WO2020070261A1 - Procede de detection d'un contact contre un ecran - Google Patents

Procede de detection d'un contact contre un ecran

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WO2020070261A1
WO2020070261A1 PCT/EP2019/076852 EP2019076852W WO2020070261A1 WO 2020070261 A1 WO2020070261 A1 WO 2020070261A1 EP 2019076852 W EP2019076852 W EP 2019076852W WO 2020070261 A1 WO2020070261 A1 WO 2020070261A1
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screen
infrared
infrared image
light intensity
image
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PCT/EP2019/076852
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Lionel Chataignier
Geoffrey Chataignier
Léo Giorgis
Hugo Loi
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Pixminds
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0425—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means using a single imaging device like a video camera for tracking the absolute position of a single or a plurality of objects with respect to an imaged reference surface, e.g. video camera imaging a display or a projection screen, a table or a wall surface, on which a computer generated image is displayed or projected
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    • A63B2220/80—Special sensors, transducers or devices therefor
    • A63B2220/805—Optical or opto-electronic sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2243/00—Specific ball sports not provided for in A63B2102/00 - A63B2102/38
    • A63B2243/0025—Football

Definitions

  • the object of the invention is to provide a method for detecting the contact of an object against a screen and an interactive device capable of implementing such a method overcoming the above drawbacks and improving the detection methods and the interactive devices known from the prior art. More specifically, a first object of the invention is a method of detecting the position of an object relative to a screen making it possible to precisely detect the time and place of the contact of the object against the screen. A second object of the invention is a robust interactive device offering a moderate manufacturing cost compared to its surface.
  • Said object can have a spherical shape, in particular said object can be a ball, in particular a football, the infrared image having a generally circular contour, the hole having a generally circular contour and comprising the center of the infrared image.
  • the screen can be resistant to the impacts of a soccer ball projected against the screen by a person, in particular to the impacts of a soccer ball projected against the screen at 200 km / h.
  • the invention also relates to a game room comprising an interactive device as defined above.
  • the invention also relates to a method of using an interactive device as defined above, the method of use comprising:
  • Figure 1 is a schematic view of an interactive device according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically illustrates a game room 100 comprising an interactive device 1 according to an embodiment of the invention.
  • the interactive device 1 comprises a screen 2, an infrared source 3, an infrared camera 4 and a projector 5.
  • Screen 2 is transparent or translucent.
  • the screen 2 can be made for example from glass or from transparent thermoplastic polymer such as Plexiglas®.
  • the screen 2 can pass infrared rays as well as light rays in the visible spectrum.
  • the screen 2 is resistant to the impacts of a soccer ball projected against the screen by the user 6.
  • the screen 2 is resistant to the impacts of a soccer ball fired at full power by the user 6.
  • the mass of a soccer ball can be of the order of 200g and it can be projected at a speed of the order of 200km / h which makes it possible to define the adequate robustness of the 'screen.
  • the infrared source could emit electromagnetic rays of any other wavelength outside the visible spectrum.
  • Infrared rays can be emitted in any direction of the first half-space DE1. In particular, they can be emitted in an orthogonal or almost orthogonal direction to the screen or also in a direction parallel or almost parallel to the screen.
  • the light rays can be emitted in the half space DE1 directly from the infrared source 3, that is to say without undergoing reflection or refraction through the transparent screen.
  • the power of the infrared source 3 is such that the infrared rays can significantly reach and illuminate an object positioned several tens of centimeters, or even several meters from the screen.
  • the infrared camera 4 detects an infrared image 12 of the balloon 7. More precisely, the infrared camera picks up an infrared signal coming from the balloon 7 and having crossed the screen 2.
  • This infrared signal can be represented at a given time as a infrared image within the matrix of the infrared camera, representing the entire surface of the screen 2.
  • the position of the infrared image in this matrix is linked to the position of the balloon 7 relative to the screen.
  • the light intensity of the image is a function of the strength of the infrared signal.
  • the balloon can be detected while it is still several tens of centimeters, or even several meters from the screen.
  • FIG. 4 illustrates the infrared image of the balloon 7 when it is in its third position P3. It can be seen in FIG. 2 that, when the balloon is in its first position P1, the infrared image has a circular shape and a moderate brightness.
  • the brightness of the infrared image is generally uniform, that is to say that the pixels forming the infrared image have generally the same brightness.
  • the first zone Z1 is a substantially circular zone inside the infrared image.
  • the second zone Z2 is an annular zone around the first zone Z1.
  • the second zone Z2 therefore has the shape of a disc: it comprises a circular external contour and a central opening which is also circular.
  • the two zones Z1 and Z2 are two complementary zones of the infrared image.
  • the first zone Z1 comprises the center of the circle formed by the outline of the infrared image.
  • the second zone Z2 includes the outer edge of the infrared image.
  • the infrared image includes circular symmetry regardless of the position of the balloon 7, in particular whether the balloon is in contact with the screen or not. So you can easily identify the center of the infrared image.
