FR2954090A1

FR2954090A1 - Lunettes numeriques de protection oculaire a traitement de signal

Info

Publication number: FR2954090A1
Application number: FR0959368A
Authority: FR
Inventors: Jean-Francois Demonchy; Denis Penninckx
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-06-24
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: EP2515809A1; FR2954090B1; WO2011076745A1; US20120249400A1

Abstract

L'invention concerne des lunettes numériques, à traitement de signal, de protection des yeux d'un opérateur contre un rayonnement lumineux gênant ou dangereux formant un spot lumineux comprenant au moins une caméra (10) munie d'une optique de focalisation (12), une batterie d'alimentation (18), au moins un écran de restitution d'images (15) apte à être disposé devant les yeux (16, 17) de l'opérateur, une unité (19) de traitement d'images reçues de la au moins une caméra et pilotant au moins un écran de restitution d'images, un module (20) de détection et de restitution du spot lumineux par un signe distinctif sur au moins un écran de visualisation.

Description

LUNETTES NUMERIQUES DE PROTECTION OCULAIRE A TRAITEMENT DE SIGNAL

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne des lunettes numériques, à traitement de signal, de protection des yeux d'un opérateur contre un rayonnement lumineux réputé gênant et/ou dangereux, par exemple un rayonnement laser. Dans la suite, pour simplifier la description on considère à titre d'exemple un faisceau laser. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Le brevet français FR 2 886 538 propose des lunettes de protection des yeux d'un opérateur situé à proximité d'une ou plusieurs sources de rayonnement lumineux, par exemple de type laser. Elles comprennent notamment . - des lunettes de vision numérique, qui 20 peuvent être des lunettes de vision virtuelle à double moniteur LCD, - au moins une caméra vidéo, - un dispositif de contrôle, qui comprend une alimentation. 25 Il existe des lunettes de protection de l'art antérieur qui absorbent la lumière aux longueurs d'onde (couleurs) des lasers, dont on veut se protéger, et qui protègent ainsi l'utilisateur du reflet réel de son environnement. Des lunettes de vision numérique de l'art connu permettent de visualiser la scène environnant l'utilisateur, afin qu'il puisse se déplacer ou travailler dans son environnement tout en visualisant les rayonnements lumineux, visibles ou non menaçants l'intégrité de ses yeux. Des lunettes numériques de protection de l'art connu permettent de « voir » des couleurs invisibles (Infra-Rouge, très souvent, ou Ultra-Violet, parfois), ce qui est très intéressant pour opérer le réglage d'un faisceau laser qui normalement est invisible. Cependant, les couleurs restituées à l'opérateur dans ce cas sont modifiées. De plus le faisceau laser, du fait de l'importance de la brillance des rayonnements lumineux, apparaît souvent « blanc » par saturation de la caméra. Ainsi il n'est pas facile de repérer le faisceau laser dans l'image. Il est donc utile, dans les dispositifs de l'art connu, d'ajouter un capteur spécifique pour « voir » les rayonnements lumineux et pour les réafficher dans le champ de vision de l'utilisateur. La présente invention a pour objet de résoudre un tel problème technique en proposant des lunettes numériques de protection oculaire permettant de traiter l'image, en mettant mieux en évidence un rayonnement lumineux gênant ou dangereux. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne des lunettes numériques, à traitement de signal, de protection des yeux d'un opérateur contre un rayonnement lumineux gênant ou dangereux formant un spot lumineux, comprenant au moins une caméra munie d'une optique de focalisation et une batterie d'alimentation, caractérisées en ce que ces lunettes comprennent : - au moins un écran de restitution d'images apte à être disposé devant les yeux de l'opérateur, - une unité de traitement d'images reçues de la au moins une caméra, pilotant chaque écran de restitution d'images, - un module de détection et de restitution du spot lumineux par affichage d'un signe distinctif sur au moins un écran de restitution d'image. Chaque caméra peut comprendre une cellule CCD ou une cellule CMOS. Dans un mode de réalisation avantageux, les lunettes de l'invention comprennent deux caméras, et deux écrans de restitution d'images correspondant chacun à une caméra, chaque écran de restitution d'images étant apte à être disposé devant un oeil de l'opérateur.

