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WO2008113703A1 - Systeme d'eclairage matriciel, notamment de type scialytique, procede de controle d'un tel eclairage et procede d'etalonnage d'une camera equipant un tel systeme - Google Patents

Systeme d'eclairage matriciel, notamment de type scialytique, procede de controle d'un tel eclairage et procede d'etalonnage d'une camera equipant un tel systeme Download PDF

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Publication number
WO2008113703A1
WO2008113703A1 PCT/EP2008/052806 EP2008052806W WO2008113703A1 WO 2008113703 A1 WO2008113703 A1 WO 2008113703A1 EP 2008052806 W EP2008052806 W EP 2008052806W WO 2008113703 A1 WO2008113703 A1 WO 2008113703A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
marks
sensor
orientation
network
illuminated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/052806
Other languages
English (en)
Inventor
Jacques Cinqualbre
Thierry Collette
Laurent Letellier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority to US12/530,746 priority Critical patent/US20100238282A1/en
Priority to EP08717553A priority patent/EP2118850A1/fr
Publication of WO2008113703A1 publication Critical patent/WO2008113703A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H05B47/10—Controlling the light source
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    • H05B47/19—Controlling the light source by remote control via wireless transmission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
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    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the present invention relates to a matrix lighting system and a method of controlling a network of lighting sources. It also relates to a calibration method of a camera equipping a matrix lighting system.
  • the invention applies in particular to scialytics meeting the lighting needs in the medical field.
  • the operating lights are usually composed of a main lighting unit with or without satellite lighting allowing light to be added if necessary. These lights are ceiling type but there are also wall or mobile lights for emergency services or resuscitation in particular. These are usually smaller.
  • the lights consist mainly of halogen lamps equipped with infrared filters and air convection cooling.
  • the lamps are either centrally arranged, forming a central lamp illumination, or arranged in portholes with defined inclinations, forming a multi-projector illumination.
  • An object of the invention is in particular to allow the adjustment of the illumination of a surgical light without manipulation of the operating light itself.
  • the subject of the invention is a matrix lighting system comprising a network of lighting sources activated by a power supply system equipped with a processing means, said system comprising at least one video sensor and one object control system comprising marks characterizing the position and the orientation of the object in the space, an area to be illuminated being designated according to the orientation of the object, the video sensor capturing the shots of the object and transmitting them to the processing means which calculates the mark space coordinates, the power system activating the illumination sources according to the position and orientation of the object defined by the marks.
  • the object comprises for example an axis defining the orientation of the object, the area to be illuminated being pointed by the line of the space coinciding with the axis.
  • the object may be a stylus, the axis being the axis of the tip of the stylus.
  • the position of the area to be observed is defined by the position of the pen tip.
  • the position of the tip of the stylus is in particular known in a reference related to the marks carried by the stylus.
  • the stylet comprises for example a plate on which are arranged the marks, the plate being for example perpendicular to the axis of the pen tip.
  • the marks can be coded, the coding being a function of a given network of lighting sources.
  • the network of light sources being supported by a wall, the wall comprises for example an opening through which the sensor observes.
  • the control of the adjustment of the zone can be done by means of a voice command transmitted to the source activation system.
  • the zone to be illuminated being designated the control of the adjustment of the zone is done for example by means of an interface integrated on the object, the control of the adjustment being transmitted to the system of activation of the sources by the interface.
  • the lighting source network comprises, for example, marks whose position is known in a benchmark linked to the network.
  • the camera works for example in the near infrared.
  • the subject of the invention is also a method for controlling a network of lighting sources activated by a power supply system equipped with a processing means, said method using at least one video sensor and an object comprising characterizing marks. the position and the orientation of the object in space, an area to be illuminated being designated according to the orientation of the object, the sensor capturing the shots of the object and transmitting them to the processing means which calculates the coordinates of the marks in a 3D reference linked to the sensor, the power system activating the light sources according to the position and the orientation of the object defined by the marks.
  • the invention also relates to a method of calibrating a video sensor equipping a network of lighting sources activated by a power supply system provided with a processing means, said system comprising at least the sensor and an object comprising marks characterizing the position and the orientation of the object in space, an area to be illuminated being designated according to the orientation of the object, the sensor capturing the shots of the object and transmitting them the processing means which calculates the space coordinates of the marks with respect to a marker linked to the sensor, the power supply system activating the light sources according to the position and the orientation of the object defined by the marks, said calibration method comprising:
  • This calibration method is for example to be applied for each of the video sensors used.
  • the main advantages of the invention are that it improves the sterilization conditions of the instruments, that it makes it possible to avoid the use of a motorization system for moving light sources, and that it makes it possible to define the geometry of an area to be illuminated, lighting conditions and if necessary, specify multiple lighting areas.
  • FIG. 1 an illustration of the main functional blocks of a system according to the invention
  • FIG. 2 an exemplary possible embodiment of a matrix lighting system
  • FIG. 3, a possible embodiment of a lighting control object according to the invention
  • FIG. 4 an illustration of the passage of a marker linked to a video pick-up system, used in a system according to the invention, to a marker linked to a network of lighting sources forming the matrix illumination;
  • FIG. 5 an exemplary implementation of a calibration method according to the invention, for a camera used in a system according to the invention.
