FR3069942B1 - Analyse d'un mouvement et/ou d'une posture d'au moins une partie du corps d'un individu - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de traitement d'images pour fournir à un praticien une aide à l'analyse d'un mouvement et/ou d'une posture d'au moins une partie du corps d'un individu à l'aide d'un banc stéréoscopique (10) comprenant une première (11) et une deuxième (12) caméras, ledit procédé comprenant notamment : - une étape de capture (S1, S2) au cours de laquelle on capture simultanément à un premier instant déterminé (t1) une première (I1) et une deuxième (I2) images de la scène à l'aide respectivement des première (11) et deuxième (12) caméras, - au moins une itération de l'étape de capture (S1, S2) à au moins un deuxième instant déterminé (t2), - une étape de traitement (S4, S4') au cours de laquelle on détecte (S4) dans la première image (I1(t1), I1(t2)) au moins un point anatomique dudit au moins un individu, puis on détecte (S4') dans la deuxième image (I2(t1), I2(t2)) ledit au moins un point anatomique afin de déterminer pour chaque image (1S(t1), IS(t2)) les coordonnées bidimensionnelles ([x, y], [x, y]') dudit point dans le repère image, - une étape de calcul (S5) des coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit point dans le repère monde afin de construire une image 3D, - une étape de détermination (S6) d'au moins une grandeur caractéristique (GC) du mouvement et/ou de la posture dudit individu, et - une étape de comparaison (S7) des grandeurs caractéristiques (GC) entre chaque image 3D de manière à fournir au praticien lors d'une phase ultérieure d'exploitation (P3) une aide dans l'analyse du mouvement et/ou de la posture dudit individu.

Description

ANALYSE D’UN MOUVEMENT ET/OU D’UNE POSTURE

D’AU MOINS UNE PARTIE DU CORPS D’UN INDIVIDU

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine de l’analyse du mouvement et/ou de laposture. L’objet de la présente invention concerne plus particulièrement la mise à dispositionpour les professionnels du geste d’un outil d’aide à l’analyse du mouvement et/ou de la postured’un individu.

La présente invention trouvera ainsi de nombreuses applications avantageuses dans ledomaine de la santé en fournissant aux professionnels du geste un outil fiable, facile à utiliseret à transporter leur permettant d’analyser avec précision le mouvement et/ou la posture de leurpatient.

On comprendra que la présente invention trouvera d’autres applicationsavantageuses par exemple : dans le domaine de la santé en entreprise en particulier pour les ergonomes ou lesmédecins du travail ; dans le domaine vétérinaire ; ou encore dans le domaine du sport et de la préparation physique en particulier pour lesmédecins du sport, les coachs sportifs ou les préparateurs physiques.

Par professionnels du geste, on entend dans la présente description qui suit les praticiensqui s’intéressent à l’analyse du mouvement et/ou de la posture. Parmi ces praticiens, on retrouvenotamment les posturologues, les ergonomes, les podologues, les ostéopathes, les orthopédistes,les médecins de la médecine physique et de la réadaptation, les chirurgiens orthopédistes, leskinésithérapeutes, les ostéopathes, les podologues, les posturologues, les médecins du travail,les médecins du sport, les coachs sportifs, les préparateurs physiques, les psychomotriciens ouencore les vétérinaires.

Art antérieur

On connaît dans l’état de la technique des systèmes à base de vision 2D.

Ces systèmes consistent en un logiciel de traitement de vidéo et se caractérisentessentiellement par leur simplicité, leur rapidité et leur faible coût.

Ces systèmes 2D présentent néanmoins des fonctionnalités logicielles d’analyse trèsapproximatives et peu performantes, ce qui rend leur utilisation faiblement pertinente dansl’analyse du mouvement et/ou de la posture.

Les algorithmes de traitement utilisés dans ces systèmes ont une approche 2D ; oncomprend dès lors que la non-prise en considération de la profondeur représente un sérieuxdéfaut pour analyser avec précision le mouvement ou la posture d’un individu.

Parmi ces systèmes, on peut par exemple citer le logiciel développé par la sociétéDARTFISH.

On connaît ainsi les documents EP 1 247 255 Al, EP 1 287 518 Al, EP 1 907 076 Alet EP 1 289 282 Al qui appartiennent à la société DARTFISH et qui protègent la technologieassociée à la méthode d’analyse du mouvement utilisé dans ce logiciel.

Pour remédier aux défaillances des systèmes 2D, d’autres sociétés proposentaujourd’hui des systèmes à base de vision 3D.

La prise en considération de la profondeur dans l’analyse du mouvement et de la posturea vu naître jusqu’à présent des solutions coûteuses, complexes à mettre en œuvre et nécessitantde nombreuses ressources informatiques.

Ce type de système exige en effet : soit l’installation d’un laboratoire dédié, soit la mise en conformité du lieu d’étude avec l’installation de plusieurs caméras.

Avec les systèmes 3D développés jusqu’à présent, l’individu étudié doit nécessairementêtre équipé de marqueurs sur le corps.

Une fois l’acquisition des images réalisées, il faut ensuite compiler tous les résultatspour créer un rapport exploitable en vue de l’analyse du mouvement ou de la posture.

La création de ce rapport est une étape longue et fastidieuse qui, la plupart du temps, estréalisée par un opérateur spécialisé. L’ergonomie proposée par ces logiciels est généralement peu attrayante et difficiled’utilisation, ce qui disqualifie d’office ces systèmes pour l’usage fonctionnel attendu par lepraticien.

Parmi les systèmes 3D, on connaît notamment le logiciel VICON® développé par lasociété américaine VICON INDUSTRIES.

Ces systèmes 3D sont multi-caméras.

Il existe a contrario des systèmes vidéo infrarouges tels que la KINECT. Ces systèmeslégers sont toutefois peu précis et difficilement utilisables en extérieur.