Dans une première variante de réalisation les lunettes comprennent : un émetteur et/ou transmetteur audio alimenté par la batterie, - un émetteur et/ou un microphone relié à l'émetteur et/ou transmetteur audio. Dans une seconde variante de réalisation, les lunettes comprennent : - un dispositif de mesure du niveau de la batterie, et - au moins un icône d'alarme apte à être affichée sur l'un et/ou l'autre des écrans de restitution d'image et/ou un émetteur de signal sonore. Dans une troisième variante de réalisation, les lunettes comprennent : - un émetteur/récepteur de signaux tout ou rien alimenté par la batterie, - au moins une icône apte à être affichée sur l'un et/ou l'autre des écrans de restitution d'image et/ou un émetteur de signal sonore. Dans une quatrième variante de réalisation, les lunettes comprennent : - un émetteur et/ou transmetteur vidéo. Dans une cinquième variante de réalisation, les lunettes comprennent : - une carte mémoire. Dans une sixième variante de réalisation, les lunettes comprennent : - une cellule sensible à la longueur d'onde du rayonnement lumineux. Les lunettes de l'invention permettent de traiter l'image de façon à mieux mettre en évidence un rayonnement lumineux gênant ou dangereux, par exemple un rayonnement laser, en permettant notamment une meilleure interprétation de l'image, un meilleur réglage du faisceau laser (alignement par exemple) et une augmentation de la sécurité oculaire, sans présenter aucun inconvénient pour l'utilisateur. Outre le fait de restituer une scène de travail en salle laser, les lunettes de l'invention permettent de matérialiser tout rayonnement ou spot lumineux gênant ou dangereux, par exemple laser, détecté par un affichage en surbrillance, par un clignotement, par un motif non habituel dans l'environnement, de type hachure par exemple, ou par une couleur non naturelle (par exemple : rouge pur). BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation de lunettes de protection simple vision selon l'invention, - la figure 2 illustre un second mode de réalisation de lunettes de protection selon l'invention, avec restitution des reliefs, - la figure 3 illustre une première variante du second mode de réalisation des lunettes de protection de l'invention, avec transmission audio, - la figure 4 illustre une seconde variante de réalisation du second mode de réalisation des lunettes de protection de l'invention, avec contrôle de l'alimentation, - la figure 5 illustre une troisième variante de réalisation du second mode de réalisation des lunettes de protection de l'invention, avec gestion et émission-réception de signaux tout ou rien, - la figure 6 illustre une quatrième variante de réalisation du second mode de réalisation des lunettes de protection de l'invention, avec émission/réception des signaux vidéo, - la figure 7 illustre une cinquième variante de réalisation du second mode de réalisation des lunettes de protection de l'invention, avec prises de vues, - la figure 8 illustre une sixième variante de réalisation du second mode de réalisation des lunettes de protection de l'invention, avec matérialisation d'un faisceau de longueur d'onde invisible à l'oeil. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Les lunettes de l'invention remplissent trois fonctions . - une capture de l'image grâce à au moins une caméra et éventuellement un capteur supplémentaire, - une détection de l'image par exemple grâce à une électronique de traitement de l'image, et - une restitution de l'image sur au moins un écran de restitution d'image. Ces lunettes permettent à un opérateur de voir un rayonnement lumineux gênant et/ou dangereux tout en étant protégé. Si la longueur d'onde fait partie du spectre capté par les caméras, il convient de traiter l'image pour mieux le mettre en évidence. Si elle n'en fait pas partie, on peut utliser un capteur supplémentaire.

Deux cas se présentent ainsi pour la capture de l'image : - dans le cas d'un laser dont la longueur d'onde est comprise entre le visible et le proche infrarouge (typiquement 1064 nm) ; les caméras, étant donné leur bande passante dans le spectre lumineux, sont suffisantes et leur signal de sortie est traité, - dans le cas d'un laser dont la longueur d'onde est située hors du visible : un troisième capteur est adapté sur les lunettes en plus des caméras de visualisation de la scène de travail : ce troisième capteur est réalisé ou choisi en fonction de la ou des longueurs d'onde du laser utilisé et génère un signal compatible en format avec les caméras de visualisation. Ce signal est traité puis mixé au signal des caméras avec restitution sur les écrans de restitution d'image.

