FR3121028A1 - Système de surveillance d’un occupant d’un véhicule automobile - Google Patents

Système de surveillance d’un occupant d’un véhicule automobile Download PDF

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Abstract

Système de surveillance d’un occupant d’un véhicule automobile Le système de surveillance (1) comporte :  – une source lumineuse (3), – un dispositif d’acquisition d’image (5) comprenant un obturateur (11) qui laisse passer la lumière pendant une période (P1) où la source est active et pendant une période (P2) où la source est inactive, la lumière reçue par un capteur (9) comportant une composante (Ca) due à l’éclairage ambiant et une composante (Ci) due à la source lumineuse ; – une unité de traitement (7) configurée pour déterminer un paramètre physiologique de l’occupant par photopléthysmographie. L’obturateur (11) laisse passer la lumière pendant une troisième période (P3), ladite lumière comportant la composante (Ca) de l’éclairage ambiant et l’unité de traitement (7) étant configurée pour soustraire cette composante (Ca) à la lumière reçue (9) pendant les deux autres périodes dans le but d’isoler la composante (Ci) de la source sur des images acquises. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Système de surveillance d’un occupant d’un véhicule automobile
Le domaine de la présente invention concerne un système de surveillance d’un occupant d’un véhicule automobile. Plus précisément, ce système de surveillance a pour objectif de déterminer un ou éventuellement plusieurs paramètres physiologiques d’un occupant d’un véhicule automobile par photopléthysmographie à distance. Ce système de surveillance a également pour objectif de définir, à partir dudit paramètre, l’état physiologique dudit occupant. L’invention concerne également un procédé de détermination de l’état physiologique de l’occupant par photopléthysmographie, ce procédé a recours audit système de surveillance.
Les signes vitaux d’une personne, tels que la fréquence cardiaque, le rythme respiratoire ou la saturation en oxygène du sang artériel peuvent servir d’indicateurs de l’état de santé (aussi appelé « état physiologique ») d’une personne. La pléthysmographie est une méthode de mesure des changements de volume d’une partie du corps (par exemple un organe) qui permet d’extraire ces signes vitaux. La pléthysmographie est notamment employée pour détecter des changements de volume dus à une onde de pouls cardio-vasculaire qui traverse le corps d’un sujet à chaque battement cardiaque. Parmi les méthodes de pléthysmographie connues figure notamment la photopléthysmographie, une technique de mesure optique permettant d’évaluer un changement variable dans le temps de la réflectance ou de la transmission de la lumière dans une zone ou une région d’intérêt.
La photopléthysmographie se base sur le fait que le sang absorbe plus de lumière que les tissus environnants, les variations du volume sanguin générées à chaque battement cardiaque affectent en conséquence la transmittance et la réflectivité. En évaluant la transmittance et/ou la réflectivité à différentes longueurs d’onde (typiquement rouge et infrarouge), la saturation en oxygène du sang ou d’autres paramètres liés aux signes vitaux du sujet étudié peuvent être déterminés. La photopléthysmographie peut être pratiquée « à distance » de façon non-intrusive, c’est-à-dire sans contact avec ledit sujet. Pour cela, des sources lumineuses (notamment des sources d’éclairement infrarouge) et un ou plusieurs dispositifs d’acquisition d’image, tels qu’un appareil photo ou une caméra, sont par exemple utilisés. Cet équipement est ainsi disposé à distance du sujet lors des prises de vues.
La photopléthysmographie à distance peut s’avérer utile dans le cadre d’une application automobile pour renforcer la sécurité routière, notamment pour surveiller l’état physiologique du conducteur dudit véhicule automobile. Cependant, des changements de l’éclairage dans l’habitacle d’un véhicule automobile et plus particulièrement des changements drastiques de l’éclairage sur le visage ou les mains de l’occupant amènent des difficultés dans l’acquisition et l’exploitation des données par le ou les dispositifs d’acquisition d’images. En effet, l’éclairage dans l’habitacle est variable dans le temps, il dépend notamment de l’environnement extérieur du véhicule (météo, présence de bâtiments ou d’arbres ou tout autre objet susceptible de générer de l’ombre, heure au moment des prises de vues, etc.). Si l’on considère que la lumière réfléchie par le conducteur comprend une composante due à l’éclairage issu des sources lumineuses infrarouges et une autre composante due à l’éclairage ambiant, on comprend que les variations de la composante due à l’illumination ambiante dans la lumière reçue par le ou les capteurs du ou des dispositifs d’acquisition d’images ont un impact important. Le changement de l’éclairage sur le visage du conducteur est susceptible d’altérer les images, limitant ainsi la fiabilité des données exploitées lors de la détermination d’un ou éventuellement plusieurs paramètres physiologiques par photopléthysmographie. Un suivi en temps réel des signes vitaux de l’occupant du véhicule automobile peut s’avérer difficile dans ces conditions.
Par ailleurs, toute lumière détectée par le capteur du dispositif d’acquisition génère du bruit (« shot noise » en anglais) de sorte qu’une valeur élevée de la composante due à l’illumination ambiante diminue le rapport signal/bruit et rend la détection du signal utile plus complexe. Il est donc essentiel de s’affranchir de la composante due à l’illumination ambiante dans la lumière reçue par le capteur du dispositif d’acquisition d’image pour favoriser la fiabilité du procédé de détermination d’un paramètre physiologique de l’occupant du véhicule automobile par photopléthysmographie.
L’invention a pour objectif de pallier au moins partiellement ces inconvénients de l’art antérieur en proposant une solution simple, efficace et économique.
