FR3006757A1 - Procede pour caracteriser un objet d'interet en interaction avec une interface de mesure, et dispositif mettant en oeuvre le procede - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé pour caractériser un objet d'intérêt (1) en interaction avec une interface de mesure (2), comprenant des étapes (i) d'acquisition d'une distribution spatiale de mesures représentative de la distance (3) entre l'objet d'intérêt (1) et une pluralité de points de mesure de l'interface de mesure (2), (ii) de détermination d'une position estimée de l'objet d'intérêt (1) relativement à l'interface de mesure (2), et (iii) de détermination d'au moins une caractéristique supplémentaire de l'objet d'intérêt parmi une caractéristique dimensionnelle et une caractéristique de positionnement angulaire (8, 23) relativement à l'interface de mesure (2). L'invention concerne aussi un dispositif d'interface et un appareil implémentant le procédé.

Description

« Procédé pour caractériser un objet d'intérêt en interaction avec une interface de mesure, et dispositif mettant en oeuvre le procédé » Domaine technique La présente invention concerne un procédé pour caractériser un objet d'intérêt en interaction avec une interface de mesure, qui permet de déterminer des informations sur la dimension et/ou le positionnement 10 angulaire de l'objet. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des interfaces homme-machine tactiles et sans contact. Etat de la technique antérieure De nombreux appareils de communication et de travail utilisent des 15 interfaces de mesure tactile ou sans contact comme interface homme-machine pour entrer des commandes. Ces interfaces peuvent notamment prendre la forme de pads ou d'écrans tactiles. On les trouve par exemple dans des téléphones mobiles, des smartphones, des ordinateurs à écran tactile, des pads, des PC, des souris, des dalles tactiles et des écrans géants 20 Ces interfaces utilisent fréquemment les technologies capacitives. La surface de mesure est équipée d'électrodes conductrices reliées à des moyens électroniques qui permettent de mesurer la variation des capacités apparaissant entre des électrodes et l'objet à détecter pour effectuer une commande. 25 Il est possible de réaliser des électrodes transparentes, qui permettent de superposer une interface sur un écran d'affichage, par exemple de smartphone. La plupart de ces interfaces sont tactiles, c'est-à-dire qu'elles peuvent détecter le contact d'un ou de plusieurs objet(s) d'intérêt ou de commande 30 (tels que des doigts ou un stylet) avec la surface de l'interface. Il se développe de plus en plus d'interfaces gestuelles ou sans contact, qui sont en mesure de détecter des objets de commande à une plus grande distance de l'interface, sans contact avec la surface. Le développement d'interfaces sans contact nécessite la mise en oeuvre 35 de techniques de mesure capacitive de très grande sensibilité et offrant une -2- grande immunité aux perturbations de l'environnement. En effet, la capacité qui se crée entre des électrodes de mesure capacitive de l'interface et des objets de commande est inversement proportionnelle à la distance qui les sépare.

On connaît par exemple le document FR 2 756 048 de Rozière qui divulgue un procédé de mesure capacitive qui permet de mesurer la capacité et la distance entre une pluralité d'électrodes indépendantes et un objet à proximité. Cette technique permet d'obtenir des mesures de capacité entre les électrodes et les objets avec une résolution et une sensibilité élevées, permettant de détecter par exemple un doigt à plusieurs centimètres voire à dix centimètres de distance. La détection peut se faire dans l'espace en trois dimensions mais également sur une surface, appelée surface de mesure. De manière classique, l'information recherchée et exploitée par les interfaces sans contact est limitée à la localisation dans l'espace de l'objet de commande. Les mesures fournies par les capteurs sont analysées pour déterminer une position équivalente ou moyenne de cet objet de commande, par exemple sous la forme d'un point de coordonnées (x,y,z) dans l'espace, et/ou d'un point de coordonnées (x,y) dans une surface ou un plan de référence de l'interface de mesure. Pour certaines applications, il peut être utile d'obtenir des informations supplémentaires sur l'objet de commande, tel que son positionnement angulaire relativement à la surface de mesure, ou une dimension. Or ces informations ne sont en général pas disponibles avec les interfaces actuelles.

Une connaissance de ces informations peut permettre d'enrichir l'information transmise à l'interface homme-machine concernant le geste de l'utilisateur, par exemple pour améliorer la précision de sa détection. En outre, certaines interfaces de commandes (par exemple de smartphones ou de tablettes) sont conçues pour permettre l'entrée de commandes avec un doigt ou un stylet. Dans ce cas le stylet est utilisé pour des actions précises, telles que l'écriture. Lorsqu'il est nécessaire de distinguer les actions des doigts et du stylet (qui peuvent par exemple correspondre respectivement à des commandes et à de l'écriture manuscrite ou du dessin), des technologies de stylets actifs doivent être utilisées. -3- Il y a donc un besoin pour une méthode de détection qui permette d'identifier l'objet utilisé, de telle sorte par exemple à distinguer un doigt d'un stylet. Un objet de la présente invention est de proposer un procédé pour 5 caractériser un objet d'intérêt (utilisé comme objet de commande), c'est-à-dire obtenir des informations supplémentaire au-delà de sa simple localisation dans l'espace. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé pour déterminer le positionnement angulaire d'un objet d'intérêt. 10 Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé pour déterminer une dimension d'un objet d'intérêt. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé permettant d'identifier la nature d'un objet d'intérêt, de telle sorte par exemple à distinguer un doigt d'un stylet. 15 Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec un procédé pour caractériser un objet d'intérêt en interaction avec une interface de mesure, comprenant des étapes : - d'acquisition d'une distribution spatiale de mesures représentative de la 20 distance entre l'objet d'intérêt et une pluralité de points de mesure de l'interface de mesure, - de détermination d'une position estimée de l'objet d'intérêt relativement à l'interface de mesure à partir de ladite distribution spatiale de mesures, 25 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de détermination d'au moins une caractéristique supplémentaire de l'objet d'intérêt parmi une caractéristique dimensionnelle et une caractéristique de positionnement angulaire relativement à l'interface de mesure, en utilisant une fonction prenant en compte ladite position estimée et ladite distribution spatiale de 30 mesures. Les mesures représentatives de la distance peuvent comprendre tout type de mesures permettant de déduire une information de distance entre l'objet d'intérêt et l'interface de mesure. Elles peuvent comprendre notamment : 35 - des mesures de distances ; -4- - des mesures d'une grandeur physique variable avec la distance, et/ou permettant de déduire une distance. Il peut s'agit par