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WO2019025729A1 - Analyse d'un mouvement et/ou d'une posture d'au moins une partie du corps d'un individu - Google Patents

Analyse d'un mouvement et/ou d'une posture d'au moins une partie du corps d'un individu Download PDF

Info

Publication number
WO2019025729A1
WO2019025729A1 PCT/FR2018/051980 FR2018051980W WO2019025729A1 WO 2019025729 A1 WO2019025729 A1 WO 2019025729A1 FR 2018051980 W FR2018051980 W FR 2018051980W WO 2019025729 A1 WO2019025729 A1 WO 2019025729A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
posture
individual
during
point
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/FR2018/051980
Other languages
English (en)
Inventor
Aurélien DUMENIL
Julien GOUZ
Bruno Leporcq
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.)
Kinestesia
Original Assignee
Kinestesia
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 Kinestesia filed Critical Kinestesia
Publication of WO2019025729A1 publication Critical patent/WO2019025729A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G06T7/246—Analysis of motion using feature-based methods, e.g. the tracking of corners or segments
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10016—Video; Image sequence
    • G06T2207/10021—Stereoscopic video; Stereoscopic image sequence
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30196—Human being; Person

Definitions

  • the present invention relates to the field of motion and / or posture analysis.
  • the object of the present invention relates more particularly to the provision for professionals of the gesture of a tool for assisting the analysis of the movement and / or posture of an individual.
  • the present invention will thus find many advantageous applications in the field of health by providing gesture professionals a reliable tool, easy to use and transport allowing them to accurately analyze the movement and / or posture of their patient.
  • professional gesture is meant in the present description that follows the practitioners who are interested in the analysis of movement and / or posture. These practitioners include posturologists, ergonomists, chiropodists, osteopaths, orthopedists, physicians in physical medicine and rehabilitation, orthopedic surgeons, physiotherapists, osteopaths, chiropodists, posturologists, doctors, occupational physicians, sports doctors, sports coaches, physical trainers, psychomotor therapists or veterinarians.
  • Prior art include posturologists, ergonomists, chiropodists, osteopaths, orthopedists, physicians in physical medicine and rehabilitation, orthopedic surgeons, physiotherapists, osteopaths, chiropodists, posturologists, doctors, occupational physicians, sports doctors, sports coaches, physical trainers, psychomotor therapists or veterinarians.
  • document WO 2005 093659 discloses an acquisition system for the 3D analysis of the posture of an individual on his workstation.
  • the solution proposed in this document focuses essentially on an estimation phase aiming to approximate the global movement of the worker by a biomechanical model and to deduce characteristic magnitudes of the movement.
  • the object of the present invention is to improve the situation described above.
  • One of the objectives of the present invention is to remedy the various disadvantages mentioned above by providing a tool for assisting the analysis of movement and / or posture adapted to the expectations of the practitioner who needs an easy to use tool. use, manageable, adaptable and capable of responding to the need for responsiveness required by a professional field activity.
  • the present invention relates, according to a first aspect, to an image processing method for providing a practitioner with an aid for the analysis of a movement and / or posture of at least a part of the body of the body. 'an individual.
  • the method is carried out in particular using a scopic stereo bench comprising a first and a second camera.
  • camera is meant throughout the present description that follows any optical device of the image sensor type for acquiring at least one image.
  • the two cameras are fixed, distinct from each other and each directed towards a scene comprising at least a part of the body of the individual.
  • the method is implemented by computer means and comprises an acquisition phase with the following steps: a capture step during which a first and a second image of the scene is simultaneously captured at a first determined instant by means of the first and second cameras respectively, and
  • first and second images for a first time t1 first and second images for a second time t2.
  • n + 1 pairs of first and second images will be available, ie a pair of images for each capture instant.
  • the method according to the present invention further comprises a treatment phase with the following steps:
  • a treatment step during which, for each scopic stereo image, at least one anatomical point of the individual is detected in the first image, and then this anatomical point is detected in the second image in order to determine for each image the coordinates two-dimensional point in the image reference, - a calculation step in which is calculated, according to the two-dimensional coordinates of each anatomical point (for example by triangulation) in the image frame, the three-dimensional coordinates of the point in the world landmark so to build a three-dimensional image, called here 3D image,
  • a determination step during which, for each 3D image, the three-dimensional coordinates of each anatomical point in the world coordinate system are determined according to at least one characteristic magnitude of the movement and / or posture of the individual.
  • the method according to the present invention then comprises an exploitation phase.
  • a step is especially provided for generating and recording a digital signal comprising the characteristic quantity or quantities.
  • This digital signal is directly exploitable by the practitioner's computer system. It is thus presented as a report of analysis providing the practitioner with an aid in the analysis of the movement and / or the posture of the individual.
  • This digital signal can also be in the form of a computer file.
  • This succession of technical steps, characteristic of the present invention proposes, during a processing phase, an almost real-time image processing which allows the construction of a 3D image of the scene as a function of the 2D images acquired during the processing.
  • This 3D image is then processed by specific algorithms that identify in the image according to predetermined points of interest, here called anatomical points, characteristic quantities of movement and / or posture.
  • characteristic quantities corresponding to a set of measurements are determined; these measures are directly interpretable by the practitioner.
  • the processing phase comprises a comparison step during which the characteristic quantities are compared between each 3D image.
  • the digital signal thus includes the results of this comparison.
  • the reference model a model of predetermined target quantities, called the reference model, corresponding to a movement and / or a posture to be achieved.
  • This comparison with a reference model makes it possible to compare the posture of the individual with a reference posture.
  • this reference posture corresponds to a posture previously acquired on the same individual.
  • the method provides for a historization of the analysis reports in order to preserve the results of previous analyzes and allow a comparison of a newly acquired posture with a posture acquired during a previous session.
  • the acquisition phase comprises, prior to the capture step, a first calibration step; during this step, the relative position and orientation of the cameras with each other is estimated using a calibration chart.
  • the acquisition phase comprises, prior to the capture step, a second calibration step; during this step, the intrinsic parameters of the cameras are estimated.
  • the intrinsic parameters of the camera include the focal length, the optical center, the acquisition frequency, the exposure time and any distortion parameters. from the camera.
  • the intrinsic and extrinsic parameters of the cameras can be determined during the same calibration step.
  • the acquisition phase comprises, prior to the capture step, a step of synchronizing the cameras; during this step, the first and second cameras are synchronized temporally with each other so that the captured images are synchronous.
  • the characteristic quantities of the movement and / or the posture of the individual are physical quantities corresponding for example to:
  • the method according to the present invention comprises, prior to the acquisition phase, a step of positioning by the practitioner of a so-called physical marker; it may be for example a pellet.
  • the practitioner positions at least one marker on a determined area of interest of the individual.
  • This area may correspond to an anatomical area of the individual that may be characteristic of a movement or posture; this zone corresponds for example to an articulation
  • the detection of the anatomical point is performed by an image processing algorithm configured to recognize the marker in the image. It will be understood here that such an algorithm is "objective recognition" type.
  • the detection of the anatomical point can be performed directly by the practitioner who interacts with the software to select a point or area of interest in the image.
  • the exploitation phase comprises the display on a digital screen:
  • This display facilitates the diagnostic work of the practitioner and allows him to accurately identify the movement and / or posture of his patient and possible corrections to achieve a movement and / or posture of reference.
  • the three-dimensional trajectory of each anatomical point is determined between at least two 3D images by a point tracking algorithm.
  • the subject of the present invention relates, according to a second aspect, to a computer program which comprises instructions adapted to the execution of the steps of the method as described above, this in particular when said computer program is executed by at least one processor.
