependant, le dispositif ne fournira qu'un relevé de l'acti vité cérébrale induite par les images de stimulation, et no pas une analyse de l'activité cérébrale. Celle-ci, ainsi qu le compte-rendu, devront être effectués à l'issue de l'exame par l'opérateur.However, the device will only provide a statement of brain activity induced by stimulation images, and not an analysis of brain activity. This, as well as the report, must be made at the end of the examination by the operator.
Le potentiel évoqué visuel est un signal de faible voltag masqué par l'électro-encéphalogramme, qui constitue un brui de fond. Il faut donc extraire le signal du potentiel évoqu visuel de ce bruit de fond.The visual evoked potential is a low voltag signal masked by the electroencephalogram, which constitutes background noise. It is therefore necessary to extract the signal of the visual evocation potential from this background noise.
L'électrorétinogramme représente le potentiel d'activit global des tissus rétiniens induit par une stimulatio lumineuse. Cette technique nécessite une dilatation pupil laire préalable ainsi qu'une anesthésie cornéenne. Tout comm pour les techniques de potentiel évoqué visuel, l'être vivan examiné est équipé du casque 22 muni des électrodes 23. L stimulation est réalisée à l'aide d'un affichage spécifiqu d'images de stimulation sur l'écran du moniteur vidéo esclave 10. Ceci permet d'obtenir une stimulation en champ total qui éclaire uniformément la rétine.The electroretinogram represents the potential for overall activity of the retinal tissues induced by light stimulation. This technique requires prior pupil dilation as well as corneal anesthesia. As with visual evoked potential techniques, the living being examined is equipped with a helmet 22 provided with electrodes 23. The stimulation is carried out using a specific display. of stimulation images on the screen of the slave video monitor 10. This makes it possible to obtain stimulation in full field which uniformly illuminates the retina.
On se réfère maintenant aux figures 12 et 13.We now refer to Figures 12 and 13.
Lorsque le choix des paramètres de l'examen visuel est effectué, le micro-ordinateur 2 commande l'affichage, sur l'écran du moniteur vidéo esclave 10, de la première image de stimulation dudit examen. La ou les caméras 13-i ont le temps d'acquérir plusieurs images de l'oeil ou des yeux 30-i examinés. La procédure d'acquisition de chaque image et le calcul des coordonnées du point cornéen 42-i, associé, en référence au centre de la pupille 41-i, ont été décrits précédemment. Il reste alors au micro-ordinateur 2, en cas de traitement en temps réel, à corriger les coordonnées des points cornéens 42-i par le facteur de correction calculé lors de la calibration, et à déduire de ces coordonnées corrigées la direction de fixation du regard, commune aux images de l'oeil ou des yeux, afin de les correler à l'image de stimulation affichée.When the choice of the parameters of the visual examination is made, the microcomputer 2 controls the display, on the screen of the slave video monitor 10, of the first image of stimulation of said examination. The camera or cameras 13-i have the time to acquire several images of the eye or eyes 30-i examined. The procedure for acquiring each image and calculating the coordinates of the associated corneal point 42-i, with reference to the center of the pupil 41-i, have been described previously. It then remains at the microcomputer 2, in the event of real-time processing, to correct the coordinates of the corneal points 42-i with the correction factor calculated during calibration, and to deduce from these corrected coordinates the direction of fixation of the gaze, common to the images of the eye or the eyes, in order to correlate them with the stimulation image displayed.
La procédure est réitérée pour toutes les images de stimula tion de l'examen visuel effectué. Les directions de fixatio mesurées sont ensuite regroupées sur un graphique, comm celui de la figure 12. Cela permet de suivre au cours d temps le mouvement des yeux 30 dans les deux directions X e Y définissant l'écran du moniteur vidéo esclave 10.The procedure is repeated for all stimulation images of the visual examination carried out. The measured fixing directions are then grouped together on a graph, like that of FIG. 12. This makes it possible to follow, over time, the movement of the eyes 30 in the two directions X and Y defining the screen of the slave video monitor 10.
