État de l‟art sur le tremblement humain et sa modélisation

État de l’art sur le tremblement humain et sa modélisation

Les origines physiologiques

Le tremblement humain est défini par [15] comme une oscillation rythmique involontaire d‟un ou plusieurs membres du corps. Il est un mouvement naturel désordonné du corps humain [16]. Sa nature est très complexe puisqu‟il peut être physiologique ou pathologique ; visible ou invisible ; fin ou grossier ; à basse ou haute fréquence ; symétrique ou asymétrique ; se manifester au repos ou uniquement pendant une activité [17]. Toutes les personnes en bonne santé ont un tremblement dit physiologique, une littérature abondante existe à son sujet [15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24]. Le tremblement physiologique est bénin, de haute fréquence, avec de faibles amplitudes. Il est souvent invisible à l’œil nu, mais il peut devenir visible amplifié par la tenue d’une feuille de papier dans la main ou par le pointage d‟un laser sur une cible à une distance significative.

Concernant les tremblements pathologiques, de nombreuses études ont aussi été réalisées pour en connaitre leurs sources, leurs caractéristiques et leurs moyens de détection afin de soigner le patient. Par exemple en étudiant directement la réponse fréquentielle du tremblement, les chercheurs arrivent à en déduire le type de pathologie [25, 26]. Malgré l‟abondance de ces résultats, ces dernières études sont en dehors de notre spectre de recherche car trop spécifiques. Nous allons donc nous restreindre aux tremblements physiologiques présents dans chaque être humain. Suivant l‟état d‟activité des membres, les tremblements physiologiques peuvent être classés en deux groupes [17]. Les tremblements de repos et les tremblements d‟action. Les tremblements au repos sont définis lorsque le corps humain est complètement supporté, lorsqu‟il est compensé par la gravité. Les tremblements d’action sont définis lorsque les muscles du corps humain sont en contractions. Ils sont différenciés en tremblement de posture, tremblement isométrique, tremblement cinétique ou tremblement de tâche spécifique :

➤ Le tremblement de posture est visible lorsque le membre du corps maintient sa position contre la gravité, par exemple lorsque nous étendons devant nous le bras.
➤ Le tremblement isométrique est présent lorsque les muscles sont en contractions contre un objet stationnaire. Par exemple lorsque nous tenons un objet dans la main.
➤ Le tremblement cinétique paraît lorsqu‟il y a un mouvement volontaire du corps. Par exemple en déplaçant la main vers une cible.
➤ Le tremblement de tâche spécifique se manifeste lorsque le corps réalise une action particulière comme jouer d‟un instrument.

Ces tremblements physiologiques ont des origines encore imparfaitement connues des chercheurs. Celles qui sont présentées ci-dessous par [27] en sont les principales :
❖ La résonance mécanique qui est une oscillation passive mécanique des membres du corps. Elle provient de la réponse d‟absorption des différentes parties du corps à l‟injection du sang par le cœur. Suivant la raideur du muscle, sa masse, les membres du corps vont avoir une fréquence de résonnance particulière.
❖ Une oscillation dite centrale qui est produite à l‟origine par l’activité neuronale.
❖ L‟activité musculaire associée au fonctionnement de la boucle de contre réaction du système nerveux qui n‟est pas instantanée ni parfaite. Ce tremblement est  produit pendant l‟activation des muscles. Elle suit la séquence suivante : d‟abord le muscle agoniste initie le mouvement, puis le muscle antagoniste freine le mouvement et ainsi de suite.

En photographie, dans le cas d‟une prise de vue sans trépied, les types de tremblement mis en jeux sont le tremblement de posture et le tremblement isométrique afin de serrer et maintenir l‟appareil photo dans la position souhaitée. Ces tremblements proviennent de différentes sources présentées ci-dessus. Afin de modéliser ce tremblement, il est nécessaire d‟en connaitre ses caractéristiques.

