Soutenance mémoire
Les tests pour la détection des facultés affaiblies
Les policiers peuvent intercepter des conducteurs et les soumettre à différents tests dans le but de détecter les intoxications possibles par la consommation d’alcool ou de drogue ou de médicaments et leur capacité de conduire.
Les policiers ont plusieurs moyens pour intercepter les conducteurs qui ne sont pas en état de conduire, les tests effectués avec un appareil de détection du taux d’alcoolémie et les tests de coordination de mouvement sont effectués sur place et donnent des résultats fiables. Sur la base de ces tests et de ces observations, les policiers peuvent avoir des motifs raisonnables pour amener le conducteur au poste de police et faire des tests plus poussés (DRE) liés au comportement oculaire pour la détection de facultés affaiblies.
Test de la dilatation des pupilles
Les composants actifs des drogues agissent non seulement sur les neurotransmetteurs du cerveau mais peuvent également affecter l’organisme, ceci inclut les muscles des yeux et le tonus musculaire en général.La taille de la pupille peut se dilater jusqu’ à 8,5 mm et en temps normal est d’environ 2,5 à 5 mm et réagit à la lumière en changeant son diamètre pour autoriser plus ou moins de lumière à entrer dans l’oeil.
Certaines substances comme les dépresseurs du système nerveux central ralentissent le processus de contraction ou de dilatation de la pupille. Ainsi, l’ alcool, la cocaïne, la marijuana ou les amphétamines dilatent les pupilles, alors que les opiacés comme l’héroïne contractent les pupilles.
Ce test se déroule à la noirceur, alors que le policier utilise sa lampe de poche et examine ensuite les pupilles de l’individu sous trois types d’éclairages différents comme le montre la figure 3. Il mesure ensuite la grosseur de la pupille en fonction de l’exposition à ces différents éclairages.
Test de nystagmus horizontal
Le nystagmus est un mouvement saccadé involontaire, rapide et répétitif des yeux. En général, le mouvement peut être lent ou rapide, et touche généralement les deux yeux, il est observable lorsqu’une personne regarde vers l’extrême gauche ou l’extrême droite (nystagmus horizontal) mais aussi de haut en bas (nystagmus vertical) ou être circulaire (nystagmus rotatoire) [13] [14].
Le nystagmus horizontal et vertical devient généralement plus prononcé lorsqu’une personne est sous l’influence de l’alcool comme montré aux figures 4 et 5 et/ou d’une drogue. Le nystagmus peut dans certains cas plus rares être également provoqué par un problème médical sans aucun lien avec la consommation d’alcool ou de drogue.
Le policier désirant effectuer le test du nystagmus du regard horizontal et évaluer l’angle d’apparition du nystagmus doit vérifier si les yeux bougent simultanément et si les pupilles ont la même taille avant de procéder à ce test.
Une fois ces vérifications de base effectuées, le policier déplace un objet lumineux, habituellement une lampe de poche ou un crayon, devant les yeux du suspect comme le montre la figure 6. Il vérifie si il ya apparition d’un mouvement saccadé de l’oeil à moins de 45 degrés en regard latéral. Ensuite, il observe si le déplacement de l’oeil est fluide lorsqu’il se déplace d’un côté à l’autre selon l’axe horizontal, et si des saccades de l’oeil surviennent lorsque le regard se porte à l’extrême d’un côté et de l’autre. La procédure est similaire pour le nystagmus vertical, mais effectuée du bas vers le haut.
La présence d’un nystagmus est due à une intoxication par un type de drogue ou par l’alcool ou par certains médicaments [13].
Test de convergence
La convergence oculaire est un réflexe associé au mouvement des deux yeux vers le nez. L’évaluation de la convergence consiste à examiner la capacité de fixer un objet d’une manière à forcer l’angle de visée des yeux à se croiser.
Les drogues peuvent altérer la capacité de convergence, les dépresseurs dont l’alcool et les drogues de la famille du pep peuvent venir altérer la capacité de convergence des yeux.