À cet effet l’invention a pour objet un système de surveillance d’un occupant d’un véhicule automobile, le système de surveillance comportant une source lumineuse pulsée configurée pour émettre un train d’impulsions lumineuses en direction de l’occupant, un dispositif d’acquisition d’image, tel une caméra à temps de vol, ledit dispositif d’acquisition d’image comprenant un capteur d’image et un obturateur configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image pendant une première période d’acquisition au cours de laquelle la source lumineuse pulsée émet une impulsion lumineuse et pendant une deuxième période d’acquisition au cours de laquelle la source lumineuse pulsée est inactive, la deuxième période d’acquisition étant déclenchée en dehors de la première période d’acquisition, la durée respective de la première et de la deuxième périodes d’acquisition étant au moins égale à la durée d’une impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée, la lumière reçue par le capteur d’image lors de la première période d’acquisition et de la deuxième période d’acquisition comportant une composante due à l’éclairage ambiant et une composante due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée, le système de surveillance comportant également une unité de traitement configurée pour déterminer à partir des images acquises un paramètre physiologique de l’occupant par photopléthysmographie et pour définir, à partir dudit paramètre, l’état physiologique de l’occupant, le système de surveillance étant caractérisé en ce que l’obturateur est également configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image pendant une troisième période d’acquisition déclenchée en dehors de la première et de la deuxième périodes d’acquisition, la source lumineuse pulsée étant inactive pendant la troisième période d’acquisition, ladite lumière comportant la composante due à l’éclairage ambiant et en ce que l’unité de traitement est configurée pour soustraire cette composante due à l’éclairage ambiant à la lumière reçue par le capteur pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition dans le but d’isoler la composante due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée sur une partie ou la totalité des images acquises par le dispositif d’acquisition d’image pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition.
Un tel système de surveillance permet donc de s’affranchir des variations introduites par la composante due à l’éclairage ambiant sur les images acquises par le ou les dispositifs d’acquisition d’image, permettant ainsi d’y appliquer les méthodes de photopléthysmographie afin de déterminer un ou éventuellement plusieurs paramètres physiologiques de l’occupant dans le but d’évaluer son état physiologique. Par ailleurs, la caméra à temps de vol (en anglais « ToF = time of flight ») permet d’acquérir des informations liées à la profondeur et/ou à la distance : ce genre de caméra permet d’évaluer la distance qui sépare l’occupant du dispositif d’acquisition d’image en calculant le temps de parcours des impulsions lumineuses émises par la source lumineuse pulsée pour effectuer le trajet entre ladite source jusqu’aux objets filmés et le capteur de la caméra à temps de vol. Une caméra à temps de vol permet donc en plus de reconstruire la scène filmée (dans le cas présent en particulier le visage du conducteur) en trois dimensions en temps réel. Un tel système de surveillance peut ainsi permettre un suivi en temps réel des mouvements de l’occupant, notamment de sa tête, et de sélectionner les images présentant un profil (notamment de face) pour être traitées lors du procédé d’élaboration de l’état physiologique de l’occupant tout en supprimant notamment les images jugées inexploitables en termes de photopléthysmographie.
L’invention peut en outre comprendre un ou plusieurs des aspects suivants pris seuls ou en combinaison :
–la durée respective de la première, de la deuxième et de la troisième période d’acquisition est inférieure à 50 ns et plus particulièrement égale à 20 ns ;
–les durées de la première, de la deuxième et de la troisième période d’acquisition sont identiques entre elles ;
–la durée d’une impulsion du train d’impulsion lumineuses émis par la source lumineuse pulsée est égale à la durée de la première période d’acquisition ;
–le système de surveillance comporte une unité de pilotage configurée synchroniser le départ du train d’impulsions lumineuses émis par la source lumineuse pulsée avec l’ouverture de l’obturateur au début de la première période d’acquisition ;
–l’unité de pilotage est configurée pour piloter l’ouverture et la fermeture de l’obturateur ;
– le système de surveillance est configuré pour sélectionner une région d’intérêt sur le visage de l’occupant pour permettre la détermination du paramètre physiologique ;
- le capteur d’image est configuré pour établir une carte de profondeur du visage de l’occupant à partir des images acquises par le dispositif d’acquisition d’image ;
- le dispositif d’acquisition d’image comporte trois obturateurs distincts : un premier obturateur configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image pendant la première période d’acquisition, un deuxième obturateur configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image pendant la deuxième période d’acquisition et un troisième obturateur configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image pendant la troisième période d’acquisition.
L’invention concerne également un procédé de détermination de l’état physiologique de l’occupant par photopléthysmographie.