  • Such a computer program can use any programming language, and be in the form of a source code, an object code, or an intermediate code between a source code and an object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable form.
  • the object of the present invention relates to a computer-readable recording medium on which is recorded a computer program comprising instructions for carrying out the steps of the method as described above. .
  • the recording medium can be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise storage means, such as a ROM, for example a CD-ROM or a microelectronic circuit type ROM, or a magnetic recording means or a hard disk.
  • this recording medium can also be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, such a signal can be conveyed via an electric or optical cable, by conventional radio or radio or by self-directed laser beam or by other ways.
  • the computer program according to the invention can in particular be downloaded to an Internet type network.
  • the recording medium may be an integrated circuit in which the computer program is incorporated, the integrated circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.
  • the subject of the present invention finally relates, according to a fourth aspect, to a computer system for processing images.
  • Such a system is configured to provide a practitioner with assistance in analyzing movement and / or posture of at least a portion of an individual's body.
  • the system comprises computer means configured for implementing the steps of the method described above.
  • the system comprises an acquisition module and a computer processing module.
  • the acquisition module preferably comprises:
  • a stereoscopic bench comprising first and second stationary cameras, distinct from each other and each directed towards a scene comprising said at least part of the body of the individual, and
  • an on-board electronic card configured to control the two cameras so as to trigger, at a first determined instant, the simultaneous capture of a first and a second image of the scene using the first and second cameras respectively; said card being further configured to reiterate the capture at least once at at least a second determined time.
  • the computer processing module preferably comprises:
  • an electronic construction circuit configured to construct at least two stereoscopic images of the scene from the first and second images
  • image processing means configured to detect in the first image at least one anatomical point of the individual, and to detect in the second image said at least one anatomical point, these processing means being further configured to determine for each image the two-dimensional coordinates of the point in the image reference,
  • a calculator configured to calculate, according to the two-dimensional coordinates of said at least one anatomical point, the three-dimensional coordinates of the point in the world marker in order to construct an image
  • a processor configured to determine, according to the three-dimensional coordinates of said at least one anatomical point, at least one characteristic magnitude of the movement and / or posture of the individual.
  • the processor is further configured to generate and record a digital signal comprising said at least one characteristic quantity and providing the practitioner with assistance in analyzing the movement and / or posture of said individual.
  • the object of the present invention by its various functional and structural aspects described above, provides the gesture professional with a tool for assisting the analysis of movement and / or posture that is simple to put into practice. easy to use and user-friendly, providing near real-time reliable and accurate results.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate an embodiment of this embodiment which is devoid of any limiting character and on which:
  • Figure 1 shows a flowchart illustrating the method of the invention according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a schematic view of the system according to an exemplary embodiment of the present invention. Detailed description according to an advantageous exemplary embodiment
  • one of the objects of the present invention is to provide gesture professionals with a tool for capturing and analyzing the movement that is simple to use, reliable in terms of performance and affordable in financial terms.
  • the system 100 comprises for this purpose a scopic stereo bench
  • the bench 10 can be used both indoors and outdoors. It will also be noted that such a bench 10 can be integrated in a waterproof case for immersion use (for example for the analysis of the movement of swimmers practicing synchronized aquatic dance).
  • the bench 10 is positioned on a tripod (not shown here) in the direction of a bicycle fixed on a fixed support of the "home-trainer” type (the bicycle does not come into motion when pedal).
  • the stereoscopic bench is preferably positioned so as to see the cyclist profile.
  • the system 100 is also composed of a computer processing module 20 comprising dedicated computing means for the processing and analysis of the movement.
  • a power sensor (not shown here) is also installed on the bike, especially at the level of the pedal or pedals. It can be connected to the computer module 20 in order to simultaneously record the images captured using the scopic stereo bench 10 and the instantaneous power developed by the cyclist during his pedaling cycle.
  • such a module 20 allows the end of the process to generate a preformatted report and customizable designed to facilitate the transmission of results and monitoring of the cyclist.
  • the scopic stereo bench 10 thus comprises two high speed and high sensitivity cameras 11 and 12 as well as an electronic card 13.
  • the electronic card 13 is configured to ensure in particular:
  • the electronic card 13 also allows in this example to synchronize other scopic stereo benches (not shown here) as well as other sensors such as for example a force platform, an electrocardiograph or an electromyograph according to the end use. expected.
  • the two cameras 11 and 12 are pre-calibrated during a step S0 using a calibration pattern.
  • Other calibration techniques may of course be envisaged by those skilled in the art.
  • This first calibration S0 thus makes it possible to estimate the position and the relative orientation of the cameras 11 and 12 together in a work space; this workspace is called here world landmark.
  • the electronic card 13 can then determine during a step S0 'the optical parameters of each camera 11 and 12. This is called second calibration S0'.
  • the mathematical camera model it is determined (automatically, semi-automatically or manually) during this step S0 'the intrinsic parameters of the cameras 11 and 12, namely in particular the focal length, the optical center , possible distortion parameters of the optical aberrations of and possibly defects in the CCD matrix of the cameras, the acquisition frequency and / or the exposure time.
  • the stereoscopic bench 10 being precalibrated, it is not necessary to perform calibration before each use.
  • the stereoscopic bench 10 is connected to the processing module 10 by a USB cable allowing the power supply and the setting of the cameras 1 1 and 12.
  • This USB cable also allows the transfer of the images acquired by the cameras 11 and 12 as well as the transfer of additional data (ambient temperature, orientation of the stereoscopic bench, GPS coordinates, etc.).
  • the electronic card 13 synchronizes the first 11 and second 12 cameras with each other during a step S0 "so that they are synchronized temporally.
  • the practitioner positions, during a step S0 '', a plurality of markers of the pastille type on the various anatomical zones of interest of the cyclist, These zones correspond, for example, to joints or points of interest on the cyclist.
  • the cyclist is equipped with markers on the wrist, elbow, shoulder, hip, knee, ankle and toes.
  • the PI acquisition phase can begin. The practitioner then asks the cyclist to position himself on his bike; the cameras 11 and 12 are oriented in its direction.
  • the scopic stereo bench 10 allows the acquisition of a stereoscopic image sequence IS as well as its instantaneous visualization and its recording in a non-volatile memory.
  • the acquisition of a stereoscopic image IS consists of acquiring a set of images II and 12 from each of the cameras 11 and 12.
  • the acquisition is synchronized using the electronic card 13 which sends a trigger signal simultaneously to the two cameras 11 and 12.
  • the electronic card 13 then triggers at a time t1 a first capture SI of a first II and a second capture S2 of a second 12 images respectively using the first 11 and second 12 cameras.
  • the electronic card then triggers an iteration of these capture steps S1 and S2 at a second instant t2.
  • the electronic card 13 can trigger several iterations of image captures, this for example periodically.
  • the duration of the acquisition PI typically corresponds to a few cycles of pedaling.
  • the first (Il (ti), H (t2)) and second (I2 ( t i), I2 ( t 2)) images acquired during the acquisition phase PI are then transmitted via the USB cable to the computer module 20 of treatment.
  • the circuit 21 will reconstruct from these first (Il (ti), Il (t2)) and second (I2 ( t i), I2 ( t 2)) images two stereoscopic images (IS ( ti), IS (t2)) of the scene.
  • this construction step S3 can also be performed alternately by the electronic card 13.
  • the processing module 20 is configured to exploit the sequence of these stereoscopic images IS (ti) and IS (t2).
  • the method By exploiting the two images II and 12 constituting the stereoscopic image IS at a given moment (for example t1 and t2), it is indeed possible to calculate the three-dimensional coordinates of one or more points.
  • the method then consists of locating the same point on the two images 11 and 12. This identification can be done manually (user interactions) or automatically (detection of points by learning).