  • FIG. 1 shows the main functional blocks 1, 2, 3, 4 of a system according to the invention.
  • the system comprises for example at least:
  • a location system 3 for the object 5 in the space in particular using a camera
  • FIG. 2 illustrates an exemplary possible embodiment of the matrix lighting system 1 of the operating light type.
  • Matrix illumination is composed of individually controllable individual lighting sources 21. These sources 21 can therefore be switched on or off one by one, or by grouping together.
  • the light sources are, for example, light-emitting diodes or bulbs.
  • the lighting system of FIG. 2 being of the operating light type, it comprises a wall 22 on which are placed the individual lighting sources 21.
  • the shape of the wall 22 must in particular allow the convergence of the light rays produced by the sources 21 on the area to be illuminated 23, or possibly on several areas to be illuminated.
  • the wall can take many forms. These shapes are for example toric, hemispherical or even inclined planes. Other forms are possible depending on the needs.
  • An opening 24 is for example provided in the wall to allow passage to a video camera. More particularly, this aperture is located in the field of the camera.
  • the light sources 21 are powered by a power supply network for supplying each source individually. This network may be wired or printed circuit type. Each source is marked by a position x, y on the wall. The position x, y and the orientation of each source are known by manufacture. Depending on the designation of an area to be illuminated and its light intensity, the computer 4 determines for example the sources to be illuminated. Depending on the shape of the wall 22, the position and the orientation of the illumination sources 21 known by construction, the computer can therefore determine the sources to be activated to obtain the illumination of a given zone 23.
  • Figure 3 illustrates a possible embodiment of the object 2 for controlling the lighting.
  • FIG. 2 shows a control stylet provided with retro-reflective targets 31.
  • These targets 31 are very easily detectable by a camera under incident lighting.
  • the targets are arranged on a plane 32 having a given direction relative to the axis 33 of the tip 34 of the stylus 2.
  • the retroreflective targets are for example arranged on a plate 32 perpendicular to the axis of the stylus. These targets thus make it possible to determine the position and direction of the stylet defined by its axis 33, this axis coinciding with the line 5 designating the zone to be illuminated.
  • the targets in a preferred embodiment are circular, their number is at least four to allow determination of the location and direction of the stylus. However, to increase the accuracy of this determination, it may be advantageous to have a larger number of targets.
  • a locating method in the space of an object carrying marks, such as reflective targets, for example is described in particular in French Patent Application No. 2,760,277. More particularly, this method makes it possible to locate in the space the marks with respect to a means of taking pictures, for example a camera.
  • the stylus can be passive or active.
  • a passive stylus has only reflective targets or any other marks that can be marked by a video sensor. In this case, it can be especially easily sterilized. It is even possible to consider a disposable stylet after each surgical procedure, especially if the manufacturing cost is low.
  • An active stylus incorporates electronic functions. In this case, it is for example provided with buttons, knobs, liquid crystal displays or other. It can also be equipped with a wireless transmission, bluetooth for example. Thus, the operator can directly control the lighting thanks to this interface, in particular to adjust the intensity of the light or the limits of the area covered by the lighting.
  • FIG. 4 illustrates the passage of a reference 41 linked to the video system 3 to a reference 42 linked to the operating light and more particularly to the wall 22 supporting the light sources 22.
  • the wall is shown developed, that is to say planar, seen from the side of the light sources 21.
  • a video camera 43 is placed opposite the opening 24 created in the wall, the camera being placed slightly above the wall.
  • the video system may be composed of a single camera, but it may be advantageous to use several cameras in particular to avoid possible masking that may occur following the movements of people present during a procedure under the operating light. Detection of the targets and their fine localization in the video image can be done by barycentric or more complex methods such as those described in the aforementioned document No. 2,760,277.
  • the computer 4 determines the sources to be illuminated.
  • the transposition of the spatial coordinates of the zone can be done conventionally by a rotation R in three dimensions followed by a translation T in three dimensions, these two successive transformations being able to express themselves in matrix form corresponding to the three vectors of the translation T and at the three angles of rotation R. From this matrix, the computer can determine the coordinates in the register of the operating light and therefore the sources 31 to activate.
  • Figure 5 illustrates an example of calibration of the camera 43 equipping the operating light.
  • the calibration of the camera makes it possible to better estimate the transformation 44 (R, T) which allows the passage of the reference 41 of the camera at reference 42 of the operating light.
  • One goal is to determine the orientation and position of the stylus in the operating light mark to determine which light sources to activate.
  • the calibration procedure can be performed once and for all in the factory during the manufacturing of the complete system.
  • the system comprises in particular the operating light itself formed essentially of the wall 22 equipped with the lighting sources 21 and the camera 43 fixed with respect to the operating light.
  • a first step especially in the manufacturing process, it is possible to insert several targets 51 on the outside face of the wall 22, opposite to the light sources 21. These targets could also be placed on the opposite face but would occupy instead of lighting sources.
  • These targets are placed at known locations by construction. They may be metallic or not, of circular or rectangular shape for example, coded or not. The position of these targets 51 is therefore known in the reference 42 of the operating light.
  • the camera 43 of the operating light points to a known calibration target 52.
  • This pattern comprises a set of targets 53, at least four.