Trois informations peuvent être extraites de ces graphes :Three pieces of information can be extracted from these graphs:
- les microsaccades d'ajustement du regard, qui peuvent êtr liées à des microdéplacements soit du regard, soit de l'êtr vivant examiné, ou bien à l'imprécision sur le calcul de coordonnées du point cornéen 42-i;- the microsaccades of gaze adjustment, which can be linked to microdisplacements either of the gaze or of the living being examined, or else to the imprecision on the calculation of coordinates of the corneal point 42-i;
- les saccades, qui attestent du changement de direction d fixation du regard dans le champ visuel; et - les "fixations" qui caractérisent les durées pendant lesquelles le regard est resté dans une même direction.- jerks, which attest to the change in direction of gaze fixation in the visual field; and - the "fixations" which characterize the periods during which the gaze remained in the same direction.
Le microprocesseur 5 est muni d'un filtre qui lui permet de ne conserver, en vue d'analyse, que les saccades et les fixations.The microprocessor 5 is provided with a filter which allows it to keep, for analysis, only the saccades and the fixings.
Théoriquement, dès qu'une image de stimulation diffère, par son contenu, de l'image précédente, la direction de fixation du regard doit changer. Connaissant les durées des fixations et les positions dans le temps des saccades, le microproces¬ seur 5 est apte à correler ces informations aux positions des motifs des images de stimulation successivement affichées. Le micro-ordinateur 2 est ensuite apte à délivrer un compte-ren- du de l'examen visuel effectué, après pondération des résultats par un coefficient dépendant des paramètres d'examen initialement choisis, en référence à une table de correspondance paramètres d'examen/coefficient, stockés dans la mémoire de masse 3. Ce compte-rendu est affiché sur l'écran du moniteur vidéo maître 4. Il peut également être imprimé par une imprimante 47 connectée au micro-ordinateur 2, sur ordre de l'opérateur, lequel peut sélectionner cette option dans un menu géré par l'environnement Windows, à la fin de l'examen.Theoretically, as soon as a stimulating image differs in content from the previous image, the direction of gaze fixation must change. Knowing the durations of the fixations and the positions over time of the saccades, the microprocessor 5 is able to correlate this information with the positions of the patterns of the stimulation images successively displayed. The microcomputer 2 is then able to deliver an account of the visual examination carried out, after weighting of the results by a coefficient depending on the examination parameters initially chosen, with reference to a correspondence table examination parameters / coefficient, stored in mass memory 3. This report is displayed on the screen of the master video monitor 4. It can also be printed by a printer 47 connected to the microcomputer 2, on the operator's order, which can select this option in a menu managed by the Windows environment, at the end of the exam.
Les données de l'examen et le compte-rendu sont également stockés dans la mémoire de masse 3. Ces données pourront être également transférées soit sur disquette, soit sur bande magnétique, après sélection d'options dans un menu géré par l'environnement Windows (Marque déposée), à la fin de l'examen.The data of the examination and the report are also stored in mass memory 3. This data can also be transferred either on diskette or on magnetic tape, after selection of options in a menu managed by the Windows environment. (Registered trademark), at the end of the exam.
Il est fait maintenant référence à la figure 14.Reference is now made to FIG. 14.
En cas de traitement différé, la procédure de calibration en temps différé sera appliquée directement sur les coordonnées des points cornéens 42-i, puis un traitement des données, identiques à celui effectué en temps réel, sera fait. Le traitement des données, en temps différé, est automatique lorsque l'examen visuel fait appel à un suivi des mouvements oculaires couplé à une participation vocale de l'être vivant examiné. Ce sera le cas, par exemple, pour les examens de type Monoyer.In case of deferred processing, the deferred time calibration procedure will be applied directly to the coordinates of the corneal points 42-i, then data processing, identical to that performed in real time, will be done. The processing of data, in deferred time, is automatic when the visual examination calls for eye movement monitoring coupled with vocal participation by the living being examined. This will be the case, for example, for Monoyer type exams.
Pour ce type d'examen, le traitement différé est rendu obligatoire car le micro-ordinateur 2 ne peut gérer dans un même temps (inférieur à 40 ms), à la fois la synthèse vocale, les temps de réponse vocale, et la détermination des direc¬ tions de fixation, et correler ces informations aux images de stimulation.For this type of examination, deferred processing is made compulsory because the microcomputer 2 cannot manage at the same time (less than 40 ms), both the voice synthesis, the voice response times, and the determination of the fixation directions, and correlate this information to the stimulation images.