  • the module 20 by image processing means 22 detects in the first image Il (ti) and 11 ( t 2) during a step S4 the anatomical points of the cyclist.
  • the image processing means 22 implement an algorithm of the "object recognition” type and detect the markers previously positioned by the practitioner on the areas of interest of the cyclist.
  • the image processing means 22 then detect in the second image I2 ( t i) and I2 ( t2 ) these same anatomical points.
  • the calculator 23 calculates by triangulation during a step S5 the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) of these points in the reference mark. world in order to build a 3D image.
  • the processor 24 determines, during a step S6, several characteristic quantities GC of the movement and / or the posture of the individual. These quantities are calculated according to the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) of the anatomical points.
  • the physical quantities GC can correspond for example to:
  • GC quantities are thus calculated by the processor during step S6 from the three-dimensional coordinates of each of the anatomical points.
  • a comparison circuit 25 comparing, in a step S7, the characteristic quantities GC between each 3D image so as to provide the practitioner with a further phase of operation P3 with assistance in analyzing the movement and / or posture of said individual.
  • the posture of the cyclist can thus be studied.
  • first of profile corresponds to the shooting during the acquisition and the second of face is reformatted thanks to the three-dimensional data.
  • These views allow you to observe the points in the form of a mesh (canvas: wrist-elbow-shoulder-hip-knee-ankle-toe) as well as angles.
  • the initial image can also be enriched with these augmented reality data.
  • a three-dimensional view makes it possible to observe together the mesh of points of the first posture and that of the second posture. Interactive, it allows to visualize the differences of position and the offsets between the two postures from different points of view.
  • a list of analysis-specific measures is given for each of the postures. Some of these measures correspond to the indicators typically used to adjust the bike according to the morphology, level and practice of the cyclist. Examples of measurements are the inclination of the shoulder-hip segment relative to the vertical and the horizontal advance of the knee relative to the toe.
  • the processing phase P2 there is also provided the generation S8 by the processor 24 of a computer file comprising the calculated physical quantities and the results of the comparison.
  • This file consists of a preformatted report containing the cyclist's personal information as well as all the results of the analysis.
  • the system 100 proposed in the context of the present invention allows using the electronic card 13 to fully exploit the cameras 11 and 12 to capture a movement made by a subject (cyclist) or a group of subjects (horse and rider), possibly equipped with objects (bike, pitcher, receiver and balloon).
  • This tool is thus in the form of a stereoscopic bench 10 coupled to a computer capable of measuring all the characteristic magnitudes of the movement visible on the subcentimetric scale in 3D and presenting them in near real time.
  • the tool proposed in the context of the present invention has as many applications in the field of entertainment with motion capture and robotics as in the fields of human and animal health, health in business or in sport.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

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

Description

ANALYSE D'UN MOUVEMENT ET/OU D'UNE POSTURE D'AU MOINS UNE PARTIE DU CORPS D'UN INDIVIDU
Préambule
La présente demande internationale incorpore par référence le texte de la demande de brevet français FR 17 57 430 déposée le 2 août 2017 dont elle revendique également le droit de priorité.
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine de l'analyse du mouvement et/ou de la posture.
L'objet de la présente invention concerne plus particulièrement la mise à disposition pour les professionnels du geste d'un outil d'aide à l'analyse du mouvement et/ou de la posture d'un individu.
La présente invention trouvera ainsi de nombreuses applications avantageuses dans le domaine de la santé en fournissant aux professionnels du geste un outil fiable, facile à utiliser et à transporter leur permettant d'analyser avec précision le mouvement et/ou la posture de leur patient.
On comprendra que la présente invention trouvera d'autres applications avantageuses par exemple :
dans le domaine de la santé en entreprise en particulier pour les ergonomes ou les médecins du travail ;
dans le domaine vétérinaire ; ou encore
dans le domaine du sport et de la préparation physique en particulier pour les médecins du sport, les coachs sportifs ou les préparateurs physiques.
Par professionnels du geste, on entend dans la présente description qui suit les praticiens qui s'intéressent à l'analyse du mouvement et/ou de la posture. Parmi ces praticiens, on retrouve notamment les posturologues, les ergonomes, les podologues, les ostéopathes, les orthopédistes, les médecins de la médecine physique et de la réadaptation, les chirurgiens orthopédistes, les kinésithérapeutes, les ostéopathes, les podologues, les posturologues, les médecins du travail, les médecins du sport, les coachs sportifs, les préparateurs physiques, les psychomotriciens ou encore les vétérinaires. Art antérieur
On connaît dans l'état de la technique des systèmes à base de vision 2D.
Ces systèmes consistent en un logiciel de traitement de vidéo et se caractérisent essentiellement par leur simplicité, leur rapidité et leur faible coût.
Ces systèmes 2D présentent néanmoins des fonctionnalités logicielles d'analyse très approximatives et peu performantes, ce qui rend leur utilisation faiblement pertinente dans l'analyse du mouvement et/ou de la posture.
Les algorithmes de traitement utilisés dans ces systèmes ont une approche 2D ; on comprend dès lors que la non-prise en considération de la profondeur représente un sérieux défaut pour analyser avec précision le mouvement ou la posture d'un individu.
Parmi ces systèmes, on peut par exemple citer le logiciel développé par la société DARTFISH.
On connaît ainsi les documents EP 1 247 255 Al, EP 1 287 518 Al, EP 1 907 076 Al et EP 1 289 282 Al qui appartiennent à la société DARTFISH et qui protègent la technologie associée à la méthode d'analyse du mouvement utilisé dans ce logiciel.
Pour remédier aux défaillances des systèmes 2D, d'autres sociétés proposent aujourd'hui des systèmes à base de vision 3D.
La prise en considération de la profondeur dans l'analyse du mouvement et de la posture a vu naître jusqu'à présent des solutions coûteuses, complexes à mettre en œuvre et nécessitant de nombreuses ressources informatiques.
Ce type de système exige en effet :
soit l'installation d'un laboratoire dédié,
soit la mise en conformité du lieu d'étude avec l'installation de plusieurs caméras. Avec les systèmes 3D développés jusqu'à présent, l'individu étudié doit nécessairement être équipé de marqueurs sur le corps.
Une fois l'acquisition des images réalisées, il faut ensuite compiler tous les résultats pour créer un rapport exploitable en vue de l'analyse du mouvement ou de la posture.
La création de ce rapport est une étape longue et fastidieuse qui, la plupart du temps, est réalisée par un opérateur spécialisé.
L'ergonomie proposée par ces logiciels est généralement peu attrayante et difficile d'utilisation, ce qui disqualifie d'office ces systèmes pour l'usage fonctionnel attendu par le praticien. Parmi les systèmes 3D, on connaît notamment le logiciel VICON® développé par la société américaine VICON INDUSTRIES.
Ces systèmes 3D sont multi-caméras.
Il existe a contrario des systèmes vidéo infrarouges tels que la KINECT. Ces systèmes légers sont toutefois peu précis et difficilement utilisables en extérieur.
On connaît enfin le document WO 2005 093659 qui divulgue un système d'acquisition pour l'analyse 3D de la posture d'un individu sur son poste de travail.
La solution proposée dans ce document se concentre essentiellement sur une phase d'estimation visant à approcher le mouvement global du travailleur par un modèle biomécanique et à en déduire des grandeurs caractéristiques du mouvement.
Le Demandeur observe ainsi que les solutions proposées jusqu'à présent dans l'état de la technique pour analyser le mouvement et/ou la posture d'un individu ne sont pas satisfaisantes.
Elles sont : soit peu fiables (système 2D), soit trop complexes à mettre en œuvre et trop coûteuses (système 3D).
