FR2970351A1 - Method for e.g. radioscopy of optical fibers to produce sensory perception of surface quality of component inside watch in industrial application, involves processing sensory information to generate control signals for active tactile zone - Google Patents
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Abstract
Description
« Procédé et système de scopie sensorielle, et dispositif actif tactile mis en oeuvre dans ce système » La présente invention concerne un procédé de scopie, notamment d'endoscopie, par fibres optiques, permettant des expériences sensorielles tactiles couplées à des visualisations de cibles. Elle vise également un système de scopie ou d'endoscopie par fibres optiques permettant la mise en oeuvre de ce procédé, ainsi qu'un dispositif actif tactile mis en oeuvre dans ce système. The present invention relates to a method of scopie, in particular endoscopy, by optical fibers, enabling tactile sensory experiments coupled to target visualizations. It also relates to an optical fiber scopie or endoscopy system for implementing this method, as well as an active tactile device implemented in this system.
L'endoscopie est une technique bien maîtrisée permettant de visualiser au moyen d'une sonde optique ou acoustique l'intérieur de dispositifs, de canalisations ou d'organes. Elle est largement utilisée dans le domaine médical et dans de nombreux secteurs industriels. L'utilisateur d'un procédé d'endoscopie dispose ainsi d'images statiques ou animées qui peuvent faire l'objet d'un traitement et d'une exploitation. On peut ainsi générer des représentations bi ou tridimensionnelles particulièrement réalistes d'organes ou de dispositifs. Pour autant, avec les dispositifs endoscopiques actuels, il est difficile pour leurs utilisateurs de percevoir la texture des organes ou composants internes qu'ils visualisent. Endoscopy is a well-controlled technique for visualizing the inside of devices, ducts or organs by means of an optical or acoustic probe. It is widely used in the medical field and in many industrial sectors. The user of an endoscopy method thus has static or animated images that can be subject to treatment and exploitation. It is thus possible to generate particularly realistic bi or three-dimensional representations of organs or devices. However, with the current endoscopic devices, it is difficult for their users to perceive the texture of the organs or internal components they visualize.
Le but de la présente invention est de proposer un perfectionnement aux procédés actuels de scopie ou d'endoscopie, qui permette une expérience sensorielle en complément d'une visualisation endoscopique. Cet objectif est atteint avec un procédé de scopie comprenant une génération d'images à partir d'une émission de faisceaux optiques de balayage incidents vers un site cible à l'intérieur ou à la surface d'une structure ou d'un corps et d'une collecte de faisceaux optiques réfléchis depuis ledit site cible distal, lesdits faisceaux incidents et réfléchis étant guidés via un canal endoscopique dont une extrémité distale est disposée au voisinage du site cible et une extrémité proximale est reliée à une unité prévue pour contrôler lesdits faisceaux incidents et pour générer des images dudit site cible, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - un traitement desdites images pour extraire des informations sensorielles incluant des informations de texture, - un traitement de ces informations sensorielles pour générer des signaux de contrôle d'une zone active tactile, de sorte que cette zone active tactile procure à un utilisateur appliquant sur celle-ci une partie de son corps, telle que des doigts, une perception sensorielle de la texture du site cible. The purpose of the present invention is to propose an improvement to current methods of scopie or endoscopy, which allows a sensory experience in addition to an endoscopic visualization. This objective is achieved with a scopie method including image generation from emission of scanning optical beams incident to a target site within or on the surface of a structure or body, and a collection of optical beams reflected from said distal target site, said incident and reflected beams being guided via an endoscopic channel having a distal end disposed adjacent to the target site and a proximal end connected to a unit for controlling said incident beams and to generate images of said target site, characterized in that it further comprises: - processing said images to extract sensory information including texture information, - processing said sensory information to generate control signals of an active touch zone, so that this touch active zone provides a user applying on it a part of his body, such as fingers, a sensory perception of the texture of the target site.
