FR2596940A1 - Electronic method enabling a video signal to be transformed into an audible sound signal identifiable by the human ear and apparatus enabling it to be implemented - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ELECTRONIQUE PERMETTANT DE TRANSFORMER UN SIGNAL VIDEO EN UN SIGNAL
SONORE AUDIBLE IDENTIFIABLE PAR L'OREILLE HUMAINE ET APPAREIL PERMETTANT DE
LE METTRE EN OEUVRE
La présente invention a trait à un procédé électronique permettant de transformer un signal vidéo, obtenu à partir d'une image captée par un système optique, en un signal sonore audible identifiable par l'oreille humaine.ELECTRONIC PROCESS FOR TRANSFORMING A VIDEO SIGNAL INTO A SIGNAL
AUDIBLE AUDIBLE IDENTIFIABLE BY THE HUMAN EAR AND APPARATUS FOR
IMPLEMENT IT
The present invention relates to an electronic method for transforming a video signal, obtained from an image captured by an optical system, into an audible audible signal identifiable by the human ear.
L'oeil est l'organe de la vue permettant d'informer à distance l'individu, sur la forme des objets placés dans son champ visuel. La vision des formes d'un objet peut être obtenue d'un seul oeil alors que la vision des distances est binoculaire et se fonde sur lacomparaison cérébrale entre les images fournies silmutanément par l'oeil droit etpar l'oeil gauche; images qui sont différentes. The eye is the organ of sight making it possible to inform the individual at a distance, about the shape of the objects placed in his visual field. The vision of the shapes of an object can be obtained with a single eye while the vision of the distances is binocular and is based on the cerebral comparison between the images provided simultaneously by the right eye and by the left eye; images that are different.
L'oreille est l'organe du sens de l'ouïe, du sens de la position et de celui des déplacements de la tête, dit "sens de l'équilibration". The ear is the organ of the sense of hearing, the sense of position and that of the movements of the head, called "sense of equilibration".
La faculté de percevoir les images des objets à l'aide d'un autre sens à défaut de la vue, peut se faire avec les doigts par le sens du toucher. The faculty of perceiving the images of objects using another sense in the absence of sight, can be done with the fingers by the sense of touch.
Cette forme de perception des images des objets extérieurs est limitée par la distance qui sépare l'individu desdits objets. Cependant, elle a permis de mettre en place un moyen de communication avec le monde extérieur basé sur un nouveau système d'écriture en points vaillants qui est actuellement universellement adopté par les aveugles.This form of perception of images of external objects is limited by the distance which separates the individual from said objects. However, it made it possible to set up a means of communication with the outside world based on a new system of writing in gallant points which is currently universally adopted by the blind.
Il a été imaginé d'utiliser également le sens de l'ouïe pour percevoir, à défaut de vue, à l'aide d'un appareil de détection mettant en oeuvre la réflexion des ultra-sons pour renseigner sur la direction et sur la distance des obstacles. Cette forme de perception ne se limite qu'à une approximation des distances séparant un individu privé de la vue, des obstacles qui se présentent -ou ne se présentent pas- devant lui.It has been imagined to also use the sense of hearing to perceive, failing sight, using a detection device implementing the reflection of ultrasound to provide information on the direction and on the distance. obstacles. This form of perception is limited only to an approximation of the distances separating an individual deprived of sight, of obstacles which present themselves - or do not present themselves - before him.
D'autre part, des tests expérimentaux ont permis d'observer certaines caractéristiques fondamentales sur les sensations auditives perçues par un individu, ceci en fonction des variations de l'amplitude et de la fréquence d'un son. En effet, une variation de fréquence d'un même son donne à l'individu, l'impression que le point d'émission dudit son varie selon une ligne verticale. On the other hand, experimental tests have made it possible to observe certain fundamental characteristics of the auditory sensations perceived by an individual, this depending on the variations in the amplitude and frequency of a sound. Indeed, a variation in frequency of the same sound gives the individual the impression that the point of emission of said sound varies along a vertical line.
