EP3523596A1 - Dispositif de localisation d'un impact contre une surface interactive, procede et programme d'ordinateur correspondants - Google Patents

Dispositif de localisation d'un impact contre une surface interactive, procede et programme d'ordinateur correspondants

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Publication number
EP3523596A1
EP3523596A1 EP17786987.2A EP17786987A EP3523596A1 EP 3523596 A1 EP3523596 A1 EP 3523596A1 EP 17786987 A EP17786987 A EP 17786987A EP 3523596 A1 EP3523596 A1 EP 3523596A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transducers
impact
interactive surface
central unit
electrical signals
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17786987.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Marc Alexandre
Robert BODEN
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3523596A1 publication Critical patent/EP3523596A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • F41J5/06—Acoustic hit-indicating systems, i.e. detecting of shock waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • F41J5/04—Electric hit-indicating systems; Detecting hits by actuation of electric contacts or switches
    • F41J5/056—Switch actuation by hit-generated mechanical vibration of the target body, e.g. using shock or vibration transducers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G06F3/04144—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position using an array of force sensing means

Definitions

  • the present invention relates to a device for locating an impact against an interactive surface, by analyzing differences in the propagation time of progressive mechanical waves. BACKGROUND OF THE INVENTION propagating from the impact. It also relates to a method implemented by this device and a corresponding computer program.
  • Interactive surface means a two-dimensional or three-dimensional surface, capable of changing its shape in the sense of the static and dynamic elasticity of the materials when subjected to an impact such as a touch, a contact force, a mechanical impulse or else a shock, thereby allowing the propagation of progressive mechanical waves detectable using transducers, including surface acoustic waves, from the impact site.
  • the surface deformation can be submillimetric not visible to the naked eye. Plastic, glass or metal surfaces are suitable.
  • Each of the known interactive surface objects comprises an impact location device using one or more detection techniques.
  • a strong trend towards reducing manufacturing cost and reducing clutter is to retain only the simplest technologies using a limited number of sensors.
  • the invention thus relates more precisely to a localization device implementing a technology for detecting the propagation of progressive mechanical waves in an interactive surface, in particular using detectors of the piezoelectric transducer type.
  • a first solution is disclosed in US Pat. No. 7,345,677 B2. It is based on a recognition of the position of an impact by learning.
  • the method implemented operates a cross correlation between at least one measured acoustic signal from the detection of an acoustic wave generated by an impact on the interactive surface of the object and a reference set called "set of signatures" consisting of responses prerecorded impulse acoustic, each relating to a predefined position that one wishes to associate with a function and recognize when an impact is carried on this position.
  • a second solution for example disclosed in US Pat. No. 8,330,744 B2, consists in measuring the perturbation of an impact on the propagation of progressive mechanical waves emitted regularly in the interactive surface independently of this impact.
  • This solution is known to be more precise and reliable than the previous one, especially for qualifying or monitoring the impact, but it is also based on recognition of the position of an impact by learning.
  • a third, older solution is based on the measurement of a transit time difference of a wave packet generated by an impact to a plurality of piezoelectric detectors and on the deterministic calculation, using a pre-established mathematical formula, the position of a source emitting the wave packet.
  • this solution requires an impact location device comprising:
  • transducers arranged and distributed against the interactive surface, designed to capture progressive mechanical waves propagating in the interactive surface and transforming them into electrical signals
  • an electronic central unit connected to the transducers for receiving their electrical signals, programmed to locate the impact in the interactive surface by analyzing the propagation time differences of the progressive mechanical waves resulting from the impact towards the transducers on the basis of the impact detection instants identified in the received electrical signals.
  • a device for locating an impact against an interactive surface capable of propagating progressive mechanical waves from the impact comprising:
  • M a set of M transducers arranged and distributed against the interactive surface, M> 4, designed to capture the progressive mechanical waves propagating in the interactive surface and transforming them into electrical signals, and
  • an electronic central unit connected to the transducers for receiving their electrical signals, programmed to locate the impact in the interactive surface by analyzing the propagation time differences of the progressive mechanical waves resulting from the impact towards the transducers on the basis of the impact detection instants identified in the electrical signals received,
  • the electronic central unit is programmed to:
  • the trick of the present invention is to vary the N transducers whose signals will ultimately be exploited for a location according to the position of the impact: these are the N transducers closest to the impact.