exemple de mesures d'une capacité électrique entre l'objet d'intérêt et des capteurs. La distribution spatiale de mesures peut correspondre à un ensemble de 5 mesures P(x,y) représentatives de la distance entre l'objet d'intérêt et une pluralité de points de mesure attachés à une surface de référence de l'interface de mesure. Ces points de mesure peuvent correspondre par exemple à des positions de coordonnées (x,y) dans un système de référence (en coordonnées planes ou curvilignes) associé à une surface de référence de 10 l'interface de mesure. Les distances entre l'objet d'intérêt et les points de mesure peuvent être estimées selon des directions sensiblement perpendiculaires à cette surface de référence au point de mesure. La surface de référence peut être plane. Elle peut également être approximée localement par un plan. On peut alors considérer, sans perte de 15 généralité, que la surface de référence est un plan de référence. La position estimée de l'objet d'intérêt peut être obtenue en utilisant toute méthode connue de l'homme du métier. Sa détermination peut par exemple comprendre : - un calcul de centre de gravité ou de centroide de la distribution spatiale 20 de mesures, - une moyenne pondérée de cette distribution, - la recherche d'un extrémum local de cette distribution (tel que le point de l'objet d'intérêt le plus proche de la surface de référence), - une déconvolution de la distribution spatial de mesures par une 25 réponse impulsionnelle (de l'objet, des capteurs), ... De manière générale, cette position estimée peut comprendre un point de coordonnées (xc,yc) dans la surface de référence de l'interface de mesure. Cette position estimée peut également comprendre une distance estimée Pc(xc,yc) de l'objet d'intérêt relativement à la surface de référence de 30 l'interface de mesure, également déduite de la distribution spatiale de mesures de distances. La fonction prenant en compte la position estimée et la distribution spatiale de mesures peut être une fonction permettant d'effectuer une analyse de la distribution spatiale de mesures centrée sur la position estimée 35 et/ou selon une symétrie circulaire par rapport à la position estimée. -5- Suivant des modes de mise en oeuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de détermination d'une caractéristique supplémentaire de l'objet d'intérêt qui est une caractéristique de positionnement angulaire relativement à l'interface de mesure. le procédé selon l'invention peut alors comprendre la détermination d'au moins un coefficient d'asymétrie représentatif du positionnement angulaire de l'objet d'intérêt relativement à une surface de référence de l'interface de mesure, comprenant une étape de projection de la distribution spatiale de mesures sur au moins une fonction de base harmonique en coordonnées circulaires définie sur ladite surface de référence et centrée sur la position estimée de l'objet d'intérêt dans ladite surface de référence. L'au moins une fonction de base peut comprendre : - une fonction exponentielle complexe dont l'argument comprend un terme correspondant à une orientation angulaire relativement au centre de 15 ladite fonction de base ; - un terme de confinement tendant vers zéro lorsque l'on s'éloigne de son centre. La fonction exponentielle complexe peut bien entendu être exprimée sous la forme de fonctions trigonométriques correspondant à sa projection sur 20 des axes réels et imaginaires. L'au moins une fonction de base peut également comprendre un produit des termes suivants : - un terme de confinement A(ro), où ro est une distance par rapport au centre de ladite fonction de base, et 25 - un terme exponentiel complexe e-1". , où i est l'unité imaginaire, n est un nombre entier et 00 correspond à une orientation angulaire relativement au centre de ladite fonction de base. Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre des étapes : - de calcul d'un produit scalaire entre la distribution spatiale de mesures 30 et au moins une fonction de base, et - de détermination du coefficient d'asymétrie à partir dudit produit scalaire. Le produit scalaire peut être calculé en une pluralité de points de mesure situés à égale distance de la position estimée de l'objet d'intérêt. -6- Ces points peuvent constituer un cercle dans la surface de référence centré sur la position estimée de l'objet d'intérêt. Ils peuvent être répartis angulairement de manière sensiblement uniforme. Le produit scalaire peut également être calculé en une pluralité de points 5 répartis selon une pluralité de cercles concentriques dans la surface de référence, centré sur la position estimée de l'objet d'intérêt. Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre au moins l'une des étapes suivantes : - une détermination d'une orientation angulaire de l'objet d'intérêt dans 10 la surface de référence de l'interface de mesure en utilisant l'argument du coefficient d'asymétrie, - une détermination d'un angle d'incidence de l'objet d'intérêt relativement à ladite surface de référence de l'interface de mesure en utilisant le module du coefficient d'asymétrie. 15 Suivant des modes de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre des étapes : - de détermination de relations de calibration entre des valeurs de coefficient d'asymétrie et des valeurs d'orientation angulaire et/ou d'angle d'incidence obtenues à partir de mesures de calibration effectuées avec un 20 objet de référence, et - d'utilisation desdites relations de calibration pour calculer l'orientation angulaire et/ou de l'angle d'incidence de l'objet d'intérêt à partir du coefficient d'asymétrie. Suivant des modes de mise en oeuvre, le procédé selon l'invention peut 25 comprendre une étape de détermination d'une caractéristique supplémentaire de l'objet d'intérêt qui est une caractéristique dimensionnelle de cet objet d'intérêt. Le procédé selon l'invention peut alors comprendre la détermination d'un coefficient de taille représentatif d'une dimension de l'objet d'intérêt, laquelle 30 comprenant des étapes : - de détermination d'au moins une valeur minimale de la distribution spatiale de mesures dans au moins un ensemble de points de mesure situés à égale distance de la position estimée de l'objet d'intérêt, -7- - de comparaison de ladite ou desdites valeur(s) minimale(s) avec la valeur de la distribution spatiale de mesures à la position estimée de l'objet d'intérêt. Cette caractéristique dimensionnelle ou cette dimension peut être 5 représentative d'une dimension transverse de l'objet d'intérêt, telle qu'une section ou un diamètre. Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre : - une étape de calcul d'une valeur minimale moyenne correspondant à une moyenne pondérée d'une pluralité de valeurs minimales de la distribution 10 spatiale de mesures déterminées à différentes distances de la position estimée de l'objet d'intérêt avec des coefficients de pondération constants ou décroissants avec lesdites distances. - une étape de calcul d'une différence entre une valeur minimale ou une valeur minimale moyenne et la valeur de la distribution spatiale de mesures à 15 la position estimée de l'objet d'intérêt. Suivant des modes de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre des étapes : - de détermination de relations de calibration entre des coefficients de taille et la section d'un objet d'intérêt, obtenues à partir de mesures de 20 calibration effectuées avec un objet de référence, - d'utilisation desdites relations de calibration pour calculer la section de l'objet d'intérêt à partir du coefficient de taille. Suivant des modes de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape d'identification de l'objet d'intérêt parmi un 25 ensemble d'objets connus en utilisant le coefficient de taille. Cet ensemble d'objets connus peut par exemple comprendre un doigt et un stylet. Le procédé selon l'invention peut notamment comprendre en outre une étape de détermination si objet d'intérêt correspond à un stylet. 