Quel que soit le type de traitement, à la fin d'un premier examen visuel, l'opérateur peut, en fonction des résultats de ce premier examen, décider d'effectuer un ou plusieurs autres examens visuels. S'il décide d'effectuer un second examen, il doit alors recommencer toute la procédure décrite ci-dessus, y compris la calibration, mais néanmoins sans toucher au positionnement du support 12.Whatever the type of treatment, at the end of a first visual examination, the operator may, depending on the results of this first examination, decide to carry out one or more other visual examinations. If he decides to carry out a second examination, he must then repeat the entire procedure described above, including the calibration, but nevertheless without affecting the positioning of the support 12.
Dans le cas contraire, lorsque l'opérateur décide que l'être vivant a subi suffisamment d'examens, il sélectionne l'option "fin d'examen" dans un menu géré par l'environnement Windows. Le micro-ordinateur 2, informé de cette décision, va comman¬ der le repositionnement du support 12 en position de référen¬ ce. Il va ensuite commander au boîtier de régulation 11 d'éteindre les trois sources de lumière 14 et 15.Otherwise, when the operator decides that the living being has undergone enough exams, he selects the "end of exam" option in a menu managed by the Windows environment. The microcomputer 2, informed of this decision, will order the repositioning of the support 12 in the reference position. It will then order the regulation unit 11 to switch off the three light sources 14 and 15.
Le dispositif présente de nombreux avantages comparé aux dispositifs actuels :The device has many advantages compared to current devices:
- le positionnement de l'être vivant examiné est réalisé de façon totalement automatisée, dans un environnement peu contraignant et convivial;- the positioning of the living being examined is carried out in a fully automated manner, in a non-restrictive and user-friendly environment;
- tous les examens visuels connus et nécessaires au dépistage des pathologies visuelles sont automatisés; - la paramétrisation des examens permet de les adapter à toute personne, quel que soit son âge, y compris au nourris¬ son;- all known visual examinations necessary for screening for visual pathologies are automated; - the parametrization of the exams makes it possible to adapt them to any person, whatever their age, including the infant;
- les deux voies d'acquisition des images des yeux permettent d'effectuer des examens binoculaires;- the two ways of acquiring eye images allow binocular examinations to be carried out;
- l'analyse et le traitement des données sont effectués en temps réel, ou bien immédiatement après la fin de l'examen, ce qui autorise l'enchaînement rapide d'examens visuels différents; et- the analysis and processing of the data is carried out in real time, or immediately after the end of the examination, which authorizes the rapid sequence of different visual examinations; and
- le dispositif délivre en fin d'examen un compte-rendu en fonction des paramètres d'examen choisis par l'opérateur au début dudit examen, en toute objectivité.- the device delivers at the end of the examination a report according to the examination parameters chosen by the operator at the start of said examination, in all objectivity.
Il a été fait référence dans le descriptif à un dispositif de commande de positionnement du support par signal électrique circulant dans des câbles. Tout dispositif d'émission d'ordre à distance, connu par l'homme du métier, pourra être utilisé en lieu et place du dispositif décrit.Reference has been made in the description to a device for controlling the positioning of the support by electrical signal flowing in cables. Any remote order transmission device known to those skilled in the art can be used in place of the device described.
Les examens visuels devant être effectués dans des lieux à éclairage contrôlé, il pourra être prévu de gérer l'éclairage de ceux-ci, directement au niveau du micro-ordinateur.As visual examinations must be carried out in places with controlled lighting, provision may be made to manage their lighting, directly at the level of the microcomputer.
Si les examens actuels sont prévus pour tester des hommes, quel que soit leur âge, il est clair qu'ils pourront être adaptés à l'étude d'autres êtres vivants, comme par exemple des primates.If the current examinations are planned to test men, whatever their age, it is clear that they can be adapted to the study of other living beings, such as for example primates.
Le dispositif ne saurait se limiter à la prévention des pathologies visuelles. Il pourra être utilisé dans de nombreuses situations, comme par exemple dans les centres d'exploration fonctionnelle, où dans des centres de médecine du travail afin de déterminer si un travail donné correspond à une personne donnée, où encore dans des cabinets d'exper¬ tise pour déceler d'éventuelles simulations post-accident, mais également pour une commande par le regard destiné par exemple au pilotage d'objets en temps réel. The system cannot be limited to the prevention of visual pathologies. It can be used in many situations, such as in functional exploration centers, or in occupational health centers to determine whether a given job corresponds to a given person, or even in experimental offices. tise to detect possible post-accident simulations, but also for an eye control intended for example for piloting objects in real time.