On connaît enfin le document WO 2005 093659 qui divulgue un système d’acquisitionpour l’analyse 3D de la posture d’un individu sur son poste de travail.

La solution proposée dans ce document se concentre essentiellement sur une phased’estimation visant à approcher le mouvement global du travailleur par un modèlebiomécanique et à en déduire des grandeurs caractéristiques du mouvement.

Le Demandeur observe ainsi que les solutions proposées jusqu’à présent dans l’état dela technique pour analyser le mouvement et/ou la posture d’un individu ne sont passatisfaisantes.

Elles sont : soit peu fiables (système 2D), soit trop complexes à mettre en œuvre et tropcoûteuses (système 3D).

Objet et résumé de la présente invention L’objet de la présente invention vise à améliorer la situation décrite ci-dessus.

Un des objectifs de la présente invention est de remédier aux différents inconvénientsmentionnés ci-dessus en proposant un outil d’aide à l’analyse du mouvement et/ou de la postureadapté aux attentes du praticien qui a besoin d’un outil facile d’utilisation, maniable, adaptableet capable de répondre à la nécessité de réactivité demandée par une activité professionnelle deterrain. A cet effet, la présente invention concerne selon un premier aspect un procédé detraitement d’images pour fournir à un praticien une aide à l’analyse d’un mouvement et/oud’une posture d’au moins une partie du corps d’un individu.

Selon l’invention, le procédé est réalisé notamment à l’aide d’un banc stéréoscopiquecomprenant une première et une deuxième caméras.

Par caméra, on entend dans toute la présente description qui suit tout dispositif optiquedu type capteur d’images permettant l’acquisition d’au moins une image.

De préférence, les deux caméras sont fixes, distinctes l’une de l’autre et dirigées chacuneen direction d’une scène comprenant au moins une partie du corps de l’individu.

Selon l’invention, le procédé est mis œuvre par des moyens informatiques et comprendune phase d’acquisition avec les étapes suivantes : - une étape de capture au cours de laquelle on capture simultanément à un premierinstant déterminé une première et une deuxième images de la scène à l’aiderespectivement des première et deuxième caméras, et au moins une itération de l’étape de capture à au moins un deuxième instantdéterminé.

On comprend donc qu’à l’issue d’une phase d’acquisition présentant une uniqueitération de l’étape de capture on dispose : d’une première et d’une deuxième images pour un premier instant tl, etd’une première et d’une deuxième images pour un deuxième instant t2.

Dans le cas de n itérations, on disposera de n+1 couples d’une première et d’unedeuxième images, soit un couple d’images pour chaque instant de capture.

Le procédé selon la présente invention comprend en outre une phase de traitement avecles étapes suivantes : - une étape de construction d’au moins deux images stéréoscopiques de la scène àpartir des premières et deuxièmes images acquises lors de la phase d’acquisition, - une étape de traitement au cours de laquelle, pour chaque image stéréoscopique, ondétecte dans la première image au moins un point anatomique de l’individu, puis ondétecte dans la deuxième image ce point anatomique afin de déterminer pour chaqueimage les coordonnées bidimensionnelles du point dans le repère image, - une étape de calcul au cours de laquelle on calcule, en fonction des coordonnéesbidimensionnelles de chaque point anatomique (par exemple par triangulation) dansle repère image, les coordonnées tridimensionnelles du point dans le repère mondeafin de construire une image tridimensionnelle, appelée ici image 3D, - une étape de détermination au cours de laquelle, pour chaque image 3D, ondétermine en fonction des coordonnées tridimensionnelles de chaque pointanatomique dans le repère monde au moins une grandeur caractéristique dumouvement et/ou de la posture de l’individu.

Le procédé selon la présente invention comprend ensuite une phase d’exploitation.

Au cours de cette phase, il est prévu notamment une étape de génération etd’enregistrement d’un signal numérique comprenant la ou les grandeurs caractéristiques.

Ce signal numérique est directement exploitable par le système informatique dupraticien. Il se présente ainsi comme un rapport d’analyse fournissant au praticien une aide dansl’analyse du mouvement et/ou de la posture de l’individu.

Ce signal numérique peut également se présenter sous la forme d’un fichierinformatique.

Cette succession d’étapes techniques, caractéristique de la présente invention, proposelors d’une phase de traitement un traitement d’images en quasi temps réel qui permet laconstruction d’une image 3D de la scène en fonction des images 2D acquises lors de la phased’acquisition. Cette image 3D est ensuite traitée par des algorithmes spécifiques qui identifient dans l’image en fonction de points d’intérêts prédéterminés, appelés ici points anatomiques, desgrandeurs caractéristiques du mouvement et/ou de la posture. A partir de la position et/ou de la trajectoire des points anatomiques, on détermine doncdes grandeurs caractéristiques correspondant à un ensemble de mesures (position, vitesse,accélération, déplacement, déformation, durée, distance, angle, etc.) ; ces mesures sontdirectement interprétables par le praticien.

Avantageusement, la phase de traitement comporte une étape de comparaison au coursde laquelle on compare les grandeurs caractéristiques entre chaque image 3D.

Le signal numérique comprend ainsi les résultats de cette comparaison. C’est donc en mesurant ces grandeurs physiques dans l’image 3D et en comparant cesgrandeurs d’une image 3D avec une autre image 3D qu’on obtient des résultats de comparaisonpermettant une analyse du mouvement et de la posture de l’individu.

Avantageusement, il est possible, lors de la comparaison, de comparer les grandeurscaractéristiques entre chaque image 3D à un modèle de grandeurs cibles prédéterminées, ditmodèle de référence, correspondant à un mouvement et/ou une posture à atteindre.

Cette comparaison avec un modèle de référence permet de comparer la posture del’individu avec une posture de référence.