30 Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape de calcul d'un point de visée dans le prolongement de l'objet d'intérêt sur l'interface de mesure, en exploitant une caractéristique de positionnement angulaire de l'objet d'intérêt préalablement déterminée. Cela permet par exemple d'améliorer la précision avec laquelle un 35 utilisateur peut désigner un point avec son doigt sur une interface de mesure -8- ou de contrôle, en particulier lorsque le doigt est très incliné par rapport à la surface. Dans ces conditions, du fait de la forme et de l'épaisseur du doigt, la position estimée à partir de la distribution spatiale de mesures de distances se trouve dans une zone sous le doigt, donc invisible pour l'utilisateur. A l'inverse, le point de visée calculé avec le procédé de l'invention est dans le prolongement du doigt, et correspond à la zone que l'utilisateur désigne. L'étape de calcul d'un point de visée peut être exécutée seulement lorsqu'une caractéristique dimensionnelle de l'objet d'intérêt préalablement calculée remplit une condition prédéterminée par rapport à une valeur de 10 seuil. Cette condition prédéterminée peut être que la caractéristique dimensionnelle de l'objet d'intérêt préalablement calculée est supérieure à une valeur de seuil. Dans ce cas, l'étape de calcul d'un point de visée n'est exécutée que 15 pour des objets d'intérêt assez gros (par exemple des doigts) qui masquent la surface de l'interface de mesure et rendent difficile le pointage. A l'inverse, si l'utilisateur approche un stylet (plus fin qu'un doigt, donc avec une caractéristique dimensionnelle inférieure à une valeur de seuil permettant par exemple de distinguer un stylet d'un doigt) de l'interface de mesure, la pointe 20 du stylet ne masque pas la position estimée à partir de la distribution spatiale de mesures de distances et on considère qu'il n'est pas nécessaire de calculer un point de visée. Cette condition prédéterminée peut aussi être que la caractéristique dimensionnelle de l'objet d'intérêt préalablement calculée est inférieure à une 25 valeur de seuil. Dans ce cas, l'étape de calcul d'un point de visée n'est exécutée que pour des objets d'intérêt assez fins, tels que des stylets. On peut ainsi améliorer le confort d'utilisation pour des applications précises telles que de l'écriture ou du dessin. 30 Plus généralement, suivant les modes de mise en oeuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre : - la détermination de l'une seulement des deux caractéristiques : dimensionnelle ou de positionnement angulaire ; - la détermination des deux caractéristiques : dimensionnelle et de 35 positionnement angulaire ; -9- - la détermination d'une première caractéristique, et selon des critères appliqués à cette première caractéristique, la détermination de la seconde caractéristique. Par exemple, une détermination d'une caractéristique dimensionnelle 5 peut permettre de déterminer si l'objet d'intérêt est un doigt ou un stylet (de plus faible section qu'un doigt). Ensuite plusieurs cas de figure peuvent se produire, notamment : - on peut choisir de déterminer la caractéristique de positionnement angulaire uniquement si l'objet d'intérêt est un doigt, par exemple pour 10 calculer un point de visée ; - on peut choisir de déterminer la caractéristique de positionnement angulaire uniquement si l'objet d'intérêt est un stylet, par exemple pour ajuster des styles ou des épaisseurs de traits dabs des applications de dessin ou d'écriture ; 15 - on peut choisir de déterminer la caractéristique de positionnement angulaire dans les deux cas, et l'exploiter de manière éventuellement différente. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif d'interface comprenant : 20 - une interface de mesure, - une pluralité de capteurs aptes à produire des informations de distance entre au moins un objet de d'intérêt et une pluralité de points de mesure de ladite interface de mesure, de telle sorte à produire une distribution spatiale de mesures, et 25 - des moyens de calcul aptes à permettre une caractérisation de l'objet d'intérêt selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes. Le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre des capteurs capacitifs répartis selon une matrice de points sur l'interface de mesure. 30 Il peut comprendre des capteurs capacitifs et une interface de mesure sensiblement transparents. Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un appareil de l'un des types suivants : ordinateur, téléphone, smartphone, tablette, écran d'affichage, borne, comprenant un dispositif d'interface selon 35 l'invention. -10- Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la Fig. 1 illustre une vue transversale d'une interface de mesure mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, - la Fig. 2 illustre un exemple de mode de réalisation d'une électronique de détection capacitive dans une interface de mesure mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, - les Fig. 3(a)-(c) illustrent une vue de dessus d'une interface de mesure mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, avec des distributions spatiales de mesures représentatives de la distance entre un objet d'intérêt et cette interface de mesure pour, respectivement, Fig. 3(a) un objet perpendiculaire à l'interface de mesure, Fig. 3(b) un objet légèrement incliné, et Fig. 3(c) un objet fortement incliné. On va décrire un exemple non limitatif de mode de réalisation d'une interface de mesure capacitive utilisée comme interface de commande et adaptée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Une telle interface de mesure est notamment adaptée à la réalisation d'interfaces de commande tactiles et sans contact, ou d'interfaces homme-machine, pour des systèmes ou des appareils tels que des téléphones portables (smartphones), des tablettes, des ordinateurs ou des dalles de commande. En référence à la figure 1, l'interface de mesure 2 comprend une surface 25 de détection 4 pourvue d'électrodes de mesure capacitives 5. Dans le mode de réalisation présenté, la surface de détection 4 est une surface plane. On peut considérer, sans perte de généralité, que cette surface de détection 4 constitue la surface de référence, ou le plan de référence, de l'interface de mesure 2. 30 Les électrodes de mesure 5 sont réalisées dans un matériau conducteur sensiblement transparent, tel que par exemple de l'ITO (oxyde d'indium-étain) déposé sur un matériau diélectrique (verre ou polymère). Elles sont superposées à un écran d'affichage, par exemple de type TFT (transistor à couches minces) ou OLED (diodes électroluminescentes organiques).