Faisant le bilan de ces diverses constatations, le tema:id-ur a nOri des recherches orientées vers les mêmes oblectiis et qui ont atousi à la aise au point d'un procédé électronique permettant de transformer un sjknai vidéo obtenu à partir d'une image captée par un système Optise en un signal sonore audible identifiable par l'oreille humaine.Selon l'inventionS ce procédé est remarquable en ce qu'il consite:
- dans un premier temps, à établir et à stocker dans ces mémoires, pour chacune des deux oreilles d'un individu, la courbe de réponse de l'amplitude d'un signal en fonction de la fréquence tonnée à celui-ci,
- dans un deuxième temps, à établer et à stocker dans des mémoires, pour chacune des deux oreilles du rêne individu, la courbe de réponse de l'amplitude d'un signal en fonction de la direction donnée à ceìui-cv,
- dans un troisième temps, à stocker dans une mémoire, le signal vidéo en sortie du système optique, pendant le temps de traitement dudit signal par un calculateur électronique doté d'un programme préenregistré qui::
- d'une part, transforme le signal vidéo mémorisé en deux signaux vidéo adaptés à chaque courbe de réponse mémorisée de l'amplitude d'un signal en fonction de la fréquence,
- d'autre part, transforme les deux signaux vidéo précédents en deux signaux vidéo adaptés à chaque courbe de réponse mémorisée de l'amplitude d'un signal en fonction de la direction,
- et enfin, fait correspondre chaque point-image des matrices des deux signaux vidéo précédents, à des fréquences prédéterminées afin de pouvoir moduler en amplitude et en fréquence, des ondes sinusoidales,
- dans un quatrième et dernier temps, à stocker dans des mémoires, les ondes sinusoldales modulées en sortie du calculateur électronique afin de les entrer dans des dispositifs de reproduction de sons audibles et indentifiables par l'oreille humaine.Taking stock of these various findings, the tema: id-ur has nOri research oriented towards the same oblectiis and which have all at ease developed an electronic process to transform a video sjknai obtained from an image picked up by an Optise system into an audible audible signal identifiable by the human ear. According to the invention, this process is remarkable in that it consists of:
- firstly, to establish and store in these memories, for each of the two ears of an individual, the response curve of the amplitude of a signal as a function of the frequency thundered at it,
- in a second step, to establish and store in memories, for each of the two ears of the individual rein, the response curve of the amplitude of a signal as a function of the direction given to that,
- thirdly, to store in a memory, the video signal at the output of the optical system, during the processing time of said signal by an electronic computer equipped with a prerecorded program which:
on the one hand, transforms the stored video signal into two video signals adapted to each stored response curve of the amplitude of a signal as a function of the frequency,
on the other hand, transforms the two preceding video signals into two video signals adapted to each memorized response curve of the amplitude of a signal as a function of the direction,
- and finally, makes each image point of the matrices of the two preceding video signals correspond to predetermined frequencies in order to be able to modulate in amplitude and in frequency, sine waves,
- in a fourth and last step, to store in memories, the sine waves modulated at the output of the electronic computer in order to enter them into devices for reproducing audible sounds that can be identified by the human ear.
Ce procédé a la faculté de transformer une image-vidéo en deux sons-images qui prennent en considération les données paramétriques (établies expérimentalement) de la reconstitution de la répartition spatiale des sources sonores perçues par les deux oreilles d'un individu. Ainsi, lors de la reproduction des deux sons-images, fournis selon le procédé de l'invention dans le quatrième et dernier temps, les hauts-parleurs d'un casque stéréophonique (formant par exemple les dispositifs de reproduction de sons) engendrent alors, au niveau des éléments sensoriels de l'individu, une sensation de distribution spatiale que le cerveau est capable d'analyser et d'identifier afin de reconnaître l'image de ltobjet captée par le système optique. This process has the ability to transform an image-video into two image-sounds which take into account the parametric data (established experimentally) of the reconstruction of the spatial distribution of the sound sources perceived by the two ears of an individual. Thus, during the reproduction of the two image sounds, supplied according to the method of the invention in the fourth and last time, the loudspeakers of a stereophonic headset (forming for example the sound reproduction devices) then generate, at the level of the individual's sensory elements, a feeling of spatial distribution that the brain is capable of analyzing and identifying in order to recognize the image of the object captured by the optical system.
Selon une forme te réalisation préférée de l'invention, la courbe de réponse de l'amplitude d'un signal en fonction de la fréquence est additionnée à la courbe de réponse de l'amplitude d'un signal en fonction de la direction. Cette addition des deux courbes, effectuée préalablement, permet de réduire considérablement les temps de traitement du calculateur électronique, et par voie de conséquence, autorise un volume plus important d'images à traiter par unité de temps. According to a preferred embodiment of the invention, the response curve of the amplitude of a signal as a function of the frequency is added to the response curve of the amplitude of a signal as a function of the direction. This addition of the two curves, carried out beforehand, makes it possible to considerably reduce the processing times of the electronic computer, and consequently, allows a larger volume of images to be processed per unit of time.