  • the balloon 7 establishes contact with the screen 2 for a given duration. During its contact with the screen, the balloon 7 gradually crashes against the screen 2, reaches a maximum crushing then gradually relaxes before losing contact with the screen 2. Thus, during the duration of the contact , the first zone Z1 gradually increases, substantially from the center of the infrared image. It then reaches a maximum size when the crushing of the balloon is maximum, then the first zone Z1 gradually decreases before disappearing.
  • the infrared images can be used to estimate the position and / or the distance separating the ball 7 from the screen and / or to estimate the speed of the ball.
  • This estimate can be based on the light intensity of the infrared image and / or on the size of the infrared image.
  • This estimate makes it possible in particular to estimate an angle of incidence of the balloon against the screen. For example, thanks to a prior calibration, it is possible to associate the light intensity of the infrared image and / or the size of the infrared image with a distance separating the balloon 7 from the screen.
  • the balloon speed information estimated thanks to the analysis of the balloon contact time and or of the balloon contact surface can be used during calibration to associate a light intensity of the infrared image and / or a size of the infrared image at a distance from the balloon 7 relative to the screen.
  • images can be projected by the projector 5 against the second side C2 of the screen 2. These images can be any and can represent for example a football pitcher and a virtual goalkeeper . These images are visible to the user 6 because the screen is transparent or translucent and therefore lets the light rays pass.
  • the control unit 11 connected to the projector 5 communicates with the calculation unit 10 and issues image projection commands adapted to the position of the balloon 7 as calculated by the calculation unit 10.
  • the position of the balloon 7 and its time of contact with the screen are known with precision, images adapted to the real situation can be projected against the screen.
  • the interaction between the user and the screen is improved which contributes to improving the user's immersion in a virtual space.
  • the method can also be implemented to detect the contact of the user himself against the screen or to calculate the number of objects present near the screen.
  • a single infrared camera and a single projector can cooperate with a large surface screen.
  • the cost of production per square meter of screen of such an interactive device is lower than the cost of production of known interactive devices.
  • the interactive device does not require any adaptation to operate in a dark or lighted environment.

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Abstract

Procédé de détection du contact d'un objet (7) contre un écran (2) transparent ou translucide, le procédé de détection comprenant : une étape d'émission de rayons infrarouges dans un premier demi- espace (DE1) d'un premier côté (C1) de l'écran (2); puis une étape de détection par une caméra infrarouge (4) d'une image infrarouge (12), l'image infrarouge (12) étant issue de la réflexion des rayons infrarouges contre ledit objet (7), ledit objet (7) étant positionné du premier côté (C1 ) de l'écran (2) et la caméra infrarouge (4) étant positionnée d'un deuxième côté (C2) de l'écran (2), opposé au premier côté (C1) de l'écran (2); puis une étape de détection d'un trou à l'intérieur de l'image infrarouge (12).

Description

Procédé de détection d’un contact contre un écran
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de détection du contact d’un objet contre un écran. L’invention concerne également un dispositif interactif apte à mettre en oeuvre un tel procédé de détection. L’invention concerne également un procédé d’utilisation d’un tel dispositif interactif.
État de la technique
Les écrans interactifs sont devenus omniprésents dans de nombreux domaines tels que la téléphonie, le divertissement ou l'éducation. On connaît notamment les écrans dits capacitifs avec lesquels un utilisateur peut interagir avec ses doigts. Toutefois, ces écrans ne peuvent pas détecter le contact d’un objet autre qu’une partie du corps humain. De plus ces écrans sont souvent fragiles et présentent des coûts de fabrication importants par rapport à leur surface.
On connaît également des technologies permettant d’interagir avec des écrans par le contact d’un objet différent d’une partie du corps humain, comme notamment la technologie de spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, également dénommée FTIR (« Fourier Transform InfraFted spectroscopy »). Cette technologie permet de détecter une grande variété de contacts physiques contre un écran et peut être plus facilement appliquée à un écran de grande dimension. Toutefois, les procédés connus de détection d’un contact contre un tel écran conduisent à une détection imprécise. Notamment, la zone de contact ainsi que le moment du contact sont déterminés de manière imprécise. Par conséquent, la réponse produite par l’écran interactif est imprécise ce qui est ressenti par l’utilisateur.
Objet de l'invention
Le but de l’invention est de fournir un procédé de détection du contact d’un objet contre un écran et un dispositif interactif apte à mettre en oeuvre un tel procédé remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les procédés de détection et les dispositifs interactifs connus de l’art antérieur. Plus précisément, un premier objet de l’invention est un procédé de détection de la position d’un objet par rapport à un écran permettant de détecter précisément le moment et le lieu du contact de l’objet contre l’écran. Un second objet de l’invention est dispositif interactif robuste et offrant un coût de fabrication modéré par rapport à sa surface.