Les électrodes de mesure 5 peuvent détecter la présence et/ou la distance d'au moins un objet d'intérêt 1, qui est aussi un objet de commande 1, dans une zone de mesure. De préférence, les électrodes de mesure 5 et leur électronique associée sont configurées de telle sorte à permettre la détection simultanée de plusieurs objets 1. La position de l'objet 1 ou des objets 1 sur la surface de détection 4 est déterminée à partir de la position (sur cette surface de détection 4) des électrodes de mesure 5 qui détectent les objets 1. La distance 3, ou du moins une information représentative de la distance 10 3, entre les objets 1 et la surface de détection est déterminée à partir de mesures du couplage capacitif entre les électrodes 5 et les objets 1. Une ou plusieurs électrodes de garde 6 sont positionnées selon la face arrière des électrodes de mesure 5, relativement à la zone de détection des objets 1. Elles sont également réalisées dans un matériau conducteur 15 sensiblement transparent, tel que par exemple de l'ITO (oxyde d'indium-étain), et sont séparées des électrodes de mesure 5 par une couche en matériau diélectrique. En référence à la figure 2, les électrodes de mesure 5 sont reliées à des moyens électroniques de mesure capacitive 17. 20 Ces moyens électroniques de mesure capacitive 17, dans le mode de réalisation de la figure 2, sont réalisés sous la forme d'un système de mesure capacitive en pont flottant tel que décrit par exemple dans le document FR 2 756 048 de Rozière. Le circuit de détection comprend une partie dite flottante 16 dont le 25 potentiel de référence 11, appelé potentiel de garde 11, oscille par rapport à la masse 13 du système global, ou à la terre. La différence de potentiel alternative entre le potentiel de garde 11 et la masse 13 est générée par une source d'excitation, ou un oscillateur 14. Les électrodes de garde 6 sont reliées au potentiel de garde 11. 30 La partie flottante 16 comprend la partie sensible de la détection capacitive, représentée sur la figure 2 par un amplificateur de charge. Elle peut bien entendu comprendre d'autres moyens de traitement et de conditionnement du signal, y compris numériques ou à base de microprocesseur, également référencés au potentiel de garde 11. Ces moyens -12- de traitement et de conditionnement permettent par exemple de calculer des informations de distance et de pression à partir des mesures capacitives. L'alimentation électrique de la partie flottante 16 est assurée par des moyens flottants de transfert d'alimentation 15, comprenant par exemple des 5 convertisseurs DC/DC. Ce système de mesure capacitive permet de mesurer une information de capacité entre au moins une électrode de mesure 5 et un objet de commande 1. L'objet de commande 1 doit être relié à un potentiel différent du 10 potentiel de garde 11, tel que par exemple le potentiel de masse 13. On se retrouve bien dans cette configuration lorsque l'objet de commande 1 est un doigt d'un utilisateur dont le corps définit une masse, ou un objet (tel qu'un stylet) manipulé par cet utilisateur. Un ensemble de commutateurs ou de switchs analogiques 10, pilotés par 15 des moyens de contrôle électroniques, permet de sélectionner une électrode de mesure 5 et de la relier à l'électronique de détection capacitive 17 pour en mesurer la capacité de couplage avec l'objet 1. Les switchs 10 sont configurés de telle sorte qu'une électrode de mesure 5 est reliée soit à l'électronique de détection capacitive 17, soit au potentiel de garde 11. 20 La partie sensible de la détection est protégée par un blindage de garde 12 relié au potentiel de garde 11. Ainsi, une électrode de mesure 5 reliée par un switch 10 à l'électronique de détection capacitive 17 (ou électrode de mesure active 5) est environnée par des plans de garde constitués au moins pour partie par des électrodes de 25 mesure 5 inactives et par des électrodes de garde 6 reliées au potentiel de garde 11. Comme l'électrode de mesure active 5 est également au potentiel de garde 11, on évite ainsi l'apparition de capacités parasites entre cette électrode et son environnement, de telle sorte que seul le couplage avec 30 l'objet d'intérêt soit mesuré avec une sensibilité maximale. L'électronique flottante 16 est reliée en sortie à l'électronique du système 18 référencée à la masse par des liaisons électriques compatibles avec la différence de potentiels de référence. Ces liaisons peuvent comprendre par exemple des amplificateurs différentiels ou des 35 optocoupleurs. -13- En référence aux Fig. 3(a)-(c), lorsqu'un objet d'intérêt 1 approche de l'interface de mesure 4, il s'établit entre cet objet 1 et les électrodes de mesure 5 un couplage capacitif qui dépend de la distance 3 qui les séparent, et donc des positions respectives des électrodes 5 sur la surface de détection 4. On obtient ainsi une distribution spatiale de mesures 20 représentative de la distance entre l'objet d'intérêt 1 et une pluralité de points de mesure de l'interface de mesure 2. Ces points de mesure correspondent, dans le mode de réalisation présenté, à la position des électrodes 5 sur la surface de détection 4.