Pour le déroulement du test de convergence, le policier doit détecter si les yeux du conducteur ne converge pas lorsqu’il essaie de suivre un stimulus qui se rapproche vers son nez.
Techniques de détection de la direction du regard
Différentes configurations et différentes méthodes algorithmiques ont été proposées pour estimer la direction du regard à partir du système visuel (position des yeux). Afin de concevoir un système de suivi du regard, il existe 4 composants à définir: la configuration, l’éclairage le modèle de l’oeil et le modèle d’orientation du regard.
Configurations
Il existe deux types de configurations pour la mise en place d’ un appareil de mesure des mouvements des yeux (oculomètre) :
• Un système non intrusif qui n’interagit pas avec l’utilisateur. Ce système est équipé d’une ou de plusieurs caméras qui sont orientées vers le visage de l’utilisateur de manière à capturer les mouvements de ses yeux. Dans cette configuration la position et les mouvements de la tête de l’utilisateur sont contraints. Une calibration par rapport à un écran d’ordinateur est nécessaire dans le but de permettre une interaction avec ce dernier.
• Un système porté permet d’estimer la direction du regard de l’utilisateur à tout instant, car il est fixe par rapport à la tête de la personne. L’oeil reste alors en permanence dans le champ de vision de la caméra.
Éclairage
L’ extraction visuelle de caractéristiques de l’oeil est réalisée avec un éclairage performant et dynamique, la totalité des systèmes de mesure des mouvements des yeux, soit fixes ou portés fonctionnent en lumière infrarouge.
Un éclairage prolongé en infrarouge peut poser un risque pour la santé et peut entraîner une surchauffe au niveau de la rétine et provoquer des dommages irréversibles [15]. Cependant, de nombreuses méthodes ont été proposées pour les systèmes de mesure des mouvements des yeux en éclairage visible pour des raisons de sécurité médicale [16].
Modèles de l’oeil
Afin d’estimer la direction du regard, il est nécessaire de définir un modèle de l’oeil et d’enextraire les caractéristiques associées. L’éclairage infrarouge permet d’obtenir une image contrastée de la pupille et donc permet de faciliter la détection et le suivi de la pupille, il existe plusieurs méthodes de suivi de la pupille notamment en appliquant des seuillages [18], une méthode basée sur la différence d’images en appliquant deux sources d’illumination infrarouge d’ orientation différentes [17].
L’algorithme Starburst [19] est certainement le plus connu pour les systèmes portés qui bénéficient d’une image de plus haute résolution, l’approche proposée commence par la localisation d’un point de départ au sein de la pupille, des rayons sont radialement propagés jusqu’à leur intersection avec le contour de la pupille comme montré à la figure 7(a). Ensuite, les points d’intersection sont transmis à un algorithme d’ajustement d’ellipse qui repose sur la méthode RANSAC [20] comme montré à la figure 7 (b).
Modèles de la direction du regard
L’estimation de la direction du regard nécessite la modélisation de la relation entre les données multi dimensionnelles extraites de l’image de l’oeil et la direction du regard [22], cette relation peut être obtenue par une fonction de régression pour les systèmes portés.
Les approches qui se basent sur les fonctions de régression consistent à établir une relation entre la position de la pupille de l’oeil et la direction du regard et ne nécessitent pas de calibration géométrique. En revanche, l’estimation de la position du regard se fait uniquement en suivant la pupille et en effectuant une calibration avec l’image de la caméra scène pour les systèmes de suivi des mouvements des yeux portés.
Afin de compenser les faibles mouvements de la tête, plusieurs méthodes ont été proposées.