Le traitement des images d'endoscopie peut avantageusement comprendre une analyse surfacique prévue pour générer des informations de texture en des points déterminés d'une surface analysée. Le traitement des informations de texture peut comprendre une identification d'une texture caractéristique à partir d'une comparaison d'informations de texture avec des données de texture caractéristiques stockées dans une base de données de texture. Dans une version particulière de l'invention, le procédé comprend en outre un accès à un fichier de signaux de contrôle d'une zone active tactile, en relation avec la texture identifiée. The processing of the endoscopic images may advantageously include a surface analysis intended to generate texture information at predetermined points of an analyzed surface. The texture information processing may include identifying a characteristic texture from a comparison of texture information with characteristic texture data stored in a texture database. In a particular version of the invention, the method further comprises access to a control signal file of a tactile active zone, in relation to the identified texture.
Le fichier de signaux de contrôle peut comprendre des signaux agencés pour procurer un balayage bidimensionnel d'une zone active tactile, par application desdits signaux sur un ensemble matriciel d'électrodes d'excitation disposées au sein de ladite zone active tactile. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de scopie prévu pour générer des images d'un site cible à la surface d'une structure ou d'un corps, comprenant : des moyens pour émettre des faisceaux optiques de balayage incidents vers le site cible, des moyens pour collecter de faisceaux optiques réfléchis depuis ledit site cible distal, lesdits faisceaux incidents et réfléchis étant guidés via un canal endoscopique dont une extrémité distale est disposée au voisinage du site cible et une extrémité proximale est reliée à une unité prévue pour contrôler lesdits faisceaux incidents et pour générer des images dudit site cible, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - des moyens pour traiter lesdites images pour extraire des informations sensorielles incluant des informations de texture, - une zone active tactile, - des moyens pour traiter ces informations sensorielles de façon à générer des signaux de contrôle de cette zone active tactile, de sorte que cette zone active tactile procure à un utilisateur appliquant sur celle-ci une partie de son corps, telle que des doigts, une perception sensorielle de la texture du site cible. Les moyens de traitement d' images de scopie ou d'endoscopie peuvent comprendre des moyens pour réaliser une analyse surfacique prévue pour générer des informations de texture en des points déterminés d'une surface analysée. Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif actif tactile comportant une zone active tactile réalisée dans un matériau actif et pourvue d'un ensemble d'électrodes d'excitation disposées au sein de ladite zone, mis en oeuvre dans un système selon l'invention, caractérisé en ce que lesdites électrodes d'excitation sont connectées à des moyens pour générer des signaux de contrôle associés à une texture caractéristique identifiées à partir d'images d'endoscopie collectées depuis un site cible. Ce dispositif actif tactile peut être intégré au sein d'un équipement informatique, de sorte que la zone active tactile affleure sensiblement la face supérieure d'un clavier. La zone active tactile est réalisée à partir d'un matériau actif micro ou nanostructuré en couche mince, par exemple à partir d'un matériau piézoélectrique. Pour la réalisation pratique d'une zone active tactile, on pourra utilement se référer aux travaux exposés dans le document EP 1956466A1 qui divulgue une interface tactile vibrante, ainsi qu'au document US 5,389,849 qui divulgue un appareil générateur de tactilité utilisant des matériaux piézoélectriques. On comprendra mieux l'invention à la lumière des figures énoncées ci-après : - la figure 1 est une vue synoptique d'un premier exemple de système d'endoscopie sensorielle selon l'invention, mis en oeuvre pour l'exploration de l'intérieur d'une montre ; - la figure 2 est une vue synoptique d'un second exemple de système d'endoscopie sensorielle selon l'invention, mis en oeuvre pour l'exploration de l'intérieur d'un corps humain ou animal ; - la figure 3 est une vue synoptique d'un troisième exemple de système de scopie sensorielle selon l'invention, mis en oeuvre pour la reproduction d'effets de toucher de peau d'une personne distante ; et - la figure 4 représente schématiquement un ordinateur intégrant un dispositif d'interface tactile selon l'invention. The control signal file may comprise signals arranged to provide two-dimensional scanning of a touch active area, by applying said signals to a matrix array of excitation electrodes disposed within said touch active area. According to another aspect of the invention, there is provided a scopie system provided for generating images of a target site on the surface of a structure or body, comprising: means for emitting scanning optical beams incident to the target site, means for collecting optical beams reflected from said distal target site, said incident and reflected beams being guided via an endoscopic channel having a distal end disposed adjacent the target site and a proximal end connected to a unit designed to control said incident beams and to generate images of said target site, characterized in that it further comprises: - means for processing said images to extract sensory information including texture information, - a tactile active area, means