La distribution spatiale de mesures 20 permet de localiser l'objet 1 relativement à la surface de détection 4. Suivant des aspects avantageux de l'invention, cette distribution spatiale de mesures 20 permet également d'obtenir des informations sur : - des caractéristiques dimensionnelles de l'objet 1, telles que sa section ; - le positionnement angulaire de l'objet 1 relativement à l'interface de mesure 2 ou à la surface de détection 4. Le positionnement angulaire de l'objet 1 relativement à l'interface de mesure 2 peut être décrit notamment par : - un angle d'incidence 8, défini par exemple entre l'objet 1 et une 20 normale à la surface de détection 4 comme illustré à la Fig. 1 ; - une orientation angulaire 23 de la projection de cet objet 1 sur la surface de détection 4 (par rapport par exemple à un axe d'un système de coordonnées associé à cette surface). Les Fig. 3(a)-(c) illustrent des exemples de distributions spatiales de 25 mesures 20 obtenues pour des objets 1 rectilignes allongés (tels que des stylets ou des doigts), pour différents angles d'incidence 8 : - la Fig. 3(a) illustre une distribution spatiale de mesures 20 obtenue lorsque l'objet 1 est positionné de manière sensiblement perpendiculaire à la surface de détection 4, soit avec un angle d'incidence 8 proche de zéro. Dans 30 ce cas, la distribution spatiale de mesures 20 a une forme essentiellement circulaire ; - la Fig. 3(b) illustre une distribution spatiale de mesures 20 obtenue lorsque l'objet 1 est positionné avec un angle d'incidence 8 faible. Dans ce cas, la distribution spatiale de mesures 20 présente une forme sensiblement 35 allongée selon un axe correspondant à l'orientation angulaire 23 de l'objet 1 ; -14- - la Fig. 3(c) illustre une distribution spatiale de mesures 20 obtenue lorsque l'objet 1 est positionné avec un angle d'incidence 8 élevé. L'allongement est plus prononcé. La Fig. 3(c) illustre en outre un cas où la distribution spatiale de mesures 20 est tronquée par l'étendue limitée de la surface de détection 4. Comme expliqué précédemment, on considère la surface de détection 4 comme un plan de référence 4, et on lui associe un système de coordonnées (X, Y). On va maintenant décrire en détail le procédé selon l'invention.

A partir des mesures brutes issues des capteurs 5, on détermine dans un premier temps au moins une distribution spatiale de mesures 20 correspondant à au moins un objet d'intérêt 1. Dans le cas où plusieurs objets d'intérêt 1 sont détectés simultanément, les mesures peuvent être segmentées en une pluralité de distributions spatiales de mesures 20, par exemple par seuillage des mesures de distance. Ces distributions spatiales de mesures 20 peuvent ensuite être traitée indépendamment. On note P(x,y) une distribution spatiale de mesures 20, où x et y sont les coordonnées des points de mesures correspondant dans le plan de référence 20 4. On détermine ensuite une position estimée 21 de l'objet d'intérêt dans le plan de référence 4. Cette position estimée 21 correspond à un point de coordonnées (x,, y,) dans le plan de référence 4. Pour cela, la façon la plus simple est de déterminer le point 7 25 correspondant à un minimum local de distance dans la distribution spatiale de mesure 20. Pour améliorer la précision, on peut également calculer le barycentre ou le centre de gravité de la distribution spatiale de mesure 20 prise dans sa totalité ou au voisinage d'un minimum local préalablement déterminé, en 30 affectant à chaque point (x,y) considéré un poids correspondant à la distance P(x, y). Positionnement angulaire On va maintenant décrite un premier aspect de l'invention qui concerne la détermination du positionnement angulaire de l'objet 1 relativement à 35 l'interface de mesure 2. -15- Pour cela, on effectue une mesure de l'asymétrie de la distribution spatiale de mesures 20. L'orientation angulaire 23 peut alors être assimilée à une direction privilégiée de cette asymétrie, et l'angle d'incidence 8 à un niveau d'asymétrie.

La mesure de l'asymétrie est effectuée en calculant une projection de la distribution spatiale de mesures 20 sur au moins une fonction de base définie dans le plan de référence 4, afin de déterminer un coefficient d'asymétrie. Ce coefficient d'asymétrie est complexe dans le cas général. Les fonctions de base utilisées pour cette projection sont de la forme 10 générale suivante : Fn(ro, 00) = A (ro)e in60. (Eq. 1) Les variables sont définies comme suit : - ro est la distance entre le point de coordonnées (x,y) et la position estimée de l'objet 1 (xc,yc) : 15 ro = \bc02 yo2 ; (Eq. 2) - 00 est la direction ou l'orientation angulaire du point de coordonnées (x,y) relativement à la position estimée de l'objet 1 (xc,Yc) : 00 = atan2(xo, yo) ; (Eq. 3) - (xo, yo) sont les coordonnées relatives à la position estimée ()cc, yc) de 20 l'objet 1 dans le plan de référence 4 : xo = x -xc , (Eq. 4) Yo =Y-Yc - i est l'unité imaginaire (i2 = -1) ; - n est un nombre entier. 25 Le terme radial A(ro) est un terme de confinement qui tend vers zéro ou qui s'annule au moins pour des distances ro supérieur à une distance limite (par rapport à la position estimée 21 de l'objet 1). Cette distance limite peut correspondre par exemple à la largeur de la zone affectée par la présence de l'objet d'intérêt 1, ou d'une zone où les 30 mesures de distances sont considérées comme significatives. En pratique, ce terme A(ro) est choisi non nul pour certains points correspondant à certaines valeurs de ro autour de la position estimée 21 de l'objet 1, ou dans un voisinage de cette position estimée 21, et nul ailleurs. -16- Ces fonctions de base Fn(r0,00) choisies sont donc des fonctions harmoniques en coordonnées circulaires (r, 0). Pour calculer la projection de la distribution spatiale de mesures 20 sur une fonction de base F, et ainsi déterminer le coefficient d'asymétrie Zn, on 5 calcule un produit scalaire normalisé de cette distribution spatiale de mesure P et de la fonction de base choisie F, : Zn = EJ P(x,, 37,) xc, 37,)/E, 1F0(x,, xc, yc)12 (Eq. 5) Ce coefficient d'asymétrie Zn est calculé sur un ensemble de points (x,, y,) autour de la position estimée 21 de l'objet 1 : 10 - il peut être calculé par exemple dans un voisinage de respectivement Nx points selon l'axe X et Ny points selon l'axe Y, auquel cas on a j = 1 ...NxNy ; - il peut également être calculée sur un nombre plus restreint et judicieusement choisi de points pour optimiser les temps de calcul. Le terme au dénominateur du coefficient d'asymétrie Zn est un terme de 15 normalisation. F0 est une fonction de base calculée avec n = 0, donc qui ne dépend pas de 00. La projection de la distribution spatiale de mesures 20 sur une fonction de base F1, c'est-à-dire F, avec n = 1, a des propriétés particulièrement avantageuses. En effet, on obtient un coefficient d'asymétrie Z1 dont : 20 - l'angle ou l'argument est représentatif de la direction privilégiée de la distribution spatiale de mesures 20, et donc fournit une information sur l'orientation angulaire de l'objet d'intérêt 1 dans le plan de référence 4 ; - le module est représentatif du degré d'asymétrie de la distribution spatiale de mesures 20, et donc fournit in fine une information sur l'angle 25 d'incidence du doigt. Il est ensuite nécessaire de construire une relation de passage entre le coefficient d'asymétrie Z1 et les caractéristiques de positionnement angulaire de l'objet d'intérêt 1, telles que son orientation angulaire 23 et son angle d'incidence 8. 30 En effet : - l'angle ou l'argument du coefficient d'asymétrie Z1 correspond en théorie à l'orientation angulaire 23 de l'objet d'intérêt 1, mais il peut être entaché d'erreurs dues par exemple aux effets de bord si l'objet d'intérêt 1 -17- est proche du bord de la surface de détection 4, ou à des défauts d'homogénéité des capteurs 5 ; - le module du coefficient d'asymétrie Z1 fournit une indication indirecte sur angle d'incidence 8.

En pratique, cette relation de passage est obtenue par calibration. Dans une étape préalable, des mesures sont effectuées avec au moins un objet de référence pour un ensemble de points de la surface de détection 4, et pour un ensemble de positionnements angulaires représentatifs. Le coefficient d'asymétrie Z1 est également calculé.

On en déduit des relations qui permettent de calculer une orientation angulaire 23 et un angle d'incidence 8 d'un objet d'intérêt 1 à partir du coefficient d'asymétrie Z1 et de la position estimée 21. Ces relations peuvent être implémentées par exemple sous une forme polynômiale, ou sous la forme de tables de correspondances (« look-up table » en Anglais).

Dans un mode de réalisation préférentiel, on calcule le coefficient d'asymétrie Z1 (pour n = 1) sur un ensemble de points qui forment un cercle de calcul 22 de rayon rd dont le centre correspond à la position estimée 21. Ces points sont répartis sur la totalité du cercle, sur 360 degrés d'angle, de sorte à former une pluralité de directions radiales fedl. On peut par exemple utiliser 12 directions radiales espacées de 30 degrés d'angle. Ou peut ainsi effectuer les calculs très rapidement. Dans la mesure où l'on utilisé un nombre restreint de directions radiales toujours identiques, il est possible de calculer le terme angulaire e-16° de la fonction de base F1 une seule fois, par exemple lors d'une phase 25 d'initialisation, et de le mémoriser pour les usages ultérieurs. Le terme radial A(ro) de la fonction de base F1 est non-nul et constant (par exemple égal à 1) pour les points situés sur le cercle de calcul 22 de rayon rd, et nul ailleurs. En pratique, on calcule donc le coefficient d'asymétrie Z1 selon l'Eq. 5 sur 30 un ensemble de points (xi,yi) tels que : \ f \ 2 (Eq. 6) ,r\i (XI - Xc) u71- yc) = rd , et atan2 (xj - xc, Yj -31c) = Od - La fonction atan2 désigne l'arc tangente calculée sur 360 degrés. -18- Dans le mode de réalisation préférentiel, le terme de normalisation au dénominateur du coefficient d'asymétrie Z1 (Eq . 5) est remplacé par une expression approchée qui dépend de la mesure de distance P(x,,y,) à la position estimée 21 de l'objet 1. Ce terme de normalisation est calculé à partir 5 des mesures des capteurs 5 de telle sorte que la mesure d'angle d'incidence 8 donne une estimation qui tende vers une indication d'incidence normale (donc un angle d'incidence 8 qui tend vers zéro) lorsque l'objet d'intérêt s'éloigne de la surface de détection 4 au point que le signal à l'origine de la mesure de distance devient trop faible pour être déterminé précisément. Cela permet 10 d'améliorer la stabilité et la cohérence des informations fournis en direction des contrôles d'interface graphiques qui exploitent ces informations. Suivant des variantes de modes de réalisation, - pour améliorer la qualité des mesures sur les bords de la surface de détection 4, la distribution spatiale de mesures 20 peut être complétée par 15 extrapolation au-delà ce cette surface de détection 4 ; - on peut exploiter l'information fournie par des coefficients d'asymétrie Zn calculés pour n> 1 pour, par exemple, distinguer des distributions spatiale de mesures 20 émanant d'objets 1 différents, ou pour apporter une précision supplémentaire dans l'estimation de l'orientation angulaire 23 de la 20 distribution 20 ; - on peut exploiter l'information relative à la distance P à la position estimée 21 pour adapter le calcul de l'angle d'incidence 8 en fonction du comportement réel du signal. On peut ainsi créer un modèle de bruit à priori conduisant à un comportement asymptotique conventionnel (par exemple un 25 angle d'incidence 8 fixé à zéro) dans les régions où la détermination est entachée de grandes incertitudes (par exemple lorsque un objet d'intérêt 1 est à grande distance de la surface de détection 4). Cela peut permettre de faciliter l'exploitation de ces informations par le logiciel qui gère ensuite les contrôles ; 30 - le rayon rd du cercle de calcul peut être déterminé dynamiquement en fonction de la distribution spatiale de mesures 20, par exemple en fonction de son étalement ou des distances mesurées ; - le coefficient d'asymétrie Z1 ou les coefficients d'asymétrie Zn en général peuvent être calculés sur un ensemble de points correspondant à un -19- cercle de calcul 