L’invention se rapporte à un procédé de détection du contact d’un objet contre un écran transparent ou translucide, le procédé de détection comprenant :
- une étape d’émission de rayons infrarouges dans un premier demi-espace d’un premier côté de l’écran ; puis
- une étape de détection par une caméra infrarouge d’une image infrarouge, l’image infrarouge étant issue de la réflexion des rayons infrarouges contre ledit objet, ledit objet étant positionné du premier côté de l’écran et la caméra infrarouge étant positionnée d’un deuxième côté de l’écran, opposé au premier côté de l’écran ; puis
- une étape de détection d’un trou à l’intérieur de l’image infrarouge. Le trou peut s’étendre dans une première zone de l’image infrarouge, et l’image infrarouge peut comprendre une deuxième zone agencée autour de la première zone, la première zone et la deuxième zone étant deux zones complémentaires de l’image infrarouge, la deuxième zone comprenant un contour extérieur de l’image infrarouge.
L’étape de détection d’un trou à l’intérieur de l’image infrarouge peut comprendre :
- une comparaison de l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge avec l’intensité lumineuse au bord de l’image infrarouge ; et/ou
- une comparaison de l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge avec l’intensité lumineuse d’une troisième zone en dehors de l’image infrarouge ; et/ou
- une comparaison de l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge avec un seuil d’intensité lumineuse prédéfini ; et/ou
- une comparaison de l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge avec l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge mesurée précédemment.
Ledit objet peut avoir une forme sphérique, notamment ledit objet peut être un ballon, notamment un ballon de football, l’image infrarouge ayant un contour globalement circulaire, le trou ayant un contour globalement circulaire et comprenant le centre de l’image infrarouge.
Le procédé de détection peut comprendre une étape d’estimation d’une distance séparant ledit objet de l’écran, cette estimation étant basée sur l’intensité lumineuse de l’image infrarouge et/ou sur la taille de l’image infrarouge avant ou après le contact dudit objet contre l’écran.
Le procédé de détection peut comprendre une étape de détermination d’une force d’impact dudit objet contre l’écran, cette détermination étant basée sur le calcul d’une surface du trou. Le procédé de détection peut comprendre une étape de détermination d’une durée d’impact dudit objet contre l’écran, cette étape de détermination étant basée sur la mesure de la durée pendant laquelle le trou est formé dans l’image infrarouge.
L’invention se rapporte également à un dispositif interactif comprenant un écran transparent ou translucide, une source infrarouge apte à émettre des rayons infrarouges dans un premier demi-espace d’un premier côté de l’écran, notamment une source infrarouge apte à émettre des rayons infrarouges de longueur d’onde 850nm, une caméra infrarouge, et des moyens matériels et/ou logiciels aptes à mettre en oeuvre le procédé de détection tel que défini précédemment.
La source infrarouge peut comprendre une pluralité d’émetteurs infrarouges répartis autour de l’écran, notamment les émetteurs infrarouges étant disposés le long d’un cercle ou d’un rectangle.
Le dispositif interactif peut comprendre un projecteur apte à projeter une image visible sur l’écran, notamment un projecteur positionné du même côté de l’écran que la caméra infrarouge.
L’écran peut être résistant aux impacts d’un ballon de football projeté contre l’écran par une personne, notamment aux impacts d’un ballon de football projeté contre l’écran à 200km/h. L’invention se rapporte également à une salle de jeu comprenant un dispositif interactif tel que défini précédemment. L’invention se rapporte également à un procédé d’utilisation d’un dispositif interactif tel que défini précédemment, le procédé d’utilisation comprenant :
- une étape de tir d’un objet contre un écran,
- les étapes d’un procédé de détection du contact de l’objet contre l’écran tel que défini précédemment, et
- une étape de projection d’une image visible sur l’écran.
L’étape de projection peut intervenir lorsque :
- l’intensité lumineuse de l’image infrarouge dépasse un seuil d’intensité lumineuse, et/ou
- le contact de l’objet contre l’écran est détecté.
Description sommaire des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 est une vue schématique d’un dispositif interactif selon un mode de réalisation de l’invention.
Les figures 2, 3 et 4 sont des vues schématiques d’une première, d’une deuxième et d’une troisième image infrarouge d’un ballon de football.
Description d’un mode de réalisation La figure 1 illustre schématiquement une salle de jeu 100 comprenant un dispositif interactif 1 selon un mode de réalisation de l’invention. Le dispositif interactif 1 comprend un écran 2, une source infrarouge 3, une caméra infrarouge 4 et un projecteur 5.
Le dispositif interactif 1 est destiné à être utilisé dans un jeu de football virtuel dans lequel un utilisateur 6 effectue des tirs avec un ballon 7 de football contre l’écran 2. L’écran 2 s’étend selon un plan vertical. Il peut avoir une forme rectangulaire, carrée, circulaire ou tout autre forme. L’écran 2 sépare la salle de jeu 100 en deux demi-espaces DE1 , DE2. Un premier demi-espace DE1 se situe d’un premier côté C1 de l’écran. L’utilisateur 6 et le ballon 7 peuvent occuper toute position dans ce premier demi-espace DE1. La caméra 4 et le projecteur 5 sont positionnés dans le deuxième demi-espace DE2, d’un deuxième côté C2 de l’écran, opposé au premier côté C1. La caméra 4 et le projecteur 5 sont donc protégés de l’utilisateur 6 et du ballon 7 par l’écran 2.