Objet et résumé de la présente invention
L'objet de la présente invention vise à améliorer la situation décrite ci-dessus.
Un des objectifs de la présente invention est de remédier aux différents inconvénients mentionnés ci-dessus en proposant un outil d'aide à l'analyse du mouvement et/ou de la posture adapté aux attentes du praticien qui a besoin d'un outil facile d'utilisation, maniable, adaptable et capable de répondre à la nécessité de réactivité demandée par une activité professionnelle de terrain.
A cet effet, la présente invention concerne selon un premier aspect un procédé de traitement d'images pour fournir à un praticien une aide à l'analyse d'un mouvement et/ou d'une posture d'au moins une partie du corps d'un individu.
Selon l'invention, le procédé est réalisé notamment à l'aide d'un banc stéréo scopique comprenant une première et une deuxième caméras.
Par caméra, on entend dans toute la présente description qui suit tout dispositif optique du type capteur d'images permettant l'acquisition d'au moins une image.
De préférence, les deux caméras sont fixes, distinctes l'une de l'autre et dirigées chacune en direction d'une scène comprenant au moins une partie du corps de l'individu.
Selon l'invention, le procédé est mis œuvre par des moyens informatiques et comprend une phase d'acquisition avec les étapes suivantes : - une étape de capture au cours de laquelle on capture simultanément à un premier instant déterminé une première et une deuxième images de la scène à l'aide respectivement des première et deuxième caméras, et
au moins une itération de l'étape de capture à au moins un deuxième instant déterminé.
On comprend donc qu'à l'issue d'une phase d'acquisition présentant une unique itération de l'étape de capture on dispose :
d'une première et d'une deuxième images pour un premier instant tl , et d'une première et d'une deuxième images pour un deuxième instant t2. Dans le cas de n itérations, on disposera de n+1 couples d'une première et d'une deuxième images, soit un couple d'images pour chaque instant de capture.
Le procédé selon la présente invention comprend en outre une phase de traitement avec les étapes suivantes :
- une étape de construction d'au moins deux images stéréoscopiques de la scène à partir des premières et deuxièmes images acquises lors de la phase d'acquisition,
- une étape de traitement au cours de laquelle, pour chaque image stéréo scopique, on détecte dans la première image au moins un point anatomique de l'individu, puis on détecte dans la deuxième image ce point anatomique afin de déterminer pour chaque image les coordonnées bidimensionnelles du point dans le repère image, - une étape de calcul au cours de laquelle on calcule, en fonction des coordonnées bidimensionnelles de chaque point anatomique (par exemple par triangulation) dans le repère image, les coordonnées tridimensionnelles du point dans le repère monde afin de construire une image tridimensionnelle, appelée ici image 3D,
- une étape de détermination au cours de laquelle, pour chaque image 3D, on détermine en fonction des coordonnées tridimensionnelles de chaque point anatomique dans le repère monde au moins une grandeur caractéristique du mouvement et/ou de la posture de l'individu.
Le procédé selon la présente invention comprend ensuite une phase d'exploitation. Au cours de cette phase, il est prévu notamment une étape de génération et d'enregistrement d'un signal numérique comprenant la ou les grandeurs caractéristiques.
Ce signal numérique est directement exploitable par le système informatique du praticien. Il se présente ainsi comme un rapport d'analyse fournissant au praticien une aide dans l'analyse du mouvement et/ou de la posture de l'individu. Ce signal numérique peut également se présenter sous la forme d'un fichier informatique.
Cette succession d'étapes techniques, caractéristique de la présente invention, propose lors d'une phase de traitement un traitement d'images en quasi temps réel qui permet la construction d'une image 3D de la scène en fonction des images 2D acquises lors de la phase d'acquisition. Cette image 3D est ensuite traitée par des algorithmes spécifiques qui identifient dans l'image en fonction de points d'intérêts prédéterminés, appelés ici points anatomiques, des grandeurs caractéristiques du mouvement et/ou de la posture.
A partir de la position et/ou de la trajectoire des points anatomiques, on détermine donc des grandeurs caractéristiques correspondant à un ensemble de mesures (position, vitesse, accélération, déplacement, déformation, durée, distance, angle, etc.) ; ces mesures sont directement interprétables par le praticien.
Avantageusement, la phase de traitement comporte une étape de comparaison au cours de laquelle on compare les grandeurs caractéristiques entre chaque image 3D.
Le signal numérique comprend ainsi les résultats de cette comparaison.
C'est donc en mesurant ces grandeurs physiques dans l'image 3D et en comparant ces grandeurs d'une image 3D avec une autre image 3D qu'on obtient des résultats de comparaison permettant une analyse du mouvement et de la posture de l'individu.
Avantageusement, il est possible, lors de la comparaison, de comparer les grandeurs caractéristiques entre chaque image 3D à un modèle de grandeurs cibles prédéterminées, dit modèle de référence, correspondant à un mouvement et/ou une posture à atteindre.
Cette comparaison avec un modèle de référence permet de comparer la posture de l'individu avec une posture de référence.
On peut également envisager que cette posture de référence correspond à une posture préalablement acquise sur le même individu.
On comprendra dans ce cas que le procédé prévoit une historisation des rapports d'analyse afin de conserver les résultats des analyses précédentes et permettre une comparaison d'une posture nouvellement acquise avec une posture acquise lors d'une précédente séance.
Avantageusement, la phase d'acquisition comprend, préalablement à l'étape de capture, une première étape de calibration ; au cours de cette étape, on estime la position et l'orientation relatives des caméras entre elles à l'aide d'une mire de calibration.
Cette calibration, ou étalonnage, permet ainsi d'estimer la pose des caméras entre elles. La pose des caméras entre elles, ou paramètre extrinsèque, correspond à la position et l'orientation des caméras entre elles dans le repère monde. Avantageusement, la phase d'acquisition comprend, préalablement à l'étape de capture, une deuxième étape de calibration ; au cours de cette étape, on estime les paramètres intrinsèques des caméras. En fonction du modèle mathématique de caméra utilisé (modèle de sténopé par exemple), les paramètres intrinsèques de la caméra comprennent notamment la distance focale, le centre optique, la fréquence d'acquisition, le temps d'exposition et d'éventuels paramètres de distorsion de la caméra.
Il est ainsi possible d'envisager les réglages de ces paramètres optiques (dit intrinsèques) des caméras. On peut par exemple régler la fréquence d'acquisition et/ou le temps d'exposition en fonction notamment de l'éclairage de la scène.
Optionnellement, les paramètres intrinsèques et extrinsèques des caméras peuvent être déterminés lors d'une même étape de calibration.
Ces calibrations peuvent être réalisées :
soit une unique fois (après l'assemblage) ;
soit périodiquement ; ou encore
soit avant chaque acquisition.
Avantageusement, la phase d'acquisition comprend, préalablement à l'étape de capture, une étape de synchronisation des caméras ; au cours de cette étape, les première et deuxième caméras sont synchronisées temporellement entre elles de manière à ce que les images capturées soient synchrones.
Avantageusement, les grandeurs caractéristiques du mouvement et/ou de la posture de l'individu sont des grandeurs physiques correspondant par exemple à :
- une distance entre deux points anatomiques d'une même image 3D,
un angle formé par trois points anatomiques d'une même image 3D, ou encore la vitesse de déplacement ou l'accélération d'un point entre deux images 3D.
Dans une mode de réalisation particulier, le procédé selon la présente invention comprend, préalablement à la phase d'acquisition, une étape de positionnement par le praticien d'un marqueur dit physique ; il peut s'agir par exemple d'une pastille.
