Mise au point d’une chaîne de capture/ restitution stéréoscopique d’images couleurs : application à la conception d’interfaces adaptées aux déficients visuels

par Imad Benkhaled

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Dominique Lafon.

Soutenue le 23-11-2018

à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec Laboratoire de génie informatique et d'ingénierie de production (Nîmes) (laboratoire) .

Le président du jury était Patrick Lambert.

Le jury était composé de Dominique Lafon, Patrick Lambert, Edwige Pissaloux, Alexis Paljic, Alamin Mansouri, Isabelle Marc, Olivier Strauss.

Les rapporteurs étaient Edwige Pissaloux, Alexis Paljic.


  • Résumé

    Les travaux de cette thèse sont menés dans le cadre d’un projet porté par le centre de recherche LGI2P, (IMT Mines Ales). L’objectif final de ce projet vise à permettre le retour à l’emploi et à améliorer le quotidien des personnes malvoyantes atteintes de rétinite pigmentaire et de glaucome. Le dispositif final est conçu pour aider les personnes dans leurs activités en mobilité : détection d’obstacles, recherche d’indices visuels, en adressant les problèmes liés à l’éblouissement et à l’héméralopie dont souffrent ces utilisateurs potentiels.La contribution de cette thèse au projet se situe sur plusieurs plans. Tout d’abord, il était demandé de définir les paramètres caractérisant la vision résiduelle de chaque utilisateur. En effet, chaque patient a ses propres conditions de confort lumineux, qui dépendent en particulier de l’état d’avancement de sa pathologie : à chaque étape de l’évolution de leur maladie, les patients ont des limites spécifiques de luminosité minimale en dessous de laquelle ils ne perçoivent plus les détails dans une scène, et aussi de la luminosité maximale au-dessus de laquelle ils ressentent gêne et douleur. La définition de ces limitations en luminosité va permettre de paramétrer le dispositif et l’adapter à chaque utilisateur. Mais il n’existe pas de méthode pour mesurer ces niveaux de luminance limite. Nous avons donc participé à la conception et au développement de tests dédiés, et à la réalisation d’essais sur des sujets déficients visuels, dans le cadre d’un essai clinique piloté par le CHU de Nîmes et l’ARAMAV (institut spécialisé dans la rééducation fonctionnelle basse vision), pour l’aspect médical. Nous avons également proposé un nouveau test pour mesurer la sensibilité au contraste chromatique, toujours dans le but de mieux adapter les images affichées à la vision des utilisateurs.Nous avons ensuite travaillé sur la mise au point d’un prototype du dispositif (caméras et visiocasque de réalité virtuelle). Pour cela, nous avons dû choisir les équipements de capture et d’affichage d’images. Un travail de calibration colorimétrique sur ces équipements nous permet de relier grandeurs numériques (code RGB) et grandeurs physiques (luminance et chrominance). Cette étape est nécessaire pour réaliser les tests précités dans des conditions physiquement connues. Elle nous permet également de définir les caractéristiques physiques que devront posséder les équipements qui seront choisis pour réaliser le produit final, s’ils sont différents de ceux utilisés pendant nos travaux.Enfin, nous avons abordé la question des traitements à appliquer au signal capturé par la caméra. Nous avons proposé des traitements en temps réel sur la luminosité dans le but d’augmenter la luminosité dans les zones sombres de l’image et de baisser la luminosité dans les zones qui éblouissent le patient. Nous avons montré les limitations de l’imagerie classique et la nécessité de travailler sur des images HDR (high dynamic range) Nous avons comparé plusieurs méthodes pour permettre l’affichage de ces images HDR sur les écrans de plus faible dynamique, en recherchant les caractéristiques de l’image que ces méthodes doivent préserver au mieux, et en prenant en compte les performances visuelles des utilisateurs potentiels. Nous avons aussi proposé des traitements sur la couleur en augmentant le contraste et la saturation pour rendre les images mieux perceptibles par les patients qui souffrent de troubles de vision des couleurs.

  • Titre traduit

    Development of a capturing / rendering chain of stereoscopic color images : Application to the design of interfaces adapted to the Visually impaired


  • Résumé

    This thesis is part of a project conducted by the LGI2P research center (IMT Mines Ales). The project's final aim is to help people with vision disorders suffering from retinitis pigmentosa and glaucoma get back to work and improve their daily lives. The final device is designed to help people in their mobility activities: detecting obstacles, searching for visual signals, by addressing problems related to dazzling and haemeralopia affecting these potential users.The research of this thesis has several contributions to the project. First of all, parameters characterizing the residual vision of each user had to be defined. Indeed, each patient has his own light comfort conditions, which depend in particular on his pathology's progress: at each stage of the evolution of their disease, patients have specific minimum luminosity limits below which they no longer perceive the details in a scene, and also on the maximum luminosity above which they feel discomfort and pain. The definition of these limitations in luminosity will make it possible to parameterize the device and adapt it to each user. But there is no method to measure these limiting luminance levels. We have therefore participated in the design and development of specialized tests, and in the conduct of trials on visually impaired subjects, as part of a clinical trial led by the Nîmes University Hospital and the ARAMAV (institute specializing in low vision functional rehabilitation), for medical research. We have also proposed a new test to measure sensitivity to chromatic contrast, always with the aim of better adjusting the images displayed to users' vision.Then, we developed a prototype of the device (cameras and virtual reality video headset). In order to achieve these results, we had to choose the image capture and display equipment. A colorimetric calibration work on these equipments allowed us to link digital quantities (RGB code) and physical quantities (luminance and chrominance). This stage is required to perform the above tests under physically known conditions. It also allowed us to define the physical characteristics of the equipment that would be selected to produce the final product, whether they are different from those required during our work.Finally, we discussed the processing to be applied to the signal captured by the camera. We have proposed real-time brightness treatments to increase brightness in dark areas of the image and decrease brightness in areas that dazzle the patient. We have presented the limitations of conventional imaging and the necessity to work on HDR (high dynamic range) images. We have compared several methods to allow the display of these HDR images on screens with lower dynamic range, looking for the image characteristics that these methods should better preserve, and taking into consideration the visual performance of potential users. We have also suggested color treatments by increasing contrast and saturation to make images more perceptible to patients with color vision disorders.


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