  • the positioning of these patterns in space is also known in a reference 54 linked to the test pattern. From the known positions of the targets 53 in particular in the reference 41 of the camera and these same known positions in the reference 54 of the test pattern, it is thus possible in this second step to determine the six parameters RCm 1 , Rcm 2 , Rcm 3 , TCm 1 , Tcm 2 , Tcm 3 of the transformation (Rem, Tcm) which make it possible to go from the mark of the target to the mark of the camera 43 of the operating light.
  • a second camera 55 points the targets 51 of the operating light and targets 53 of the test pattern, the positions of these targets 51, 53 being known in space. It is thus possible in this third step to determine the six parameters RmS 1 , Rms 2 , Rms 3 , TmS 1 , Tms 2 , Tms 3 of the transformation (Rms, Tms) which makes it possible to go from the reference mark 54 of the target to the reference 42 of the operating light.
  • a fourth step by composition of the two transformations (Rem, Tcm) and (Rms, Tms), it is possible to determine the transformation 44 (Rcs, Tes) which passes from the mark 41 of the camera 43 of the operating light to the mark 42 of the operating light.
  • the transformation 44 Rcs, Tes
  • the video system can, in a particular embodiment, operate in the near infrared to detect the only targets 31 and thus perform a more reliable detection, the environment outside the targets is not detected.
  • a near-infrared illumination around a wavelength of the order of 1 ⁇ m, formed of a set of specific diodes, is for example arranged around the camera. The latter is then equipped with a bandpass filter centered on the wavelength of the specific diodes.
  • the interface with a user is via the stylus 2.
  • Two modes of interfacing are possible depending on whether the stylus is active or passive.
  • the interface can be done via the stylus which is then presented as a sort of mouse in three dimensions.
  • the stylet designates the zone to be illuminated, this zone being marked by the targets 31.
  • the stylus is for example equipped with one or more buttons and an LCD liquid crystal display, the button (s) then being associated with a drop-down menu. displayed on the LCD screen.
  • the commands are then sent to the computer by a wireless transmission system built into the stylus.
  • the calculator determines the sources of lighting to power.
  • the interface can advantageously be implemented by means of a voice command. Once the area to be illuminated designated by the stylus, simple orders can then control the system, the computer responsible for interpreting the commands. Examples of voice commands can be: - "Setting" for switching to lighting adjustment mode, supplemented for example by instructions which specify the setting;
  • the invention allows a control of the operating light that does not require manipulation of the operating light itself. It is also possible to provide the possibility of illuminating specific areas with specific lighting parameters, both in terms of color temperature, intensity and direction in particular, these lighting parameters being determined by the calculator depending on the environment, the type of activity or a command provided by an active stylus.
  • specific lighting parameters both in terms of color temperature, intensity and direction in particular, these lighting parameters being determined by the calculator depending on the environment, the type of activity or a command provided by an active stylus.
  • different parts of the scene could have a light adapted to the driving activity. For example, in the operating room, a surgeon needs a stronger light without a drop shadow, whereas an anesthesiologist needs daylight-type lighting to look at the color of the skin. preparer who needs a dim light.
  • the stylus 2 is the tool that allows an operator to define the lighting direction 5, this direction pointing the area to be illuminated.
  • the lighting sources of the network that illuminate the direction 5 and in particular the dotted area will be activated, especially as a priority, before responding to the request of the operator.
  • the number of activated sources and their light intensities will depend on the area to be covered, this zone being for example defined by the previously described commands.
  • the invention has been described for a lighting system of the operating light type. It can also be applied for other areas, for example to create lighting moods or lighting compositions on demand.
  • the invention can thus for example be applied to art galleries or museums, for theaters, for mechanical workshops or for assembly lines.
  • the invention makes it possible to remotely control these lights to specify the area to be illuminated, the assembly direction and the luminous intensity. This command does not require the displacement of the light sources. In the case of a surgical light, the motorization can thus be avoided.
  • the control method described applies in the same way if certain lights are on motorized supports.

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Abstract

Le système d'éclairage matriciel comportant un réseau de sources d'éclairage (21) activées par un système d'alimentation muni d'un moyen de traitement, il comporte par ailleurs au moins une caméra et un objet comprenant des marques caractérisant la position et l'orientation de l'objet dans l'espace, une zone à éclairer (23) étant désignée en fonction de l'orientation de l'objet, la caméra captant les prises de vue de l'objet et les transmettant au moyen de traitement qui calculent les coordonnées d'espace des marques, le système d'alimentation activant les sources d'éclairage en fonction de la position et de l'orientation de l'objet définies par les marques. L'invention s'applique notamment aux scialytiques répondant aux besoins d'éclairage dans le domaine médical.

Description

SYSTEME D'ECLAIRAGE MATRICIEL, NOTAMMENT DE TYPE
SCIALYTIQUE, PROCEDE DE CONTROLE D'UN TEL ECLAIRAGE
ET PROCEDE D'ETALONNAGE D'UNE CAMERA EQUIPANT UN TEL
SYSTEME
La présente invention concerne un système d'éclairage matriciel et un procédé de contrôle d'un réseau de sources d'éclairage. Elle concerne également un procédé d'étalonnage d'une caméra équipant un système d'éclairage matriciel. L'invention s'applique notamment aux scialytiques répondant aux besoins d'éclairage dans le domaine médical.