Plus particulièrement, le praticien positionne au moins un marqueur sur une zone d'intérêt déterminée de l'individu. Cette zone peut correspondre à une zone anatomique de l'individu qui peut être caractéristique d'un mouvement ou d'une posture ; cette zone correspond par exemple à une articulation
Dans ce mode, on peut prévoir, lors de l'étape de traitement, que la détection du point anatomique est réalisée par un algorithme de traitement d'images configuré pour reconnaître dans l'image le marqueur. On comprendra ici qu'un tel algorithme est type « objecî récognition ».
Dans un mode de réalisation alternatif, la détection du point anatomique peut être réalisée directement par le praticien qui interagit avec le logiciel pour sélectionner un point ou une zone d'intérêt dans l'image.
Préférentiellement, la phase d'exploitation comporte l'affichage sur un écran numérique :
de la ou des images 3D, et/ou
du ou des points anatomiques associés, et/ou
des informations contenues dans le signal numérique.
Cet affichage facilite le travail de diagnostic du praticien et lui permet d'identifier avec précision le mouvement et/ou la posture de son patient et des éventuelles corrections à apporter pour atteindre un mouvement et/ou une posture de référence.
Lors de cet affichage, on peut prévoir que l'enveloppe externe de l'individu est modélisée par un maillage reliant les points anatomiques. Ceci améliore le rendu visuel.
Avantageusement, on détermine lors de l'étape de détermination la trajectoire tridimensionnelle de chaque point anatomique entre au moins deux images 3D par un algorithme de suivi de points.
Corrélativement, l'objet de la présente invention concerne selon un deuxième aspect un programme d'ordinateur qui comporte des instructions adaptées pour l'exécution des étapes du procédé tel que décrit ci-dessus, ceci notamment lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par au moins un processeur.
Un tel programme d'ordinateur peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme d'un code source, d'un code objet, ou d'un code intermédiaire entre un code source et un code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
De même, l'objet de la présente invention concerne selon un troisième aspect un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé tel que décrit ci-dessus.
D'une part, le support d'enregistrement peut être n'importe quel entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire ROM, par exemple un CD-ROM ou une mémoire ROM de type circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique ou un disque dur. D'autre part, ce support d'enregistrement peut également être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, un tel signal pouvant être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio classique ou hertzienne ou par faisceau laser autodirigé ou par d'autres moyens. Le programme d'ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Alternativement, le support d'enregistrement peut être un circuit intégré dans lequel le programme d'ordinateur est incorporé, le circuit intégré étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question. L'objet de la présente invention concerne enfin selon un quatrième aspect un système informatique de traitement d'images.
Un tel système est configuré pour fournir à un praticien une aide à l'analyse d'un mouvement et/ou d'une posture d'au moins une partie du corps d'un individu.
Selon l'invention, le système comprend des moyens informatiques configurés pour la mise en œuvre des étapes du procédé décrit ci-dessus.
Plus particulièrement, le système comprend un module d'acquisition et un module informatique de traitement.
Le module d'acquisition comporte de préférence :
un banc stéréoscopique comprenant une première et une deuxième caméras fixes, distinctes l'une de l'autre et dirigées chacune en direction d'une scène comprenant ladite au moins une partie du corps de l'individu, et
- une carte électronique embarquée dans le banc et configurée pour piloter les deux caméras de manière à déclencher à un premier instant déterminé la capture simultanée d'une première et d'une deuxième images de la scène à l'aide respectivement des première et deuxième caméras, ladite carte étant en outre configurée pour réitérer au moins une fois la capture à au moins un deuxième instant déterminé.
Le module informatique de traitement comporte de préférence :
- un circuit électronique de construction configuré pour construire au moins deux images stéréoscopiques de la scène à partir des premières et deuxièmes images, des moyens de traitement d'images configurés pour détecter dans la première image au moins un point anatomique de l'individu, et pour détecter dans la deuxième image ledit au moins un point anatomique, ces moyens de traitement étant en outre configurés pour déterminer pour chaque image les coordonnées bidimensionnelles du point dans le repère image,
- un calculateur configuré pour calculer en fonction des coordonnées bidimensionnelles dudit au moins un point anatomique les coordonnées tridimensionnelles du point dans le repère monde afin de construire une image
3D, et
- un processeur configuré pour déterminer en fonction des coordonnées tridimensionnelles dudit au moins un point anatomique au moins une grandeur caractéristique du mouvement et/ou de la posture de l'individu.
De préférence, le processeur est en outre configuré pour générer et enregistrer un signal numérique comprenant ladite au moins une grandeur caractéristique et fournissant au praticien une aide dans l'analyse du mouvement et/ou de la posture dudit individu.
Ainsi, l'objet de la présente invention, par ses différents aspects fonctionnels et structurels décrits ci-dessus, met à disposition du professionnel du geste un outil d'aide à l'analyse du mouvement et/ou de la posture simple à mettre en œuvre, facile d'utilisation et convivial fournissant en quasi temps réel des résultats fiables et précis.
Il permet la capture d'images, l'analyse de posture et/ou de mouvement ainsi qu'une présentation des résultats sous une forme simple, rapide et didactique avec la génération d'un rapport facilement compréhensible aussi bien pour le praticien que pour l'individu afin que celui-ci ait une meilleure prise de conscience des points d'amélioration potentielle.
Brève description des figures annexées
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous, en référence aux figures 1 et 2 annexées qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquelles :
la figure 1 représente un organigramme illustrant le procédé de l'invention conforme à un exemple de réalisation de la présente invention ; et
la figure 2 représente une vue schématique du système conforme à un exemple de réalisation de la présente invention. Description détaillée selon un exemple de réalisation avantageux
Un procédé de traitement d'images pour fournir aux professionnels du geste une aide à l'analyse d'un mouvement et/ou d'une posture ainsi que le système associé vont maintenant être décrits dans ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1 et 2.
Pour mémoire, un des objets de la présente invention est de mettre à disposition des professionnels du geste un outil de capture et d'analyse du mouvement simple à utiliser, fiable en termes de performance et abordable sur le plan financier.
Ceci est rendu possible dans l'exemple qui va suivre.
Dans cet exemple, on propose d'étudier la posture d'un cycliste sur un vélo.
Cette étude vise plus particulièrement à :
analyser la posture d'un cycliste avant et après une modification du réglage du vélo ; analyser la posture d'un cycliste sur différents vélos ;
analyser la posture d'un cycliste selon son positionnement sur le vélo (mains sur le haut du cintre, mains sur le bas du cintre, etc.).
On comprend ainsi qu'une telle étude pour des sportifs de haut-niveau peut permettre d'améliorer de façon significative les performances sportives (posture, choix du vélo, réglage du vélo, etc.).
La présente invention propose ainsi un système informatique 100 permettant à la fois la capture, le traitement et l'analyse du mouvement.
Dans l'exemple décrit ici, le système 100 comporte à cet effet un banc stéréo scopique
10 portatif.
Dans cet exemple, le banc 10 est utilisable aussi bien en intérieur qu'en extérieur. On notera également qu'un tel banc 10 peut être intégré dans un boîtier étanche pour un usage en immersion (par exemple pour l'analyse du mouvement des nageurs ou des danseuses pratiquant la danse aquatique synchronisée).
Dans l'exemple décrit ici, le banc 10 est positionné sur un trépied (non représenté ici) en direction d'un vélo fixé sur un support fixe de type « home-trainer » (le vélo n'entre pas en mouvement lorsqu'on pédale).
On comprendra cependant qu'il pourrait également être envisagé de réaliser les tests dans un vélodrome ou dans tout environnement naturel destiné à la pratique du vélo.