L’écran 2 est transparent ou translucide. L’écran 2 peut être fabriqué par exemple en verre ou en polymère thermoplastique transparent tel que le Plexiglas®. L’écran 2 peut laisser passer des rayons infrarouges ainsi que des rayons lumineux dans le spectre visible. L’écran 2 est résistant aux impacts d’un ballon de football projeté contre l’écran par l’utilisateur 6. Par exemple, l’écran 2 est résistant aux impacts d’un ballon de football tiré à pleine puissance par l’utilisateur 6. A titre d’information, la masse d’un ballon de football peut être de l’ordre de 200g et il peut être projeté à une vitesse de l’ordre de 200km/h ce qui permet de définir la robustesse adéquate de l’écran. La robustesse de l’écran pourra être avantageusement adaptée en fonction de l’utilisation qui en est faite, notamment en fonction du type de balle ou de ballon et du moyen utilisé pour le projeter contre l’écran. L’écran 2 est donc incassable dans les conditions normales de son utilisation. L’écran 2 est également résistant aux éraflures et facilement nettoyable, c’est-à-dire qu’il est résistant à tout type de détergeant habituellement utilisé pour le lavage d’une salle. L’écran 2 peut avoir de grandes dimensions. L’écran 2 peut avoir une forme rectangulaire avec une hauteur supérieure à deux mètres, voire supérieure à trois mètres et il peut avoir une largeur supérieure à deux mètres, voire supérieure à trois mètres, voire même supérieure à cinq mètres. Par exemple l’écran 2 peut avoir la taille d’un embut de football ou d’un embut de tout autre sport de ballon. Selon une variante de réalisation, l’écran 2 pourrait s’étendre selon une forme incurvée au lieu de s’étendre selon un plan.
La source infrarouge 3 est positionnée du premier côté C1 de l’écran, et est orientée de sorte à émettre des rayons infrarouges dans le premier demi- espace DE1. Elle est agencée sur un pourtour de l’écran. Elle comprend une pluralité d’émetteurs infrarouges 8 tout autour de l’écran, par exemple des LEDs infrarouges. Les émetteurs infrarouges 8 peuvent être agencés le long du contour de l’écran, à équidistance les uns des autres. Ainsi, les émetteurs infrarouges 8 peuvent être disposés le long d’un rectangle, d’un carré ou d’un cercle. La source infrarouge 3 est apte à émettre des rayons infrarouges de longueur d’onde 850nm. Une telle longueur d’onde est en dehors du spectre visible. En variante, la source infrarouge pourrait émettre des rayons électromagnétiques de toute autre longueur d’onde en dehors du spectre visible. Les rayons infrarouges peuvent être émis dans toute direction du premier demi-espace DE1. Notamment ils peuvent être émis dans une direction orthogonale ou quasiment orthogonale à l'écran ou encore dans une direction parallèle ou quasiment parallèle à l'écran. Les rayons lumineux peuvent être émis dans la demi espace DE1 directement depuis la source infrarouge 3, c'est-à-dire sans subir une réflexion ou une réfraction au travers de l'écran transparent. Ainsi, on obtient une diffusion homogène des rayons infrarouges et sans perte de puissance. La puissance de la source infrarouge 3 est telle que les rayons infrarouges peuvent atteindre et éclairer significativement un objet positionné à plusieurs dizaines de centimètres, voire plusieurs mètres de l'écran.
La caméra infrarouge 4 est un moyen de détection de rayons infrarouges. Elle est apte à détecter des rayons infrarouges de même longueur d’onde que les rayons infrarouges émis par la source infrarouge 3, notamment des rayons infrarouges de longueur d’onde 850nm. La caméra infrarouge comprend une matrice d’éléments photosensibles aptes capter des rayons infrarouges en provenance de tout point de l’écran 2. La caméra infrarouge 4 peut être positionnée globalement en vis-à-vis du centre de l’écran 2.
Le projecteur 5, que l’on pourrait également dénommer rétroprojecteur, est un équipement apte à projeter une image visible sur le deuxième côté de l’écran 2. L’écran étant transparent ou translucide, l’image projetée est visible depuis le premier demi espace DE1. Avantageusement l’image projetée peut occuper toute partie de l’écran 2. En variante, le dispositif interactif 1 pourrait comprendre plusieurs projecteurs 5 chacun apte à projeter une image visible sur une partie de l’écran. L’ensemble des projecteurs 5 serait agencé de sorte à ce que toute partie de l’écran 2 puisse être éclairée par au moins un projecteur. Selon une autre variante le projecteur 5 pourrait être positionné dans le premier demi espace DE1 , du même côté que l’utilisateur 6. Cet agencement présenterait toutefois l’inconvénient que le ballon 7 ou l’utilisateur 6 lui-même pourraient, en fonction de leur position, masquer les rayons lumineux projetés par le projecteur 5 ou bien heurter le projecteur 5.