Une de ces méthodes consiste à calculer la position relative du centre de la pupille et du reflet brillant d’une source lumineuse sur l’oeil (le reflet cornéen). À partir de ce vecteur la direction du regard est estimée en employant une régression linéaire, ou polynomiale pour prendre en compte la non-linéarité [23]. Une autre méthode a été proposée qui elle permet de faire l’apprentissage d’une régression polynomiale pour chaque dimension de l’espace du regard (voir eq. 1) [24] :
Méthodes de calibration existantes
Il existe deux approches de calibration principales, les méthodes basées sur les caractéristiques de l’oeil humain et les méthodes basées sur l’apparence de l’oeil.
Les méthodes basées sur les caractéristiques de l’oeil humain
Les méthodes basées sur les caractéristiques explorent les caractéristiques de l’oeil humain tels que l’ouverture et l’angle de champ de l’oeil pour identifier un ensemble de caractéristiques distinctives telles que la position et la taille de l’iris et de la pupille, qui sont ensuite utilisées pour l’estimation de la direction du regard.
Ces méthodes ont des problèmes de performances à l’extérieur ou sous une forte lumière ambiante. De plus, la précision de l’estimation de la direction du regard diminue lorsque les caractéristiques précises de l’iris et de la pupille ne sont pas disponibles.
Il existe deux types d’approches, une première basée sur un modèle (géométrique) et une seconde sur une interpolation (basées sur la régression) [25].
Méthodes basées sur la géométrie
Les approches basées sur la géométrie reposent sur des informations (métriques) nécessitant donc un modèle géométrique 3D global (extérieur à l’oeil), des sources de lumière, le positionnement et l’orientation de la caméra et un étalonnage de cette caméra pour estimer le vecteur de direction du regard (voir figure 9).
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Table des matières
Sommaire
Abstract
Avant-propos et remerciements
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Chapitre 1 Introduction
1.1 Quelques faits
1.2 Objectifs et contenus de ce mémoire
Chapitre 2 – Revue de littérature
2.1 Introduction
2.2 Les facultés affaiblies et la conduite automobile
2.2.1 Consommation d’alcool et performance au volant
2.2.2 Effets des principales drogues sur la capacité de conduire
2.2.3 Médicaments et la conduite automobiles
2.3 Les tests pour la détection des facultés affaiblies
2.3.1 Test de la dilatation des pupilles
2.3 .2 Test de nystagmus horizontal
2.3.3 Test de convergence
2.4 Techniques de détection de la direction du regard
2.4.1 Configurations
2.4.2 Éclairage
2.4.3 Modèles de l’oeil
2.4.4 Modèles de la direction du regard
2.5 Méthodes de calibration existantes
2.5.1 Les méthodes basées sur les caractéristiques de l’oeil humain
2.5.1.1 Méthodes basées sur la géométrie
2.5.1.2 Approches basées sur l’interpolation
2.5.2 Estimation du regard basée sur l’apparence de l’oeiL
2.6 Conclusion
Chapitres 3 : Méthodes expérimentales
3.1 Introduction
3.2 Open CV
3.3 Prototype matériel actuel
3.4 Techniques utilisées
3.4.1 Algorithmes généraux
3.4.1 .1 Algorithme du script exécuté pour effectuer le test du nystagmus horizontal
3.4.1.2 Algorithme du script exécuté pour effectuer le test de convergence
3.4.1.3 Traitement générique d’une séance de tests
3.4.1.4 Traitement de la vidéo de capture des tests du nystagmus horizontal et de la convergence amélioré dans la présente recherche
3.4.2 Détection des pupilles
3.4.2.1 Traitement des images pour la détection des pupilles avec Open CV (EMGU CV)
3.4.2.2 Traitement de la vidéo de capture pour la détection des pupilles avec Open CV (EMGU CV)
3.4.3 Méthode proposée pour calculer l’angle d’orientation du regard
3.5 Conclusion
Chapitre 4 Résultats et discussion
4.1 Introduction
4.2 Test de nystagmus horizontal
4.3 Test de convergence
4.4 Comparaison des résultats avec les travaux antérieurs
4.4 Conclusion
Chapitre 5 Conclusion
Références
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