for processing this sensory information so as to generate control signals for this active zone tac tile, so that this tactile active area provides a user applying on it a part of his body, such as fingers, a sensory perception of the texture of the target site. The scopie or endoscopic image processing means may comprise means for performing surface analysis intended to generate texture information at predetermined points of an analyzed surface. According to yet another aspect of the invention, there is provided an active tactile device comprising a tactile active zone made of an active material and provided with a set of excitation electrodes disposed within said zone, implemented in a system according to the invention, characterized in that said excitation electrodes are connected to means for generating characteristic texture-associated control signals identified from endoscopy images collected from a target site. This active tactile device can be integrated within a computer equipment, so that the tactile active area is substantially flush with the upper face of a keyboard. The tactile active zone is made from a micro or nanostructured active material in a thin layer, for example from a piezoelectric material. For the practical realization of a tactile active zone, it will be useful to refer to the works set forth in the document EP 1956466A1 which discloses a vibrating touch interface, as well as to the document US Pat. No. 5,389,849 which discloses a device generating tactility using piezoelectric materials. The invention will be better understood in the light of the figures set out below: FIG. 1 is a synoptic view of a first example of a sensory endoscopy system according to the invention, used for the exploration of the inside a watch; FIG. 2 is a synoptic view of a second example of a sensory endoscopy system according to the invention, used for the exploration of the interior of a human or animal body; FIG. 3 is a synoptic view of a third example of a sensory scopie system according to the invention, implemented for the reproduction of the skin touching effects of a distant person; and FIG. 4 schematically represents a computer incorporating a tactile interface device according to the invention.
25 On va maintenant décrire un premier exemple d'un système d'endoscopie S1 selon l'invention, mis en oeuvre pour une exploration de l'intérieur d'un objet technique tel qu'une montre 61 pré-équipée d'un ou plusieurs canaux de fibres optiques intégrés FI1 dont une extrémité distale est placée à proximité étroite d'un organe cible ou composant caractéristique cible Cl du mouvement mécanique M de la montre et 30 l'extrémité proximale affleure sensiblement la périphérie extérieure du boîtier de la montre. Pour une description de la structure d'une telle montre et de son fonctionnement, on pourra utilement se référer au contenu de la demande n°10 01112 déposée le 22 mars 2010 qui divulgue un procédé et système d'endoscopie horlogère, ainsi qu'une 35 montre adaptée pour permettre une endoscopie. Le système d'endoscopie sensorielle S1 comprend, en référence à la figure 1 : 20 - un canal de fibres optiques F1 dont une extrémité distale est prévue pour être connectée optiquement à l'extrémité proximale du canal de fibres optiques intégré FI1 dans la montre B1, via un connecteur optique adapté 01, - une unité opto-numérique de contrôle et de traitement U1 à laquelle est connectée une extrémité proximale du canal de fibres optiques F1, cette unité U1 étant conçue pour (i) émettre un faisceau optique de balayage incident, (ii) recevoir un faisceau optique réfléchi reçu de la cible Cl et (iii) générer des signaux numériques d'images de la cible Cl qui sont transmis à un ordinateur ou à un système de traitement numérique équivalent 1 équipé d'un écran de visualisation 2, et - un dispositif d'interface tactile D1 connecté à l'ordinateur 1 et pourvu sur sa face supérieure d'une zone tactile couverte T1 d'un matériau piézoélectrique et prévue pour recevoir le contact d'un ou plusieurs doigts 4. We will now describe a first example of an endoscopy system S1 according to the invention, implemented for an exploration of the interior of a technical object such as a watch 61 pre-equipped with one or more integrated optical fiber channels FI1 having a distal end placed in close proximity to a target organ or target component C1 of the mechanical movement M of the watch and the proximal end substantially flush with the outer periphery of the watch case. For a description of the structure of such a watch and its operation, reference may be made to the content of the application No. 10 01112 filed March 22, 2010 which discloses a method and system of endoscopic watch, and a 35 shows adapted to allow endoscopy. The sensory endoscopy system S1 comprises, with reference to FIG. 1: an optical fiber channel F1 having a distal end for optically connected to the proximal end of the integrated optical fiber channel FI1 in the B1 watch via an adapted optical connector 01, an opto-digital control and processing unit U1 to which a proximal end of the optical fiber channel F1 is connected, this unit U1 being designed to (i) emit an incident scanning optical beam (ii) receiving a reflected optical beam received from the target C1 and (iii) generating digital images of the target C1 that are transmitted to a computer or equivalent digital processing system 1 equipped with a display screen. visualization 2, and a tactile interface device D1 connected to the computer 1 and provided on its upper face with a covered touch-sensitive area T1 of a piezoelectric material and provided e to receive the contact of one or more fingers 4.