  • the M transducers are electrically connected to each other in several disjoint groups themselves electrically connected to the electronic central unit,
  • At least three additional transducers are arranged and distributed against the interactive surface, designed to capture the progressive mechanical waves propagating in the interactive surface and transform them into electrical signals transmitted independently to the electronic central unit, and
  • the electronic central unit is programmed to pre-locate the impact in the interactive surface on the basis of the electrical signals received from the additional transducers and to select the subset of N transducers on the basis of this pre-location.
  • the M transducers are electrically connected to each other in four disjoint groups themselves electrically connected to the electronic central unit, so that any four adjacent transducers of the same elementary cell of the transducer array always belong to the four groups respectively. disjointed, and
  • the M transducers are electrically connected to each other in nine disjoint groups themselves electrically connected to the electronic central unit, such that nine adjacent transducers forming four adjacent elementary cells having the same central common transducer of the matrix of transducers belong to always to the nine disjoint groups respectively, and
  • the M transducers are electrically connected together in three disjoint groups themselves electrically connected to the electronic central unit, and
  • the M transducers are connected electrically to each other in six disjoint groups themselves electrically connected to the electronic central unit, such that any three adjacent transducers of the same triangular elementary cell of the transducer array always belong to three disjointed groups, and
  • the impact location comprising the following steps:
  • a computer program downloadable from a communication network and / or recorded on a computer readable medium and / or executable by a processor, comprising instructions for performing the steps of a localization method of impact according to the invention, when said program is executed on a computer.
  • FIG. 1 schematically represents the general structure of an impact locating device according to a first variant of a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 illustrates the successive steps of an impact locating method according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 3 and 4 show schematically and partially two other variants of the first embodiment of an impact locating device according to the invention.
  • FIG. 5 to 7 show schematically and partially three variants of an impact locating device according to a second embodiment of the invention.
  • the installation shown diagrammatically in FIG. 1 comprises a rectangular interactive surface 10, able to propagate progressive mechanical waves from an impact P, and a device for locating any impact. against this interactive surface 10.
  • the latter is for example a screen impactile polycarbonate or other material adapted on which is projected, either from the front or from the rear using a rear projection sheet, an image or a video, for example using a projector.
  • the locating device comprises:
  • a set of M transducers for example piezoelectric sensors, arranged and distributed against the interactive surface 10, with
  • M> 4 designed to capture the progressive mechanical waves propagating in the interactive surface 10 and transforming them into electrical signals
  • an electronic central unit 12 connected to the M transducers to receive their electrical signals, programmed to locate the impact P in the interactive surface 10 by analyzing differences in the propagation time of the progressive mechanical waves resulting from the impact P towards the M transducers based on P impact detection instants identified in the received electrical signals.
  • the interactive surface 10 is any, not necessarily rectangular.
  • the number of transducers is also arbitrary, at least equal to four to allow an implementation of the invention. They are advantageously arranged against the rear face of the interactive surface 10 so as not to interfere with an image or video possibly projected on its front face.
  • the M transducers are distributed in a regular two-dimensional manner in a matrix of transducers against the interactive surface 10.
  • the electronic central unit 12 more precisely comprises an interface 14 for receiving the thirty-six electrical signals supplied independently by each of the thirty-six transducers T 1, T, j , T 6 , 6 .
  • This interface 14 may include an analog amplifier.
  • the electronic central unit 12 furthermore comprises a module 16 for identifying moments of detection of the impact P in the electrical signals received.
  • This module will not be detailed, knowing that such identification is well known to those skilled in the art, as for example taught in US 6,933,930 B2 or US 6,367,800 B1. It can be analog and / or digital, so at least partially programmed.
  • the moments of detection of the impact P can not be identified in all the signals received, in particular in those received from the transducers. further away because they are too weak. But in the context of the present invention, this apparent problem is cleverly solved from the moment when these instants can be identified in at least N nearest transducers, as will now be explained.