Même si la longueur d'onde du laser peut être détectée par les caméras assurant la vision de la scène, il peut être intéressant de rajouter une troisième caméra munie d'un filtre sur la longueur d'onde du laser. Il est ainsi très facile de détecter le faisceau laser dans la scène. Deux solutions sont proposées pour la détection et la restitution de l'image : - l'une dispose d'une électronique de traitement de l'image qui détecte par seuillage les surintensités lumineuses et les restitue sur la trame vidéo, - l'autre propose une unité informatique de traitement de l'image (de type « 4 Sight » de chez Matrox) capable de réaliser la fonction recherchée, et qui autorise aussi d'autres ajouts de fonctions à base de traitement d'image. Dans un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, les lunettes numériques de protection de l'invention sont des lunettes simple vision, qui comprennent : - une caméra 10 comportant une cellule CCD ou CMOS 11 et une optique de focalisation 12, dirigée vers une scène 14 à visualiser, qui comprend un rayonnement invisible 22 gênant et/ou dangereux, par exemple un rayonnement issu d'un laser 21, formant un spot lumineux 23, un écran 15 de restitution d'image, disposé devant les yeux 16 et 17 de l'opérateur, - une unité de traitement d'image 19 qui reçoit les signaux de sortie de la caméra, et pilote l'écran de restitution d'image 15, - un module 20 de détection et de restitution du spot lumineux 23 par affichage d'une forme, d'une couleur ou de tout autre signe distinctif, sur au moins un écran de restitution d'image, une batterie 18 permettant d'alimenter ces différents éléments. Dans un second mode de réalisation illustré sur la figure 2, les lunettes numériques de protection de l'invention sont des lunettes permettant une restitution des reliefs, qui comprennent : - deux caméras 10 et 10' comportant chacune une cellule CCD ou CMOS 11 (11') et une optique de focalisation 12 (12'), dirigées vers la scène à visualiser 14, - deux écrans de restitution d'image 15 (15') correspondant chacun à une caméra, disposés respectivement devant les yeux 16 et 17 de l'opérateur, - une unité de traitement d'image 19 qui reçoit les signaux de sortie de la caméra et pilote les deux écrans 15 et 15' de restitution d'image, - deux modules 20 et 20' de détection et de restitution du spot lumineux 23 par une forme, une couleur ou tout autre signe distinctif, une batterie 18 permettant d'alimenter ces différents éléments. Différentes variantes de réalisation de ce second mode de réalisation des lunettes de l'invention sont possibles, par exemple : - avec transmission audio, - avec contrôle de l'alimentation, avec gestion et émission-réception de signaux tout ou rien, - avec émission-réception de signaux vidéo, - avec prise de vues.

Une première variante de réalisation, illustrée sur la figure 3, reprend les éléments du second mode de réalisation et comporte en outre : - un émetteur et/ou transmetteur audio 30 alimenté par la batterie 18, et - un microphone 31 et/ou un émetteur 32 reliés à l'émetteur et/ou transmetteur audio 30. Une seconde variante de réalisation, illustrée sur la figure 4, reprend les éléments du second mode de réalisation et comporte en outre : - un dispositif 40 de mesure de niveau de la batterie 18, et - au moins une icône d'alarme 41, 41' apte à être affichée sur l'un et/ou l'autre des écrans de restitution d'image 10, 10' et/ou un émetteur de signal sonore non représenté sur la figure 4.

Une troisième variante de réalisation, illustrée sur la figure 5, reprend les éléments du second mode de réalisation et comporte en outre - un émetteur/récepteur de signaux tout ou rien 50 alimenté par la batterie 18, - différents capteurs 52 reliés à l'émetteur/récepteur de signaux 50, - au moins une icône 51, 51' apte à être affichée sur l'un et/ou l'autre des écrans de restitution d'image 10, 10' et/ou un émetteur de signal sonore non représenté sur la figure 5. Une quatrième variante de réalisation, illustrée sur la figure 6, reprend les éléments du second mode de réalisation et comporte en outre - un émetteur et/ou transmetteur vidéo 60, le signal visualisé pouvant venir d'un récepteur vidéo (par exemple en réalité augmentée) ou de l'unité de traitement d'image 19. Une cinquième variante de réalisation, illustrée sur la figure 7, reprend les éléments du second mode de réalisation et comporte en outre - une carte mémoire 70, par exemple de type SD (« Secure Digital ») ou CF (« Compact Flash »), - une commande de prise de vue 71, avec mémorisation d'images à la volée. Une sixième variante, illustrée sur la figure 8, reprend les éléments du second mode de réalisation et comporte en outre : un module de détection sensible à la longueur d'onde du faisceau laser à observer, qui peut être une caméra 10" comprenant une cellule 11" et une optique de focalisation 12". Exemple de caractéristiques et de fonctionnement d'un 5 mode de réalisation 1. Caractéristiques : a) Stéréovision b) Détection des lasers par une troisième caméra c) Surveillance du niveau de batterie 10 d) Emission vidéo tout ou rien e) Prise de vue