Selon une autre forme de réalisation préférée de l'invention, les deux courbes de réponse de l'amplitude d'un signal en fonction de la direction sont des courbes de Gauss inversées. Cette courbe de Gauss, choisie comme la courbe théorique se rapprochant le plus près des courbes expérimentales, a l'avantage de faire disparaître les opérations d'étalonnage desdites courbes auprès des personnes concernées. Les opérations d'étalonnage risquant, par leur multiplicité, d'irriter les personnes concernées, il est donc conseillé d'en réduire au maximum le nombre pour favoriser les chances d'un succés commercial des appareils qui mettront en oeuvre le procédé de l'invention. According to another preferred embodiment of the invention, the two response curves of the amplitude of a signal as a function of the direction are inverted Gauss curves. This Gauss curve, chosen as the theoretical curve closest to the experimental curves, has the advantage of eliminating the calibration operations of said curves from the people concerned. As the calibration operations risk, by their multiplicity, of irritating the persons concerned, it is therefore advisable to reduce the number as much as possible to promote the chances of commercial success of the devices which will implement the process of invention.
Selon une autre forme de réalisation préférée de l'invention, chaque point-image des matrices des deux signaux vidéo correspond à chaque fréquence élémentaire répartie logarithmiquement dans une plage de fréquences audibles. Cette répartition logarithmique des fréquences élémentaires d'une plage de fréquences audibles a été préférentiellement adoptée car elle est appropriée au fonctionnement des éléments sensoriels de l'appareil auditif de l'être humain. According to another preferred embodiment of the invention, each image point of the matrices of the two video signals corresponds to each elementary frequency distributed logarithmically in a range of audible frequencies. This logarithmic distribution of the elementary frequencies of a range of audible frequencies has been preferentially adopted because it is suitable for the functioning of the sensory elements of the hearing apparatus of the human being.
Selon une autre forme de réalisation préférée de l'invention, le stockage d'un signal vidéo dans la mémoire, disposée en sortie du système optique et en entrée du calculateur électronique, est synchronisé avec le stockage des ondes sinusoïdales modulées dans ce dernier par le signal vidéo précédent, dans les mémoires disposées en sortie dudit calculateur et en entrée des susdits dispositifs de reproduction de sons. Cette synchronisation des stockages des signaux entre l'entrée (signaux non traités) et la sortie (signaux traités) du calculateur électronique offre un grand intérêt dans la mesure où elle assure le synchronisme entre l'analyse, par le calculateur électronique, des signaux non traités et l'émission, par les dispositifs de reproduction de sons, des signaux traités précédents. En outre, cette synchronisation autorise un fonctionnement continu du calculateur électronique et des dispositifs de reproduction de sons. Il va de soi que le caractère continu d'émission d'un son par les dispositifs de reproduction sera mieux acceptée psychologiquement. According to another preferred embodiment of the invention, the storage of a video signal in the memory, arranged at the output of the optical system and at the input of the electronic computer, is synchronized with the storage of the sine waves modulated in the latter by the previous video signal, in the memories arranged at the output of said computer and at the input of the above-mentioned sound reproduction devices. This synchronization of signal storage between the input (unprocessed signals) and the output (processed signals) of the electronic computer is of great interest insofar as it ensures synchronism between the analysis, by the electronic computer, of the signals not processed and the emission, by sound reproduction devices, of the previous processed signals. In addition, this synchronization allows continuous operation of the electronic computer and the sound reproduction devices. It goes without saying that the continuous character of a sound emitted by the reproduction devices will be better accepted psychologically.
Pour un fonctionnent optimum du procédé de l'invention qui concilie la mise en oeuvre d'un appareil compatible avec les impératifs d'utilisation de ce dernier par l'homme afin qu'il soit par exemple portable, léger, non encombrant et fonctionnel, il est préférable de stocker le signal vidéo en sortie du système optique, dans une mémoire matricielle 32 points, à 256 niveaux de gris, et ceci pendant une période de 200 millisecondes. Ces grandeurs assurent un bon follctlonnemenn technique de l'appareil en concordance avec son mode d'utilisation. For an optimum functioning of the method of the invention which reconciles the implementation of a device compatible with the requirements of use of the latter by humans so that it is for example portable, light, not bulky and functional, it is preferable to store the video signal output from the optical system, in a 32-point matrix memory, at 256 gray levels, and this for a period of 200 milliseconds. These quantities ensure a good technical follctlonnemenn of the device in accordance with its mode of use.