  • the electronic central unit 12 in fact comprises a selector 18 designed and / or programmed to select, among the M transducers, a subset of N transducers, with 3 ⁇ N ⁇ M, whose electrical signals comprise chronologically the first N instants identified impact detection. Given the exploited propagation properties, these N selected electrical signals come from the N transducers closest to the impact P. N is greater than or equal to 3 because it is theoretically the necessary and sufficient number of transducers to be able to determine a location the impact P in the interactive surface 10 according to the teaching of US 6,933,930 B2 or US 6,367,800 B1.
  • N 4, 6 or 9, depending on whether the impact P is located between four adjacent transducers forming an elementary cell ⁇ T, j, ⁇ ,, ] +1 , T i + 1 j , T i + 1 j + 1 ⁇ of the matrix ( ⁇ ⁇ ) (this is for example the case of the illustrated impact P which lies between the transducers T 3 , T 3 2 , T 4
  • the redundancy of the identified impact detection instants is then exploited to optimize the estimation of the location of the impact P by maximum likelihood, for example.
  • the selector 18 may be analog and / or digital, so at least partially programmed.
  • the electronic central unit 12 finally comprises a computer 20 programmed to calculate an estimate of the location of the impact P using the instants of impact detection identified in the N selected signals and locations of disposition of the N corresponding transducers. in the interactive surface 10.
  • the operation of this calculator 20 will not be detailed, knowing that such an estimate is well known to those skilled in the art, as for example taught in US 6,933,930 B2 or US 6,367,800 B1.
  • the various programmed elements mentioned above in the identification module 16, the selector 18 and the computer 20 can form only one, the distinction being purely functional. They may be in the form of one or more microprocessors programmed to perform a number of functions that can be implemented using computer programs, that is to say in the form of a device. computer science.
  • an impact P generates progressive mechanical waves intended to propagate in all directions in the interactive surface 10.
  • a step 102 the thirty-six transducers Tu, T, T ,, 6,6 capture these progressive mechanical waves and convert them into electrical signals.
  • the identification module 16 identifies moments of impact detection in at least a portion of the electrical signals received by the electronic central unit 12. Some of the signals may be too weak for that such an identification can be made, but this is of no importance from the moment at least N times of detection of impact are identified in at least N received electrical signals.
  • the computer 20 determines, as previously indicated, the location of the impact P, for example in Cartesian coordinates in the interactive surface 10, on the basis of the N moments of detection of the impact P identified. in the N electrical signals received and selected and respective locations of the N corresponding transducers. This calculation can include the optimization of a likelihood criterion, especially when several adjacent elementary cells are solicited. The method is then ready for the detection of a new impact (return to step 100).
  • the calculation step 108 could be executed before the selection step 106.
  • Each elementary cell ⁇ T, j , T iJ + 1 , T i + 1 J , T i + 1 J + 1 ⁇ of four transducers neighbors can be independently considered by the electronic central unit 12 during step 108 to produce, using the calculator 20, an impact location estimate using the impact detection instants identified in FIG. this elementary cell and locations of its four transducers.
  • the computer 20 can also be configured to measure an impact energy P in addition to its location.
  • the good distance between two adjacent transducers in line or column of the matrix of transducers is to be determined so that the spatial width of the pulse is well below this distance, but so that the attenuation is not too strong either on this distance.
  • This compromise to find is within the reach of the skilled person.
  • the transducers can be advantageously spaced 50 cm +/- 10% in rows and columns. It is thus possible to increase the interactive surface size 10 at will, to present an image wall (s) by multiplying the transducers, without increasing the complexity of the location of impacts.
  • a disadvantage of the implementation variant of the embodiment of FIG. 1 is the complexity of the wiring since, for a matrix of thirty-six transducers, thirty-six independent connections to the electronic central unit 12 are required. A simplification of the wiring can therefore be proposed in a second variant of implementation illustrated in FIG.
  • the thirty-six transducers T ⁇ , T, j , ..., T 66 are electrically connected to each other in several disjoint groups themselves electrically connected to the electronic central unit 12.
  • a first group Gi of nine transducers connected to each other relate to the transducers identified by a reference T 1 + 2U + 2j in the matrix of transducers, where i and j are positive or zero integer indices.
  • a second group G 2 of nine transducers connected to each other concerns the transducers identified by a reference T 1 + 2i, 2 + 2j in the matrix of transducers.
  • a third group G 3 of nine transducers connected to each other concerns the transducers identified by a reference T 2 + 2U + 2j in the matrix of transducers.