Le procédé peut en outre comprendre les étapes suivantes :
– la source lumineuse pulsée émet un train d’impulsions lumineuses en direction de l’occupant, ceci correspond à une première étape ;
– simultanément, l’obturateur est ouvert afin de laisser passer la lumière vers le capteur d’image, cette lumière comprend une composante due à l’éclairage ambiant et une composante due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée, ceci correspond à une deuxième étape ;
– à la fin de la première période d’acquisition, la source lumineuse pulsée est désactivée, ceci correspond à une troisième étape ;
– l’obturateur est ouvert afin de laisser passer la lumière vers le capteur d’image pendant une deuxième période d’acquisition, cette lumière comprend une composante due à l’éclairage ambiant et éventuellement une composante due à l’impulsion lumineuse émise précédemment par la source lumineuse pulsée, ceci correspond à une quatrième étape ;
– dans le cas où le dispositif d’acquisition d’image comporte plusieurs obturateurs, le procédé comporte une cinquième étape au cours de laquelle le deuxième obturateur est refermé et le troisième obturateur est ouvert ;
– l’obturateur est ouvert afin de laisser passer la lumière vers le capteur d’image pendant une troisième période d’acquisition, cette lumière comprend une composante due à l’éclairage ambiant, mais plus de composante due à l’impulsion lumineuse émise précédemment par la source lumineuse pulsée, ceci correspond à une sixième étape ;
– à la fin de la troisième période d’acquisition, l’obturateur est refermé ; ceci correspond à une septième étape ;
– l’unité de traitement soustrait la composante due à l’éclairage ambiant contenue dans la lumière reçue par le capteur d’image pendant la troisième période d’acquisition à la lumière reçue par le capteur d’image pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition dans le but d’isoler la composante due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée sur les images acquises par le dispositif d’acquisition d’image pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition, ceci correspond à une huitième étape ;
– l’unité de traitement détermine à partir desdites images un ou plusieurs paramètres physiologiques de l’occupant par photopléthysmographie, ceci correspond à une neuvième étape ;
– l’unité de traitement définit, à partir du paramètre physiologique, l’état physiologique de l’occupant par photopléthysmographie, ceci correspond à une dixième étape.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
La représente une vue schématique d’un système de surveillance d’un occupant selon un premier mode de réalisation,
La est une illustration indiquant les régions d’intérêt sur le visage d’un occupant ;
La est une figure similaire à la et représente schématiquement l’état du système de surveillance pendant une première période d’acquisition ;
La est une figure similaire à la et représente schématiquement l’état du système de surveillance pendant une deuxième période d’acquisition,
La est une figure similaire aux figures 3a et 3b et représente schématiquement l’état du système de surveillance pendant une troisième période d’acquisition,
La illustre schématiquement quelques étapes du traitement effectué par l’unité de traitement après la troisième période d’acquisition,
La est une figure similaire à la et représente quelques étapes du traitement effectuées par l’unité de traitement sur un laps de temps plus long,
La représente une vue schématique d’un deuxième mode de réalisation du système de surveillance d’un occupant pendant une première période d’acquisition ;
La est une figure similaire à la figure précédente et représente schématiquement l’état du système de surveillance de la pendant une deuxième période d’acquisition,
La est une figure similaire aux deux figures précédentes et représente schématiquement l’état du système de surveillance des figures 6a et 6b pendant une troisième période d’acquisition, et
La est un organigramme représentant les étapes d’un procédé de détermination de l’état physiologique de l’occupant par photopléthysmographie.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Par ailleurs, les éléments représentés ne sont pas tous à la même échelle : certains composants du système de surveillance ont été agrandis pour des soucis de clarté.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Dans la description, on peut indexer certains éléments, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps.
Il est illustré schématiquement sur la un premier mode de réalisation d’un système de surveillance 1 avec un occupant 2 d’un véhicule automobile (le véhicule automobile n’est pas représenté sur la ). L’occupant 2 est par exemple le conducteur du véhicule automobile ou un passager. Il peut y avoir plusieurs occupants formant par exemple un groupe comportant un conducteur et un ou plusieurs passagers. Le système de surveillance 1 comprend plus particulièrement une source lumineuse pulsée 3, un dispositif d’acquisition d’image 5, tel une caméra à temps de vol, et une unité de traitement 7.
La source lumineuse pulsée 3 est configurée pour émettre un train d’impulsions lumineuses en particulier dans l’infrarouge et donc invisible pour l’homme, en direction de l’occupant 2. De ce fait, le système de surveillance 1 est agencé dans l’habitacle du véhicule automobile de telle sorte que la source lumineuse pulsée 3 permet d’éclairer plus particulièrement le visage de l’occupant 2 et tel que les images acquises par le dispositif d’acquisition d’image 5 comprennent une partie ou l’intégralité du visage de l’occupant 2. Le système de surveillance 1 est par exemple agencé au sein du tableau de bord. D’autres emplacements sont envisageables, tels que la structure du miroir intérieure ou le toit de l’habitacle plus généralement.
Selon le mode de réalisation du système de surveillance 1 schématisé sur la , la source lumineuse pulsée 3 se situe en dehors de l’enceinte de la structure du dispositif d’acquisition d’image 5. Selon un autre mode de réalisation du système de surveillance, la source lumineuse pulsée 3 peut être comprise au sein de la structure du dispositif d’acquisition d’image 5.
La source lumineuse pulsée 3 est par exemple une source de rayonnement infrarouge. Elle peut notamment se présenter sous la forme d’une diode électroluminescente (LED) ou une diode laser. La longueur d’onde du train d’impulsions lumineuses émis par une telle source lumineuse est par exemple comprise dans un intervalle délimité notamment entre 850 nm et 940 nm. Avantageusement, un tel rayonnement infrarouge est invisible pour l’œil humain. Le risque de détourner l’attention de l’occupant 2 lors de l’émission du train d’impulsions lumineuses est donc relativement faible.
Le dispositif d’acquisition d’image 5 comprend un capteur d’image 9, comme par exemple un capteur photographique, tel un capteur CMOS ou CCD. Le dispositif d’acquisition d’image 5 comprend également un obturateur 11 configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image 9, cet obturateur 11 peut être mécanique ou électronique. Selon un mode de réalisation non illustré du dispositif d’acquisition d’image 5, celui-ci peut comprendre plusieurs capteurs d’image 9.
Les images acquises par le dispositif d’acquisition d’image 5 sont destinées à être traitées par l’unité de traitement 7 qui est configurée pour déterminer un ou plusieurs paramètres physiologiques de l’occupant 2 à partir desdites images. La détermination du ou des paramètres physiologiques se fait par photopléthysmographie à distance. Les méthodes de photopléthysmographie à distance sont connues et ne seront pas détaillées dans cette description. Le paramètre physiologique peut être la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire ou la saturation en oxygène du sang artériel.