2. Fonctionnement : a) Stéréovision 15 Ce mode est utilisé pour restituer le relief de l'environnement à l'utilisateur. Il impose l'intégration de deux caméras et de deux écrans de visualisation. Les images captées par les caméras sont 20 transmises aux écrans de visualisation au travers d'un processeur vidéo. Les caméras sont orientées de façon à ce que leur point de convergence soit à une distance d'environ 25 cm de la tête de l'utilisateur. Cette distance est choisie car elle correspond à la distance 25 tête/mains lors de l'exécution d'un travail manuel. Les écrans sont positionnés devant chaque oeil de l'utilisateur. Les écrans ont, par exemple, une résolution de 800x300. Les cellules des caméras ont, par exemple, une résolution de 2400x1800. Cette 30 résolution, trois fois supérieure à la résolution des écrans, permet de restituer une image de bonne qualité sur les écrans, même en zoom numérique.

b) Détection des lasers par une troisième caméra Une troisième caméra est placée entre les deux caméras assurant la vision stéréoscopique pour la détection du rayonnement émis par un laser visible ou non à l'oeil nu. La plage spectrale de sensibilité de cette troisième caméra est adaptée au(x) rayonnements(s) laser à détecter. Cette troisième caméra est équipée d'un filtre centré sur la(les) longueur (s) d'onde du (des) lasers (s) pour mieux le(s) distinguer. Un seuillage est effectué pour ne récupérer que le rayonnement le plus intense qui correspond au laser. Les points détectés sont par exemple remplacés par une couleur simple non naturelle (rouge vif par exemple). Le reste de l'image est remplacé par un gris neutre. Par calcul de l'intercorrélation entre les images des caméras de vision et l'image traitée de la caméra de détection, on peut superposer les images qui sont ensuite mixées puis envoyées sur les écrans. L'utilisateur voit ainsi la scène en 3D (trois dimensions) avec le(s) faisceau (x) laser matérialisé. c) Surveillance du niveau de batterie Un comparateur de tension électronique équipe la batterie d'alimentation de l'ensemble « lunettes de protection ». Celui-ci par deux signaux « tout ou rien » informe le processeur de deux niveaux de batterie (bas : 15 mn d'autonomie restantes, faible : 5 mn d'autonomie restantes). Le processeur, à la lecture de ces informations, affiche sur les écrans un icône d'alarme pour le niveau bas et, en plus, fait clignoter l'affichage sur les écrans pour le niveau faible. d) Emission vidéo tout ou rien L'objectif de l'invention est de traiter l'image de façon à mettre en évidence le faisceau ou le spot laser à l'opérateur pour mieux interpréter l'image, permettre le réglage du faisceau (alignement par exemple) et accroître encore la sécurité (oculaire et autre). En plus de restituer une scène de travail en salle laser, un tel système peut matérialiser par un affichage en surbrillance, par clignotement, par un motif non habituel dans l'environnement (ex: une étoile) ou par une couleur non naturelle (ex: rouge pur) tout faisceau ou spot laser détecté. Trois fonctions doivent être remplies pour 20 arriver à ce résultat, la capture d'image, la détection et la restitution sur les écrans. Pour la détection et la restitution, une solution peut être de proposer une unité informatique portable de traitement de l'image (par exemple de type 25 4sight de chez Matrox) capable de réaliser la fonction recherchée, mais aussi qui autorise tout autre ajout de fonctions à base de traitement d'image. Pour la capture de l'image, deux cas se présentent : 30 • Cas de laser visible et jusqu'au proche infrarouge (typiquement 1064nm) les caméras de visualisation sont suffisantes, étant donné leur bande passante dans le spectre lumineux. C'est leur signal qui est traité. • Cas de laser hors du visible : en plus des caméras de visualisation de la scène de travail, un troisième capteur peut être adapté sur les lunettes. Celui-ci est réalisé ou choisi en fonction de ou des longueurs d'onde des lasers utilisés, et génère un signal compatible en format avec les caméras de visualisation. C'est celui-ci qui est traité puis mixé au signal des caméras avant restitution sur les écrans. Une détection de perte de connaissance de l'utilisateur peut être implantée dans les lunettes (contact mercure, détecteur de chocs ou de mouvement...). Un signal particulier est alors transmis. Un « arrêt d'urgence mobile » est porté par l'utilisateur. Il peut l'actionner à tout moment et en tout lieu.

Une détection de niveau faible de batterie est implantée. Cette information en plus d'être émise vers le monde extérieur, est traitée en local pour avertir l'utilisateur. La réception de ces signaux engendre la fermeture de contacts qui sont aptes à commander divers organes de sécurité. Exemple: - Ouverture d'extracteur, - Coupure d'alimentation, - Matérialisation du local où se situe l'accident, - Déclenchement de signaux d'alarme, sonore, téléalarme... Le récepteur est capable de déterminer de qui viennent les signaux reçus.