On peut également envisager que cette posture de référence correspond à une posturepréalablement acquise sur le même individu.

On comprendra dans ce cas que le procédé prévoit une historisation des rapportsd’analyse afin de conserver les résultats des analyses précédentes et permettre une comparaisond’une posture nouvellement acquise avec une posture acquise lors d’une précédente séance.

Avantageusement, la phase d’acquisition comprend, préalablement à l’étape de capture,une première étape de calibration ; au cours de cette étape, on estime la position et l’orientationrelatives des caméras entre elles à l’aide d’une mire de calibration.

Cette calibration, ou étalonnage, permet ainsi d’estimer la pose des caméras entre elles.La pose des caméras entre elles, ou paramètre extrinsèque, correspond à la position etl’orientation des caméras entre elles dans le repère monde.

Avantageusement, la phase d’acquisition comprend, préalablement à l’étape de capture,une deuxième étape de calibration ; au cours de cette étape, on estime les paramètresintrinsèques des caméras. En fonction du modèle mathématique de caméra utilisé (modèle desténopé par exemple), les paramètres intrinsèques de la caméra comprennent notamment ladistance focale, le centre optique, la fréquence d’acquisition, le temps d’exposition etd’éventuels paramètres de distorsion de la caméra.

Il est ainsi possible d’envisager les réglages de ces paramètres optiques (dit intrinsèques)des caméras. On peut par exemple régler la fréquence d’acquisition et/ou le temps d’expositionen fonction notamment de l’éclairage de la scène.

Optionnellement, les paramètres intrinsèques et extrinsèques des caméras peuvent êtredéterminés lors d’une même étape de calibration.

Ces calibrations peuvent être réalisées : soit une unique fois (après l’assemblage) ; soit périodiquement ; ou encore soit avant chaque acquisition.

Avantageusement, la phase d’acquisition comprend, préalablement à l’étape de capture,une étape de synchronisation des caméras ; au cours de cette étape, les première et deuxièmecaméras sont synchronisées temporellement entre elles de manière à ce que les images capturéessoient synchrones.

Avantageusement, les grandeurs caractéristiques du mouvement et/ou de la posture del’individu sont des grandeurs physiques correspondant par exemple à : - une distance entre deux points anatomiques d’une même image 3D, - un angle formé par trois points anatomiques d’une même image 3D, ou encorela vitesse de déplacement ou l’accélération d’un point entre deux images 3D.

Dans une mode de réalisation particulier, le procédé selon la présente inventioncomprend, préalablement à la phase d’acquisition, une étape de positionnement par le praticiend’un marqueur dit physique ; il peut s’agir par exemple d’une pastille.

Plus particulièrement, le praticien positionne au moins un marqueur sur une zoned’intérêt déterminée de l’individu. Cette zone peut correspondre à une zone anatomique del’individu qui peut être caractéristique d’un mouvement ou d’une posture ; cette zonecorrespond par exemple à une articulation

Dans ce mode, on peut prévoir, lors de l’étape de traitement, que la détection du pointanatomique est réalisée par un algorithme de traitement d’images configuré pour reconnaîtredans l’image le marqueur.

On comprendra ici qu’un tel algorithme est type « object récognition ».

Dans un mode de réalisation alternatif, la détection du point anatomique peut êtreréalisée directement par le praticien qui interagit avec le logiciel pour sélectionner un point ouune zone d’intérêt dans l’image.

Préférentiellement, la phase d’exploitation comporte l’affichage sur un écrannumérique : de la ou des images 3D, et/ou du ou des points anatomiques associés, et/ou des informations contenues dans le signal numérique.

Cet affichage facilite le travail de diagnostic du praticien et lui permet d’identifier avecprécision le mouvement et/ou la posture de son patient et des éventuelles corrections à apporterpour atteindre un mouvement et/ou une posture de référence.

Lors de cet affichage, on peut prévoir que l’enveloppe externe de l’individu estmodélisée par un maillage reliant les points anatomiques. Ceci améliore le rendu visuel.

Avantageusement, on détermine lors de l’étape de détermination la trajectoiretridimensionnelle de chaque point anatomique entre au moins deux images 3D par unalgorithme de suivi de points.

Corrélativement, l’objet de la présente invention concerne selon un deuxième aspect unprogramme d’ordinateur qui comporte des instructions adaptées pour l’exécution des étapes duprocédé tel que décrit ci-dessus, ceci notamment lorsque ledit programme d’ordinateur estexécuté par au moins un processeur.

Un tel programme d’ordinateur peut utiliser n’importe quel langage de programmation,et être sous la forme d’un code source, d’un code objet, ou d’un code intermédiaire entre uncode source et un code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n’importequelle autre forme souhaitable.

De même, l’objet de la présente invention concerne selon un troisième aspect un supportd’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateurcomprenant des instructions pour l’exécution des étapes du procédé tel que décrit ci-dessus. D’une part, le support d’enregistrement peut être n'importe quel entité ou dispositifcapable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen destockage, tel qu'une mémoire ROM, par exemple un CD-ROM ou une mémoire ROM de typecircuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique ou un disque dur. D'autre part, ce support d’enregistrement peut également être un support transmissibletel qu'un signal électrique ou optique, un tel signal pouvant être acheminé via un câble électriqueou optique, par radio classique ou hertzienne ou par faisceau laser autodirigé ou par d'autres moyens. Le programme d’ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur unréseau de type Internet.

Alternativement, le support d'enregistrement peut être un circuit intégré dans lequel leprogramme d’ordinateur est incorporé, le circuit intégré étant adapté pour exécuter ou pour êtreutilisé dans l'exécution du procédé en question. L’objet de la présente invention concerne enfin selon un quatrième aspect un systèmeinformatique de traitement d’images.