Dans cet exemple, le banc stéréoscopique est positionné de préférence de manière à voir le cycliste de profil.
Le système 100 est également composé d'un module informatique de traitement 20 comprenant des moyens informatiques dédiés pour le traitement et l'analyse du mouvement. Dans l'exemple décrit ici, un capteur de puissance (non représenté ici) est également installé sur le vélo, plus particulièrement au niveau du pédalier ou des pédales. Il peut être connecté au module informatique 20 afin d'enregistrer simultanément les images capturées à l'aide du banc stéréo scopique 10 et la puissance instantanée développée par le cycliste lors de son cycle de pédalage.
Comme on pourra le comprendre dans la suite, un tel module 20 permet en fin de process de générer un rapport préformaté et personnalisable conçu pour faciliter la transmission des résultats et le suivi du cycliste.
Dans l'exemple décrit ici, le banc stéréo scopique 10 comprend donc deux caméras 1 1 et 12 à haute vitesse et haute sensibilité ainsi que d'une carte électronique 13.
Dans l'exemple décrit ici, la carte électronique 13 est configurée pour assurer notamment :
la liaison numérique vers le module informatique de traitement 20, la synchronisation temporelle des caméras 1 1 et 12,
- la mesure de la température des caméras,
la mesure de l'orientation du banc 10, et
la gestion d'autres types de capteurs comme par exemple un capteur de géolocalisation de type GPS.
La carte électronique 13 permet également dans cet exemple de synchroniser entre eux d'autres bancs stéréo scopiques (non représentés ici) ainsi que d'autres capteurs tels que par exemple une plateforme de force, un électrocardiographe ou encore un électromyographe selon l'usage finale attendu.
Dans l'exemple décrit ici, les deux caméras 11 et 12 sont pré-calibrées lors d'une étape S0 à l'aide d'une mire de calibration. D'autres techniques de calibration pourront bien évidemment être envisagées par l'homme du métier.
Cette première calibration S0 permet ainsi d'estimer la position et l'orientation relatives des caméras 11 et 12 entre elles dans un espace de travail ; cet espace de travail est appelé ici repère monde.
Dans cet exemple, la carte électronique 13 peut ensuite déterminer lors d'une étape S0' les paramètres optiques de chaque caméra 11 et 12. On parle ici de deuxième calibration S0'.
Ainsi, selon le modèle mathématique de caméra, on détermine (de façon automatique, semi-automatique ou encore de façon manuelle) lors de cette étape S0' les paramètres intrinsèques des caméras 11 et 12, à savoir notamment la distance focale, le centre optique, d'éventuels paramètres de distorsion des aberrations de l'optique de et éventuellement des défauts de la matrice CCD des caméras, la fréquence d'acquisition et/ou le temps d'exposition.
Ces paramètres sont propres aux caméras 11 et 12 et aux objectifs utilisés.
On comprendra ici que ces paramètres seront utilisés ultérieurement dans les étapes de calcul pour obtenir les coordonnées 3D des points anatomiques.
Ces calibrations S0 et S0' permettent de corriger les distorsions induites par les lentilles des caméras et d'établir les paramètres du modèle de sténopé de chaque caméra 11 et 12.
On notera ici qu'il est possible d'envisager un réglage de ces paramètres optiques par exemple en fonction notamment de la scène (condition d'éclairage, résolution, distance, etc.).
Dans cet exemple, les calibrations S0 et S0' ne sont réalisées qu'une seule fois.
Le banc stéréoscopique 10 étant précalibré, il n'est pas nécessaire de réaliser de calibration avant chaque utilisation.
Dans l'exemple décrit ici, le banc stéréoscopique 10 est relié au module de traitement 10 par un câble USB permettant l'alimentation électrique et le paramétrage des caméras 1 1 et 12. Ce câble USB permet en outre le transfert des images acquises par les caméras 11 et 12 ainsi que le transfert de données additionnelles (température ambiante, orientation du banc stéréoscopique, coordonnées GPS, etc.).
Bien évidemment, on pourra envisager dans le cadre de la présente invention une alimentation électrique par batterie interne et un transfert des données par des moyens de communication sans fil.
Dans cet exemple, la carte électronique 13 synchronise entre elles les première 11 et deuxième 12 caméras lors d'une étape S0" afin que celles-ci soient synchronisées temporellement.
Le praticien positionne ensuite lors d'une étape S0'" une pluralité de marqueurs du type pastille sur les différentes zones anatomiques d'intérêt du cycliste. Ces zones correspondent par exemple à des articulations ou des points d'intérêt sur le cycliste.
Dans l'exemple décrit ici, le cycliste est équipé de marqueurs au niveau du poignet, du coude, de l'épaule, de la hanche, du genou, de la cheville et des orteils.
Dans cet exemple, on prévoit de préférence d'utiliser des marqueurs légers et souples n'entravant pas le mouvement et ne modifiant pas la manière de réaliser le mouvement. De couleur spécifique, ces marqueurs permettent d'augmenter le contraste avec Γ arrière-plan.
On comprendra cependant que le positionnement de ces marqueurs est optionnel.
Il est en effet possible d'envisager par la suite un algorithme de traitement d'images développé spécifiquement pour détecter les points anatomiques dans l'image. Alternativement, le praticien pourra également sélectionner sur une interface graphique les points anatomiques qu'il considère comme pertinents pour mener son étude.
L'étude dynamique des zones anatomiques permet d'analyser avec précision le mouvement et/ou la posture du cycliste sur son vélo.
Une fois ces préparatifs et ces paramétrages réalisés, la phase d'acquisition PI peut donc débuter. Le praticien demande alors au cycliste de se positionner sur son vélo ; les caméras 11 et 12 sont orientées dans sa direction.
Lors de cette phase PI, le praticien demande ensuite au cycliste de pédaler.
Le banc stéréo scopique 10 permet l'acquisition d'une séquence d'images stéréoscopiques IS ainsi que sa visualisation instantanée et son enregistrement dans une mémoire non volatile.
Ici, l'acquisition d'une image stéréoscopique IS consiste à acquérir un ensemble d'images II et 12 provenant chacune des caméras 11 et 12.
L'acquisition est synchronisée à l'aide de la carte électronique 13 qui envoie un signal de déclenchement simultanément aux deux caméras 11 et 12.
Dans l'exemple décrit ici, la carte électronique 13 déclenche alors à un instant tl une première capture SI d'une première II et une deuxième capture S2 d'une deuxième 12 images à l'aide respectivement des première 11 et deuxième 12 caméras.
On comprend ici que les images II et 12 sont capturées à un même instant tl .
Dans l'exemple décrit ici, la carte électronique déclenche ensuite une itération de ces étapes de capture SI et S2 à un deuxième instant t2.
On dispose donc d'un jeu de deux paires d'images II et 12 capturées respectivement à des instants tl et t2.
On comprend ici que la carte électronique 13 peut enclencher plusieurs itérations des captures d'images, ceci par exemple de façon périodique.
Dans l'exemple décrit ici, la durée de l'acquisition PI correspond typiquement à quelques cycles de pédalage.
On pourra aussi envisager de prendre un cliché un jour et de revenir plusieurs jours plus tard pour un autre cliché. Dans ce cas, l'étude du mouvement permettra d'évaluer l'évolution de la posture entre les deux clichés.
Les premières (Il(ti), H(t2)) et deuxièmes (I2(ti), I2(t2)) images acquises lors de la phase d'acquisition PI sont ensuite transmises via le câble USB au module informatique 20 de traitement. Lors d'une étape S3, le circuit 21 va reconstruire à partir de ces premières (Il(ti), Il(t2)) et deuxièmes (I2(ti), I2(t2)) images deux images stéréoscopiques (IS(ti), IS(t2)) de la scène.