Les besoins d'éclairage dans le domaine médical concernent notamment :
- l'équipement des blocs opératoires ; - l'équipement des blocs obstétriques ;
- l'équipement des salles d'examen de manière générale, telles que par exemple les salles réservées aux urgences ou à la dermatologie ;
- l'équipement des cabinets dentaires ;
- l'équipement des cliniques vétérinaires. Les scialytiques sont généralement composés d'un bloc d'éclairage principal accompagné ou non d'un éclairage satellite permettant un ajout de lumière si nécessaire. Ces éclairages sont de type plafonnier mais il existe aussi des éclairages muraux ou mobiles pour les services des urgences ou de réanimation notamment. Ces derniers sont en général de plus petites dimensions.
Les éclairages sont constitués principalement de lampes halogènes munies de filtres infrarouges et d'un refroidissement par convection d'air. Les lampes sont, soit disposées de manière centrale, formant un éclairage à lampe centrale, soit disposées dans des hublots avec des inclinaisons déterminées, formant un éclairage à multi-projecteurs.
Le système d'orientation de ces éclairages est actuellement manuel. Une manette centrale ou des manettes latérales permettent le positionnement des éclairages. Les systèmes les plus volumineux comportent des contrepoids afin de faciliter la manipulation. Ces scialytiques nécessitent donc une manipulation, tâche fastidieuse notamment pour de gros systèmes, et peu précise. Ils ne permettent pas toujours d'éclairer des zones bien déterminées avec des paramètres d'éclairage éventuellement spécifiques tels que la température de couleur, l'intensité ou la direction par exemple.
Un but de l'invention est notamment de permettre le réglage de l'éclairage d'un scialytique sans manipulation du scialytique lui-même. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'éclairage matriciel comportant un réseau de sources d'éclairage activées par un système d'alimentation muni d'un moyen de traitement, ledit système comportant au moins un capteur video et un objet de contrôle comprenant des marques caractérisant la position et l'orientation de l'objet dans l'espace, une zone à éclairer étant désignée en fonction de l'orientation de l'objet, le capteur video captant les prises de vue de l'objet et les transmettant au moyen de traitement qui calcule les coordonnées d'espace des marques, le système d'alimentation activant les sources d'éclairage en fonction de la position et de l'orientation de l'objet définies par les marques.
L'objet comporte par exemple un axe définissant l'orientation de l'objet, la zone à éclairer étant pointée par la droite de l'espace confondue avec l'axe. Avantageusement, l'objet peut-être un stylet, l'axe étant l'axe de la pointe du stylet. La position de la zone à observer est définie par la position de la pointe du stylet. La position de la pointe du stylet est notamment connue dans un repère lié aux marques portées par le stylet.
Le stylet comporte par exemple un plateau sur lequel sont disposées les marques, le plateau étant par exemple perpendiculaire par rapport à l'axe de la pointe du stylet.
Les marques sont par exemple des cibles réfléchissantes. Avantageusement, les marques peuvent être codées, le codage étant fonction d'un réseau de sources d'éclairage donné. Le réseau de sources d'éclairage étant supporté par une paroi, la paroi comporte par exemple une ouverture par laquelle le capteur observe.
Avantageusement, la zone à éclairer étant désignée, le contrôle du réglage de la zone peut se faire au moyen d'une commande vocale transmise au système d'activation des sources. Dans un autre mode de réalisation, la zone à éclairer étant désignée, le contrôle du réglage de la zone se fait par exemple au moyen d'une interface intégrée sur l'objet, la commande du réglage étant transmise au système d'activation des sources par l'interface.
Le réseau de sources d'éclairage comporte par exemple des marques dont la position est connue dans un repère lié au réseau. La caméra fonctionne par exemple dans le proche infrarouge.
L'invention a également pour objet un procédé de contrôle d'un réseau de sources d'éclairage activées par un système d'alimentation muni d'un moyen de traitement, ledit procédé utilisant au moins un capteur vidéo et un objet comprenant des marques caractérisant la position et l'orientation de l'objet dans l'espace, une zone à éclairer étant désignée en fonction de l'orientation de l'objet, le capteur captant les prises de vue de l'objet et les transmettant au moyen de traitement qui calcule les coordonnées des marques dans un repère 3D lié au capteur, le système d'alimentation activant les sources d'éclairage en fonction de la position et de l'orientation de l'objet définies par les marques.
L'invention a également pour objet un procédé d'étalonnage d'un capteur vidéo équipant un réseau de sources d'éclairage activées par un système d'alimentation muni d'un moyen de traitement, ledit système comportant au moins le capteur et un objet comprenant des marques caractérisant la position et l'orientation de l'objet dans l'espace, une zone à éclairer étant désignée en fonction de l'orientation de l'objet, le capteur captant les prises de vue de l'objet et les transmettant au moyen de traitement qui calcule les coordonnées d'espace des marques par rapport à un repère lié au capteur, le système d'alimentation activant les sources d'éclairage en fonction de la position et de l'orientation de l'objet définies par les marques, ledit procédé d'étalonnage comportant :
- une phase où le capteur pointe une mire équipée de marques, la position de ces marques dans l'espace étant connue par rapport à un repère lié à la mire, permettant la détermination des paramètres de transformation Rem, Tcm pour passer du repère de la mire au repère du capteur ;
- une phase où un autre capteur vidéo pointe des marques dont la position dans l'espace est connue par rapport à un repère lié au réseau de sources d'éclairage, l'autre capteur pointant par ailleurs les marques de la mire, permettant la détermination des paramètres de transformation Rms, Tms pour passer du repère lié à la mire au repère lié au réseau de sources d'éclairage ; - une phase de composition des deux transformations précédentes Rem, Tcm, Rms,Tms pour passer du repère lié au capteur au repère lié au réseau de sources d'éclairage.