  • a fourth group G 4 of nine transducers connected to each other concerns the transducers identified by a reference T 2 + 2i, 2 + 2j in the matrix of transducers.
  • all the transducers of the matrix ( ⁇ ⁇ ) are connected to one of these four groups so that only four electrical signals arrive at the interface 14 of the electronic central unit 12. It is noted that these connections are made so that any four adjacent transducers of the same elementary cell ⁇ T,,, , Ti, j + 1, T j i + 1 T i + 1 j + 1 ⁇ of the matrix (T,,) transducers always belong respectively to four disjoint groups G 1; G 2 , G 3 and G 4 .
  • At least three additional transducers are arranged and distributed against the interactive surface 10, also designed to pick up the progressive mechanical waves propagating in the interactive surface 10 and transform them into electrical signals transmitted independently to the electronic central unit. 12.
  • T A , T B , T c and T D there are four, T A , T B , T c and T D , providing four different electrical signals S A , S B , S c , S D at the same time.
  • electronic central unit 12. are advantageously positioned on the diagonals of the interactive surface 10 and in places minimizing the distance of the possible location of imp act furthest away. They do not need to provide a very precise measurement.
  • N 4, 6 or 9 times of detection of impacts identified in the signals provided by groups G 1; G 2 , G 3 , G 4 are then assigned to the transducers thus selected for the execution of the location calculation carried out by the computer 20 during step 108.
  • a disadvantage of the implementation variant of FIG. 3 appears when the impact P is situated in the vicinity of a row or column of the matrix (T, j ) between two neighboring transducers.
  • there are at least two other transducers approximately equidistant from the point of impact P which are taken into account in the selection of step 106 and which belong to the same group d, G 2 , G 3 or G 4 .
  • Their two moments of impact detection are then combined into one that results from a superposition of two electrical signals close enough for their pulses to add up.
  • This addition of non-differentiable signals generates an error in the identification of the moment of detection of impact and therefore in the location of the step 1 08.
  • This error remains nevertheless weak and quite acceptable in a number of applications for which a high accuracy is not wanted.
  • an adaptation of the wiring can be proposed in a third variant of implementation illustrated in FIG.
  • the thirty-six transducers T ⁇ , T, j, ..., T 6 6 are electrically connected to each other in several disjoint groups themselves electrically connected to the electronic central unit 1 2.
  • a first group G of four transducers connected to each other concerns the transducers identified by a reference T 1 + 3U + 3j in the matrix of transducers, where i and j are positive or zero integer indices.
  • a second group G ' 2 of four transducers connected to each other concerns the transducers identified by a reference T 1 + 3i, 2 + 3j in the matrix of transducers.
  • a third group G ' 3 of four transducers connected to each other relates to the transducers identified by a reference T 1 + 3i, 3 + 3j in the matrix of transducers.
  • a fourth group G ' 4 of four transducers connected to each other concerns the transducers identified by a reference T 2 + 3 i, i + 3j in the matrix of transducers.
  • a fifth group G ' 5 of four transducers connected to each other relates to the transducers identified by a reference T 2 + 3i , 2 + 3j in the matrix of transducers.
  • a sixth group G ' 6 of four transducers connected to each other relates to the transducers identified by a reference T 2 + 3i , 3 + 3 j in the matrix of transducers.
  • a seventh group G ' 7 of four transducers connected to each other concerns the transducers identified by a reference T 3 + 3U + 3j in the matrix of transducers.
  • An eighth group G ' 8 of four transducers connected to each other relates to the transducers identified by a reference T 3 + 3i 2 + 3j in the matrix of transducers.
  • a ninth group G ' 9 of four transducers connected to each other relates to the transducers identified by a reference T 3 + 3i 3 + 3j in the matrix of transducers.
  • transducers T A , T B , T c and T D are arranged and distributed against the interactive surface 10, also designed to capture the progressive mechanical waves propagating in the interactive surface 10 and transforming them into electrical signals S A , S B , S c , S D transmitted independently to the electronic central unit 12. They are advantageously positioned on the diagonals of the interactive surface 10 and in places minimizing the distance from the farthest possible impact location. They do not need as before to provide a very precise measurement.