Plus particulièrement, le système de surveillance 1 peut être configuré pour sélectionner une ou plusieurs régions d’intérêt 12 sur le visage de l’occupant 2 dans le but de permettre la détermination du paramètre physiologique par photopléthysmographie à distance de façon non-intrusive. Une région d’intérêt 12 peut notamment désigner une partie ou encore l’intégralité du front, des joues ou du menton de l’occupant 2, comme indiqué par exemple sur la .
Il convient de préciser que le dispositif d’acquisition d’image 5 est une caméra à temps de vol (ToF). Ce type de caméra permet d’acqérir simultanément des informations sur l’intensité lumineuse et des informations sur la distance séparant l’occupant 2 du capteur 9 du dispositif d’acquisition d’image 5 du système de surveillance 1. Une caméra à temps de vol est ainsi en mesure de reconstruire la scène filmée en trois dimensions en un minimum de temps, ce qui favorise un suivi en temps réel des mouvements de l’occupant 2.
Plus particulièrement, le capteur d’image 9 est configuré pour établir une carte de profondeur du visage de l’occupant 2 à partir des images acquises par le dispositif d’acquisition d’image 5. Cette carte de profondeur permet plus particulièrement d’évaluer la position de la tête de l’occupant 2 et de localiser le déplacement de la ou des régions d’intérêt 12 sur le visage de l’occupant 2 lorsqu’il est amené à bouger, comme lorsqu’il tourne la tête pour effectuer une marche arrière par exemple. En effet, les mouvements de tête de l’occupant 2 peuvent compliquer l’identification de la ou des régions d’intérêt 12 sur les images du visage de l’occupant 2 destinées à être traitées par l’unité de traitement 7.
Ce système de surveillance 1 permet par ailleurs de contourner une autre difficulté identifiée dans l’introduction : le changement de l’éclairage ambiant au sein de l’habitacle du véhicule automobile. À cause de l’évolution quasi-ininterrompue de la lumière à l’intérieur et autour du véhicule automobile, l’éclairage ambiant peut être amené à changer fréquemment, ce qui peut affecter l’intensité sur les images acquises par le dispositif d’acquisition d’image 5 du système de surveillance 1. Autrement dit, le visage de l’occupant 2 n’est pas éclairé de manière uniforme au fil du temps ; une composante Ca due à l’illumination ambiante sur les images est variable dans le temps. Il est donc nécessaire de s’affranchir de cette composante Ca due à l’éclairage ambiant qui parasite lesdites images et qui peut perturber la détermination du paramètre physiologique par photopléthysmographie à distance effectuée par l’unité de traitement 7.
Dans cette optique, l’acquisition desdites images se produit de manière cyclique et chaque cycle comprend trois temps qui seront appelées « première période d’acquisition P1 », « deuxième période d’acquisition P2 » et « troisième période d’acquisition P3 » dans la suite de cette description. La deuxième période d’acquisition P2 est déclenchée en dehors de la première période d’acquisition P1. De même, la troisième période d’acquisition P3 est déclenchée en dehors de la première P1 et de la deuxième P2 périodes d’acquisition. Ces trois périodes d’acquisition P1, P2, P3 peuvent notamment se succéder les unes aux autres, dans ce cas la deuxième période d’acquisition P2 commence au moment où la première période d’acquisition P1 s’achève et la troisième période d’acquisition P3 commence au moment où la deuxième période d’acquisition P2 s’achève.
Les figures 3a, 3b et 3c schématisent respectivement les actions du système de surveillance 1 pendant la première période d’acquisition P1, la deuxième période d’acquisition P2 et la troisième période d’acquisition P3.
En référence à la , la première période d’acquisition P1 est marquée par deux évènements ayant lieu en même temps : le système de surveillance 1 est configuré de telle sorte que la source lumineuse pulsée 3 émet une impulsion lumineuse en direction de l’occupant 2, ceci est notamment représenté par la zone hachurée comprise entre les deux flèches en pointillés pointant vers l’occupant 2. La lumière émise par la source lumineuse pulsée 3 est représentée par des hachures horizontales. Simultanément, l’obturateur 11 est ouvert pour laisser passer de la lumière depuis l’occupant 2 jusqu’au capteur d’image 9 du dispositif d’acquisition 5 du système de surveillance 1 pendant la première période d’acquisition P1, ceci est plus particulièrement représenté par la zone hachurée comprise entre les deux flèches pointant vers le rectangle représentant l’obturateur 11.
Afin d’assurer la simultanéité de ces deux phénomènes, le système de surveillance 1 peut comporter une unité de pilotage 13 (représentée schématiquement sur les figures 1, 3a, 3b et 3c) qui est configurée pour synchroniser le départ du train d’impulsions lumineuses émis par la source lumineuse pulsée 3 avec l’ouverture de l’obturateur 11 au début de la première période d’acquisition P1. Par ailleurs, cette unité de pilotage 13 peut également être configurée pour piloter l’ouverture et la fermeture de l’obturateur 11.
L’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3 effectue un trajet d’une durée variable en fonction de la distance entre l’objet qu’elle éclaire et le capteur d’image 9 du dispositif d’acquisition d’image 5 du système de surveillance 1. Ainsi, la durée de trajet d’une impulsion lumineuse réfléchie sur un objet placé près du capteur d’image 9 et de la source lumineuse pulsée 3 sera plus courte que celle d’une impulsion lumineuse réfléchie sur un objet placé plus loin. La vitesse de la lumière étant connue, ce temps de trajet permet de calculer la distance qui sépare notamment les régions d’intérêt 12 du visage de l’occupant 2 et le capteur d’image 9 du dispositif d’acquisition d’image 5 du système de surveillance 1.