L'invention concerne également un appareil électronique permettant de mettre en oeuvre le procédé détaillé ci-dessus et comprenant:
- un système optique de visualisation capable de capter des images et de fournir en sortie des signaux vidéo représentatifs des images captées,
- une mémoire externe de stockage d'un signal vidéo en sortie du système optique de visualisation,
- un calculateur électronique doté d'une unité centrale de traitement du signal vidéo stocké dans la mémoire externe et contenant les instructions d'un programme préenregistré qui::
- d'une part, transforme ledit signal vidéo en deux signaux vidéo adaptés à chaque courbe de réponse de l'amplitude d'un signal en fonction de la fréquence, courbe établie et mémorisée préalablement pour chaque oreille d'un individu,
- d'autre part, transforme les deux signaux vidéo précédents en deux signaux vidéo adaptés à chaque courbe de réponse de l'amplitude d'un signal en fonction de la direction, courbe établie et mémorisée préalablement pour chaque oreille du même individu,
- et enfin, fait correspondre chaque point-image des matrices des deux signaux vidéo précédents à des fréquences élémentaires réparties logarithmiquement dans une plage de fréquences audibles, afin de pouvoir moduler en amplitude et en fréquence, des ondes sinusoldales,
- des mémoires externes de stockage des ondes sinusoïdales modulées en sortie du calculateur électronique,
- et des dispositifs de reproduction de sons audibles et identifiables par l'oreille humaine
Les concepts fondamentaux de l'appareil de l'invention venant d'être évoqués ci-dessus, le mode de réalisation de l'appareil électronique qui va être ci-dessous décrit et illustré à titre non limitatif, a pour objectif d'imager ces concepts fondamentaux de ce procédé sans pour autant en restreindre les variantes d'éxécution possible qui pourront être facilement obtenues par un homme de métier spécialisé dans les techniques en cause.The invention also relates to an electronic device making it possible to implement the method detailed above and comprising:
- an optical display system capable of capturing images and of providing video signals representative of the captured images,
an external memory for storing a video signal at the output of the optical display system,
- an electronic computer with a central processing unit for the video signal stored in the external memory and containing the instructions of a prerecorded program which:
on the one hand, transforms said video signal into two video signals adapted to each response curve of the amplitude of a signal as a function of frequency, curve established and stored beforehand for each ear of an individual,
- on the other hand, transforms the two preceding video signals into two video signals adapted to each response curve of the amplitude of a signal as a function of the direction, curve established and memorized beforehand for each ear of the same individual,
and finally, makes each image point of the matrices of the two preceding video signals correspond to elementary frequencies distributed logarithmically in a range of audible frequencies, in order to be able to modulate in amplitude and in frequency, sine waves,
- external memories for storing the sine waves modulated at the output of the electronic computer,
- and devices for reproducing audible sounds identifiable by the human ear
The fundamental concepts of the device of the invention having just been mentioned above, the embodiment of the electronic device which will be described below and illustrated without implied limitation, aims to image these fundamental concepts of this process without limiting the possible variants of execution which can be easily obtained by a skilled person specialized in the techniques in question.
Cette description est annexée d'un dessin représentant un schéma fonctionnel d'un tel appareil électronique. This description is appended to a drawing representing a functional diagram of such an electronic device.
L'appareil électronique représenté sur ce dessin et référencé I dans son ensemble, comprend en entrée un système optique de visualisation 1, capable de capter une image S et de fournir en sortie un signal vidéo représentatif de ladite image S. Ce système optique de visualisation 1 peut être constitué par une caméra électronique ou par des fibres optiques. The electronic device represented in this drawing and referenced I as a whole, comprises as input an optical display system 1, capable of picking up an image S and of outputting a video signal representative of said image S. This optical display system 1 can be constituted by an electronic camera or by optical fibers.