Ce système d'endoscopie sensorielle S1 peut être utilisé pour produire à son utilisateur des effets tactiles de perception de l'état de surface de pièces internes au mouvement d'horlogerie et qui sont des cibles sur lesquelles des fibres optiques ont été dirigées. Pour cela, l'ordinateur 1 exécute un programme d'analyse des images produites par l'unité opto-numérique U1 afin de déterminer les paramètres de texture des pièces ciblées. On peut ainsi reproduire leur effet de surface de manière tactile, par exemple un aspect de métal brossé ou poli. Dans un second exemple de réalisation illustré par la figure 2, le système d'endoscopie médicale S2 comporte : un canal endoscopique à fibres optiques F2 configuré pour être inséré dans le corps B2 d'un patient, ce canal endoscopique F2 comprenant une extrémité distale positionnée à proximité d'un site cible C2, une unité opto-numérique U2, sensiblement du même type que celle mise en oeuvre dans le premier exemple précité, à laquelle est reliée optiquement l'extrémité proximale du canal endoscopique C2, cette unité opto-numérique U2 étant conçue pour générer des signaux numériques d'images du site cible C2 et les transmettre à un ordinateur ou système de traitement d'information équivalent 1, et un dispositif d'interface tactile D2 pourvu d'une zone tactile T2, recevant de l'ordinateur 1 des signaux de commande d'un réseau d'électrodes disposées sous forme matricielle dans cette zone tactile et prévu pour recevoir le contact de la paume 5 de l'opérateur. Avec ce système d'endoscopie médicale S2 selon l'invention, l'opérateur peut exploiter maintenant, outre les informations d'imagerie résultant du balayage endoscopique d'une zone cible interne, d'informations complémentaires de nature tactile sur l'état de surface des parois explorées. Il peut ainsi mieux évaluer la nature de lésions éventuelles et estimer l'ampleur d'une pathologie au moyen de perceptions tactiles. On va maintenant décrire, en référence à la figure 3, un troisième exemple de mise en oeuvre de l'invention, sous la forme d'un système de scopie dédié à la reproduction d'un effet de toucher de la peau d'une personne distante. Ce système S3 comprend : un dispositif 30 de captation d'images d'une zone cible C3 de l'épiderme B3 d'une personne, qui peut présenter la forme d'un stylet ou d'une sonde de surface pour balayer optiquement cette zone cible, un canal de fibres optiques F3 dont l'extrémité distale est reliée au dispositif de captation 30, une unité opta-numérique U3 à laquelle est connectée l'extrémité proximale du canal F3, configurée pour produire, à partir de faisceaux optiques de balayage respectivement incident et réfléchi, des signaux numériques d'images de la zone cible C3 et pour transmettre ces signaux d'image à un ordinateur 31 utilisé par la personne pour communiquer à distance avec une autre personne interlocutrice via un ou plusieurs réseaux de communication, cette autre personne étant elle-même utilisatrice d'un ordinateur distant 32 connecté à ces réseaux de communication, et un dispositif d'interface tactile R3 relié directement à l'ordinateur distant 3 et incluant une zone tactile pourvue d'électrodes d'excitation et configurée pour produire une perception tactile de la zone cible C3 de l'épiderme de la première personne disposant de la sonde dermique 30. Ainsi, avec ce système de scopie sensorielle S3, une personne distante peut, en plaçant l'une de ses mains ou l'un de ses doigts sur la zone tactile, percevoir les sensations qu'il aurait en touchant la peau d'une personne avec laquelle il peut se trouver en communication via un logiciel de télécommunication audio et/ou vidéo. Il est à noter qu'en référence à la figure 4, on peut concevoir dans le cadre de la présente invention un ordinateur 3, notamment du type portable, dans lequel une zone tactile T3' est directement intégrée au sein du clavier K de cet ordinateur ou à côté de ce clavier K et d'une zone tactile de pointage M3. Avec ce mode de réalisation, l'utilisateur peut alors placer un ou plusieurs de ces doigts en contact avec la zone tactile T3' tout en utilisant les touches du clavier. Pour la réalisation des unités opto-numériques U1-U3 précitées, on pourra par exemple utilement se référer aux enseignements techniques des documents de brevet publiés de la société Mauna Kea Technologies qui commercialise des systèmes d'endoscopie à balayage implémentant des guides d'image à base de faisceaux de fibres optiques. This sensory endoscopy system S1 can be used to produce to its user tactile effects of perception of the surface condition of parts internal to the watch movement and which are targets on which optical fibers have been directed. For this, the computer 1 executes an image analysis program produced by the opto-digital unit U1 to determine the