  • the N 4, 6 or 9 moments of detection of impacts identified in the signals provided by the groups d, G ' 2 , G' 3 , G ' 4 , G' 5 , G ' 6 , G' 7 , G ' 8 , G ' 9 are then assigned to the transducers thus selected for performing the location calculation performed by the computer 20 during step 108.
  • the M transducers can be distributed in a two-dimensional regular manner in staggered rows against the surface
  • N 3, 4 or 7 transducers
  • a disadvantage of this first variant of implementation of the second embodiment is the complexity of the wiring since, as in the variant of Figure 1, each transducer independently transmits its electrical signal to the electronic central unit 12.
  • a simplification of the wiring can therefore be proposed in a second variant of implementation of the second embodiment illustrated in FIG.
  • the M transducers are electrically connected to each other in several disjoint groups themselves electrically connected to the electronic central unit 12. For example, all the transducers of the lines and L 3 illustrated in FIG. 6 are connected together in each other. a first group Gi while the transducers of the line L 2 , staggered with respect to and 1_3, are alternately connected to a second group G 2 and a third group G 3 . As in the second variant of FIG.
  • At least three additional transducers are arranged and distributed against the interactive surface 10, also designed to pick up progressive mechanical waves propagating in the interactive surface 10 and transforming them into electrical signals transmitted independently to the electronic central unit 12 for the purpose of a pre-location for the selection step 108.
  • T A , T b and T C there are some three, T A , T b and T C , providing three different electrical signals S A , S B , S c to the electronic central unit 12.
  • a disadvantage of this second implementation variant of the second embodiment is the same as in the second implementation variant of the first embodiment of FIG. 3 when the impact P is close to an edge (ie a segment between any two adjacent transducers) of the staggered arrangement. If necessary, an adaptation of the wiring may be proposed in a third implementation variant of the second embodiment illustrated in FIG. 7.
  • the M transducers are electrically connected to each other in several disjoint groups themselves electrically connected to the electronic central unit 12.
  • the transducers of the line are alternately connected to a first group G'i and to a second one.
  • second group G ' 2 the transducers of the line L 2 are alternatively connected to a third group G ' 3 and a fourth group G' 4
  • the transducers of the line L 3 are alternately connected to a fifth group G ' 5 and a sixth group G' 6 .
  • three additional transducers T A , T B and T c are arranged and distributed against the interactive surface 10, also designed to pick up progressive mechanical waves. propagating in the interactive surface 10 and converting them into electrical signals S A , S B , S c independently transmitted to the electronic central unit 12 for pre-location for the selection step 108.
  • an impact locating device such as one of those described above makes it possible to locate an impact using a reduced number N of transducers in an interactive surface whose dimensions can be enlarged by having an M> N number of transducers, M being as large as desired, without increasing the complexity of impact location calculations.
  • This makes it possible to envisage playful or other applications of interaction with large impactile surfaces, in particular image (s) or video walls, exploiting the inexpensive technology of impact locations by analysis of differences in propagation time. progressive mechanical waves. This results in lower cost devices.

Landscapes

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Abstract

Ce dispositif de localisation d'un impact (P) contre une surface interactive (10) comporte M transducteurs (T1,1, …, T6,6) répartis contre la surface interactive (10), M ≥ 4, et une unité centrale électronique (12) programmée pour localiser l'impact (P) par une analyse de différences de temps de propagation d'ondes mécaniques progressives issues de l'impact (P) vers les transducteurs (T1,1, …, T6,6) sur la base d'instants de détection de l'impact (P) identifiés dans des signaux électriques fournis par les transducteurs (T1,1, …, T6,6). L'unité centrale électronique (12) est programmée pour sélectionner, parmi les M transducteurs, un sous-ensemble de N transducteurs, 3 ≤ N < M, dont les signaux électriques comportent chronologiquement les N premiers instants de détection d'impact identifiés et pour localiser l'impact sur la base de ces N premiers instants de détection d'impact identifiés et des lieux de disposition dans la surface interactive (10) des N transducteurs sélectionnés.