Claims

Revendications claims
1. Dispositif de contrôle oculaire du type comprenant :1. Eye control device of the type comprising:
- un support (12) d'être vivant, mobile sur commande dans au moins une direction, et définissant une zone pour les yeux (29) dudit être vivant,a support (12) for being alive, mobile on command in at least one direction, and defining an area for the eyes (29) of said living being,
- un bâti (1), dans lequel sont installées en position fixe, au moins une source de lumière (14), pouvant délivrer au niveau de la zone pour yeux (29) un faisceau de lumière ayant des propriétés optiques choisies (37-i), ainsi qu'au moins une caméra (13-i) apte à acquérir une image issue de la réflexion dudit faisceau lumineux (37-i) sur un oeil (30-i) de l'être vivant, laquelle image comprend le contour de la pupille (41-i) et un point "cornéen" (42-i) représentant la cornée, et- a frame (1), in which are installed in a fixed position, at least one light source (14), capable of delivering at the level of the eye area (29) a beam of light having selected optical properties (37-i ), as well as at least one camera (13-i) capable of acquiring an image resulting from the reflection of said light beam (37-i) on an eye (30-i) of the living being, which image includes the outline of the pupil (41-i) and a "corneal" point (42-i) representing the cornea, and
- des moyens de traitement aptes à numériser la ou les images des yeux fournies par la ou les caméras (13-i), et compre¬ nant, en connexion, des moyens de traitement de gestion aptes à stocker dans une mémoire de masse (3) une grille bidimen- sionnelle contenant un gabarit (40-i), ainsi que des moyens de traitement de calcul aptes à traiter au moins une image numérisée, en calculant les coordonnées du centre de la pupille (41-i), et celle du centre du point cornéen (42-i) en référence audit centre de la pupille (41-i),- processing means capable of digitizing the image or images of the eyes provided by the camera (s) (13-i), and including, in connection, management processing means capable of storing in a mass memory (3 ) a two-dimensional grid containing a template (40-i), as well as calculation processing means able to process at least one digitized image, by calculating the coordinates of the center of the pupil (41-i), and that of the center of the corneal point (42-i) with reference to said center of the pupil (41-i),
caractérisé en ce que les moyens de traitement de calcul sont aptes à calculer, dès réception d'une image numérisée, les coordonnées du centre de la pupille (41-i) et de son contour en référence au gabarit (40-i), ainsi qu'à commander le déplacement du support (12), pour positionner exactement au moins un oeil (30-i) dans l'axe d'une caméra (13-i), en fonction d'une comparaison entre les coordonnées du contour de la pupille (41-i) et celles du gabarit (40-i).characterized in that the calculation processing means are capable of calculating, upon receipt of a digitized image, the coordinates of the center of the pupil (41-i) and its outline with reference to the template (40-i), thus that to control the displacement of the support (12), to position exactly at least one eye (30-i) in the axis of a camera (13-i), according to a comparison between the coordinates of the contour of the pupil (41-i) and those of the template (40-i).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont aptes à interrompre ledit déplacement dudit support (12) lorsque le contour de la pupille (41-i) est intégralement contenu dans le gabarit (40-i).2. Device according to claim 1, characterized in that the processing means are capable of interrupting said displacement of said support (12) when the contour of the pupil (41-i) is entirely contained in the template (40-i).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caracté¬ risé en ce que ladite mémoire de masse (3) est également propre à stocker des données relatives à une pluralité d'examens visuels de base de paramètres variables, et de tests de réglage du positionnement de l'oeil, constitués chacun d'une suite choisie d'images de stimulation visuelle.3. Device according to one of claims 1 and 2, caracté¬ ized in that said mass memory (3) is also suitable for storing data relating to a plurality of basic visual examinations of variable parameters, and tests for adjusting the positioning of the eye, each consisting of a selected series of visual stimulation images.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites images de stimulation sont affichées par un moniteur vidéo "esclave" (10), connecté aux moyens de traitement, puis elles sont transmises en direction des yeux (30) par un miroir semi-transparent (39) dont l'orientation permet de confondre l'axe de l'image réfléchie sur ledit miroir (39), et l'axe de la caméra (13-i).4. Device according to claim 3, characterized in that said stimulation images are displayed by a "slave" video monitor (10), connected to the processing means, then they are transmitted towards the eyes (30) by a semi mirror transparent (39) whose orientation makes it possible to confuse the axis of the image reflected on said mirror (39), and the axis of the camera (13-i).
