FR2794354A1

FR2794354A1 - Procede et dispositif de controle de vigilance

Info

Publication number: FR2794354A1
Application number: FR9906878A
Authority: FR
Inventors: Philippe Ligocki
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-06-01
Also published as: FR2794354B1

Abstract

L'invention concerne l'analyse du comportement d'une personne dans le but de détecter les risques d'endormissement pour déclencher une alerte. Il est proposé de rechercher à étudier les mouvements de la tête de la personne et de déclencher une alerte en cas de mouvements anormaux. Une façon d'y parvenir consiste à rendre un accéléromètre à deux axes de mesure, solidaire de la tête de la personne, à utiliser (1-5) les signaux (X, Y) de l'accéléromètre pour déterminer l'évolution dans le temps de l'inclinaison de la tête de la personne, à étudier (7) si cette évolution correspond à l'une des courbes de variation préétudiées et mémorisées (6) qui sont révélatrices d'une forte baisse de vigilance et à déclencher (8, 9) une alerte s'il y a correspondance.Application au contrôle de la vigilance, en particulier pour les conducteurs de véhicules.

Description

Procédé et dispositif de contrôle de vigilance L'invention concerne tous les domaines dela sécurité où l'endormissement est une cause potentielle d'occident. Elle s'applique en particulier mais non exclusivementà la conduite de véhicules, où des statistiques montrent que30% des accidents ont pour origine une baissede vigilance. Cette baisse de vigilance, quand elle passe au-dessous d'un seuil critique, amène la personne dans un état qui seraappelé hypo-vigilance dans ce qui suit, Depuis plusieurs années, des programmes importants traitent de l'hypovigilance du conducteur. Les moyens d'identifier des signes précurseurs dela perte de vigilancey sont étudiés. Ces signes sont difficilesà identifier, ils résultent d'un état transitoire entre l'état de veille et l'état de sommeil lent dont l'endormissement est le premier stade, Les nombreux travaux réalisés dans le domaine ont porté, en particulier sur: - la détection du mouvement des paupières; pour cela une caméra de télévision observe des éléments du visage éclairés en infrarouge.

- la détection des mouvements de V#il : direction du regard mesurée par réflexion d'un rayon infrarouge surla rétine. - l'emploi d'un capteur placé sur le volant pour détecter les mouvements de correction de trajectoire.

- l'association de trois mesures: mouvement du volant, mouvement sur l'accélérateur, vitesse du véhicule, A l'heure actuelle aucun système n'est réellement opérationnel, et de nombreux travaux d'étude sont encore en cours dans divers pays.

Le butde la présente invention est de proposer un dispositif de contrôle de vigilance d'une personne, qui soit réalisable avec des composants du commerce et d'un faible coût. Ceci est obtenu par une surveillance des mouvements dela têtede la personne et par une détermination, parmi ces mouvements, deceux qui trahissent un début d'endormissement, Selon l'inventionil est proposé un procédé de contrôle dela vigilance d'une personne, caractérisé en ce qu'il consisteà déterminer des trajectoiresde tête révélatrices d'un état d'hypo-vigi lance, les trajectoires étant des suites d'échantillons d'inclinaison dela tête dans le temps, età les mettre en mémoire, puisà mesurer l'inclinaison de Io tête d'une personne afin d'en déterminer les trajectoires parcourues lors des mouvements dela tête,à comparer cycliquement la trajectoire parcourue pendant un temps prédéterminé précédant l'instant de comparaison avec les trajectoires en mémoire età déclencher une alerte lorsque la comparaison montre quela trajectoire parcourue correspondà une trajectoire en mémoire.

Selon l'inventionil est également proposé un dispositif de contrôle dela vigilance d'une personne, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositifde mesure pour mesurer l'inclinaison dela tête d'une personne, des moyens de fixation pour permettre de rendre le dispositif de mesure solidaire dela tête dela personne et des moyens de traitement couplés au dispositif de mesure et qui comportent: des moyens pour garder en mémoire des trajectoires de tête révélatrices d'un état d'hypo-vi gi lance, des moyens pour calculer et enregistrer les trajectoires parcourues lors des mouvements dela tête dela personne, des moyens pour comparer cycliquement la trajectoire parcourue pendant un temps prédéterminé précédantla comparaison avec les trajectoires en mémoire et des moyens pour fournir un signal d'alerte lorsquela comparaison montre quela trajectoire parcourue correspondà une trajectoire en mémoire.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtrontà l'aide dela description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - la figure1, un schéma d'ensemble d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2, un exemple de réalisation d'une partie du dispositif selonla figure1, - la figure3, un algorithme relatif au dispositif selonla figure 1. La figure1 est un schéma électronique d'un dispositif de contrôle dela vigilance; ce dispositif comporte un accéléromètre,A, un microprocesseur,C, pour analyser les signaux délivrés par l'accéléromètre et un avertisseur,D, commandé par le microprocesseur; l'avertisseur comporte un vibreur audible commandé par le signal de sortie du microprocesseur, Le rôle du dispositif selonla figure1 est de rechercher la baisse de vigilance chez une personne en déterminant les mouvements de la tête caractéristiques de l'endormissement.