En fonction de la distance parcourue par l’impulsion lumineuse et de la durée de la première période d’acquisition P1, la lumière émise par la source lumineuse pulsée 3 et réfléchie par l’occupant 2 n’a pas forcément le temps de traverser l’obturateur 11 du dispositif d’acquisition d’image 5 avant la fin de la première période d’acquisition P1, c’est pourquoi il y a la deuxième période d’acquisition P2 qui lui succède. Le capteur 11 est ouvert pendant la deuxième période d’acquisition P2 pour laisser passer la lumière jusqu’au capteur 9 du dispositif d’acquisition d’image 5. Ainsi une partie de l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3 et réfléchie par l’occupant 2 peut donc être amenée à traverser l’obturateur 11 pendant cette deuxième période d’acquisition P2 pour éviter une potentielle perte des données. Cette partie « retardataire » de la lumière reçue par le capteur d’image 9 du dispositif d’acquisition d’image 5 correspond notamment aux rayons de lumière qui sont réfléchis sur les objets placés à une distance plus importante de la source lumineuse pulsée 3.
En référence à la qui représente l’état du système de surveillance 1 pendant la deuxième période d’acquisition P2, la source lumineuse pulsée 3 est inactive : elle n’émet plus d’impulsion lumineuse en direction de l’occupant 2. Tout comme la lumière traversant l’obturateur 11 vers le capteur 9 pendant la première période d’acquisition P1, la lumière traversant l’obturateur 11 vers le capteur 9 pendant la deuxième période d’acquisition P2 comporte elle aussi une composante Ca due à l’éclairage ambiant et une composante Ci due à l’impulsion lumineuse. Sur les figures 3a et 3b, la composante Ci due à l’impulsion lumineuse dans la lumière réfléchie par la ou les régions d’intérêt 12 du visage de l’occupant 2 en direction de l’obturateur 11 est représentée par une zone avec des hachures horizontales et la composante Ca due à l’éclairage ambiant dans la lumière réfléchie par la ou les régions d’intérêt 12 du visage de l’occupant 2 vers l’obturateur 11 est représentée par des hachures obliques dans cette même zone.
Dans le cas où la source lumineuse pulsée 3 émet une impulsion lumineuse dans le domaine de l’infrarouge, la lumière perçue par le capteur d’image 9 pendant la première et la deuxième période d’acquisition P1, P2 comprend donc une composante de lumière visible et une composante de lumière infrarouge.
La durée respective de la première période d’acquisition P1 et de la deuxième période d’acquisition P2 est au moins égale à la durée d’une impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3. Selon un mode de réalisation du système de surveillance 1, la durée d’une impulsion du train d’impulsions lumineuses émis par la source lumineuse pulsée 3 est égale à la durée de la première période d’acquisition P1. La source lumineuse pulsée 3 est désactivée à la fin de la première période d’acquisition P1 et reste inactive pendant les deuxième et troisième périodes d’acquisition P2 et P3. L’obturateur 11, quant à lui, laisse passer de la lumière vers le capteur d’image 9 pendant chacune des trois périodes d’acquisition P1, P2 et P3. En outre, les durées de la première, de la deuxième et de la troisième période d’acquisition P1, P2, P3 peuvent être identiques entre elles.
La durée de l’impulsion lumineuse, la durée des premières, deuxième et troisième périodes d’acquisition P1, P2 et P3 et la distance séparant l’occupant 2 du système de surveillance 1 sont telles que la lumière reçue par le capteur d’image 9 pendant la troisième période d’acquisition P3 ne comporte pas de composante Ci due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3. Autrement dit, seule la lumière ambiante est reçue par le capteur d’image 9 pendant la troisième période d’acquisition P3. Sur la , la composante Ca due à l’éclairage ambiant est représentée par des hachures obliques dans la zone représentant la lumière réfléchie par la ou les régions d’intérêt 12 du visage de l’occupant 2 vers l’obturateur 11. Il n’y a pas de hachures horizontales dans cette zone, puisque cette lumière est dépourvue d’une composante Ci due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3.
Les durées respectives des trois périodes d’acquisition P1, P2, P3 sont très courtes, elles sont par exemple inférieures à 50ns et plus particulièrement égale à 20ns. Elles sont si courtes que le changement de l’éclairage ambiant sur le visage de l’occupant 2 est négligeable sur ce laps de temps, c’est-à-dire que la composante Ca due à l’éclairage ambiant dans la lumière reçue par le capteur d’image 9 est considérée comme identique sur toutes les images acquises par le dispositif d’acquisition d’image 5 au cours de ces trois périodes d’acquisition P1, P2, P3 appartenant à un même cycle.
Pour s’affranchir de la composante Ca due à l’éclairage ambiant sur les images acquises par le dispositif d’acquisition d’image 5 pendant la première période d’acquisition P1 et la deuxième période d’acquisition P2, l’unité de traitement 7 est configurée pour soustraire cette composante Ca sur une partie ou la totalité desdites images dans le but d’isoler la composante Ci due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3. Cette opération est représentée de façon schématique sur la . Cette figure montre plusieurs frises chronologiques présentant un axe temporel t dont le départ est marquée par l’origine O. L’axe temporel t est divisé en trois segments de même longueur mis en évidence par des doubles-flèches. Chaque double-flèche représente une période d’acquisition P1, P2, P3. Les blocs rectangulaires surmontant ces doubles-flèches représentent la lumière reçue par le capteur d’image 9 pendant ces trois périodes d’acquisition P1, P2 et P3. Puisque la composante Ca due à l’éclairage ambiant est considérée comme constante au cours des trois périodes d’acquisition P1, P2, P3 d’un même cycle, cette composante Ca est ici représentée par un premier bloc rectangulaire comprenant des hachures obliques. La longueur totale de ce premier bloc correspond à la somme des longueurs des trois doubles-flèches.