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bâti (1) comprend en outre une source de lumière froide (15) d'intensité réglable, pour éclairer un local dans lequel se trouve installé ledit dispositif.5. Device according to claim 1, characterized in that the frame (1) further comprises a cold light source (15) of adjustable intensity, for lighting a room in which said device is installed.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caracté¬ risé en ce que les moyens de traitement de calcul sont aptes à établir une correspondance entre une succession de coordon¬ nées identiques du centre du point cornéen (42-i), et une direction de fixation de l'oeil (30-i), en fonction d'une table de correspondance coordonnées du point cornéen/direc- tion de fixation, stockée dans la mémoire de masse (3), ladite direction de fixation étant associée à une image de stimulation, et en constituant une réponse.6. Device according to one of claims 1 and 2, caracté¬ ized in that the calculation processing means are able to establish a correspondence between a succession of identical coordon¬ borns of the center of the corneal point (42-i), and a direction of fixation of the eye (30-i), as a function of a correspondence table coordinates of the corneal point / direction of fixation, stored in the mass memory (3), said direction of fixation being associated to a stimulating image, and constituting a response.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont en outre aptes à effectuer, après positionnement du support (12), un test de réglage, dit "calibration", pour calculer un facteur de correction, propre à chaque oeil (30-i), sur la correspon- dance coordonnées du point cornéen/direction de fixation effectuée pour chaque image de l'oeil acquise par la caméra (13-i), ainsi qu'à corriger chaque réponse en fonction dudit facteur de correction.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing means are further capable of performing, after positioning of the support (12), an adjustment test, called "calibration", to calculate a correction factor , specific to each eye (30-i), on the corresponding dance coordinates of the corneal point / direction of fixation performed for each image of the eye acquired by the camera (13-i), as well as correcting each response as a function of said correction factor.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement pondèrent chaque réponse à une image de stimulation d'un examen de paramètres donnés, par un coefficient en fonction d'une table de correspondance paramètres d'examen/coefficient, et délivrent un compte-rendu d'examen en fonction des réponses corrigées et pondérées associées à chaque image de stimula¬ tion dudit examen, lequel compte-rendu est stocké dans la mémoire de masse (3) et/ou imprimé sur papier par une impri- mante (47) connectée auxdits moyens de traitement.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing means weight each response to a stimulation image of an examination of given parameters, by a coefficient as a function of an examination parameters correspondence table / coefficient, and deliver an examination report as a function of the corrected and weighted responses associated with each stimulation image of said examination, which report is stored in the mass memory (3) and / or printed on paper by a printer (47) connected to said processing means.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent en outre un moniteur vidéo "maître" (4), fixé dans le bâti (1), pour afficher au choix au moins l'image d'un oeil (30-i) ac¬ quise par une caméra (13-i), les paramètres propres à un examen visuel, ou le compte-rendu d'un examen visuel.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing means further comprise a "master" video monitor (4), fixed in the frame (1), to display, as desired, at least the image d 'an eye (30-i) acquired by a camera (13-i), the parameters specific to a visual examination, or the report of a visual examination.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent en outre des moyens d'enregistrement (45) et d'analyse (46) de la voix de l'être vivant apte à mesurer, si nécessaire, un temps mis par ledit être vivant pour répondre vocalement à une image de stimulation.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing means further comprise recording (45) and analysis (46) means of the voice of the living being able to measure, if necessary, a time taken by said living being to respond vocally to a stimulation image.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caracté¬ risé en ce que le support (12) comprend en outre des moyens pour connecter un casque (22) muni d'électrodes (23) aux moyens de traitement.11. Device according to one of claims 1 to 9, caracté¬ ized in that the support (12) further comprises means for connecting a helmet (22) provided with electrodes (23) to the processing means.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les électrodes (23) sont aptes à recueillir des signaux électriques émis par des cellules rétiniennes de l'être vivant, en direction des lobes occipitaux de son cerveau, suite à l'observation, par au moins un oeil (30-i), d'une image de stimulation, et12. Device according to claim 11, characterized in that the electrodes (23) are capable of collecting electrical signals emitted by retinal cells of the living being, in the direction of the occipital lobes of his brain, following the observation, by at least one eye (30-i), of a stimulation image, and
en ce que les moyens de traitement sont également aptes à correler lesdits signaux électriques à l'image de stimulation concernée.in that the processing means are also able to correlate said electrical signals to the stimulation image concerned.