Le ballon 7 de football est une balle sphérique gonflée avec de l’air. En variante, le ballon de football pourrait être remplacé par tout autre type de balle, comme par exemple une balle de basketball, une balle de handball, une balle de volleyball, une balle de tennis, une balle de squash, une balle de pingpong. En variante, la balle pourrait être non sphérique, comme par exemple une balle de rugby, ou encore une balle de football américain. La balle pourrait également être une balle pleine, comme par exemple une balle de golf, une balle de baseball, une balle de bowling, ou une balle en mousse. Enfin, la balle pourrait être remplacée par un objet quelconque, comme par exemple un volant de badminton. Cet objet peut être envoyé contre l’écran avec la main, avec le pied ou encore au moyen de tout instrument tel qu’une raquette, une batte, ou un club.
La source lumineuse 3 est reliée électriquement à une première unité de commande 9. La caméra infrarouge 4 est reliée électriquement à une unité de calcul 10. Le projecteur 5 est relié électriquement à une deuxième unité de commande 1 1. La deuxième unité de commande 11 et l’unité de calcul 10 peuvent être reliées entre elles par une liaison filaire ou une liaison sans fil de manière à pouvoir échanger des informations. En variante ces trois unités 9, 10, 1 1 ou deux unités parmi les trois unités pourraient être rassemblées dans une seule et même unité. Ces unités 9, 10, 1 1 pourraient également être intégrées respectivement à la source lumineuse 3, et/ou à la caméra infrarouge 4, et/ou au projecteur 5. Ces unités 9, 10, 1 1 comprennent des moyens matériels et/ou logiciels aptes à mettre en oeuvre un procédé de détection du contact du ballon 7 contre l’écran 2. Ce procédé de détection va être à présent décrit.
Tout d’abord, la source infrarouge 3 est alimentée en énergie via la première unité de commande 9 et émet des rayons infrarouges dans le premier demi espace DE1. L’utilisateur 6 peut alors effectuer un tir avec le ballon 7 en direction de l’écran 2. Le ballon 7 se dirige alors vers une partie de l’écran et avec une vitesse qui dépendent de la manière dont le ballon 7 a été tiré. Des rayons infrarouges émis par la source infrarouge 3 atteignent le ballon 7, sont réfléchis par le ballon 7, puis traversent l’écran 2 et parviennent à la caméra infrarouge 4. Lorsque le ballon 7 est suffisamment éloigné de l’écran 2, les rayons infrarouges réfléchis par le ballon 7 sont dissipés avant de parvenir à la caméra infrarouge 4 et aucune image infrarouge du ballon n’est perçue par la caméra infrarouge 4. Avantageusement, l’utilisateur 6 demeure suffisamment éloigné de l’écran pour que les rayons infrarouges qui l’atteindraient se dissipent également avant de parvenir à la caméra infrarouge 4.
Ensuite, la caméra infrarouge 4 détecte une image infrarouge 12 du ballon 7. Plus précisément, la caméra infrarouge capte un signal infrarouge en provenance du ballon 7 et ayant traversé l’écran 2. Ce signal infrarouge peut être représenté à un instant donné comme une image infrarouge au sein de la matrice de la caméra infrarouge, représentant toute la surface de l’écran 2. La position de l’image infrarouge dans cette matrice est liée à la position du ballon 7 par rapport à l’écran. L’intensité lumineuse de l’image est fonction de la puissance du signal infrarouge. Avantageusement, le ballon peut être détecté alors qu'il est encore à plusieurs dizaines de centimètres, voire plusieurs mètres de l'écran. L’image infrarouge peut être définie comme un ensemble de pixels ayant chacun une intensité lumineuse propre. La luminosité de l’image infrarouge peut être définie comme la somme des luminosités de chacun des pixels de l’image infrarouge. Sur la figure 1 on a représenté le ballon 7, à l’approche de l’écran 2, dans trois positions P1 , P2, P3 successives. La première position P1 est la position la plus éloignée de l’écran. Dans la troisième position P3, le ballon est en contact avec l’écran. La deuxième position P2 est une position intermédiaire entre les positions P1 et P3. La figure 2 illustre l’image infrarouge du ballon 7 lorsqu’il est dans sa première position P1. La figure 3 illustre l’image infrarouge du ballon 7 lorsqu’il est dans sa deuxième position P2. La figure 4 illustre l’image infrarouge du ballon 7 lorsqu’il est dans sa troisième position P3. On observe sur la figure 2 que, lorsque le ballon est dans sa première position P1 , l’image infrarouge à une forme circulaire et une luminosité modérée. La luminosité de l’image infrarouge est globalement uniforme, c’est-à-dire que les pixels formant l’image infrarouge ont globalement la même luminosité.