22, ou à une pluralité de cercles de calcul 22 concentriques de rayon différents ; - l'angle d'incidence 8 et la distance P ()cc, yc) à la position estimée 21 de l'objet 1 sur la surface de détection 4 (qui correspond en général à la projection 7 de l'extrémité de l'objet 1), peuvent être utilisée pour calculer un point de visée 9 dans le prolongement de l'objet d'intérêt sur la surface de détection 4. Caractéristique dimensionnelle On va maintenant décrire un second aspect de l'invention qui concerne la 10 détermination de caractéristiques dimensionnelles de l'objet 1, telles que sa section ou son diamètre. Pour cela on utilise la distribution spatiale de mesures 20, et on détermine la position estimée 21 de l'objet d'intérêt, de coordonnées (xc,yc). On sélectionne ensuite un ensemble de points qui forment un cercle de 15 calcul 22 de rayon rta, ou une pluralité de cercles de calcul 22 (soit K cercles) concentriques de rayons {rt,k; k = 1.. K} différents, et dont le ou les centre(s) correspond(ent) à la position estimée 21 (xc,yc). Ces points sont répartis sur la totalité du ou des cercles, sur 360 degrés d'angle, selon une pluralité de directions radiales tem; / = 1.. L} relativement au 20 centre (xc,yc). On peut par exemple utiliser L =12 directions radiales espacées de 30 degrés d'angle. On obtient ainsi un ensemble de points (x Yk,i) tels que : \ r \ 2 (Eq . 7) J(xk,lxc) Mt,/ Yc) = rt,k , et (Eq. 8) atan2(xm - xc, v k,1- Yc) = et,I- 25 On peut ensuite calculer un coefficient de taille : T = Ek B (k) mine {/3(xm, yk,i)} - P ()cc, yc). L'opérateur mine est l'opérateur minimum. Il renvoi la valeur minimale de la distribution spatiale de mesure 20 sur les points du cercle de calcul 22 de rayon rt,k. 30 Cette valeur minimale a le plus de probabilités de se trouver dans une direction perpendiculaire à la direction d'extension de la distribution spatiale de mesure 20 lorsque l'objet d'intérêt 1 a un angle d'incidence 8 non -20- perpendiculaire. On obtient ainsi une estimation qui dépend faiblement de l'angle d'incidence 8. Le terme B(k) est un terme de pondération qui permet d'effectuer une moyenne des valeurs minimales de la distribution spatiale de mesure 20 sur plusieurs cercles de calcul 22, en attribuant plus ou moins de poids aux valeurs issues des différents cercles de calcul 22. Il peut être constant ou décroissants en fonction du rayon des cercles de calcul 22. Il est de préférence normalisé : Ek B(0=1 (Eq. 9) Le coefficient de taille T permet de comparer la valeur de la distribution spatiale de mesure 20 à la position estimée 21 aux valeurs minimales de cette distribution spatiale de mesure 20 obtenues sur le ou les cercle(s) de calcul 22. Plus sa valeur est grande, plus l'objet 1 est étroit. Suivant un mode de réalisation préférentiel, un seul cercle de calcul 22 est utilisé. Pour déterminer un diamètre d'objet 1 ou sa nature (doigt ou stylet par exemple) à partir du coefficient de taille, il est en général nécessaire d'effectuer une calibration. Dans une étape préalable, des mesures sont effectuées avec une pluralité d'objets de référence avec des caractéristiques différentes. Ces mesures peuvent en outre être effectuées pour un ensemble de points de la surface de détection 4 pour corriger des inhomogénéités et/ou des effets de bords. Le coefficient de taille T est également calculé. On en déduit des relations qui permettent de déterminer une dimension ou une nature d'objet 1 à partir du coefficient de taille T et éventuellement de la position estimée 21. Ces relations peuvent être implémentées par exemple sous une forme polynômiale, ou sous la forme de tables de correspondances (« look-up table » en Anglais). Suivant des modes de réalisation, les caractéristiques de positionnement 30 angulaire et les caractéristiques dimensionnelles de l'objet d'intérêt 1 peuvent être déterminées indépendamment, simultanément ou de manière conditionnelle. Il est en outre possible de mutualiser un grand nombre d'opérations, tels que : 35 - la détermination de la position estimée 21 ; -21- - la détermination des points d'un ou de plusieurs cercles de calcul 22 : il est en effet possible d'utiliser les mêmes points pour déterminer les caractéristiques de positionnement angulaire et les caractéristiques dimensionnelles de l'objet d'intérêt 1.

Suivant des modes de réalisation, il est possible d'effectuer une calibration unique utilisable la détermination de caractéristiques de positionnement angulaire et de caractéristiques dimensionnelles de l'objet d'intérêt 1. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être 10 décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (21)

1. REVENDICATIONS1. Procédé pour caractériser un objet d'intérêt (1) en interaction avec une interface de mesure (2), comprenant des étapes : - d'acquisition d'une distribution spatiale de mesures (20) représentative de la distance (3) entre l'objet d'intérêt (1) et une pluralité de points de mesure de l'interface de mesure (2), - de détermination d'une position estimée (21) de l'objet d'intérêt (1) relativement à l'interface de mesure (2) à partir de ladite distribution spatiale 10 de mesures (20), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de détermination d'au moins une caractéristique supplémentaire de l'objet d'intérêt parmi une caractéristique dimensionnelle et une caractéristique de positionnement angulaire (8, 23) relativement à l'interface de mesure (2), en utilisant une 15 fonction prenant en compte ladite position estimée (21) et ladite distribution spatiale de mesures (20).
2. 2. Le procédé de la revendication 1, qui comprend la détermination d'au moins un coefficient d'asymétrie représentatif du positionnement angulaire (8, 20 23) de l'objet d'intérêt (1) relativement à une surface de référence (4) de l'interface de mesure (2), comprenant une étape de projection de la distribution spatiale de mesures (20) sur au moins une fonction de base harmonique en coordonnées circulaires définie sur ladite surface de référence (4) et centrée sur la position estimée (21) de l'objet d'intérêt (1) dans ladite 25 surface de référence (4).