Description

DISPOSITIF DE LOCALISATION D'UN IMPACT CONTRE UNE SURFACE INTERACTIVE, PROCEDE ET PROGRAMME D'ORDINATEUR CORRESPONDANTS La présente invention concerne un dispositif de localisation d'un impact contre une surface interactive, par une analyse de différences de temps de propagation d'ondes mécaniques progressives se propageant à partir de l'impact. Elle concerne également un procédé mis en œuvre par ce dispositif et un programme d'ordinateur correspondant.
On connaît de nombreux objets à surface interactive, notamment des dispositifs d'affichages, des téléphones mobiles ou autres dispositifs portables d'assistance numérique personnelle. Leur interface est en général un écran plat et rectangulaire avec lequel un utilisateur peut interagir à l'aide d'un projectile, d'un stylet ou même d'un doigt. On notera cependant que l'invention s'applique plus généralement à tout type d'objet présentant une surface interactive apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir d'un impact, cette surface n'étant pas nécessairement plane, ni de contour rectangulaire.
Par surface interactive, on entend une surface bidimensionnelle ou tridimensionnelle, capable de changer de forme au sens de l'élasticité statique et dynamique des matériaux lorsqu'elle est soumise à un impact tel qu'un toucher, une force de contact, une impulsion mécanique ou encore un choc, en permettant ainsi la propagation d'ondes mécaniques progressives détectables à l'aide de transducteurs, notamment des ondes acoustiques de surface, à partir du lieu de l'impact. La déformation de surface peut être submillimétrique non perceptible à l'œil nu. Des surfaces en plastique, verre ou métal conviennent.
Chacun des objets à surface interactive connus comporte un dispositif de localisation d'impacts à l'aide d'une ou plusieurs techniques de détection. Une tendance forte à la réduction du coût de fabrication et à la réduction de l'encombrement vise à ne retenir que les technologies les plus simples utilisant un nombre limité de capteurs. L'invention concerne ainsi plus précisément un dispositif de localisation mettant en œuvre une technologie de détection de la propagation d'ondes mécaniques progressives dans une surface interactive, notamment à l'aide de détecteurs de type transducteurs piézoélectriques.
Une première solution est divulguée dans le brevet US 7,345,677 B2. Elle est basée sur une reconnaissance de la position d'un impact par apprentissage. Le procédé mis en œuvre opère une corrélation croisée entre au moins un signal acoustique mesuré issu de la détection d'une onde acoustique engendrée par un impact sur la surface interactive de l'objet et un ensemble de référence dit « ensemble de signatures » constitué de réponses acoustiques impulsionnelles préenregistrées, chacune étant relative à une position prédéfinie que l'on souhaite associer à une fonction et reconnaître lorsqu'un impact est porté sur cette position.
Une deuxième solution, par exemple divulguée dans le brevet US 8,330,744 B2, consiste à mesurer la perturbation d'un impact sur la propagation d'ondes mécaniques progressives émises régulièrement dans la surface interactive indépendamment de cet impact. Cette solution est réputée plus précise et fiable que la précédente, notamment pour qualifier ou suivre l'impact, mais elle est également basée sur une reconnaissance de la position d'un impact par apprentissage.
Ces deux premières solutions présentent l'inconvénient de dépendre de cet apprentissage qui peut être à la fois complexe à mettre en œuvre et rapidement inexploitable en cas de variations du milieu ou de la surface interactive. Elles nécessitent en outre des puissances de calcul assez importantes.
Une troisième solution, plus ancienne, est basée sur la mesure d'une différence de temps de transit d'un paquet d'ondes engendré par un impact vers une pluralité de détecteurs piézoélectriques et sur le calcul déterministe, à l'aide d'une formule mathématique préétablie, de la position d'une source émettrice du paquet d'ondes. Ainsi, cette solution nécessite un dispositif de localisation d'impact comportant :
- au moins trois transducteurs disposés et répartis contre la surface interactive, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive et les transformer en signaux électriques, et
- une unité centrale électronique, reliée aux transducteurs pour recevoir leurs signaux électriques, programmée pour localiser l'impact dans la surface interactive par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact vers les transducteurs sur la base d'instants de détection de l'impact identifiés dans les signaux électriques reçus.