Un deuxième bloc d’une longueur égale à une seule double-flèche surmonte le premier bloc. Les hachures horizontales à l’intérieur du deuxième bloc représentent la composante Ci due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3. Le décalage entre le début de ce deuxième bloc et l’origine O est dû au temps de trajet de l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3.
L’opération de soustraction effectuée par l’unité de traitement 7 se déroule comme suit : l’unité de traitement 7 repère la composante Ca due à l’éclairage ambiant sur les images acquises par le dispositif d’acquisition d’image 5 pendant la troisième période d’acquisition P3, ceci est symbolisé par les pointillés en gras sur la première frise chronologique. La valeur de cette composante Ca est retranchée à la quantité de lumière reçue par le capteur d’image 9 pendant laquelle ledit capteur d’images 9 reçoit également la composante Ci due à l’impulsion lumineuse réfléchie par la ou les régions d’intérêt 12 du visage de l’occupant 2, ceci est représenté sur la deuxième frise chronologique située en dessous de la première frise chronologique. Suite à cette opération de soustraction, l’unité de traitement 7 se focalise donc sur les images qui ne comprennent plus que la composante Ci pour y appliquer une méthode de photopléthysmograhie afin de déterminer un paramètre physiologique de l’occupant 2. Cette dernière étape est symbolisée par le cadre aux traits épais sur la troisième frise de la .
La présente deux axes temporels similaires à ceux de la . Ces axes temporels représentent trois cycles consécutifs de trois périodes d’acquisition P1, P2 et P3 qui se succèdent les une aux autres. La composante Ca due à l’éclairage ambiant est propre à chaque cycle, ceci est représenté par les différentes tailles des blocs Ca1, Ca2 et Ca3 avec les hachures obliques. La illustre ainsi la répétition de l’opération de soustraction réalisée par l’unité de traitement 7 cycle après cycle.
L’unité de traitement 7 est donc configurée pour soustraire la composante Ca due à l’illumination ambiante à la lumière reçue par le capteur 9 du dispositif d’acquisition d’image 5 pour les images acquises pendant la première et la deuxième période d’acquisition P1 et P2. Ainsi les images acquises par le dispositif d’acquisition d’image 5 pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition P1 et P2 ne sont plus parasitées par la composante Ca due à l’éclairage ambiant, ce qui augmente l’efficacité du traitement d’image effectué par l’unité de traitement 7 dans le cadre de la détermination du paramètre physiologique par photopléthysmographie à distance.
L’unité de traitement 7 est également configurée pour définir, à partir du paramètre physiologique, l’état physiologique de l’occupant 2. L’unité de traitement 7 peut par exemple comparer la valeur du ou des paramètres physiologiques à un ou plusieurs seuils prédéterminés. À titre d’exemple, l’on peut considérer le cas où l’occupant 2 surveillé par le système de surveillance 1 est également le conducteur du véhicule automobile. Dans cet exemple, le paramètre physiologique est la fréquence cardiaque. Si celle-ci est supérieure à un seuil maximal prédéterminé ou inférieure à un seuil minimal prédéterminé au sein de l’unité de traitement 7, il est possible que l’état physiologique de l’occupant 2 ne lui permette pas de conduire.
Le système de surveillance 1 peut notamment être configuré pour émettre par exemple un signal sonore ou toute autre forme d’alerte lorsque le ou les paramètres physiologiques ne correspondent pas aux critères prédéterminés au sein de l’unité de traitement 7. Un signal sonore peut alerter l’occupant d’un potentiel danger, telle qu’une conduite en état de fatigue.
Puisque les durées respectives des trois périodes d’acquisition P1, P2 et P3 sont très courtes, il convient de répéter ce cycle d’acquisition un grand nombre de fois pour collecter assez de données dans le but de déterminer le paramètre physiologique. Ce traitement demande effectivement une certaine réactivité des composants du système de surveillance 1.
À cet effet, le système de surveillance 1 peut comporter plusieurs obturateurs 111, 112 et 113. Selon un autre mode de réalisation du dispositif d’acquisition d’image 5, le dispositif d’acquisition d’image 5 peut comporter un premier obturateur 111 configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image 9 pendant la première période d’acquisition P1, un deuxième obturateur 112 configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image 9 pendant la deuxième période d’acquisition P2 et un troisième obturateur 113 configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image 9 pendant la troisième période d’acquisition P3, comme illustré respectivement sur les images 5a, 5b et 5c. Ainsi, le premier obturateur 111 est ouvert au début de la première période d’acquisition P1 et refermé à la fin de la première période d’acquisition P1, le deuxième obturateur 112 est ouvert au début de la deuxième période d’acquisition P2 et refermé à la fin de la deuxième période d’acquisition P2 et le même principe s’applique pour le troisième obturateur 113 et la troisième période d’acquisition P3. Le fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation du système de surveillance 1 est très similaire à celui du premier mode de réalisation, d’où la similitude entre les figures 6a, 6b et 6c avec respectivement les figures 3a, 3b et 3c.
Dans ce mode de réalisation particulier, l’unité de pilotage 13 peut être configurée pour piloter l’ouverture et la fermeture en cascade des premiers, deuxième et troisième obturateurs 111, 112 et 113. Autrement dit, la fermeture du premier obturateur 111 coïncide avec l’ouverture du deuxième obturateur 112 et la fermeture du deuxième obturateur 112 coïncide avec l’ouverture du troisième obturateur 113. Cette conception particulière du système de surveillance 1 peut permettre de moins solliciter les différents obturateurs 111, 112, 113, ce qui peut se traduire par une durée de vie augmentée du système de surveillance 1.
En référence à l’organigramme de la , un procédé de détermination de l’état physiologique de l’occupant 2 par photopléthysmographie est détaillé dans la suite de la description. Ce procédé a recours à un système de surveillance 1 tel que celui décrit précédemment. Le procédé comprend plusieurs étapes E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7, E8, E9 et E10.