Les caractéristiques du bougé humain

Méthodes de mesure et caractéristiques du tremblement physiologique

Différentes méthodes de mesure ont été développées pour mesurer le tremblement humain. Il existe des méthodes de notation de la force du tremblement, utilisées pour détecter une pathologie et son importance. Ainsi que des méthodes quantitatives pour mesurer finement le tremblement humain en matière d‟amplitude, de fréquence… Comme nous cherchons à modéliser précisément le tremblement humain, nous allons plutôt nous intéresser aux méthodes quantitatives. Plusieurs méthodes ont été développées par les chercheurs. Elles sont présentées ci-dessous avec leurs résultats liés aux tremblements physiologiques de la main. Ces méthodes doivent s‟appliquer dans la position du corps utilisée pour prendre des photos. Cette position particulière correspond à une position de posture.

Tablette Numérique 

Il existe des méthodes de mesure par tablette numérique [28]. Cette méthode consiste à enregistrer le déplacement du stylo en contact avec la tablette numérique lorsqu‟une personne rédige ou dessine des formes. Puis ces déplacements enregistrés sont ensuite traités et analysés de manière numérique pour en déduire les amplitudes et fréquences du tremblement. Ce type de mesure, étant avec contact, est mal adapté pour notre application qui est un bougé de posture sans contact.

Pointeur Laser 

Les méthodes basées sur des pointeurs lasers sont souvent utilisées par les chercheurs comme le témoignent un nombre important de travaux utilisant ces techniques. Une cible est utilisée pour mesurer l‟amplitude du tremblement. Pour cela, il est demandé au sujet de pointer le centre de la cible avec un pointeur laser. Un exemple de relevé d‟expérience similaire réalisée par [29] est présenté figure 7 pour un bougé d‟une durée de 5 secondes. Cette technique de mesure est adaptée pour mesurer les amplitudes des tremblements de la main, car elle est similaire aux conditions de prise de vue avec un appareil photo. Les travaux de [23], utilisant la méthode du pointeur laser avec la main, montrent que les déviations dues au tremblement pour une durée de 1 seconde est au minimum de 0,07° et au maximum de 0,28°. Avec, pour chaque sujet, des moyennes comprises entre 0,09° et 0,22°, suivant la position du bras.

Ces résultats mettent en évidence que le tremblement de la main a une forte composante rotationnelle. Il nous donne aussi des amplitudes de rotation minimum et maximum pendant un bougé. Contrairement à ce que l‟on peut penser, les travaux de [30] montrent que le fait de pouvoir regarder la cible et de demander au sujet de se concentrer pour réduire son tremblement va avoir l‟effet inverse : l‟augmentation de son tremblement. Cela est dû au fait que le sujet va avoir tendance à raidir les membres de son corps et ainsi à augmenter son tremblement.

Réflexion du laser 

La méthode basée sur la mesure laser est utilisée dans l‟étude du tremblement [22, 24]. Cette méthode permet une mesure précise du tremblement par la mesure de déplacement. Elle consiste à fixer une surface réflexive sur le membre à analyser (par exemple sur le bout d‟un doigt). Puis à envoyer un rayon laser sur cette partie et enfin enregistrer la déviation du rayon due au tremblement du membre. Cette mesure est bien adaptée pour connaitre précisément le tremblement de la main appliqué à la photographie, car elle est sans contact.

Accéléromètre

Les méthodes de mesure par accéléromètre comme dans [20, 19, 21, 31] ont été développées suite à l‟apparition, sur le marché, d‟accéléromètres intégrés, donc de faible masse et de faible encombrement. Cette méthode consiste à fixer des accéléromètres sur le membre à étudier, et à enregistrer l‟accélération due au tremblement du membre. Cette mesure est adaptée, car les accéléromètres miniatures fixés sur les membres ne gênent pas le tremblement du fait de leur faible masse.