13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent également :13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing means also comprise:
- un boîtier de régulation de la puissance (11), propre à réguler, d'une part l'intensité des sources de lumière (14, 15) et d'autre part la vitesse de déplacement dudit support (12), eta power regulation box (11), capable of regulating, on the one hand the intensity of the light sources (14, 15) and on the other hand the speed of movement of said support (12), and
- un capteur (16) pour mesurer, après positionnement du support, l'intensité du faisceau de lumière de référence (47-1) réfléchi sur le visage de l'être vivant, lequel capteur (16) est connecté à un circuit électronique pouvant déclencher une alarme au niveau du moniteur maître (4), en cas de dépassement d'un seuil d'intensité choisi.- a sensor (16) for measuring, after positioning the support, the intensity of the reference light beam (47-1) reflected on the face of the living being, which sensor (16) is connected to an electronic circuit capable of trigger an alarm at the master monitor (4), if a selected intensity threshold is exceeded.
14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, du type comprenant deux sources de lumière infrarouges (14-1 et14. Device according to one of the preceding claims, of the type comprising two infrared light sources (14-1 and
14-2) calibrées et deux caméras (13-1 et 13-2) à couplage de charges,14-2) calibrated and two cameras (13-1 and 13-2) with charge coupling,
caractérisé en ce que chaque source de lumière infrarouge (14-1 et 14-2) est apte à délivrer un faisceau de lumière infrarouge de référence destiné à être réfléchi sur un oeil (30-i) dudit être vivant, puis détecté par la caméra (13-i) dont l'axe est confondu avec l'axe du faisceau de lumière de référence, etcharacterized in that each infrared light source (14-1 and 14-2) is capable of delivering a reference infrared light beam intended to be reflected on an eye (30-i) of said living being, then detected by the camera (13-i) whose axis coincides with the axis of the reference light beam, and
en ce que les moyens de traitement sont aptes à traiter en parallèle et en temps réel les images des yeux fournies par les deux caméras (13), et à associer une direction de fixation, pour chaque oeil (30-i), à une image de stimula¬ tion.in that the processing means are able to process in parallel and in real time the images of the eyes provided by the two cameras (13), and to associate a direction of fixing, for each eye (30-i), to a stimulation image.
15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement de gestion comprennent :15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the management processing means comprise:
- un micro-ordinateur (2) apte à gérer le réglage du posi¬ tionnement du support (12) et les examens visuels,a microcomputer (2) capable of managing the adjustment of the positioning of the support (12) and the visual examinations,
- une carte de gestion des entrées/sorties (7) pour autoriser le dialogue entre les éléments constituant ledit dispositif,- an input / output management card (7) for authorizing dialogue between the elements constituting said device,
- une carte de numérisation (9), pour numériser les images fournies par les caméras (13), eta digitization card (9), for digitizing the images supplied by the cameras (13), and
en ce que les moyens de traitement de calcul comprennent un microprocesseur (5) apte à :in that the calculation processing means comprise a microprocessor (5) capable of:
- calculer les coordonnées du contour et du centre de la pupille (41-i), ainsi que les coordonnées du centre du point cornéen (42-i) en référence audit centre de la pupille- calculate the coordinates of the contour and of the center of the pupil (41-i), as well as the coordinates of the center of the corneal point (42-i) with reference to said center of the pupil
(41-i),(41-i),
- commander le positionnement du support (12) en fonction de la comparaison entre les coordonnées du contour de la pupille (41-i) et celles de l'un des gabarits (40-i) contenu dans la grille bidimensionnelle.- controlling the positioning of the support (12) as a function of the comparison between the coordinates of the contour of the pupil (41-i) and those of one of the templates (40-i) contained in the two-dimensional grid.
- déduire desdites coordonnées des directions de fixation,- deduce from said coordinates fixing directions,
- corriger et pondérer les directions de fixation en fonction respectivement de la calibration et des paramètres d'examen, etcorrect and weight the fixing directions as a function respectively of the calibration and of the examination parameters, and
- correler les réponses vocales ou les signaux électriques à des images de stimulation. - correlate vocal responses or electrical signals to stimulation images.
16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moniteur vidéo esclave (10) et la source de lumière froide (15) sont logés dans le bâti (1). 16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the slave video monitor (10) and the cold light source (15) are housed in the frame (1).
EP95920142A 1994-05-20 1995-05-15 Device for controlling eye movement Withdrawn EP0759722A1 (en)

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