texture parameters of the targeted parts. It is thus possible to reproduce their surface effect in a tactile manner, for example an appearance of brushed or polished metal. In a second exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, the medical endoscopy system S2 comprises: an endoscopic fiber optic channel F2 configured to be inserted into the body B2 of a patient, this endoscopic channel F2 comprising a distal end positioned in the vicinity of a target site C2, an opto-digital unit U2, substantially of the same type as that implemented in the first example above, to which the proximal end of the endoscopic channel C2 is optically connected, this opto-digital unit U2 being adapted to generate digital image signals from the target site C2 and transmit them to an equivalent computer or information processing system 1, and a touch-sensitive interface device D2 provided with a touch-sensitive zone T2, receiving 1 of the control signals of an array of electrodes arranged in matrix form in this touch zone and designed to receive the contact of the palm of the operand ator. With this medical endoscopy system S2 according to the invention, the operator can now exploit, in addition to the imaging information resulting from the endoscopic scanning of an internal target zone, additional tactile information on the surface state. walls explored. It can better assess the nature of possible lesions and estimate the extent of a pathology by means of tactile perceptions. A third embodiment of the invention will now be described, with reference to FIG. 3, in the form of a scopie system dedicated to reproducing a touching effect on the skin of a person. remote. This system S3 comprises: a device 30 for capturing images of a target area C3 of the epidermis B3 of a person, which can be in the form of a stylet or a surface probe for optically scanning this area target, an optical fiber channel F3 whose distal end is connected to the capture device 30, an opto-digital unit U3 to which is connected the proximal end of the channel F3, configured to produce, from scanning optical beams respectively incident and reflected, digital image signals of the target area C3 and to transmit these image signals to a computer 31 used by the person to remotely communicate with another person interlocutor via one or more communication networks, this another person being himself a user of a remote computer 32 connected to these communication networks, and a touch interface device R3 directly connected to the remote computer 3 and in a tactile zone provided with excitation electrodes and configured to produce a tactile perception of the target area C3 of the epidermis of the first person disposing of the dermal probe 30. Thus, with this S3 sensorial scopie system, a person distant, by placing one of his hands or one of his fingers on the tactile zone, perceive the sensations that he would have while touching the skin of a person with whom he can be in communication via a software of audio and / or video telecommunication. It should be noted that with reference to FIG. 4, it is conceivable in the context of the present invention a computer 3, in particular of the portable type, in which a touch zone T3 'is directly integrated within the keyboard K of this computer or next to this keyboard K and a touch-sensitive area M3. With this embodiment, the user can then place one or more of these fingers in contact with the touch zone T3 'while using the keys of the keyboard. For the production of the U1-U3 opto-digital units mentioned above, reference may for example be made to the technical teachings of the published patent documents of the company Mauna Kea Technologies, which markets scanning endoscopy systems implementing image guides to base of optical fiber bundles.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit et bien d'autres modes de réalisation que ceux qui viennent d'être décrits sont envisageables. On peut notamment prévoir l'utilisation d'un matériau actif dont la 5 couleur peut être modifiée et commandée en fonction des couleurs détectées sur le site cible. On peut aussi envisager l'utilisation d'un matériau dont la température de contact peut être modifiée et commandée en fonction des températures détectées sur le site cible. 10 Of course, the invention is not limited to what has just been described and many other embodiments than those which have just been described are conceivable. In particular, it is possible to use an active material whose color can be modified and controlled according to the colors detected on the target site. It is also possible to envisage the use of a material whose contact temperature can be modified and controlled as a function of the temperatures detected at the target site. 10
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