Les étapes E1 et E2 ont lieu en même temps pendant la première période d’acquisition P1. Pour l’étape E1, la source lumineuse pulsée 3 émet un train d’impulsions lumineuses en direction de l’occupant 2 tandis que pour l’étape E2, qui a lieu simultanément, l’obturateur 11 ou le premier obturateur 111 est ouvert afin de laisser passer la lumière vers le capteur d’image 9. Cette lumière comprend une composante Ca due à l’éclairage ambiant et une composante Ci due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3.
À la fin de la première période d’acquisition P1, la source lumineuse pulsée 3 est désactivée, cet événement correspond à l’étape E3. L’étape E3 marque également la fin de la première période d’acquisition P1 et le début de la deuxième période d’acquisition P2. Dans le cas où le dispositif d’acquisition d’image 5 comporte plusieurs obturateurs, cette étape E3 est également marquée par la fermeture du premier obturateur 111 et l’ouverture du deuxième obturateur 112.
Au cours de l’étape E4, l’obturateur 11 ou le deuxième obturateur 112 est ouvert afin de laisser passer la lumière vers le capteur d’image 9 pendant la deuxième période d’acquisition P2, cette lumière comprend une composante Ca due à l’éclairage ambiant et éventuellement une composante Ci due à l’impulsion lumineuse émise précédemment par la source lumineuse pulsée 3.
L’étape E5 marque la fin de la deuxième période d’acquisition P2 et le début de la troisième période d’acquisition P3. Dans le cas où le dispositif d’acquisition d’image 5 comporte plusieurs obturateurs 111, 112, 113, l’étape E5 correspond également au moment où le deuxième obturateur 112 est refermé et le troisième obturateur 113 est ouvert.
Au cours de l’étape E6, l’obturateur 11 ou 113 est ouvert afin de laisser passer la lumière vers le capteur d’image 9 pendant la troisième période d’acquisition P3, cette lumière comprend une composante Ca due à l’éclairage ambiant, mais plus de composante Ci due à l’impulsion lumineuse émise précédemment par la source lumineuse pulsée 3.
Au cours de l’étape E7, à la fin de la troisième période d’acquisition P3, l’obturateur 11 ou le troisième obturateur 113 est refermé.
Au cours de l’étape E8, l’unité de traitement 7 soustrait la composante Ca due à l’éclairage ambiant contenue dans la lumière reçue par le capteur d’image 9 pendant la troisième période d’acquisition P3 à la lumière reçue par le capteur d’image 9 pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition P1, P2 dans le but d’isoler la composante Ci due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée 3 sur les images acquises par le dispositif d’acquisition d’image 5 pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition P1, P2.
Pendant l’étape E9, l’unité de traitement 7 détermine à partir desdites images un paramètre physiologique de l’occupant 2 par photopléthysmographie. Pendant l’étape E10, l’unité de traitement 7 définit, à partir du paramètre physiologique, l’état physiologique de l’occupant 2 par photopléthysmographie. Il n’est pas forcément nécessaire de répéter les étapes E9 et E10 pour chaque cycle. Autrement dit, il est envisageable de répéter les étapes E1 à E8 plusieurs fois d’affilée avant d’enclencher les étapes E9 et E10. Par exemple, l’unité de traitement 7 du système de surveillance 1 peut être configurée pour sélectionner les images dignes d’être traitées lors du procédé d’élaboration de l’état physiologique de l’occupant 2 en ôtant par exemple les images sur lesquels l’occupant 2 n’est pas orienté face au système de surveillance 1, comme dans le cas où l’occupant est un conducteur et que celui-ci tourne la tête pour effectuer une marche arrière avec son véhicule, car ces images ne permettent pas déterminer un paramètre physiologique de l’occupant 2 par photopléthysmographie de manière fiable.

Claims (10)

  1. Système de surveillance (1) d’un occupant d’un véhicule automobile, le système de surveillance (1) comportant :
    – une source lumineuse pulsée (3) configurée pour émettre un train d’impulsions lumineuses en direction de l’occupant (2),
    – un dispositif d’acquisition d’image (5), tel une caméra à temps de vol, ledit dispositif d’acquisition d’image (5) comprenant un capteur d’image (9) et un obturateur (11) configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image (9) pendant une première période d’acquisition (P1) au cours de laquelle la source lumineuse pulsée (3) émet une impulsion lumineuse et pendant une deuxième période d’acquisition (P2) au cours de laquelle la source lumineuse pulsée (3) est inactive, la deuxième période d’acquisition (P2) étant déclenchée en dehors de la première période d’acquisition (P1), la durée respective de la première et de la deuxième périodes d’acquisition (P1, P2) étant au moins égale à la durée d’une impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée (3), la lumière reçue par le capteur d’image (9) lors de la première période d’acquisition (P1) et de la deuxième période d’acquisition (P2) comportant une composante (Ca) due à l’éclairage ambiant et une composante (Ci) due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée (3);
    – une unité de traitement (7) configurée pour déterminer à partir des images acquises un paramètre physiologique de l’occupant (2) par photopléthysmographie et pour définir, à partir dudit paramètre, l’état physiologique de l’occupant (2),
    le système de surveillance (1) étant caractérisé en ce que l’obturateur (11) est également configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image (9) pendant une troisième période d’acquisition (P3) déclenchée en dehors de la première et de la deuxième périodes d’acquisition (P1, P2), la source lumineuse pulsée (3) étant inactive pendant la troisième période d’acquisition (P3), ladite lumière comportant la composante (Ca) due à l’éclairage ambiant et en ce que l’unité de traitement (7) est configurée pour soustraire cette composante (Ca) due à l’éclairage ambiant à la lumière reçue par le capteur d’image (9) pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition (P1, P2) dans le but d’isoler la composante (Ci) due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée (3) sur une partie des images acquises par le dispositif d’acquisition d’image (5) pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition (P1, P2).