Un tel système est configuré pour fournir à un praticien une aide à l’analyse d’unmouvement et/ou d’une posture d’au moins une partie du corps d’un individu.

Selon l’invention, le système comprend des moyens informatiques configurés pour lamise en œuvre des étapes du procédé décrit ci-dessus.

Plus particulièrement, le système comprend un module d’acquisition et un moduleinformatique de traitement.

Le module d’acquisition comporte de préférence : - un banc stéréoscopique comprenant une première et une deuxième caméras fixes,distinctes l’une de l’autre et dirigées chacune en direction d’une scène comprenantladite au moins une partie du corps de l’individu, et - une carte électronique embarquée dans le banc et configurée pour piloter les deuxcaméras de manière à déclencher à un premier instant déterminé la capturesimultanée d’une première et d’une deuxième images de la scène à l’aiderespectivement des première et deuxième caméras, ladite carte étant en outreconfigurée pour réitérer au moins une fois la capture à au moins un deuxième instantdéterminé.

Le module informatique de traitement comporte de préférence : - un circuit électronique de construction configuré pour construire au moins deuximages stéréoscopiques de la scène à partir des premières et deuxièmes images,des moyens de traitement d’images configurés pour détecter dans la premièreimage au moins un point anatomique de l’individu, et pour détecter dans ladeuxième image ledit au moins un point anatomique, ces moyens de traitementétant en outre configurés pour déterminer pour chaque image les coordonnéesbidimensionnelles du point dans le repère image, - un calculateur configuré pour calculer en fonction des coordonnéesbidimensionnelles dudit au moins un point anatomique les coordonnées tridimensionnelles du point dans le repère monde afin de construire une image3D, et - un processeur configuré pour déterminer en fonction des coordonnéestridimensionnelles dudit au moins un point anatomique au moins une grandeurcaractéristique du mouvement et/ou de la posture de l’individu.

De préférence, le processeur est en outre configuré pour générer et enregistrer un signalnumérique comprenant ladite au moins une grandeur caractéristique et fournissant au praticienune aide dans l’analyse du mouvement et/ou de la posture dudit individu.

Ainsi, l’objet de la présente invention, par ses différents aspects fonctionnels etstructurels décrits ci-dessus, met à disposition du professionnel du geste un outil d’aide àl’analyse du mouvement et/ou de la posture simple à mettre en œuvre, facile d’utilisation etconvivial fournissant en quasi temps réel des résultats fiables et précis.

Il permet la capture d’images, l’analyse de posture et/ou de mouvement ainsi qu’uneprésentation des résultats sous une forme simple, rapide et didactique avec la génération d’unrapport facilement compréhensible aussi bien pour le praticien que pour l’individu afin quecelui-ci ait une meilleure prise de conscience des points d’amélioration potentielle.

Brève description des figures annexées D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de ladescription ci-dessous, en référence aux figures 1 et 2 annexées qui en illustrent un exemple deréalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquelles : la figure 1 représente un organigramme illustrant le procédé de l’invention conformeà un exemple de réalisation de la présente invention ; et la figure 2 représente une vue schématique du système conforme à un exemple deréalisation de la présente invention.

Description détaillée selon un exemple de réalisation avantageux

Un procédé de traitement d’images pour fournir aux professionnels du geste une aide àl’analyse d’un mouvement et/ou d’une posture ainsi que le système associé vont maintenantêtre décrits dans ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1 et 2.

Pour mémoire, un des objets de la présente invention est de mettre à disposition desprofessionnels du geste un outil de capture et d’analyse du mouvement simple à utiliser, fiableen termes de performance et abordable sur le plan financier.

Ceci est rendu possible dans l’exemple qui va suivre.

Dans cet exemple, on propose d’étudier la posture d’un cycliste sur un vélo.

Cette étude vise plus particulièrement à : analyser la posture d’un cycliste avant et après une modification du réglage du vélo ;analyser la posture d’un cycliste sur différents vélos ; analyser la posture d’un cycliste selon son positionnement sur le vélo (mains sur lehaut du cintre, mains sur le bas du cintre, etc.).

On comprend ainsi qu’une telle étude pour des sportifs de haut-niveau peut permettred’améliorer de façon significative les performances sportives (posture, choix du vélo, réglagedu vélo, etc.).

La présente invention propose ainsi un système informatique 100 permettant à la fois lacapture, le traitement et l’analyse du mouvement.

Dans l’exemple décrit ici, le système 100 comporte à cet effet un banc stéréoscopique10 portatif.

Dans cet exemple, le banc 10 est utilisable aussi bien en intérieur qu’en extérieur.

On notera également qu’un tel banc 10 peut être intégré dans un boîtier étanche pour unusage en immersion (par exemple pour l’analyse du mouvement des nageurs ou des danseusespratiquant la danse aquatique synchronisée).

Dans l’exemple décrit ici, le banc 10 est positionné sur un trépied (non représenté ici)en direction d’un vélo fixé sur un support fixe de type « home-trainer » (le vélo n’entre pas enmouvement lorsqu’on pédale).

On comprendra cependant qu’il pourrait également être envisagé de réaliser les testsdans un vélodrome ou dans tout environnement naturel destiné à la pratique du vélo.

Dans cet exemple, le banc stéréoscopique est positionné de préférence de manière à voirle cycliste de profil.

Le système 100 est également composé d’un module informatique de traitement 20comprenant des moyens informatiques dédiés pour le traitement et l’analyse du mouvement.

Dans l’exemple décrit ici, un capteur de puissance (non représenté ici) est égalementinstallé sur le vélo, plus particulièrement au niveau du pédalier ou des pédales. Il peut êtreconnecté au module informatique 20 afin d’enregistrer simultanément les images capturées àl’aide du banc stéréoscopique 10 et la puissance instantanée développée par le cycliste lors deson cycle de pédalage.