3. 3. Le procédé de la revendication 2, dans lequel l'au moins une fonction de base comprend une fonction exponentielle complexe dont l'argument comprend un terme correspondant à une orientation angulaire relativement 30 au centre de ladite fonction de base.
4. 4. Le procédé de la revendication 3, dans lequel l'au moins une fonction de base comprend en outre un terme de confinement tendant vers zéro lorsque l'on s'éloigne de son centre. 35-23-
5. 5. Le procédé de l'une des revendications 2 à 4, dans lequel l'au moins une fonction de base comprend un produit des termes suivants : - un terme de confinement A(ro), où ro est une distance par rapport au centre de ladite fonction de base, et - un terme exponentiel complexe e-1". , où i est l'unité imaginaire, n est un nombre entier et 00 correspond à une orientation angulaire relativement au centre de ladite fonction de base.
6. 6. Le procédé de l'une des revendications 2 à 5, qui comprend en outre 10 des étapes : - de calcul d'un produit scalaire entre la distribution spatiale de mesures (20) et au moins une fonction de base, et - de détermination du coefficient d'asymétrie à partir dudit produit scalaire. 15
7. 7. Le procédé de la revendication 6, dans lequel le produit scalaire est calculé en une pluralité de points de mesure (22) situés à égale distance de la position estimée (21) de l'objet d'intérêt (1). 20
8. 8. Le procédé de l'une des revendications 2 à 7, qui comprend en outre au moins l'une des étapes suivantes : - une détermination d'une orientation angulaire (23) de l'objet d'intérêt (1) dans la surface de référence (4) de l'interface de mesure (2) en utilisant l'argument du coefficient d'asymétrie, 25 - une détermination d'un angle d'incidence (8) de l'objet d'intérêt (1) relativement à ladite surface de référence (4) de l'interface de mesure (2) en utilisant le module du coefficient d'asymétrie.
9. 9. Le procédé de l'une des revendications 2 à 8, qui comprend en outre 30 des étapes : - de détermination de relations de calibration entre des valeurs de coefficient d'asymétrie et des valeurs d'orientation angulaire (23) et/ou d'angle d'incidence (8) obtenues à partir de mesures de calibration effectuées avec un objet de référence, et-24- - d'utilisation desdites relations de calibration pour calculer l'orientation angulaire (23) et/ou de l'angle d'incidence (8) de l'objet d'intérêt (1) à partir du coefficient d'asymétrie.
10. 10. Le procédé de la revendication 1, qui comprend la détermination d'un coefficient de taille représentatif d'une dimension de l'objet d'intérêt (1), laquelle comprenant des étapes : - de détermination d'au moins une valeur minimale de la distribution spatiale de mesures (20) dans au moins un ensemble de points de mesure 10 (22) situés à égale distance de la position estimée de l'objet d'intérêt, - de comparaison de ladite ou desdites valeur(s) minimale(s) avec la valeur de la distribution spatiale de mesures (20) à la position estimée (21) de l'objet d'intérêt (1). 15
11. 11. Le procédé de la revendication 10, qui comprend en outre une étape de calcul d'une valeur minimale moyenne correspondant à une moyenne pondérée d'une pluralité de valeurs minimales de la distribution spatiale de mesures (20) déterminées à différentes distances de la position estimée (21) de l'objet d'intérêt avec des coefficients de pondération constants ou 20 décroissants avec lesdites distances.
12. 12. Le procédé de la revendication 11, qui comprend en outre une étape de calcul d'une différence entre une valeur minimale ou une valeur minimale moyenne et la valeur de la distribution spatiale de mesures (20) à la position 25 estimée (21) de l'objet d'intérêt (1).
13. 13. Le procédé de l'une des revendications 10 à 12, qui comprend en outre des étapes : - de détermination de relations de calibration entre des coefficients de 30 taille et la section d'un objet d'intérêt (1), obtenues à partir de mesures de calibration effectuées avec un objet de référence, - d'utilisation desdites relations de calibration pour calculer la section de l'objet d'intérêt (1) à partir du coefficient de taille.-25-
14. 14. Le procédé de l'une des revendications 10 à 13, qui comprend en outre une étape d'identification de l'objet d'intérêt (1) parmi un ensemble d'objets connus en utilisant le coefficient de taille.
15. 15. Le procédé de la revendication 14, qui comprend en outre une étape de détermination si objet d'intérêt (1) correspond à un stylet.
16. 16. Le procédé de l'une des revendications précédentes, qui comprend en outre une étape de calcul d'un point de visée (9) dans le prolongement de l'objet d'intérêt (1) sur l'interface de mesure (2), en exploitant une caractéristique de positionnement angulaire (8) de l'objet d'intérêt (1) préalablement déterminée.
17. 17. Le procédé de la revendication 16, dans lequel l'étape de calcul d'un 15 point de visée (9) est exécutée seulement lorsqu'une caractéristique dimensionnelle de l'objet d'intérêt (1) préalablement calculée remplit une condition prédéterminée par rapport à une valeur de seuil.
18. 18. Dispositif d'interface comprenant : 20 - une interface de mesure (2), - une pluralité de capteurs (5) aptes à produire des informations de distance entre au moins un objet de d'intérêt (1) et une pluralité de points de mesure de ladite interface de mesure (2), de telle sorte à produire une distribution spatiale de mesures (20), et 25 - des moyens de calcul aptes à permettre une caractérisation de l'objet d'intérêt (1) selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes.
19. 19. Le dispositif d'interface de la revendication 18, qui comprend des 30 capteurs capacitifs (5, 6) répartis selon une matrice de points sur l'interface de mesure (2).
20. 20. Le dispositif d'interface de la revendication 19, qui comprend des capteurs capacitifs (5, 6) et une interface de mesure (2) sensiblement 35 transparents.-26-
21. 21. Appareil de l'un des types suivants : ordinateur, téléphone, smartphone, tablette, écran d'affichage, borne, comprenant un dispositif d'interface selon l'une des revendications 18 à 20.5