Le signal en sortie du système optique 1 est ensuite stocké dans une mémoire externe 2 disposée en entrée d'un calculateur électronique 3. Ce calculateur électronique 3 est doté d'une unité centrale de traitement du signal stocké dans la mémoire 2 afin d'effectuer toutes les instructions d'un programme préenregistré qui:: - d'une part, transforme ledit signal vidéo en deux signaux vidéo adaptés à chaque courbe de réponse de l'amplitude d'un signal en fonction de la fréquence (cette courbe est établie et mémorisée préalablement pour chaque oreille d'un individu), - d'autre part, transforme les deux signaux vidéo précédents en deux signaux vidéo adaptés à chaque courbe de réponse de l'amplitude d'un signal en fonction de la direction (cette courbe est établie et mémorisée préalablement pour chaque oreille d'un individu), - et enfin, fait correspondre chaque point-image des matrices des deux signaux vidéo précédents à des fréquences élémentaires réparties logarithmiquement sur une plage de fréquences audibles, ceci afin de pouvoir moduler en amplitude et en fréquence des ondes sinusoïdales. The signal at the output of the optical system 1 is then stored in an external memory 2 arranged at the input of an electronic computer 3. This electronic computer 3 is provided with a central processing unit for the signal stored in the memory 2 in order to perform all the instructions of a prerecorded program which: - on the one hand, transforms said video signal into two video signals adapted to each response curve of the amplitude of a signal as a function of frequency (this curve is established and previously stored for each ear of an individual), - on the other hand, transforms the two preceding video signals into two video signals adapted to each response curve of the amplitude of a signal as a function of the direction (this curve is established and memorized beforehand for each ear of an individual), - and finally, makes each image point of the matrices of the two preceding video signals correspond to elementary frequencies distributed logarithmically over a range d e audible frequencies, this in order to be able to modulate in amplitude and frequency of the sine waves.
En sortie du calculateur électronique 3, ces ondes sInusoïdales modulées par ce dernier, fournissent deux sons-images qui sont stockés dans deux mémoires externes 4a et 4b avant d'être introduits dans deux dispositifs de reproduction de son 5a et 5b respectivement. Ces dispositifs de reproduction de son 5a et 5b sont, selon une réalisation préférentielle de l'invention, sont constitués par deux récepteurs électro-acoustiques d'un casque stéréophonique. At the output of the electronic computer 3, these sine waves modulated by the latter, provide two image sounds which are stored in two external memories 4a and 4b before being introduced into two sound reproduction devices 5a and 5b respectively. These sound reproduction devices 5a and 5b are, according to a preferred embodiment of the invention, consist of two electro-acoustic receivers of a stereophonic headset.
L'appareil électronique I constitue donc une chaîne de traitement d'un signal comprenant successivement
- en entrée un capteur 1 de ladite image
- une unité de traitement électronique re,-esentée en pointillés et comportant les mémoires 2, 4a, 4b et le calculateur électronique 3,
- et en sortie des dispositifs de reproduction composés des deux récepteurs 5a et 5b.The electronic device I therefore constitutes a signal processing chain comprising successively
- as input a sensor 1 of said image
an electronic processing unit re, dotted in dotted lines and comprising the memories 2, 4a, 4b and the electronic computer 3,
- And at the output of the reproduction devices composed of the two receivers 5a and 5b.
Il est utile de préciser que les détails techniques de réalisation n'ont pas été soulevés dans la présente description (mémoires de fonctionnement du calculateur 3, instructions du programme préenregistré, connexions diverses, etc...) car ceux-ci seront facilement agencés par un homme de métier. It is useful to specify that the technical details of implementation have not been raised in the present description (operating memories of the computer 3, instructions of the prerecorded program, various connections, etc.) because these will be easily arranged by a tradesman.
L'invention venant d'être ci-dessus décrite et représentée l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Aussi, il peut être apporté, à l'exemple de réalisation ci-dessus, de nombreuses variantes visant à améliorer ou à modifier le fonctionnement de l'appareil de l'invention mais n'altérant en rien les caractéristiques originales et essentielles de celle-ci, prise dans son esprit et dans ses aspects les plus larges. The invention just described and shown above has been for the purpose of disclosure rather than limitation. Also, it can be made, in the embodiment above, many variants aimed at improving or modifying the operation of the apparatus of the invention but without in any way altering the original and essential characteristics of it. here, taken in its spirit and in its broadest aspects.
Comme on l'a précisé au début du présent mémoire, l'appareil électronique de l'invention trouve une application particulièrement intéressante pour les personnes dont la vue fait défaut. En effet, cet appareil permet à ces personnes d'identifier une image, au moyen d'une source sonore produite par l'appareil et représentative de ladite image captée par celui-ci. As stated at the beginning of this memo, the electronic device of the invention finds a particularly interesting application for people whose eyesight is lacking. Indeed, this device allows these people to identify an image, by means of a sound source produced by the device and representative of said image captured by the latter.
Claims (10)
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| ST | Notification of lapse |