Table des matières

Introduction Générale
Chapitre 1 Modélisation de l’impact du tremblement humain sur le flou de bougé
1.1 État de l‟art sur le tremblement humain et sa modélisation
1.1.1 Les origines physiologiques
1.1.2 Les caractéristiques du bougé humain
1.1.2.1 Méthodes de mesure et caractéristiques du tremblement physiologique
1.1.2.2 Caractéristiques du bougé de l‟appareil photo
1.1.2.3 Conclusion
1.1.3 Modèle de bougé dans la littérature
1.1.3.1 Modélisation du tremblement avec une approche mécanique
1.1.3.2 Modèle de déplacement linéaire
1.1.3.3 Modèle de marche aléatoire
1.1.3.4 Conclusion sur l‟insuffisance des modèles
1.2 Modèle de tremblement proposé
1.2.1 Hypothèses pour la construction d‟un nouveau modèle de tremblement adapté aux besoins
1.2.2 Notre modèle de tremblement physiologique de la main
1.2.2.1 Vue d‟ensemble
1.2.2.2 Détails
1.2.2.3 Conclusion
1.2.3 Notre modèle photographique du bougé
1.2.3.1 Du tremblement au bougé
1.2.3.2 Modèle du système optique
1.2.3.3 Modèle d‟intégration du bougé sur le capteur
1.3 Comparaison et validation
1.3.1 Comparaison subjective aux autres modèles
1.3.1.1 Formes de bougés
1.3.1.2 Comparaison aux sorties gyroscopes
1.3.2 Validation statistique
1.4 Conclusion sur notre modèle de génération de flous de bougé
1.4.1 Avantages et points nouveaux
1.4.2 Conclusion sur le modèle
Chapitre 2 Métrique de qualité d’image pour le flou de bougé
2.1 État de l‟art sur la qualité d‟image
2.1.1 Mesure liée à la perception visuelle
2.1.1.1 L‟homme comme seul juge
2.1.1.2 Les mesures psycho-visuelles développées
2.1.1.3 Conclusion et limitations des mesures psycho-visuelles
2.1.2 Mesures objectives
2.1.2.1 Positionnement du problème
2.1.2.2 Métriques orientés autofocus
2.1.2.3 Métriques orientées compression d‟image
2.1.2.4 Métriques généralistes
2.1.2.5 Métriques spécialisées dans le flou
2.1.2.6 Métriques orientées optiques de l‟œil
2.1.2.7 Métriques orientées chaîne de l‟image de l‟appareil photo
2.1.2.8 Conclusion et limites sur les métriques objectives existantes
2.2 Métrique de qualité proposée pour le flou de bougé
2.2.1 Limite des méthodes de l‟état de l‟art
2.2.2 Hypothèses pour la construction d‟une métrique de bougé
2.2.3 Fonctionnement de notre métrique
2.3 Expériences visuelles de validation de la métrique
2.3.1 1ère expérience de « just noticeable difference »
2.3.1.2 Résultats de la 1ère expérience JND
2.3.2 2ème expérience de règle de qualité ajustable
2.3.2.2 Résultats de l‟expérience et de la performance de prédiction de la métrique
2.3.2.3 L‟influence des conditions de visualisation
2.3.3 Application de la métrique au flou de bougé lors d‟une prise de vue
2.3.3.1 Ce que souhaite l‟utilisateur en terme de qualité d‟image
2.3.3.2 Du temps de pose au bougé sur l‟imageur
2.4 Conclusion sur la métrique de Qualité
Chapitre 3 Systèmes de stabilisation d’image
3.1 Etat de l‟art sur la stabilisation des images
3.1.1 Position du problème
3.1.2 Solution classique de stabilisation d‟images
3.1.3 Autres solutions de stabilisation existantes
3.1.4 Imageur rapide
3.2 Algorithmes et architectures économiques pour la stabilisation
3.2.1 Nouvelle approche pour l‟estimation de mouvement sans gyroscope
3.2.1.1 Méthodes d‟estimation de mouvement existantes basées sur l‟analyse d‟image
3.2.1.2 Apport du modèle de tremblement pour l‟estimation de mouvement
3.2.1.3 Description du système d‟estimation de mouvement sans gyroscope
3.2.2 Nouvelle approche pour la réduction du flou
3.2.3 Impact des nouvelles solutions sur l‟architecture de stabilisation
3.2.3.1 Architecture sans gyroscope avec système de stabilisation optique
3.2.3.2 Architecture sans gyroscope ni système de stabilisation optique
3.2.3.3 Architecture sans système de stabilisation optique avec gyroscope
3.2.4 Comparaison des performances de stabilisation des architectures
3.2.5 Conclusion et limitations
3.3 Nouveau paradigme : segmentation du temps de pose pour garantir la qualité de l‟image
3.3.1 Présentation de l‟architecture de stabilisation avec consigne de qualité
3.3.2 Résultats et conclusion
3.4 Conclusion sur les algorithmes de stabilisation priorisant la netteté
Conclusions et Contributions
Bibliographie

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