Ce procédé d'étalonnage est par exemple à appliquer pour chacun des capteurs vidéo utilisés.
L'invention a notamment pour principaux avantages qu'elle améliore les conditions de stérilisation des instruments, qu'elle permet d'éviter l'utilisation d'un système de motorisation pour déplacer les sources de lumières, et qu'elle permet de définir la géométrie d'une zone à éclairer, les conditions d'éclairage et si nécessaire, de spécifier plusieurs zones d'éclairage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent :
- la figure 1 , une illustration des principaux blocs fonctionnels d'un système selon l'invention ;
- la figure 2, un exemple de réalisation possible d'un système d'éclairage matriciel ;
- la figure 3, un mode de réalisation possible d'un objet de contrôle de l'éclairage selon l'invention ; - la figure 4, une illustration du passage d'un repère lié à un système de prise vidéo, utilisé dans un système selon l'invention, à un repère lié à un réseau de sources d'éclairage formant l'éclairage matriciel ;
- la figure 5, un exemple de mise en œuvre d'un procédé d'étalonnage selon l'invention, pour une caméra utilisée dans un système selon l'invention.
La figure 1 présente les principaux blocs fonctionnels 1 , 2, 3, 4 d'un système selon l'invention. Le système comporte par exemple au moins :
- un système d'éclairage matriciel 1 du type réseau de sources d'éclairage, notamment du type scialytique ; - un objet 2 pour contrôler l'éclairage, cet objet désignant une droite 5 dans l'espace, cette droite désignant elle-même une zone 23 à éclairer ;
- un système de localisation 3 de l'objet 5 dans l'espace utilisant notamment une caméra ;
- un calculateur 4 ou tout autre moyen de traitement.
La figure 2 illustre un exemple de réalisation possible du système d'éclairage matriciel 1 du type scialytique. L'éclairage matriciel est composé de sources d'éclairage individuelles 21 commandables individuellement. Ces sources 21 peuvent donc notamment être allumées ou éteintes une à une, ou par regroupement. Les sources d'éclairage sont par exemple des diodes électroluminescentes ou des ampoules. Le système d'éclairage de la figure 2 étant du type scialytique, il comprend une paroi 22 sur laquelle sont placées les sources d'éclairage individuelles 21. La forme de la paroi 22 doit notamment permettre la convergence des rayons lumineux produits par les sources 21 sur la zone à éclairer 23, ou éventuellement sur plusieurs zones à éclairer. La paroi peut donc prendre plusieurs formes. Ces formes sont par exemple toriques, hémisphériques ou encore de type plans inclinés. D'autres formes sont possibles selon les besoins.
Une ouverture 24 est par exemple prévue dans la paroi pour laisser le passage à une caméra vidéo. Plus particulièrement, cette ouverture est située dans le champ de la caméra. Les sources d'éclairages 21 sont alimentées en énergie par un réseau d'alimentation électrique permettant d'alimenter individuellement chaque source. Ce réseau peut être de type filaire ou de type circuit imprimé. Chaque source est repérée par une position x, y sur la paroi. La position x, y et l'orientation de chaque source sont connue par fabrication. En fonction de la désignation d'une zone à éclairer ainsi que de son intensité lumineuse, le calculateur 4 détermine par exemple les sources à éclairer. En fonction de la forme de la paroi 22, de la position et de l'orientation des sources d'éclairage 21 connues par construction, le calculateur peut donc déterminer les sources à activer pour obtenir l'éclairage d'une zone donnée 23. La figure 3 illustre un mode de réalisation possible de l'objet 2 permettant le contrôle de l'éclairage. Plus particulièrement la figure 2 présente un stylet de contrôle muni de cibles rétro-réfléchissantes 31. Ces cibles 31 sont très facilement repérables par une caméra, sous un éclairage incident. Les cibles sont disposées sur un plan 32 ayant une direction donnée par rapport à l'axe 33 de la pointe 34 du stylet 2. Les cibles rétro-réfléchissantes sont par exemple disposées sur un plateau 32 perpendiculaire à l'axe du stylet. Ces cibles permettent ainsi de déterminer la position et la direction du stylet définie par son axe 33, cet axe se confondant avec la droite 5 désignant la zone à éclairer.