On comprendra ici que cette étape de construction S3 peut également être réalisée alternativement par la carte électronique 13.
Le module de traitement 20 est configuré pour exploiter la séquence de ces images stéréoscopiques IS(ti) et IS(t2),.
En exploitant les deux images II et 12 constituant l'image stéréoscopique IS à un instant déterminé (par exemple tl et t2), il est en effet possible de calculer les coordonnées tridimensionnelles d'un ou plusieurs points. La méthode consiste alors à repérer le même point sur les deux images 11 et 12. Ce repérage peut être réalisé manuellement (interactions utilisateur) ou automatiquement (détections des points par apprentissage).
L'implémentation réalisée dans l'exemple décrit ici est la suivante :
A partir de ces deux images stéréoscopiques IS(ti) et IS(t2), le module 20 par des moyens de traitement d'images 22 détecte dans la première image Il(ti) et 11 (t2) lors d'une étape S4 les points anatomiques du cycliste.
Dans cet exemple, les moyens de traitement d'images 22 mettent en œuvre un algorithme du type « object récognition » et détectent les marqueurs préalablement positionnés par le praticien sur les zones d'intérêt du cycliste.
Lors d'une étape S4', les moyens de traitement d'images 22 détectent ensuite dans la deuxième image I2(ti) et I2(t2)) ces mêmes points anatomiques.
On obtient alors les coordonnées bidimensionnelles [x, y] et [x, y]' de chacun des points dans le repère associé aux images stéréoscopiques ; ce repère est appelé repère image.
Connaissant les coordonnées bidimensionnelles [x, y] et [x, y] ' de chacun des points anatomiques, le calculateur 23 calcule par triangulation lors d'une étape S5 les coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) de ces points dans le repère monde afin de construire une image 3D.
Dans l'exemple décrit ici, le processeur 24 détermine ensuite lors d'une étape S6 plusieurs grandeurs caractéristiques GC du mouvement et/ou de la posture de l'individu. Ces grandeurs sont calculées en fonction des coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) des points anatomiques.
Les grandeurs physiques GC peuvent correspondre par exemple à :
- une distance entre deux points anatomiques d'une même image 3D,
un angle formé par trois points anatomiques d'une même image 3D, ou encore la vitesse de déplacement ou l'accélération d'un point entre deux images 3D. Dans l'exemple décrit ici, on s'intéresse aux angles suivants :
l'angle du coude (poigne-coude-épaule) ;
l'angle de l'épaule (coude-épaule-hanche) ;
- l'angle de la hanche (épaule-hanche-genou) ;
l'angle du genou (hanche-genou-cheville) ; et
l'angle de la cheville (genou-cheville-orteil).
Ces grandeurs GC sont donc calculées par le processeur lors de l'étape S6 à partir des coordonnées tridimensionnelles de chacun des points anatomiques.
Dans l'exemple décrit ici, il est ensuite prévu un circuit de comparaison 25 comparant lors d'une étape S7 les grandeurs caractéristiques GC entre chaque image 3D de manière à fournir au praticien lors d'une phase ultérieure d'exploitation P3 une aide dans l'analyse du mouvement et/ou de la posture dudit individu.
Les résultats de ces comparaisons sont ensuite affichés lors d'une étape S9 sur un écran numérique 26 avec les images 3D correspondantes et les points anatomiques.
La posture du cycliste peut ainsi être étudiée.
Les résultats sont présentés sous différentes formes.
Dans une première présentation, deux vues bidimensionnelles sont observables : la première de profil, correspond à la prise de vue pendant l'acquisition et la seconde de face est reformatée grâce aux données tridimensionnelles. Ces vues permettent d'observer les points sous la forme d'un maillage (canevas : poignet-coude-épaule-hanche-genou-cheville-orteil) ainsi que les angles. L'image initiale peut également être enrichie de ces données par réalité augmentée.
Dans une deuxième présentation, une vue tridimensionnelle permet d'observer conjointement le maillage de points de la première posture et celui de la deuxième posture. Interactive, elle permet de visualiser les différences de position et les décalages entre les deux postures depuis différents points de vue.
Dans une troisième présentation, une liste de mesures spécifiques à l'analyse est donnée pour chacune des postures. Certaines de ces mesures correspondent aux indicateurs typiquement utilisés pour régler le vélo selon la morphologie, le niveau et la pratique du cycliste. Des exemples de mesures sont l'inclinaison du segment épaule-hanche par rapport à la verticale et l'avancée horizontale du genou par rapport à l'orteil. Lors de la phase de traitement P2, il est également prévu la génération S8 par le processeur 24 d'un fichier informatique comprenant les grandeurs physiques calculées ainsi que les résultats de la comparaison.
Ce fichier consiste en un rapport préformaté contenant les informations personnelles du cycliste ainsi que l'ensemble des résultats de l'analyse.
Il peut être enrichi par la suite par le praticien par différents commentaires et par des illustrations supplémentaires (images, captures d'écran, etc.).
Le système 100 proposé dans le cadre de la présente invention permet à l'aide de la carte électronique 13 d'exploiter pleinement les caméras 11 et 12 afin de capturer un mouvement réalisé par un sujet (cycliste) ou par un groupe de sujets (cheval et cavalier), éventuellement équipés d'objets (vélo, lanceur, receveur et ballon).
Il permet ensuite à l'aide du module informatique de traitement 20 d'analyser ce mouvement en calculant un ensemble de mesures tridimensionnelles et en visualisant le mouvement sous différentes formes et représentations.
Le Demandeur par la présente invention met ainsi à la disposition des praticiens du geste
(médecins, kinésithérapeutes, ostéopathes, podologues, entraîneurs sportifs, ergonomes, etc.) une solution optique d'étude du mouvement en 3D, innovante et tout-en-un.
A la fois simple, direct et efficace, son usage permet aux professionnels de la santé, de la santé en entreprise et de la performance sportive, de disposer d'un outil répondant parfaitement à leurs besoins.
Cet outil se présente ainsi sous la forme d'un banc stéréoscopique 10 couplé à un ordinateur capable de mesurer toutes les grandeurs caractéristiques du mouvement visibles à l'échelle subcentimétrique en 3D et de les présenter en temps quasi-réel.
Cet outil se différencie des produits concurrents notamment par les caractéristiques suivantes :
sa facilité d'utilisation : intuitive et immédiate ;
sa mobilité dans l'environnement réel de la pratique (piste d'athlétisme, vélodrome...) : utilisable en intérieur, en extérieur, au cabinet ou chez un patient ; sa rapidité : autant dans la mise en place que dans le traitement temps réel des résultats ;
ses performances : précision en 3D certifiée, précision subcentimétrique, volume du champs observés et fréquence des caméras ;
son coût : très compétitif par rapport aux technologies concurrentes ; et sa personnalisation : implémentation des modules professionnels spécifiques. Par sa facilité et sa souplesse d'utilisation, l'outil proposé dans le cadre de la présente invention trouve autant des applications dans le domaine du divertissement avec la « motion capture » et la robotique que dans les domaines de la santé humaine et animale, la santé en entreprise ou encore dans le sport.
II devra être observé que cette description détaillée porte sur un exemple de réalisation particulier de la présente invention, mais qu'en aucun cas cette description ne revêt un quelconque caractère limitatif à l'objet de l'invention ; bien au contraire, elle a pour objectif d'ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des revendications qui suivent.