On observe sur la figure 3 que lorsque le ballon est dans sa deuxième position P2, l’image infrarouge conserve une forme circulaire mais présente une luminosité plus importante que lorsque le ballon est dans sa première position P1. De plus le diamètre de l’image infrarouge est plus important que lorsque le ballon est dans sa première position. La luminosité de l’image infrarouge reste globalement uniforme. D’une manière générale, à mesure que le ballon 7 se rapproche de l’écran 2 et tant que le ballon 7 n’est pas entré en contact avec l’écran 2, l’intensité lumineuse de chaque pixel formant l’image infrarouge augmente progressivement. Ceci peut s’expliquer par le fait que la distance parcourue par les rayons infrarouges depuis la source lumineuse jusqu’au ballon 7 puis du ballon 7 jusqu’à la caméra infrarouge 4 diminue. Ainsi, la dissipation des rayons infrarouges au cours de leur propagation est moindre lorsque la distance à parcourir est plus petite. De même, le diamètre de l’image infrarouge augmente progressivement à mesure que le ballon se rapproche de l’écran 2 car l’angle solide formé par le ballon depuis la caméra infrarouge augmente. En observant la position, la forme et l'intensité de l'image infrarouge du ballon sur l'écran au cours de la phase d'approche du ballon, on peut calculer la trajectoire du ballon ainsi que sa vitesse. Ainsi l'invention permet non seulement de déterminer la position et l'instant précis du contact du ballon contre l'écran mais également des caractéristiques associées à la dynamique du ballon avant son contact contre l'écran.
On observe sur la figure 4 que lorsque le ballon est dans sa troisième position P3, c’est-à-dire lorsqu’il est en contact avec l’écran 2, des pixels compris dans une première zone Z1 de l’image infrarouge ont une intensité lumineuse moindre que des pixels d’une deuxième zone Z2 de l’image infrarouge. Autrement dit, l’intensité lumineuse de l’image infrarouge n’est plus uniforme et un trou apparaît dans la première zone Z1. Ce phénomène s’explique par le fait que les rayons infrarouges issus de la source infrarouge 3 ne peuvent pas atteindre la partie du ballon 7 en contact avec l’écran 2. Seules les parties du ballon 7 qui ne sont pas en contact avec l’écran 2 peuvent être atteintes par des rayons infrarouges issus de la source infrarouge 3. La taille du trou dans l’image infrarouge est donc directement liée à la surface du ballon en contact avec l’écran. L’unité de calcul 10 détecte l’apparition du trou et l’interprète comme un contact du ballon 7 contre l’écran.
Comme le ballon est sphérique, la première zone Z1 est une zone sensiblement circulaire à l’intérieur de l’image infrarouge. La deuxième zone Z2 est une zone annulaire autour de la première zone Z1 . La deuxième zone Z2 a donc la forme d’un disque : elle comprend un contour extérieur circulaire et une ouverture centrale également circulaire. Les deux zones Z1 et Z2 sont deux zones complémentaires de l’image infrarouge. La première zone Z1 comprend le centre du cercle formé par le contour de l’image infrarouge. La deuxième zone Z2 comprend le bord extérieur de l’image infrarouge. LTimage infrarouge comprend une symétrie circulaire quelle que soit la position du ballon 7, notamment que le ballon soit en contact ou non avec l’écran. On peut donc facilement identifier le centre de l’image infrarouge.
Pour détecter l’apparition du trou dans l’image infrarouge, plusieurs méthodes de calcul peuvent être envisagées. Premièrement, tant que le ballon 7 n’est pas encore entré en contact, l’unité de calcul 10 détecte une image infrarouge de forme circulaire et de luminosité uniforme. On peut alors identifier le centre de cette image infrarouge comme le centre du cercle formé par le contour circulaire de l’image infrarouge. En variante, dans le cas où l’image infrarouge ne comprendrait pas un contour circulaire, le centre de l’image infrarouge pourrait être défini comme un isobarycentre de l’image infrarouge. Puis, l’unité de calcul 10 compare l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge avec l’intensité lumineuse au bord de l’image infrarouge. Elle peut ainsi détecter l’instant où l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge devient suffisamment faible par rapport à l’intensité lumineuse au bord de l’image infrarouge. En variante, dans le cas où le trou ne serait pas formé au centre de l’image infrarouge (par exemple si l’objet projeté contre l’écran n’a pas une forme sphérique), le trou pourrait être détecté en comparant l’intensité lumineuse des différents pixels formant l’image infrarouge et en identifiant les pixels qui ont la plus faible intensité.
Deuxièmement, on peut comparer l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge ou bien dans la partie de l’image infrarouge ayant l’intensité lumineuse la plus faible avec l’intensité lumineuse d’une troisième zone Z3 en dehors de l’image infrarouge. Cette troisième zone Z3 peut être une partie de la matrice ne percevant pas le signal infrarouge en provenance du ballon mais un faible rayonnement infrarouge en provenance du reste du premier demi-espace DE1 . En connaissant la taille du ballon, on peut déterminer un cercle CB, centré sur le centre de l’image infrarouge, et définissant une enveloppe à l’intérieur de laquelle l’image infrarouge est contenue quelle que soit la position du ballon 7. La troisième zone Z3 peut être ainsi définie à l’extérieur du cercle CB. L’unité de calcul 10 détecte alors l’instant où l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge ou bien dans la partie de l’image infrarouge ayant l’intensité lumineuse la plus faible atteint une valeur définie par rapport à l’intensité lumineuse dans la troisième zone Z3.