Lorsque les cibles dans une réalisation privilégiée sont circulaires, leur nombre est au moins égal à quatre pour permettre la détermination de la localisation et de la direction du stylet. Cependant pour augmenter la précision de cette détermination, il peut être avantageux de disposer d'un nombre plus important de cibles. Dans un mode de réalisation particulier, il est possible d'utiliser des cibles codées, le codage correspondant à un scialytique particulier. Il peut être ainsi avantageux d'adapter le contrôle de l'éclairage en fonction du scialytique. Des cibles rectangulaires ou carrées peuvent aussi être utilisées. Dans ce cas, une seule cible peut suffire, la détermination de la localisation et de la direction du stylet se faisant alors par la détection des quatre coins de la cible. Une méthode de localisation dans l'espace d'un objet porteur de marques, telles que les cibles réfléchissantes31 par exemple, est notamment décrite dans la demande de brevet français n° 2 760 277. Plus particulièrement, cette méthode permet de localiser dans l'espace les marques par rapport à un moyen de prise d'images, par exemple une caméra.
Le stylet peut être passif ou actif. Un stylet passif comporte uniquement des cibles réfléchissantes ou toutes autres marques susceptibles d'être repérées par un capteur vidéo. Dans ce cas, il peut être notamment facilement stérilisé. Il est même possible d'envisager un stylet jetable après chaque intervention chirurgicale, en particulier si le coût de fabrication est faible. Un stylet actif intègre notamment des fonctions électroniques. Dans ce cas, il est par exemple muni de boutons, molettes, afficheurs à cristaux liquide ou autres. Il peut aussi être équipé d'une transmission sans fil, de type bluetooth par exemple. Ainsi, l'opérateur peut directement piloter l'éclairage grâce à cette interface, notamment pour régler l'intensité de la lumière ou les limites de la zone couverte par l'éclairage.
La figure 4 illustre le passage d'un repère 41 lié au système vidéo 3 à un repère 42 lié au scialytique et plus particulièrement à la paroi 22 supportant les sources d'éclairage 22. La paroi est représentée développée, c'est-à-dire plane, vue du côté des sources lumineuses 21. Une caméra vidéo 43 est placée en regard de l'ouverture 24 crée dans la paroi, la caméra étant placée légèrement au-dessus de la paroi. Le système vidéo peut être composé d'une seule caméra, mais il peut être intéressant d'utiliser plusieurs caméras notamment pour éviter les masquages possibles pouvant intervenir suite aux mouvements des personnes présentes lors d'une intervention sous le scialytique. La détection des cibles puis leur localisation fine dans l'image vidéo peut se faire par des méthodes barycentriques ou plus complexes comme celles décrites dans le document précité n° 2 760 277.
Pour piloter l'éclairage matriciel et allumer les sources qui permettent l'éclairage désiré, il est nécessaire de passer du repère 41 de la caméra au repère 42 du scialytique. En effet la zone à éclairée est désignée par le stylet, mais dans le repère de la caméra. Les coordonnées spatiales de la zone à éclairer doivent être transposées dans le repère du scialytique pour permettre au calculateur 4 de déterminer les sources à éclairer. Comme indiqué précédemment, on suppose que la position et l'orientation des sources d'éclairage 21 sont connues dans le repère du scialytique par fabrication. La transposition 44 des coordonnées spatiales de la zone peut se faire classiquement par une rotation R en trois dimensions suivie d'une translation T en trois dimensions, ces deux transformations successives pouvant s'exprimer sous forme matricielle correspondant aux trois vecteurs de la translation T et aux trois angles de la rotation R. A partir de cette matrice, le calculateur peut déterminer les coordonnées dans le repère du scialytique et donc les sources 31 à activer.
La figure 5 illustre un exemple d'étalonnage de la caméra 43 équipant le scialytique. L'étalonnage de la caméra permet notamment de mieux estimer la transformation 44 (R, T) qui permet le passage du repère 41 de la caméra au repère 42 du scialytique. Un objectif est de déterminer l'orientation et la position du stylet dans le repère du scialytique afin de déterminer les sources d'éclairage à activer. La procédure d'étalonnage peut être réalisée une fois pour toutes en usine lors de la fabrication du système complet. Le système comporte notamment le scialytique proprement dit formé essentiellement de la paroi 22 équipée des sources d'éclairage 21 et de la caméra 43 fixe par rapport au scialytique.
Dans une première étape, notamment dans le processus de fabrication, il est possible d'insérer plusieurs cibles 51 sur la face extérieure de la paroi 22, opposée aux sources d'éclairage 21. Ces cibles pourraient aussi être placées sur la face opposée mais occuperaient la place de sources d'éclairage.
Ces cibles sont placées à des endroits connus par construction. Elles peuvent être métalliques ou non, de forme circulaire ou rectangulaire par exemple, codées ou non. La position de ces cibles 51 est donc connue dans le repère 42 du scialytique.
Dans une deuxième étape, la caméra 43 du scialytique pointe une mire de calibrage connue 52. Cette mire comporte un ensemble de cibles 53, au moins quatre. Le positionnement de ces mires dans l'espace est par ailleurs connu dans un repère 54 lié à la mire. A partir des positions connues des cibles 53 notamment dans le repère 41 de la caméra et de ces mêmes positions connues dans le repère 54 de la mire, il est ainsi possible dans cette deuxième étape de déterminer les six paramètres RCm1, Rcm2, Rcm3, TCm1, Tcm2, Tcm3 de la transformation (Rem, Tcm) qui permettent de passer du repère de la mire au repère de la caméra 43 du scialytique.