Dans l'exemple de réalisation qui est décrit ci-après l'accéléromètre employé est vendu parla société ANALOG DEVICES sousla référence ADXL 2002. Cet accéléromètre est issu des dernières technologies utilisées pour les coussins d'air gonflables, les suspensions actives, le freinage d'urgence-, mises au point dans l'industrie automobile; il comporte deux capteurs et un circuit de traitement pour traiter les signaux fournis par les capteurs.Il a une sensibilité de mesure de+ 2g, oug est l'accélération dela pesanteur, et peut mesurer aussi bien des accélérations dynamiques, comme celles dues à des vibrations, que des accélérations statiques telles quela pesanteur.

Les deux capteurs de l'accéléromètre sont montés orthogonalement l'un par rapportà l'autre et définissent ainsi deux axes de mesure; ils fournissent des signaux sous forme analogique, Le circuit de traitement de l'accéléromètre effectue, sur les signaux de chacun des deux capteurs, un filtrage suivi d'une conversion des signaux de données analogiques en signaux de données faits d'impulsions modulées en largeur, dits signaux PWM d'après le sigle des mots anglais pulse wide modulation , qui signifient modulation de largeur d'impulsion. Le filtrage est un filtrage passe-bas dont la valeur est ajustable par branchement de deux condensateurs de voleur adéquate sur le circuit imprimé que comporte l'accéléromètre, La conversion en signaux PWM s'effectue par cycles etla fréquence de ces cycles est ajustable de0, 5 à 10 ms par simple connexion, sur le circuit imprimé de l'accéléromètre, d'une résistance de valeur convenablement choisie; les deux signaux PWM délivrés présentent un rapport durée d'impulsion/durée de cycle proportionnelà l'accélération selon, respectivement, les deux axes.

Il està noter que les accéléromètres, en fonctionnement statique, fournissent une tension proportionnelleà leur position par rapportà leur axe de mesure. L'accéléromètre est utilisé ici pour déterminer l'inclinaison de son axe et, pour conserver une bonne précision, il est nécessaire de limiter, par le filtrage passe-bas mentionné plus avant, sa bande de fréquences au domaine d'utilisation, soit de0 à 5 Hz.

L'accéléromètre est disposé dans un boîÎtier dont le volume est de l'ordre du centimètre cube, Cet accéléromètre ADXL 2002 doit être placé avec ses axes de mesures horizontaux, c'est-à-dire perpendiculairesà l'axe de la gravité, pour utiliser sa plage de sensibilité maximum relativementà la mesure d'inclinaison, Etant donné le faible volume et le faible poids de l'accéléromètre, il est possible, comme dansla réalisation selonla figure 2, de le suspendreà l'une des oreilles dela personne dont la vigilance doit être surveillée, Dans cette réalisation l'accéléromètre, A, est solidairede l'extrémité inférieure d'un crochet en plastique, B; deux axes orthogonaux Ox, Oy indiquent, sur Ici figure 2, la direction des axes de mesure des deux capteurs de l'accéléromètre. Un conducteur multifilaire, K, relie l'accéléromètreà une fichede raccordement, L. Le crochet est destinéà être placéà cheval sur l'oreille, dans l'espace entre l'oreille externe etle crane, Le conducteur multifilaire K amène les tensions de polarisationà l'accéléromètre et transmet les deux signaux élaborés par l'accéléromètre. La fiche de raccordement L permet le raccordementde l'accéléromètre à un ensemble électronique conçu pour être monté sur le tableau de bord d'un véhicule; cet ensemble électronique, non représenté surla figure 2, comporte en série une prise fixe, le microprocesseurC et l'avertisseurD avec son circuit d'amplification d'entrée, La prise fixe est destinéeà recevoirla fiche L lors du raccordement accéléromètre-ensemble électronique,Il està noter que l'ensemble électronique est alimentéà partir dela source d'énergiede bord.