  2. Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée respective de la première, de la deuxième et de la troisième période d’acquisition (P1, P2, P3) est inférieure à 50 ns et plus particulièrement égale à 20 ns.
  3. Système de surveillance selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les durées de la première, de la deuxième et de la troisième période d’acquisition (P1, P2, P3) sont identiques entre elles.
  4. Système de surveillance selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée d’une impulsion du train d’impulsion lumineuses émis par la source lumineuse pulsée (3) est égale à la durée de la première période d’acquisition (P1).
  5. Système de surveillance selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de pilotage (13) configurée pour synchroniser le départ du train d’impulsions lumineuses émis par la source lumineuse pulsée (3) avec l’ouverture de l’obturateur (11) au début de la première période d’acquisition (P1).
  6. Système de surveillance selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’unité de pilotage (13) est configurée pour piloter l’ouverture et la fermeture de l’obturateur (11).
  7. Système de surveillance selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est configuré pour sélectionner une région d’intérêt (12) sur le visage de l’occupant (2) pour permettre la détermination du paramètre physiologique.
  8. Système de surveillance selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur d’image (9) est configuré pour établir une carte de profondeur du visage de l’occupant (2) à partir des images acquises par le dispositif d’acquisition d’image (5).
  9. Système de surveillance selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’acquisition d’image (5) comporte trois obturateurs (111, 112, 113) distincts :
    – un premier obturateur (111) configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image (9) pendant la première période d’acquisition (P1) ;
    – un deuxième obturateur (112) configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image (9) pendant la deuxième période d’acquisition (P2) ;
    – un troisième obturateur (113) configuré pour laisser passer de la lumière vers le capteur d’image (9) pendant la troisième période d’acquisition (P3).
  10. Procédé de détermination de l’état physiologique de l’occupant (2) par photopléthysmographie, le procédé ayant recours à un système de surveillance (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes (E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7, E8, E9 et E10) suivantes :
    – la source lumineuse pulsée (3) émet un train d’impulsions lumineuses en direction de l’occupant (2), ceci correspond à une première étape (E1) ;
    – simultanément, l’obturateur (11, 111) est ouvert afin de laisser passer la lumière vers le capteur d’image (9), cette lumière comprend une composante (Ca) due à l’éclairage ambiant et une composante (Ci) due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée (3), ceci correspond à une deuxième étape (E2) ;
    – à la fin de la première période d’acquisition (P1), la source lumineuse pulsée (3) est désactivée, ceci correspond à une troisième étape (E3) ;
    – l’obturateur (11, 112) est ouvert afin de laisser passer la lumière vers le capteur d’image (9) pendant une deuxième période d’acquisition (P2), cette lumière comprend une composante (Ca) due à l’éclairage ambiant et éventuellement une composante (Ci) due à l’impulsion lumineuse émise précédemment par la source lumineuse pulsée (3), ceci correspond à une quatrième étape (E4) ;
    – dans le cas où le dispositif d’acquisition d’image (5) comporte plusieurs obturateurs (111, 112, 113), le procédé comporte une cinquième étape (E5) au cours de laquelle le deuxième obturateur (112) est refermé et le troisième obturateur (113) est ouvert ;
    – l’obturateur (11, 113) est ouvert afin de laisser passer la lumière vers le capteur d’image (9) pendant une troisième période d’acquisition (P3), cette lumière comprend une composante (Ca) due à l’éclairage ambiant, mais plus de composante (Ci) due à l’impulsion lumineuse émise précédemment par la source lumineuse pulsée (3), ceci correspond à une sixième étape (E6) ;
    – à la fin de la troisième période d’acquisition (P3), l’obturateur (11, 113) est refermé ; ceci correspond à une septième étape (E7) ;
    – l’unité de traitement (7) soustrait la composante (Ca) due à l’éclairage ambiant contenue dans la lumière reçue par le capteur d’image (9) pendant la troisième période d’acquisition (P3) à la lumière reçue par le capteur d’image (9) pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition (P1, P2) dans le but d’isoler la composante (Ci) due à l’impulsion lumineuse émise par la source lumineuse pulsée (3) sur une partie des images acquises par le dispositif d’acquisition d’image (5) pendant la première et la deuxième périodes d’acquisition (P1, P2), ceci correspond à une huitième étape (E8) ;
    – l’unité de traitement (7) détermine à partir desdites images au moins un paramètre physiologique de l’occupant (2) par photopléthysmographie, ceci correspond à une neuvième étape (E9) ;
    – l’unité de traitement (7) définit, à partir du paramètre physiologique, l’état physiologique de l’occupant (2) par photopléthysmographie, ceci correspond à une dixième étape (E10).
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GONZALEZ-BANOS H ET AL: "Computing depth under ambient illumination using multi-shuttered light", PROCEEDINGS OF THE 2004 IEEE COMPUTER SOCIETY CONFERENCE ON COMPUTER VISION AND PATTERN RECOGNITION 27 JUNE-2 JULY 2004 WASHINGTON, DC, USA, IEEE, PROCEEDINGS OF THE 2004 IEEE COMPUTER SOCIETY CONFERENCE ON COMPUTER VISION AND PATTERN RECOGNITION IEE, vol. 2, 27 June 2004 (2004-06-27), pages 234 - 241, XP010708658, ISBN: 978-0-7695-2158-9, DOI: 10.1109/CVPR.2004.1315169 *

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