Des signaux tout ou rien peuvent être émis par l'environnement (PC, bornes automatiques...) et sont liés à de alertes. Exemple : - Laser sous tension, - Alerte « ammoniac », - Alarme incendie... Ces émissions sont de trois types : - Générale (vers tous les utilisateurs), - Zonale (vers un groupe d'utilisateurs), - Individuelle (vers un utilisateur). A la réception, ils peuvent se manifester à l'utilisateur d'une ou plusieurs manières. - Voyants lumineux de couleur dans le champ de vision, - Signal sonore, - Clignotement de l'affichage, - Incrustation vidéo (cas d'un traitement d'image optionnel). Les lunettes peuvent être équipées d'un système d'interphonie « full duplex » (mains libre).

Comme indiqué plus haut, si la transmission est hertzienne, le numérique offre, plus facilement, la possibilité de crypter les données et ainsi répondre à certains impératifs de confidentialités. Les lunettes peuvent être pourvues d'un système d'émission vidéo. Ces données sont alors transmises vers un PC de surveillance.

Elles sont à usages multiples : - Surveiller un travailleur isolé, - Exécuter le travail à exécuter par un ou plusieurs experts, - Enregistrer les faits et gestes pour la conservation des connaissances et la mémorisation de procédures. On peut, de plus, traiter et ou mixer avec d'autres signaux d'informations la vidéo reçue de l'utilisateur, puis de la retransmettre vers les lunettes de protection avant retransmission affichage sur les écrans de visualisation. Exemples . a) Traitements : - Reconnaissance de mouvements (surveillance d'environnement hostile), - Détection de spot de sur intensité lumineuse (faisceau laser). b) Mixage : - Affichage d'informations (alertes, niveau batterie, heure...), - Affichage d'instructions (liste d'opérations...), - Matérialisation de spots, de trajectoire de faisceaux lumineux. e) Prise de vue Par actionnement d'une commande, l'utilisateur peut stocker les images qu'il visualise sur ses écrans dans une carte de type SD (« Secure Digital ») par exemple.

Claims

REVENDICATIONS1. Lunettes numériques, à traitement de signal, de protection des yeux d'un opérateur contre un rayonnement lumineux (22) gênant ou dangereux formant un spot (23) comprenant au moins une caméra (10, 10') munie d'une optique de focalisation (12, 12') et une batterie d'alimentation (18), caractérisées en ce que ces lunettes comprennent : - au moins un écran de restitution d'images (15, 15') apte à être disposé devant les yeux (16, 17) de l'opérateur, une unité (19) de traitement d'images reçues de la au moins une caméra, qui pilote chaque écran de restitution d'images, un module (20) de détection et de restitution du spot lumineux (23) par affichage d'un signe distinctif sur au moins un écran de restitution d'image.
2. Lunettes selon la revendication 1, dans lesquelles chaque caméra comprend une cellule CCD.
3. Lunettes selon la revendication 1, dans lesquelles chaque caméra comprend une cellule CMOS.
4. Lunettes selon la revendication 1, comprenant deux caméras (10, 10'), et deux écrans de restitution d'images (15, 15') correspondant chacun àune caméra, chaque écran étant apte à être disposé devant un oeil de l'opérateur.
5. Lunettes selon la revendication 4, qui comprennent . - un émetteur et/ou transmetteur audio (30) alimenté par la batterie, - un émetteur (31) et/ou un microphone (32) reliés à l'émetteur et/ou transmetteur audio (30). 10
6. Lunettes selon la revendication 4, qui comprennent . - un dispositif (40) de mesure du niveau de la batterie (18), et - au moins une icône d'alarme (41, 41') apte à être affichée sur l'un et/ou l'autre des écrans de restitution d'image (10, 10') et/ou un émetteur de signal sonore.
7. Lunettes selon la revendication 4, qui comprennent . - un émetteur/récepteur de signaux tout ou rien (50) alimenté par la batterie, - au moins une icône (51, 51') apte à être 25 affichée sur l'un et/ou l'autre des écrans de restitution d'image (10, 10') et/ou un émetteur de signal sonore.
8. Lunettes selon la revendication 4, qui 30 comprennent : 15 20un émetteur et/ou transmetteur vidéo (60).
9. Lunettes selon la revendication 4, qui comprennent . - une carte mémoire (7 0) .
10. Lunettes selon la revendication 4, qui comprennent . un dispositif de détection (10") sensible à la longueur d'onde du rayonnement lumineux.