Dans une troisième étape, une seconde caméra 55 pointe les cibles 51 du scialytique et les cibles 53 de la mire, les positions de ces cibles 51 , 53 étant connues dans l'espace. Il est ainsi possible dans cette troisième étape de déterminer les six paramètres RmS1, Rms2, Rms3, TmS1, Tms2, Tms3 de la transformation (Rms, Tms) qui permet de passer du repère 54 de la mire au repère 42 du scialytique.
Dans une quatrième étape, par composition des deux transformations (Rem, Tcm) et (Rms, Tms), il est possible de déterminer la transformation 44 (Rcs, Tes) qui fait passer du repère 41 de la caméra 43 du scialytique au repère 42 du scialytique. Dans une variante de réalisation du scialytique, il est possible d'utiliser des sources d'éclairage pré-sélectionnées à la place des cibles 51 apposées sur le scialytique. Dans ce cas, on active ces sources afin qu'ils aient la fonction précédemment décrite des cibles 51. Par construction la position de ces sources pré-sélectionnées est connue dans le repère du scialytique.
Le système vidéo peut, dans un mode de réalisation particulier, fonctionner dans le proche infrarouge pour détecter les seules cibles 31 et donc opérer une détection plus fiable, l'environnement extérieur aux cibles n'étant pas détecté. Dans ce cas, un éclairage dans le proche infrarouge, autour d'une longueur d'onde de l'ordre de 1 μm, formé d'un ensemble de diodes spécifiques, est par exemple disposé autour de la caméra. Cette dernière est alors équipée d'un filtre passe-bande centré sur la longueur d'onde des diodes spécifiques. Dans un autre mode de réalisation, il est possible d'augmenter la lumière du scialytique dans la zone des cibles 31 après une première détection pour mieux faire ressortir ces dernières.
L'interface avec un utilisateur se fait au moyen du stylet 2. Deux modes d'interfaçage sont possibles selon que le stylet est actif ou passif.
Dans le cas où le stylet est actif, l'interface peut se faire via le stylet qui se présente alors comme une sorte de souris en trois dimensions. Le stylet désigne la zone à éclairer, cette zone étant repérée par les cibles 31. Le stylet est par exemple équipé d'un ou plusieurs boutons et d'un écran à cristaux liquides LCD, le ou les boutons étant alors associés à un menu déroulant affiché sur l'écran LCD. Les commandes sont alors envoyées vers le calculateur par un système de transmission sans fil intégré au stylet. Le calculateur détermine ensuite les sources d'éclairage à alimenter. Dans le cas où le stylet est passif, il est possible de prévoir une interface ergonomique, de préférence « main libre ». L'interface peut avantageusement être réalisée au moyen d'une commande vocale. Une fois la zone à éclairer désignée par le stylet, des ordres simples permettent alors de piloter le système, le calculateur se chargeant d'interpréter les commandes. Des exemples de commandes vocales peuvent être les suivantes : - « Réglage » pour un passage en mode réglage de l'éclairage, complétée par exemple par des instructions qui précisent le réglage ;
- « Focalisation » pour un passage en mode de définition de la taille de la zone éclairée ; - « Plus » ou « Moins » pour une définition de zone plus ou moins large ;
- « Fort » ou « Faible » pour une définition plus ou moins intense de l'éclairage.
Dans les deux modes, l'invention permet une commande du scialytique qui ne nécessite pas de manipulation du scialytique lui-même. Il est par ailleurs possible de prévoir la possibilité d'éclairer des zones bien déterminées avec des paramètres d'éclairage spécifiques, tant au niveau de la température de couleur, de l'intensité que de la direction notamment, ces paramètres d'éclairage étant déterminés par le calculateur en fonction de l'environnement, du type d'activité ou encore d'une commande fournie par un stylet actif. Ainsi, différentes parties de la scène pourrait disposer d'une lumière adaptée à l'activité conduite. Par exemple, en salle d'opération, un chirurgien a besoin d'une lumière plus forte sans ombre portée, alors qu'un anesthésiste a plutôt besoin d'un éclairage de type lumière du jour pour examiner notamment la couleur de la peau, un préparateur ayant lui besoin d'une lumière tamisée. Le stylet 2 est l'outil qui permet à un opérateur de définir la direction d'éclairage 5, cette direction pointant la zone à éclairer. De la sorte les sources d'éclairage du réseau qui éclairent la direction 5 et notamment la zone pointée, seront activées, notamment en priorité, avant de répondre à la demande de l'opérateur. Le nombre des sources activées et leurs intensités lumineuses dépendront de la zone à couvrir, cette zone étant par exemple définie par les commandes précédemment décrites.
L'invention a été décrite pour un système d'éclairage du type scialytique. Elle peut aussi s'appliquer pour d'autres domaines, par exemple pour créer des ambiances lumineuses ou des compositions d'éclairage à la demande. L'invention peut ainsi par exemple s'appliquer pour des galeries d'art ou des musées, pour des salles de spectacle, pour des ateliers de construction mécanique ou encore pour des chaînes d'assemblage. Avantageusement, l'invention permet de commander à distance ces éclairages pour spécifier la zone à éclairer, la direction d'assemblage et l'intensité lumineuse. Cette commande ne nécessite pas le déplacement des sources lumineuses. Dans le cas d'un scialytique, la motorisation peut ainsi être évitée. Cependant, le procédé de commande décrit s'applique de la même manière si certains éclairages sont sur des supports motorisés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'éclairage matriciel comportant un réseau de sources d'éclairage (21 ) activées par un système d'alimentation muni d'un moyen de traitement (4), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur vidéo (43) et un objet (2) comprenant des marques (31 ) caractérisant la position et l'orientation (33) de l'objet (2) dans l'espace, une zone (23) à éclairer étant désignée en fonction de l'orientation de l'objet, le capteur (43) captant les prises de vue de l'objet (2) et les transmettant au moyen de traitement (4) qui calcule les coordonnées d'espace des marques (31 ), le système d'alimentation activant les sources d'éclairage en fonction de la position et de l'orientation de l'objet (2) définies par les marques (31 ).