T roisièmement, on peut comparer l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge ou bien dans la partie de l’image infrarouge ayant l’intensité lumineuse la plus faible avec un seuil d’intensité lumineuse prédéfini, enregistré dans une mémoire de l’unité de calcul 10. Dès que l’intensité lumineuse devient inférieure à ce seuil, l’unité de calcul l’interprète comme un contact du ballon 7 contre l’écran 2.
Quatrièmement, on peut comparer l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge ou bien dans la partie de l’image infrarouge ayant l’intensité lumineuse la plus faible avec l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge ou bien dans la partie de l’image infrarouge ayant l’intensité lumineuse la plus faible à un instant antérieur. On peut ainsi détecter une diminution locale et rapide de la luminosité.
D’autres méthodes de traitement d’images peuvent être utilisées pour identifier la formation du trou dans l’image infrarouge. Les méthodes citées ci-dessus à titre d’exemple peuvent être combinées entre elles pour obtenir une détection plus performante.
Le ballon 7 établit un contact avec l’écran 2 pendant une durée donnée. Au cours de son contact avec l’écran, le ballon 7 s’écrase progressivement contre l’écran 2, atteint un écrasement maximum puis se détend progressivement avant de perdre contact avec l’écran 2. Ainsi, au cours de la durée du contact, la première zone Z1 croit progressivement, sensiblement depuis le centre l’image infrarouge. Elle atteint ensuite une taille maximale lors que l’écrasement du ballon est maximal, puis la première zone Z1 décroit progressivement avant de disparaître. On peut ainsi déterminer le temps de contact comme le temps pendant lequel un trou est formé dans l’image infrarouge. De même, on peut aussi déterminer la surface de contact du ballon 7 contre l’écran en mesurant la surface du trou 7. Ces informations peuvent être exploitées pour estimer le moment précis de l’établissement du contact du ballon contre l’écran, ainsi que la vitesse du ballon et la force de contact du ballon contre l’écran. Le point de contact du ballon 7 contre l’écran peut être déterminé en localisant le trou au début de sa formation ou bien, en identifiant à un instant donné le centre ou l’isobarycentre du trou.
Avant et/ou après le contact du ballon contre l’écran les images infrarouges peuvent être exploitées pour estimer la position et/ou la distance séparant le ballon 7 de l’écran et/ou pour estimer la vitesse du ballon. Cette estimation peut être basée sur l’intensité lumineuse de l’image infrarouge et/ou sur la taille de l’image infrarouge. Cette estimation permet notamment d’estimer un angle d’incidence du ballon contre l’écran. Par exemple, grâce à un calibrage préalable, on peut associer l’intensité lumineuse de l’image infrarouge et/ou la taille de l’image infrarouge à une distance séparant le ballon 7 de l’écran. Avantageusement, l’information de vitesse du ballon estimée grâce à l’analyse du temps de contact du ballon et ou de la surface de contact du ballon pourront être utilisées lors du calibrage pour associer une intensité lumineuse de l’image infrarouge et/ou une taille de l’image infrarouge à une distance du ballon 7 par rapport à l’écran. Tout au cours du procédé de détection précédemment décrit, des images peuvent être projetées par le projecteur 5 contre le deuxième côté C2 de l’écran 2. Ces images peuvent être quelconques et peuvent représenter par exemple un embut de football et un gardien de but virtuel. Ces images sont visibles par l’utilisateur 6 car l’écran est transparent ou translucide et laisse donc passer les rayons lumineux. L’unité de commande 1 1 reliée au projecteur 5 communique avec l’unité de calcul 10 et émet des commandes de projection d’image adaptées à la position du ballon 7 telle que calculée par l’unité de calcul 10. Notamment, la projection d’une image donnée peut être déclenchée lorsque l’intensité lumineuse de l’image infrarouge 12 dépasse un seuil d’intensité lumineuse, et/ou lorsque le contact de l’objet 7 contre l’écran 2 est détecté. Les mouvement d’un gardien de but virtuel peuvent donc être adaptés en fonction de la position et/ou de la trajectoire du ballon.
Comme la position du ballon 7 et son temps de contact avec l’écran sont connus avec précision, des images adaptées à la situation réelle peuvent être projetées contre l’écran. L’interaction entre l’utilisateur et l’écran est améliorée ce qui contribue à améliorer l’immersion de l’utilisateur dans un espace virtuel. Le procédé peut également être mise en œuvre pour détecter le contact de l’utilisateur lui-même contre l’écran ou bien pour calculer le nombre d’objets présents à proximité de l’écran. Une unique caméra infrarouge et un unique projecteur peuvent coopérer avec un écran de surface importante. Le coût de réalisation par mètre carré d’écran d’un tel dispositif interactif est inférieur au coût de réalisation des dispositifs interactifs connus. De plus, le dispositif interactif ne nécessite pas d’adaptation pour fonctionner en milieu sombre ou éclairé.