D'une façon générale, il est ainsi possible de localiser un impact de doigt ou d'objet ponctuel (par exemple un projectile ou un stylet), puisque celui-ci est alors émetteur d'une impulsion. Mais avec cette technologie assez ancienne, pourtant avantageusement simple, il est difficile d'atteindre une bonne précision de localisation au-delà de certaines dimensions de la surface interactive parce que les ondes mécaniques progressives ont la particularité de s'atténuer très rapidement.
Par exemple, pour une surface interactive en polycarbonate, un impact de 1 joule engendre sur un transducteur situé à plus de 50 cm un signal déjà trop faible pour pouvoir être exploité. En conséquence, cette solution, par exemple choisie dans les brevets US 6,933,930 B2 et US 6,367,800 B1 , s'applique à des surfaces interactives de petites dimensions par rapport à la force des impacts qu'elles sont supposées détecter et localiser.
II peut ainsi être souhaité de concevoir un dispositif de localisation d'impact qui permette de s'affranchir d'au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un dispositif de localisation d'un impact contre une surface interactive apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir de l'impact, comportant :
- un ensemble de M transducteurs disposés et répartis contre la surface interactive, M > 4, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive et les transformer en signaux électriques, et
- une unité centrale électronique, reliée aux transducteurs pour recevoir leurs signaux électriques, programmée pour localiser l'impact dans la surface interactive par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact vers les transducteurs sur la base d'instants de détection de l'impact identifiés dans les signaux électriques reçus,
dans lequel l'unité centrale électronique est programmée pour :
- sélectionner, parmi les M transducteurs, un sous-ensemble de N transducteurs, 3 < N < M, dont les signaux électriques comportent chronologiquement les P premiers instants de détection d'impact identifiés, et
- localiser l'impact sur la base de ces N premiers instants de détection d'impact identifiés et des lieux de disposition dans la surface interactive des N transducteurs sélectionnés.
Ainsi, tout en localisant l'impact à l'aide d'un nombre réduit N de transducteurs qui peuvent être jugés nécessaires pour réaliser le traitement, on peut augmenter à volonté le nombre total M de transducteurs disposés contre la surface interactive en fonction de sa taille pour assurer une sensibilité élargie sans pour autant augmenter la complexité des calculs. L'astuce de la présente invention consiste à faire varier les N transducteurs dont les signaux seront finalement exploités pour une localisation en fonction de la position de l'impact : ce sont concrètement les N transducteurs les plus proches de l'impact.
De façon optionnelle, les M transducteurs sont répartis de façon bidimensionnelle régulière en une matrice de transducteurs contre la surface interactive et l'unité centrale électronique est programmée pour sélectionner N = 4, 6 ou 9 transducteurs parmi ces M transducteurs.
De façon optionnelle également, les M transducteurs sont répartis de façon bidimensionnelle régulière en quinconce contre la surface interactive et l'unité centrale électronique est programmée pour sélectionner N = 3, 4 ou 7 transducteurs parmi ces M transducteurs.
De façon optionnelle également :
- les M transducteurs sont raccordés électriquement entre eux en plusieurs groupes disjoints eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique,
- au moins trois transducteurs supplémentaires sont disposés et répartis contre la surface interactive, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive et les transformer en signaux électriques transmis indépendamment à l'unité centrale électronique, et
- l'unité centrale électronique est programmée pour pré-localiser l'impact dans la surface interactive sur la base des signaux électriques reçus des transducteurs supplémentaires et pour sélectionner le sous-ensemble de N transducteurs sur la base de cette pré-localisation.
De façon optionnelle également :
- les M transducteurs sont raccordés électriquement entre eux en quatre groupes disjoints eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique, de telle sorte que quatre transducteurs voisins quelconques d'une même cellule élémentaire de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement aux quatre groupes disjoints, et
- quatre transducteurs supplémentaires sont disposés et répartis contre la surface interactive. De façon optionnelle également :
- les M transducteurs sont raccordés électriquement entre eux en neuf groupes disjoints eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique, de telle sorte que neuf transducteurs voisins quelconques formant quatre cellules élémentaires adjacentes ayant un même transducteur commun central de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement aux neuf groupes disjoints, et
- quatre transducteurs supplémentaires sont disposés et répartis contre la surface interactive.
De façon optionnelle également :
- les M transducteurs sont raccordés électriquement entre eux en trois groupes disjoints eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique, et
- trois transducteurs supplémentaires sont disposés et répartis contre la surface interactive.