Comme on pourra le comprendre dans la suite, un tel module 20 permet en fin de processde générer un rapport préformaté et personnalisable conçu pour faciliter la transmission desrésultats et le suivi du cycliste.

Dans l’exemple décrit ici, le banc stéréoscopique 10 comprend donc deux caméras 11et 12 à haute vitesse et haute sensibilité ainsi que d’une carte électronique 13.

Dans l’exemple décrit ici, la carte électronique 13 est configurée pour assurernotamment : la liaison numérique vers le module informatique de traitement 20, la synchronisation temporelle des caméras 11 et 12, la mesure de la température des caméras, la mesure de l’orientation du banc 10, etla gestion d’autres types de capteurs comme par exemple un capteur degéolocalisation de type GPS.

La carte électronique 13 permet également dans cet exemple de synchroniser entre euxd’autres bancs stéréoscopiques (non représentés ici) ainsi que d’autres capteurs tels que parexemple une plateforme de force, un électrocardiographe ou encore un électromyographe selonl’usage finale attendu.

Dans l’exemple décrit ici, les deux caméras 11 et 12 sont pré-calibrées lors d’une étapeS0 à l’aide d’une mire de calibration. D’autres techniques de calibration pourront bienévidemment être envisagées par l’homme du métier.

Cette première calibration S0 permet ainsi d’estimer la position et l’orientation relativesdes caméras 11 et 12 entre elles dans un espace de travail ; cet espace de travail est appelé icirepère monde.

Dans cet exemple, la carte électronique 13 peut ensuite déterminer lors d’une étape S0’les paramètres optiques de chaque caméra 11 et 12. On parle ici de deuxième calibration S0’.

Ainsi, selon le modèle mathématique de caméra, on détermine (de façon automatique,semi-automatique ou encore de façon manuelle) lors de cette étape S0’ les paramètresintrinsèques des caméras 11 et 12, à savoir notamment la distance focale, le centre optique,d’éventuels paramètres de distorsion des aberrations de l’optique de et éventuellement desdéfauts de la matrice CCD des caméras, la fréquence d’acquisition et/ou le temps d’exposition.

Ces paramètres sont propres aux caméras 11 et 12 et aux objectifs utilisés.

On comprendra ici que ces paramètres seront utilisés ultérieurement dans les étapes decalcul pour obtenir les coordonnées 3D des points anatomiques.

Ces calibrations SO et SO’ permettent de corriger les distorsions induites par les lentillesdes caméras et d’établir les paramètres du modèle de sténopé de chaque caméra 11 et 12.

On notera ici qu’il est possible d’envisager un réglage de ces paramètres optiques parexemple en fonction notamment de la scène (condition d’éclairage, résolution, distance, etc.).

Dans cet exemple, les calibrations SO et SO’ ne sont réalisées qu’une seule fois.

Le banc stéréoscopique 10 étant précalibré, il n’est pas nécessaire de réaliser decalibration avant chaque utilisation.

Dans l’exemple décrit ici, le banc stéréoscopique 10 est relié au module de traitement10 par un câble USB permettant l’alimentation électrique et le paramétrage des caméras 11 et 12. Ce câble USB permet en outre le transfert des images acquises par les caméras 11 et 12ainsi que le transfert de données additionnelles (température ambiante, orientation du bancstéréoscopique, coordonnées GPS, etc.).

Bien évidemment, on pourra envisager dans le cadre de la présente invention unealimentation électrique par batterie interne et un transfert des données par des moyens decommunication sans fil.

Dans cet exemple, la carte électronique 13 synchronise entre elles les première 11 etdeuxième 12 caméras lors d’une étape SO” afin que celles-ci soient synchroniséestemporellement.

Le praticien positionne ensuite lors d’une étape SO’” une pluralité de marqueurs du typepastille sur les différentes zones anatomiques d’intérêt du cycliste. Ces zones correspondent parexemple à des articulations ou des points d’intérêt sur le cycliste.

Dans l’exemple décrit ici, le cycliste est équipé de marqueurs au niveau du poignet, ducoude, de l’épaule, de la hanche, du genou, de la cheville et des orteils.

Dans cet exemple, on prévoit de préférence d’utiliser des marqueurs légers et souplesn’entravant pas le mouvement et ne modifiant pas la manière de réaliser le mouvement. Decouleur spécifique, ces marqueurs permettent d’augmenter le contraste avec l’arrière-plan.

On comprendra cependant que le positionnement de ces marqueurs est optionnel.

Il est en effet possible d’envisager par la suite un algorithme de traitement d’imagesdéveloppé spécifiquement pour détecter les points anatomiques dans l’image.

Alternativement, le praticien pourra également sélectionner sur une interface graphiqueles points anatomiques qu’il considère comme pertinents pour mener son étude. L’étude dynamique des zones anatomiques permet d’analyser avec précision lemouvement et/ou la posture du cycliste sur son vélo.

Une fois ces préparatifs et ces paramétrages réalisés, la phase d’acquisition PI peut doncdébuter. Le praticien demande alors au cycliste de se positionner sur son vélo ; les caméras 11et 12 sont orientées dans sa direction.

Lors de cette phase PI, le praticien demande ensuite au cycliste de pédaler.

Le banc stéréoscopique 10 permet l’acquisition d’une séquence d’imagesstéréoscopiques IS ainsi que sa visualisation instantanée et son enregistrement dans unemémoire non volatile.

Ici, l’acquisition d’une image stéréoscopique IS consiste à acquérir un ensembled’images II et 12 provenant chacune des caméras 11 et 12. L’acquisition est synchronisée à l’aide de la carte électronique 13 qui envoie un signalde déclenchement simultanément aux deux caméras 11 et 12.