Claims

Revendications
1 . Procédé de détection du contact d’un objet (7) contre un écran (2) transparent ou translucide, le procédé de détection comprenant :
- une étape d’émission de rayons infrarouges dans un premier demi-espace (DE1 ) d’un premier côté (C1 ) de l’écran (2) ; puis
- une étape de détection par une caméra infrarouge (4) d’une image infrarouge (12), l’image infrarouge (12) étant issue de la réflexion des rayons infrarouges contre ledit objet (7), ledit objet (7) étant positionné du premier côté (C1 ) de l’écran (2) et la caméra infrarouge (4) étant positionnée d’un deuxième côté (C2) de l’écran (2), opposé au premier côté (C1 ) de l’écran (2) ; puis
- une étape de détection d’un trou à l’intérieur de l’image infrarouge (12).
2. Procédé de détection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le trou s’étend dans une première zone (Z1 ) de l’image infrarouge (12), et en ce que l’image infrarouge (12) comprend une deuxième zone (Z2) agencée autour de la première zone (Z1 ), la première zone (Z1 ) et la deuxième zone (Z2) étant deux zones complémentaires de l’image infrarouge (12), la deuxième zone (Z2) comprenant un contour extérieur de l’image infrarouge (12).
3. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de détection d’un trou à l’intérieur de l’image infrarouge (12) comprend : - une comparaison de l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge (12) avec l’intensité lumineuse au bord de l’image infrarouge (12) ; et/ou
- une comparaison de l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge (12) avec l’intensité lumineuse d’une troisième zone (Z3) en dehors de l’image infrarouge ; et/ou
- une comparaison de l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge (12) avec un seuil d’intensité lumineuse prédéfini ; et/ou
- une comparaison de l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge (12) avec l’intensité lumineuse au centre de l’image infrarouge (12) mesurée précédemment.
4. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit objet (7) a une forme sphérique, notamment ledit objet est un ballon (7), notamment un ballon (7) de football, l’image infrarouge (12) ayant un contour globalement circulaire, le trou ayant un contour globalement circulaire et comprenant le centre de l’image infrarouge.
5. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en qu’il comprend une étape d’estimation d’une distance séparant ledit objet (7) de l’écran (2), cette estimation étant basée sur l’intensité lumineuse de l’image infrarouge (12) et/ou sur la taille de l’image infrarouge (12) avant ou après le contact dudit objet (7) contre l’écran (2).
6. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de détermination d’une force d’impact dudit objet (7) contre l’écran (2), cette détermination étant basée sur le calcul d’une surface du trou, et/ou en ce qu’il comprend une étape de détermination d’une durée d’impact dudit objet (7) contre l’écran (2), cette étape de détermination étant basée sur la mesure de la durée pendant laquelle le trou est formé dans l’image infrarouge (12).
7. Dispositif interactif (1 ) comprenant un écran (2) transparent ou translucide, une source infrarouge (3) apte à émettre des rayons infrarouges dans un premier demi-espace (DE1 ) d’un premier côté (C1 ) de l’écran (2), notamment une source infrarouge (3) apte à émettre des rayons infrarouges de longueur d’onde 850nm, une caméra infrarouge (4), et des moyens matériels (9, 10, 1 1 ) et/ou logiciels aptes à mettre en oeuvre le procédé de détection selon l’une des revendications précédentes.
8. Dispositif interactif (1 ) selon la revendications précédente, caractérisé en ce que la source infrarouge (3) comprend une pluralité d’émetteurs infrarouges (8) répartis autour de l’écran (2), notamment les émetteurs infrarouges (8) étant disposés le long d’un cercle ou d’un rectangle.
9. Dispositif interactif (1 ) selon l’une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend un projecteur (5) apte à projeter une image visible sur l’écran (2), notamment un projecteur (5) positionné du même côté de l’écran (2) que la caméra infrarouge (4).
10. Dispositif interactif (1 ) selon l’une des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que l’écran (2) est résistant aux impacts d’un ballon (7) de football projeté contre l’écran (2) par une personne, notamment aux impacts d’un ballon (7) de football projeté contre l’écran (2) à 200km/h.
11. Salle de jeu (100) comprenant un dispositif interactif (1 ) selon l’une des revendications 7 à 10.
12. Procédé d’utilisation d’un dispositif interactif (1 ), caractérisé en ce qu’il comprend :
- une étape de tir d’un objet (7) contre un écran (2),
- les étapes d’un procédé de détection du contact de l’objet (7) contre l’écran (2) selon l’une des revendications 1 à 6, et
- une étape de projection d’une image visible sur l’écran (2).
13. Procédé d’utilisation d’un dispositif interactif (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de projection intervient lorsque :
- l’intensité lumineuse de l’image infrarouge (12) dépasse un seuil d’intensité lumineuse, et/ou
- le contact de l’objet (7) contre l’écran (2) est détecté.
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