II devra également être observé que les signes de références mis entre parenthèses dans les revendications qui suivent ne présentent en aucun cas un caractère limitatif ; ces signes ont pour seul but d'améliorer l'intelligibilité et la compréhension des revendications qui suivent ainsi que la portée de la protection recherchée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'images pour fournir à un praticien une aide à l'analyse d'un mouvement et/ou d'une posture d'au moins une partie du corps d'un individu à l'aide d'un banc stéréoscopique (10) comprenant une première (11) et une deuxième (12) caméras fixes, distinctes l'une de l'autre et dirigées chacune en direction d'une scène comprenant ladite au moins une partie du corps dudit individu,
ledit procédé mis œuvre par des moyens informatiques comprenant les étapes suivantes :
a) lors d'une phase d'acquisition (PI) :
- une étape de capture (S 1 , S2) au cours de laquelle on capture simultanément à un premier instant déterminé (tl) une première (II) et une deuxième (12) images de la scène à l'aide respectivement des première (11) et deuxième (12) caméras, et
- au moins une itération de l'étape de capture (SI, S2) à au moins un deuxième instant déterminé (t2),
b) lors d'une phase de traitement (P2) :
- une étape de construction (S3) d'au moins deux images stéréoscopiques (IS(ti), IS(t2)) de la scène à partir desdites premières (Il(ti), H(t2)) et deuxièmes (I2(ti), I2(t2)) images acquises,
- une étape de traitement (S4, S4') au cours de laquelle, pour chaque image stéréoscopique (IS(ti), IS(t2)), on détecte (S4) dans la première image (Il(ti), H(t2)) au moins un point anatomique dudit au moins un individu, puis on détecte (S4') dans la deuxième image (I2(ti), I2(t2)) ledit au moins un point anatomique afin de déterminer pour chaque image (IS(ti), IS(t2)) les coordonnées bidimensionnelles ([x, y], [x, y]') dudit point dans le repère image,
- une étape de calcul (S5) au cours de laquelle on calcule en fonction des coordonnées bidimensionnelles ([x, y], [χ' , y']) dudit au moins un point anatomique les coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit point dans le repère monde afin de construire une image 3D, et
- une étape de détermination (S6) au cours de laquelle, pour chaque image 3D, on détermine en fonction des coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit au moins un point anatomique au moins une grandeur caractéristique (GC) du mouvement et/ou de la posture dudit individu, c) lors d'une phase ultérieure d'exploitation (P3) :
- une étape de génération et d'enregistrement (S8) d'un signal numérique comprenant ladite au moins une grandeur caractéristique (GC) et fournissant au praticien une aide dans l'analyse du mouvement et/ou de la posture dudit individu.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la phase de traitement (P2) comporte une étape de comparaison (S7) des grandeurs caractéristiques (GC) entre chaque image 3D.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, lors de la comparaison (S7), on compare les grandeurs caractéristiques (GC) de chaque image 3D à un modèle de grandeurs cibles prédéterminées correspondant à un mouvement et/ou une posture à atteindre.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase d'acquisition (PI) comprend, préalablement à l'étape de capture (SI, S2), une étape première de calibration (SO) au cours de laquelle on estime la position et l'orientation relatives des caméras (11, 12) entre elles à l'aide d'une mire de calibration.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase d'acquisition (PI) comprend, préalablement à l'étape de capture (SI, S2), une deuxième étape de calibration (SO') au cours de laquelle on estime les paramètres intrinsèques des caméras (11, 12).
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on règle les paramètres intrinsèques des caméras (11, 12) tels que par exemple la fréquence d'acquisition et/ou le temps d'exposition en fonction notamment de l'éclairage de la scène.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase d'acquisition (PI) comprend, préalablement à l'étape de capture (SI, S2), une étape de synchronisation (SO") au cours de laquelle les première (11) et deuxième (12) caméras sont synchronisées temporellement entre elles de manière à ce que les images capturées soient synchrones.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les grandeurs caractéristiques (GC) du mouvement et/ou de la posture dudit individu sont des grandeurs physiques calculés correspondant par exemple à :
- une distance entre deux points anatomiques d'une même image 3D,
un angle formé par trois points anatomiques d'une même image 3D, ou encore la vitesse de déplacement ou l'accélération d'un point entre deux images 3D.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase d'acquisition (PI) comprend, préalablement à l'étape de capture (SI, S2), une étape de positionnement (S0'") par le praticien d'un marqueur du type par exemple pastille sur une zone d'intérêt déterminée dudit individu correspondant par exemple à une articulation.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la détection (S4) dudit au moins un point anatomique dans la première image (Il(ti), Il(t2)) est réalisée par un algorithme de traitement d'images configuré pour reconnaître dans ladite première image (Il(ti), Il(t2)) ledit marqueur.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase d'exploitation (P3) comporte une étape d'affichage (S9) sur un écran numérique (26) des images 3D avec ledit au moins un point anatomique ainsi que des informations contenues dans le signal numérique.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'enveloppe externe dudit individu est modélisée lors de l'affichage (S9) par un maillage reliant les points anatomiques.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit point dans le repère monde sont calculées lors de l'étape de calcul (S5) par triangulation.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications, dans lequel, lors de l'étape de détermination (S4, S4'), on détermine la trajectoire tridimensionnelle dudit au moins un point anatomique entre deux images 3D par un algorithme de suivi de points.
15. Programme d'ordinateur comportant des instructions adaptées pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par au moins un processeur.
16. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.
17. Système informatique (100) de traitement d'images pour fournir à un praticien une aide à l'analyse d'un mouvement et/ou d'une posture d'au moins une partie du corps d'un individu, ledit système (100) comprenant :
a) un banc stéréoscopique (10) comportant :
- une première (11) et une deuxième (12) caméras fixes, distinctes l'une de l'autre et dirigées chacune en direction d'une scène comprenant ladite au moins une partie du corps dudit individu,
- une carte électronique (13) embarquée dans ledit banc (10) et configurée pour piloter les deux caméras (11, 12) de manière à déclencher à un premier instant déterminé (tl) la capture simultanée d'une première (II) et d'une deuxième (12) images de la scène à l'aide respectivement des première (11) et deuxième (12) caméras, ladite carte (13) étant en outre configurée pour réitérer au moins une fois la capture à au moins un deuxième instant déterminé (t2),
b) un module informatique de traitement (20) comportant :
- un circuit électronique de construction (21) configuré pour construire au moins deux images stéréoscopiques (IS(ti), IS(t2)) de la scène à partir desdites premières (Il(ti), 11 (t2>) et deuxièmes (I2(ti), I2(t2)) images,
- des moyens de traitement d'images (22) configurés pour détecter dans la première image (Il(ti), Il(t2)) au moins un point anatomique dudit au moins un individu, et pour détecter dans la deuxième image (I2(ti), I2(t2)) ledit au moins un point anatomique, lesdites moyens (22) étant en outre configurés pour déterminer pour chaque image les coordonnées bidimensionnelles ([x, y], [χ', y']) dudit point dans le repère image,
- un calculateur (23) configuré pour calculer, en fonction des coordonnées bidimensionnelles ([x, y], [χ' , y']) dudit au moins un point anatomique dans le repère image, les coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit point dans le repère monde afin de construire une image 3D, - un processeur (24) configuré pour déterminer en fonction des coordonnées tridimensionnelles (X, Y, Z) dudit au moins un point anatomique dans le repère monde au moins une grandeur caractéristique (GC) du mouvement et/ou de la posture dudit individu, et
ledit processeur (24) étant en outre configuré pour générer et enregistrer un signal numérique comprenant ladite au moins une grandeur caractéristique (GC) fournissant au praticien une aide dans l'analyse du mouvement et/ou de la posture dudit individu.
18. Système (100) selon la revendication 17 comportant des moyens informatiques configurés pour la mise en œuvre des étapes selon l'une quelconque des revendications 2 à 14.
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