Dans l’exemple décrit ici, la carte électronique 13 déclenche alors à un instant tl unepremière capture SI d’une première II et une deuxième capture S2 d’une deuxième 12 imagesà l’aide respectivement des première 11 et deuxième 12 caméras.

On comprend ici que les images II et 12 sont capturées à un même instant tl.

Dans l’exemple décrit ici, la carte électronique déclenche ensuite une itération de cesétapes de capture SI et S2 à un deuxième instant t2.

On dispose donc d’un jeu de deux paires d’images II et 12 capturées respectivement àdes instants tl et t2.

On comprend ici que la carte électronique 13 peut enclencher plusieurs itérations descaptures d’images, ceci par exemple de façon périodique.

Dans l’exemple décrit ici, la durée de l’acquisition PI correspond typiquement àquelques cycles de pédalage.

On pourra aussi envisager de prendre un cliché un jour et de revenir plusieurs jours plustard pour un autre cliché. Dans ce cas, l’étude du mouvement permettra d’évaluer l’évolutionde la posture entre les deux clichés.

Les premières (Il(ti), U(t2)) et deuxièmes (I2(ti), I2(t2)) images acquises lors de la phased’acquisition PI sont ensuite transmises via le câble USB au module informatique 20 detraitement.

Lors d’une étape S3, le circuit 21 va reconstruire à partir de ces premières (Il(ti), U(t2))et deuxièmes (I2(ti), I2(t2)) images deux images stéréoscopiques (IS(ti), IS(t2)) de la scène.

On comprendra ici que cette étape de construction S3 peut également être réaliséealternativement par la carte électronique 13.

Le module de traitement 20 est configuré pour exploiter la séquence de ces imagesstéréoscopiques IS(ti) et IS(t2),.

En exploitant les deux images II et 12 constituant l’image stéréoscopique IS à un instantdéterminé (par exemple tl et t2), il est en effet possible de calculer les coordonnéestridimensionnelles d’un ou plusieurs points. La méthode consiste alors à repérer le même pointsur les deux images II et 12. Ce repérage peut être réalisé manuellement (interactions utilisateur)ou automatiquement (détections des points par apprentissage). L’implémentation réalisée dans l’exemple décrit ici est la suivante : A partir de ces deux images stéréoscopiques IS(ti) et IS(t2), le module 20 par des moyensde traitement d’images 22 détecte dans la première image Il(ti) et Il(t2) lors d’une étape S4 lespoints anatomiques du cycliste.

Dans cet exemple, les moyens de traitement d’images 22 mettent en œuvre unalgorithme du type « object récognition » et détectent les marqueurs préalablement positionnéspar le praticien sur les zones d’intérêt du cycliste.

Lors d’une étape S4’, les moyens de traitement d’images 22 détectent ensuite dans ladeuxième image I2(ti) et I2(t2)) ces mêmes points anatomiques.

On obtient alors les coordonnées bidimensionnelles [x, y] et [x, y]’ de chacun des pointsdans le repère associé aux images stéréoscopiques ; ce repère est appelé repère image.

Connaissant les coordonnées bidimensionnelles [x, y] et [x, y]’ de chacun des pointsanatomiques, le calculateur 23 calcule par triangulation lors d’une étape S5 les coordonnéestridimensionnelles (X, Y, Z) de ces points dans le repère monde afin de construire une image3D.

Dans l’exemple décrit ici, le processeur 24 détermine ensuite lors d’une étape S6plusieurs grandeurs caractéristiques GC du mouvement et/ou de la posture de l’individu. Cesgrandeurs sont calculées en fonction des coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) des pointsanatomiques.

Les grandeurs physiques GC peuvent correspondre par exemple à : - une distance entre deux points anatomiques d’une même image 3D, - un angle formé par trois points anatomiques d’une même image 3D, ouencore la vitesse de déplacement ou l’accélération d’un point entre deux images 3D.

Dans l’exemple décrit ici, on s’intéresse aux angles suivants : l’angle du coude (poigne-coude-épaule) ; l’angle de l’épaule (coude-épaule-hanche) ; l’angle de la hanche (épaule-hanche-genou) ;l’angle du genou (hanche-genou-cheville) ; etl’angle de la cheville (genou-cheville-orteil).

Ces grandeurs GC sont donc calculées par le processeur lors de l’étape S6 à partir descoordonnées tridimensionnelles de chacun des points anatomiques.

Dans l’exemple décrit ici, il est ensuite prévu un circuit de comparaison 25 comparantlors d’une étape S7 les grandeurs caractéristiques GC entre chaque image 3D de manière àfournir au praticien lors d’une phase ultérieure d’exploitation P3 une aide dans l’analyse dumouvement et/ou de la posture dudit individu.

Les résultats de ces comparaisons sont ensuite affichés lors d’une étape S9 sur un écrannumérique 26 avec les images 3D correspondantes et les points anatomiques.

La posture du cycliste peut ainsi être étudiée.

Les résultats sont présentés sous différentes formes.

Dans une première présentation, deux vues bidimensionnelles sont observables : lapremière de profil, correspond à la prise de vue pendant l’acquisition et la seconde de face estreformatée grâce aux données tridimensionnelles. Ces vues permettent d’observer les pointssous la forme d’un maillage (canevas : poignet-coude-épaule-hanche-genou-cheville-orteil)ainsi que les angles. L’image initiale peut également être enrichie de ces données par réalitéaugmentée.

Dans une deuxième présentation, une vue tridimensionnelle permet d’observerconjointement le maillage de points de la première posture et celui de la deuxième posture.Interactive, elle permet de visualiser les différences de position et les décalages entre les deuxpostures depuis différents points de vue.