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'objet comporte un axe (33) définissant l'orientation de l'objet, la zone à éclairer (23) étant pointée par la droite de l'espace (5) confondue avec l'axe (33).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'objet (2) est un stylet, l'axe (33) étant l'axe de la pointe du stylet, la position de la pointe du stylet étant connue dans un repère lié aux marques portées par le stylet.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le stylet comporte un plateau (32) sur lequel sont disposées les marques (31 ), le plateau étant perpendiculaire par rapport à l'axe (33) de la pointe du stylet.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les marques sont des cibles réfléchissantes.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les marques sont codées, le codage étant fonction d'un réseau de sources d'éclairage donné (21 , 22).
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau de sources d'éclairage (21 ) étant supporté par une paroi (22), la paroi comporte une ouverture (24) par laquelle le capteur (43) observe.
8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone à éclairer (23) étant désignée, le contrôle du réglage de la zone se fait au moyen d'une commande vocale transmise au système d'activation des sources.
9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone à éclairer (23) étant désignée, le contrôle du réglage de la zone se fait au moyen d'une interface intégrée sur l'objet (2), la commande du réglage étant transmise au système d'activation des sources par l'interface.
10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau de sources d'éclairage comporte des marques (5) dont la position est connue dans un repère (42) lié à ce réseau.
11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (43) fonctionne dans le proche infrarouge.
12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau de sources d'éclairage (21 ) appartient à un scialytique.
13. Procédé de contrôle d'un réseau de sources d'éclairage (21 ) activées par un système d'alimentation muni d'un moyen de traitement (4), caractérisé en ce que ledit procédé utilise au moins un capteur video (43) et un objet (2) comprenant des marques (31 ) caractérisant la position et l'orientation (33) de l'objet (2) dans l'espace, une zone (23) à éclairer étant désignée en fonction de l'orientation de l'objet, le capteur (43) captant les prises de vue de l'objet (2) et les transmettant au moyen de traitement (4) qui calcule les coordonnées des marques (31 ) dans un repère lié au capteur (43), le système d'alimentation activant les sources d'éclairage en fonction de la position et de l'orientation de l'objet (2) définies par les marques (31 ).
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'objet comporte un axe (33) définissant l'orientation de l'objet, la zone à éclairer (23) étant pointée par la droite de l'espace (5) confondue avec l'axe (33).
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que la zone à éclairer (23) étant désignée, le contrôle du réglage de la zone se fait au moyen d'une commande vocale transmise au système d'activation des sources.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la zone à éclairer (23) étant désignée, le contrôle du réglage de la zone se fait au moyen d'une interface intégrée sur l'objet (2), la commande du réglage étant transmise au système d'activation des sources par l'interface.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 1 6, caractérisé en ce que le réseau de sources d'éclairage (21 ) appartient à un scialytique.
18. Procédé d'étalonnage d'un capteur video (43) équipant un réseau de sources d'éclairage (21 ) activées par un système d'alimentation muni d'un moyen de traitement (4), caractérisé en ce que ledit système comportant au moins le capteur (43) et un objet (2) comprenant des marques (31 ) caractérisant la position et l'orientation (33) de l'objet (2) dans l'espace, une zone (23) à éclairer étant désignée en fonction de l'orientation de l'objet, le capteur (43) captant les prises de vue de l'objet (2) et les transmettant au moyen de traitement (4) qui calcule les coordonnées d'espace des marques (31 ) par rapport à un repère (41 ) lié à la caméra (43), le système d'alimentation activant les sources d'éclairage en fonction de la position et de l'orientation de l'objet (2) définies par les marques (31 ), ledit procédé d'étalonnage comporte :
- une phase où le capteur (43) pointe une mire (52) équipées de marques (53), la position de ces marques dans l'espace étant connue par rapport à un repère (54) lié à la mire, permettant la détermination des paramètres de transformation (Rem, Tcm) pour passer du repère de la mire (52) au repère (41 ) du capteur (43) : - une phase où un autre capteur video (55) pointe des marques (51 ) dont la position dans l'espace est connue par rapport à un repère (42) lié au réseau de sources d'éclairage, l'autre capteur (55) pointant par ailleurs les marques (53) de la mire (52), permettant la détermination des paramètres de transformation (Rms, Tms) pour passer du repère
(54) lié à la mire au repère (42) lié au réseau de sources d'éclairage ;
- une phase de composition (44) des deux transformations (Rem, Tcm, Rms,Tms) pour passer du repère (41 ) lié au capteur au repère (42) lié au réseau de sources d'éclairage.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que le réseau de sources d'éclairage (21 ) appartient à un scialytique.
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