En varianteà la liaison par conducteur multifilaire K telle que représentée sur la figure 2, il est possible de réaliser une transmission sansfil, de type infrarouge ou haute fréquence, entre l'accéléromètre et l'ensemble électronique, Par rapportà la réalisation selonla figure 2 cette variante nécessite des moyens supplémentaires: un émetteur et une source d'énergie au niveau de l'accéléromètre, un récepteur au niveau de l'ensemble électronique; cette variante est donc plus coûteuse, mais plus confortable d'emploi, La figure3 est un exemple d'un algorithme de calculsà effectuer par le microprocesseurC dela figure1. Pour réaliser cette fonction le choix s'est porté sur un microprocesseur de type16/32 bits, toutà fait classique, utilisé dans le domaine du contrôle-commande et possédant deux entrées d'impulsions modulées en largeur, dites entrées PWIVI; les deux entrées PWM sont destinéesà recevoir les deux signaux de sortie de l'accéléromètre, Dans le cas d'un montage en série sur des véhicules équipés d'un ordinateur de bord, l'algorithme peut être exécuté par cet ordinateur, ce qui apporte une réduction de matériel et donc une économie, Les opérations mathématiquesà effectuer consistent, tout d'abord,à partir des données PWM, X et Y, fournies par l'accéléromètre, à calculer l'inclinaison dela tête; l'accumulation des voleurs d'inclinaisons dans le temps permet de calculer des trajectoires, c'est-à-dire des suites d'échantillons d'inclinaison dans le temps; une recherche par comparaison des trajectoires de référence, dites attitudes, conservées en mémoire, permet de distinguer entre, d'une part, les trajectoires correspondantà des attitudes en mémoire et qui seront considérées comme des trajectoires anormales, caractéristiques de l'état d'hypo-vigilance et, d'autre part, toutes les autres trajectoires qui ne correspondentà aucune attitude en mémoire et pour lesquellesil pourra être de facto subodoré quelles sont des trajectoires caractéristiques d'un état d'éveil, Dansle cas oùla recherche aboutit, c'est-à-dire dans le cas ou une trajectoire anormale est trouvée, une alerte est déclenchée grâceà l'avertisseurD.

L'algorithme dela figure3 comporte neuf blocs référencés de1 à 9. Selon le bloc1, les données PWM, X et Y, après acquisition, sont échantillonnées pour être converties en voleurs d'accélération AXn, AYn où AXn, AYn signifient voleur de l'échantillon des axes Ox et Oy du cycle d'échantillonnage n; les cycles d'échantillonnage sont déclenchés de façon périodique, avec une période réglable de0,5 à 1seconde. Selon le bloc 2, les échantillons du bloc1 sont normalisés par une fonction arc sinus à l'instant n par rapportà la position Og oùg estla gravité; le calcul donne l'inclinaison IXn, lYn pour le cycle n. Selon le bloc3, un vecteur d'inclinaison pour le cycle n est calculé parla formule: Vin<B≥ (IXn-1 - lXn) + (IYn-1 - lYn) Les vecteurs inclinaison sont chargés, selon le bloc 4, dans une mémoire selonle bloc5. La mémoire5 est une mémoire série-parallèle de type premier entré-premier sorti, connue sous le nom de mémoire FIFO, où FIFO est le sigle correspondant aux mots anglo-saxons first in first out qui signifient premier entré-premier sorti, Quand le vecteur Vin est chargé dansla mémoire cette dernière comporte également les m-1 précédents vecteurs Vln-1,.... Vln-m+l , dans le cas de l'exemple décrit m<B≥ 9.

Selonle bloc6 le microprocesseur comporte une mémoire avec, dans cette mémoire, une table d'attitudes dans laquelle sont stockés des points de courbes de référence AT], AT2 ... ATp, dites attitudes, dontil a été question plus avant; le nombre de points par courbe est égal au nombre m de vecteurs dansla mémoire selon le bloc5 et, dans l'exemple décrit, le nombrep de ces courbes estégal à dix, Pour remplirla table d'attitudes une phase d'expérimentation est nécessaire qui, dans l'exemple décrit,a consisté, avec des sujets mis en état d'hypo-vigilance, à relever des trajectoires età sélectionner les plus fréquentes et donc les plus représentatives.

Selon le bloc7, composé d'un sélecteur d'attitude70 et d'un bloc proprement dit,71, il est effectué une comparaison systématique entrele contenu dela mémoire selon le bloc5 et successivement chacune des attitudes contenues dans le bloc6. Cette comparaison est effectuée pour chaque cycle d'échantillonnage, Quandla comparaison indique une égalité entre le contenu de la mémoire5 et l'une des attitudes dela mémoire6 une alerte est provoquée par le bloc8. Deux alertes successives dans un laps de temps prédéterminé, qui dans l'exemple décrit est de5 secondes, déclenchent l'avertisseurD grâce au bloc9; ainsila succession des blocs8 et9 réalise un filtrage des fausses alertes: une alerte n'est prise en compte pour déclencher l'avertisseur que si elle est suivie d'une autre alerte dans le laps de temps indiqué ci-avant. Il està noter que, dans d'autres réalisations,le nombre de signaux d'alertes pour déclencher l'avertisseur peut être supérieurà 2, voire êtreégal à 1, auquel cas le bloc9 n'a plus de raison d'être, Le signal de sortie du bloc8 peut, en plus de son utilisation dans le bloc9, être enregistré, par exemple dans une "boïite noire", pour constituer un historique des alertes, La présente invention n'est pas limitéeà l'exemple décrit, L'accéléromètre utilisé peut être un accéléromètre à trois axes orthogonaux au lieu de deux dans l'exemple décrit; dans le cas de trois capteursil n'est plus nécessaire que deux d'entre eux soient dans un même plan horizontal. Plus généralement l'accéléromètre peut être remplacé par tout dispositif de mesure capable de contrôler les mouvements dela tête d'une personne afin d'en déterminer les trajectoires parcourues soit parla variation de l'inclinaison dela tête en fonction du temps soit directement en repérantà chaque instant la position exacte dela tête;à titre d'exemple le dispositif de mesure peut être du genre des dispositifs qui permettent de situerla position dela tête d'un pilote d'avion d'armeà l'aide d'une part de trois émetteurs solidaires du casque du pilote et qui émettent respectivement selon trois directions orthogonales et d'autre part de trois récepteurs solidaires du cockpit et qui reçoivent respectivement avec trois antennes directrices montées orthogonalement.