Dans une troisième présentation, une liste de mesures spécifiques à l’analyse est donnéepour chacune des postures. Certaines de ces mesures correspondent aux indicateurstypiquement utilisés pour régler le vélo selon la morphologie, le niveau et la pratique ducycliste. Des exemples de mesures sont l’inclinaison du segment épaule-hanche par rapport àla verticale et l’avancée horizontale du genou par rapport à l’orteil.

Lors de la phase de traitement P2, il est également prévu la génération S8 par leprocesseur 24 d’un fichier informatique comprenant les grandeurs physiques calculées ainsique les résultats de la comparaison.

Ce fichier consiste en un rapport préformaté contenant les informations personnelles ducycliste ainsi que l’ensemble des résultats de l’analyse.

Il peut être enrichi par la suite par le praticien par différents commentaires et par desillustrations supplémentaires (images, captures d’écran, etc.).

Le système 100 proposé dans le cadre de la présente invention permet à l’aide de la carteélectronique 13 d’exploiter pleinement les caméras 11 et 12 afin de capturer un mouvementréalisé par un sujet (cycliste) ou par un groupe de sujets (cheval et cavalier), éventuellementéquipés d’objets (vélo, lanceur, receveur et ballon).

Il permet ensuite à l’aide du module informatique de traitement 20 d’analyser cemouvement en calculant un ensemble de mesures tridimensionnelles et en visualisant lemouvement sous différentes formes et représentations.

Le Demandeur par la présente invention met ainsi à la disposition des praticiens du geste(médecins, kinésithérapeutes, ostéopathes, podologues, entraîneurs sportifs, ergonomes, etc.)une solution optique d’étude du mouvement en 3D, innovante et tout-en-un. A la fois simple, direct et efficace, son usage permet aux professionnels de la santé, dela santé en entreprise et de la performance sportive, de disposer d’un outil répondantparfaitement à leurs besoins.

Cet outil se présente ainsi sous la forme d’un banc stéréoscopique 10 couplé à unordinateur capable de mesurer toutes les grandeurs caractéristiques du mouvement visibles àl’échelle subcentimétrique en 3D et de les présenter en temps quasi-réel.

Cet outil se différencie des produits concurrents notamment par les caractéristiquessuivantes : sa facilité d'utilisation : intuitive et immédiate ; sa mobilité dans l’environnement réel de la pratique (piste d’athlétisme,vélodrome...) : utilisable en intérieur, en extérieur, au cabinet ou chez un patient ;sa rapidité : autant dans la mise en place que dans le traitement temps réel desrésultats ; ses performances : précision en 3D certifiée, précision subcentimétrique, volume duchamps observés et fréquence des caméras ; son coût : très compétitif par rapport aux technologies concurrentes ; etsa personnalisation : implémentation des modules professionnels spécifiques.

Par sa facilité et sa souplesse d’utilisation, l’outil proposé dans le cadre de la présenteinvention trouve autant des applications dans le domaine du divertissement avec la « motioncapture » et la robotique que dans les domaines de la santé humaine et animale, la santé enentreprise ou encore dans le sport.

Il devra être observé que cette description détaillée porte sur un exemple de réalisationparticulier de la présente invention, mais qu’en aucun cas cette description ne revêt unquelconque caractère limitatif à l’objet de l’invention ; bien au contraire, elle a pour objectifd’ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des revendications quisuivent.

Il devra également être observé que les signes de références mis entre parenthèses dansles revendications qui suivent ne présentent en aucun cas un caractère limitatif ; ces signes ontpour seul but d’améliorer l’intelligibilité et la compréhension des revendications qui suiventainsi que la portée de la protection recherchée.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de traitement d’images pour fournir à un praticien une aide à l’analyse d’unmouvement et/ou d’une posture d’au moins une partie du corps d’un individu à l’aided’un banc stéréoscopique (10) comprenant une première (11) et une deuxième (12)caméras fixes, distinctes l’une de l’autre et dirigées chacune en direction d’une scènecomprenant ladite au moins une partie du corps dudit individu, ledit procédé mis œuvre par des moyens informatiques comprenant les étapessuivantes : a) lors d’une phase d’acquisition (PI) : - une étape de capture (SI, S2) au cours de laquelle on capture simultanément àun premier instant déterminé (tl) une première (II) et une deuxième (12) images de lascène à l’aide respectivement des première (11) et deuxième (12) caméras, et - au moins une itération de l’étape de capture (SI, S2) à au moins un deuxièmeinstant déterminé (t2), b) lors d’une phase de traitement (P2) : - une étape de construction (S3) d’au moins deux images stéréoscopiques (IS(ti),IS(t2)) de la scène à partir desdites premières (Il(ti), Il(t2)) et deuxièmes (I2(ti),I2(t2)) images acquises, - une étape de traitement (S4, S4’) au cours de laquelle, pour chaque imagestéréoscopique (IS(ti), IS(t2)), on détecte (S4) dans la première image (Il(ti), Il(t2)) aumoins un point anatomique dudit au moins un individu, puis on détecte (S4’) dans ladeuxième image (I2(ti), I2(t2)) ledit au moins un point anatomique afin de déterminer pourchaque image (IS(ti), IS(t2)) les coordonnées bidimensionnelles ([x, y], [x, y]’) dudit pointdans le repère image, - une étape de calcul (S5) au cours de laquelle on calcule en fonction descoordonnées bidimensionnelles ([x, y], [x’, y’]) dudit au moins un point anatomique lescoordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit point dans le repère monde afin deconstruire une image 3D, et - une étape de détermination (S6) au cours de laquelle, pour chaque image 3D,on détermine en fonction des coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit au moinsun point anatomique au moins une grandeur caractéristique (GC) du mouvement et/oude la posture dudit individu, c) lors d’une phase ultérieure d’exploitation (P3) : - une étape de génération et d’enregistrement (S8) d’un signal numérique comprenantladite au moins une grandeur caractéristique (GC) et fournissant au praticien uneaide dans l’analyse du mouvement et/ou de la posture dudit individu.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la phase de traitement (P2) comporte uneétape de comparaison (S7) des grandeurs caractéristiques (GC) entre chaque image 3D. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, lors de la comparaison (S7), on compareles grandeurs caractéristiques (GC) de chaque image 3D à un modèle de grandeurscibles prédéterminées correspondant à un mouvement et/ou une posture à atteindre. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phased’acquisition (PI) comprend, préalablement à l’étape de capture (SI, S2), une étapepremière de calibration (SO) au cours de laquelle on estime la position et l’orientationrelatives des caméras (11, 12) entre elles à l’aide d’une mire de calibration. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phased’acquisition (PI) comprend, préalablement à l’étape de capture (SI, S 2), une deuxièmeétape de calibration (SO’) au cours de laquelle on estime les paramètres intrinsèques descaméras (11, 12). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on règle les paramètres intrinsèques descaméras (11, 12) tels que par exemple la fréquence d’acquisition et/ou le tempsd’exposition en fonction notamment de l’éclairage de la scène. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phased’acquisition (PI) comprend, préalablement à l’étape de capture (SI, S2), une étape desynchronisation (SO”) au cours de laquelle les première (11) et deuxième (12) camérassont synchronisées temporellement entre elles de manière à ce que les images capturéessoient synchrones. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesgrandeurs caractéristiques (GC) du mouvement et/ou de la posture dudit individu sontdes grandeurs physiques calculés correspondant par exemple à : - une distance entre deux points anatomiques d’une même image 3D, - un angle formé par trois points anatomiques d’une même image 3D, ou encorela vitesse de déplacement ou l’accélération d’un point entre deux images 3D.
3. 9. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phased’acquisition (PI) comprend, préalablement à l’étape de capture (SI, S2), une étape depositionnement (SO’ ”) par le praticien d’un marqueur du type par exemple pastille surune zone d’intérêt déterminée dudit individu correspondant par exemple à unearticulation. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la détection (S4) dudit au moins un pointanatomique dans la première image (Il(ti), Il(t2)) est réalisée par un algorithme detraitement d’images configuré pour reconnaître dans ladite première image (Il(ti), Il(t2))ledit marqueur. 11. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phased’exploitation (P3) comporte une étape d’affichage (S9) sur un écran numérique (26)des images 3D avec ledit au moins un point anatomique ainsi que des informationscontenues dans le signal numérique. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l’enveloppe externe dudit individu estmodélisée lors de l’affichage (S9) par un maillage reliant les points anatomiques. 13. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel lescoordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit point dans le repère monde sontcalculées lors de l’étape de calcul (S5) par triangulation. 14. Procédé selon Tune quelconque des revendications, dans lequel, lors de l’étape dedétermination (S4, S4’), on détermine la trajectoire tridimensionnelle dudit au moins unpoint anatomique entre deux images 3D par un algorithme de suivi de points. 15. Programme d’ordinateur comportant des instructions adaptées pour l’exécution desétapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 lorsque leditprogramme d’ordinateur est exécuté par au moins un processeur. 16. Support d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré unprogramme d’ordinateur comprenant des instructions pour l’exécution des étapes duprocédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 14. 17. Système informatique (100) de traitement d’images pour fournir à un praticien une aideà l’analyse d’un mouvement et/ou d’une posture d’au moins une partie du corps d’unindividu, ledit système (100) comprenant : a) un banc stéréoscopique (10) comportant : - une première (11) et une deuxième (12) caméras fixes, distinctes l’une del’autre et dirigées chacune en direction d’une scène comprenant ladite au moins unepartie du corps dudit individu, - une carte électronique (13) embarquée dans ledit banc (10) et configurée pourpiloter les deux caméras (11, 12) de manière à déclencher à un premier instant déterminé(tl) la capture simultanée d’une première (II) et d’une deuxième (12) images de la scèneà l’aide respectivement des première (11) et deuxième (12) caméras, ladite carte (13)étant en outre configurée pour réitérer au moins une fois la capture à au moins undeuxième instant déterminé (t2), b) un module informatique de traitement (20) comportant : - un circuit électronique de construction (21) configuré pour construire au moinsdeux images stéréoscopiques (IS(ti), IS(t2)) de la scène à partir desdites premières (Il(ti),Il(t2)) et deuxièmes (I2(ti), I2(t2)) images, - des moyens de traitement d’images (22) configurés pour détecter dans lapremière image (Il(ti), Il(t2)) au moins un point anatomique dudit au moins un individu,et pour détecter dans la deuxième image (I2(ti), I2(t2)) ledit au moins un point anatomique,lesdites moyens (22) étant en outre configurés pour déterminer pour chaque image lescoordonnées bidimensionnelles ([x, y], [x’, y’]) dudit point dans le repère image, - un calculateur (23) configuré pour calculer, en fonction des coordonnéesbidimensionnelles ([x, y], [x’, y’]) dudit au moins un point anatomique dans le repèreimage, les coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit point dans le repère mondeafin de construire une image 3D, - un processeur (24) configuré pour déterminer en fonction des coordonnéestridimensionnelles (X, Y, Z) dudit au moins un point anatomique dans le repère mondeau moins une grandeur caractéristique (GC) du mouvement et/ou de la posture duditindividu, et ledit processeur (24) étant en outre configuré pour générer et enregistrer un signalnumérique comprenant ladite au moins une grandeur caractéristique (GC) fournissantau praticien une aide dans l’analyse du mouvement et/ou de la posture dudit individu.
4. 18. Système (100) selon la revendication 17 comportant des moyens informatiquesconfigurés pour la mise en œuvre des étapes selon l’une quelconque des revendications2 à 14.