Les signes d'hypo-vigilance à mettre en mémoire dansla table d'attitudes peuvent également être déterminésà l'intérieur d'études telles que les développent actuellement des grands organismes scientifiques et des constructeurs automobiles et qui portent, entre autres, sur les transports intelligents et l'analyse dela vigilance en conduite automobile simulée. De même une phase d'apprentissage peut être prévue, en fonction du conducteur, pour déterminer les données personnelles d'attitude de tête dans les premières minutes de conduite et, en fonction de ces données, apporter un correctif de décalage dans le calcul de l'inclinaison.

L'algorithme décrit peut être traité de manière performante en utilisant une programmationà base de réseaux de neurones, Quantà l'avertisseurD il peut être réalisé de différentes façons.

Dans l'exemple décrit c'est une source sonore qui monte progressivement en puissance pour éviterde faire sursauter le conducteur. L'avertisseur peut comporter un émetteur de signaux vocaux pré-enregistrés qui sont émis de manière plus rapprochée età un niveau sonore plus élevéà mesure que les alertes sont plus rapprochées,

Claims

REVENDICATIONS 1, Procédé de contrôle dela vigilance d'une personne, caractérisé en ce qu'il consisteà déterminer des trajectoires de tête révélatrices d'un état d'hypo-vig !lance, les trajectoires étant des suites d'échantillons d'inclinaison dela tête dansle temps, età les mettre en mémoire, puisà mesurer l'inclinaison dela tête d'une personne afin d'en déterminer les trajectoires parcourues lors des mouvements dela tête,à comparer cycliquement la trajectoire parcourue pendant un temps prédéterminé précédant l'instant de comparaison avec les trajectoires en mémoire età déclencher une alerte lorsquela comparaison montre quela trajectoire parcourue correspondà une trajectoire en mémoire. 2, Dispositif de contrôle dela vigilance d'une personne, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure(A) pour mesurer l'inclinaison dela tête d'une personne, des moyens de fixation (B) pour permettre de rendre le dispositif de mesure solidaire dela tête dela personne et des moyens de traitement(C) couplés au dispositif de mesure et qui comportent: des moyens pour garder en mémoire (6) des trajectoires de tête révélatrices d'un état d'hypo-vigilonce, des moyens pour calculer et enregistrer(1 -5) les trajectoires parcourues lors des mouvements de la tête de la personne, des moyens pour comparer(7) cycliquement la trajectoire parcourue pendant un temps prédéterminé précédant la comparaison avec les trajectoires en mémoire et des moyens pour fournir un signal d'alerte (8) lorsquela comparaison montre quela trajectoire parcourue correspondà une trajectoire en mémoire. 3, Dispositif selonla revendication 2, caractérisé en ce quele dispositif de mesure comporte un accéléromètre avec n, où n est un entier supérieurà 1 et inférieurà 4, capteurs montés orthogonclement, pour fournir des signaux d'accélération (X, Y), en ce que les moyens de traitement sont connectésà l'accéléromètre pour recevoir les signaux d'accélération, et en ce que les moyens pour calculer et enregistrer transforment les signaux d'accélération en des voleurs d'inclinaison en fonction du temps et stockent ces voleurs dans une mémoire de type premier entré-premier sorti(5). 4, Dispositif selonla revendication3, caractérisé en ce que n est égalà deux et en ce que les deux capteurs sont disposés pour être dans un plan sensiblement horizontal lorsquela tête dela personne est droite. 5. Dispositif selonla revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent des moyens pour déclencher une alarme(9) lorsque les moyens pour fournir un signal d 'alerte(8) ont au moins fourni un nombre donné de signaux d'alerte pendant un laps de temps prédéterminé.