De façon optionnelle également :
- les M transducteurs sont raccordés électriquement entre eux en six groupes disjoints eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique, de telle sorte que trois transducteurs voisins quelconques d'une même cellule élémentaire triangulaire de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement à trois groupes disjoints, et
- trois transducteurs supplémentaires sont disposés et répartis contre la surface interactive.
Il est également proposé un procédé de localisation d'un impact contre une surface interactive apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir de l'impact, comportant les étapes suivantes :
- capter, à l'aide d'un ensemble de M transducteurs disposés et répartis contre la surface interactive, M > 4, les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive et les transformer en signaux électriques, et
- localiser l'impact dans la surface interactive, à l'aide d'une unité centrale électronique reliée aux transducteurs pour recevoir leurs signaux électriques, par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact vers les transducteurs sur la base d'instants de détection de l'impact identifiés dans les signaux électriques reçus,
la localisation d'impact comportant les étapes suivantes :
- sélectionner, parmi les M transducteurs, un sous-ensemble de N transducteurs, 3 < N < M, dont les signaux électriques comportent chronologiquement les N premiers instants de détection d'impact identifiés, et
- localiser l'impact sur la base de ces N premiers instants de détection d'impact identifiés et des lieux de disposition dans la surface interactive des N transducteurs sélectionnés.
Il est également proposé un programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de localisation d'impact selon l'invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement la structure générale d'un dispositif de localisation d'impact selon une première variante d'un premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 illustre les étapes successives d'un procédé de localisation d'impact selon un mode de réalisation de l'invention,
- les figures 3 et 4 représentent schématiquement et partiellement deux autres variantes du premier mode de réalisation d'un dispositif de localisation d'impact selon l'invention, et
- les figures 5 à 7 représentent schématiquement et partiellement trois variantes d'un dispositif de localisation d'impact selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
L'installation représentée schématiquement sur la figure 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention comporte une surface interactive rectangulaire 10, apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir d'un impact P, et un dispositif de localisation de tout impact contre cette surface interactive 10. Cette dernière est par exemple un écran impactile en polycarbonate ou autre matériau adapté sur lequel est projeté, soit par l'avant, soit par l'arrière en utilisant une feuille de rétroprojection, une image ou une vidéo, par exemple à l'aide d'un projecteur.
Le dispositif de localisation comporte :
- un ensemble de M transducteurs, par exemple des capteurs piézoélectriques, disposés et répartis contre la surface interactive 10, avec
M > 4, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive 10 et les transformer en signaux électriques, et
- une unité centrale électronique 12, reliée aux M transducteurs pour recevoir leurs signaux électriques, programmée pour localiser l'impact P dans la surface interactive 10 par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact P vers les M transducteurs sur la base d'instants de détection de l'impact P identifiés dans les signaux électriques reçus.
On notera que, de façon générale, la surface interactive 10 est quelconque, pas nécessairement rectangulaire. Le nombre de transducteurs est également quelconque, au minimum égal à quatre pour permettre une mise en œuvre de l'invention. Ils sont avantageusement disposés contre la face arrière de la surface interactive 10 de manière à ne pas gêner une image ou vidéo éventuellement projetée sur sa face avant.
Dans le mode de réalisation de la figure 1 , les M transducteurs sont répartis de façon bidimensionnelle régulière en une matrice de transducteurs contre la surface interactive 10. Cette matrice comporte un nombre quelconque ML > 2 de lignes, un nombre quelconque MC > 2 de colonnes et est notée (Τ^), les M = ML x MC transducteurs étant notés T,j avec 1 < i < ML et 1 < j < MC. A titre d'exemple non limitatif, ML = MC = 6 pour la matrice de la figure 1 qui comporte alors trente-six transducteurs T^ , T,,,, T6,6.
L'unité centrale électronique 12 comporte plus précisément une interface 14 de réception des trente-six signaux électriques fournis indépendamment par chacun des trente-six transducteurs T^ , T, j, T6,6. Cette interface 14 peut comporter un amplificateur analogique.
L'unité centrale électronique 12 comporte en outre un module 16 d'identification d'instants de détection de l'impact P dans les signaux électriques reçus. Le fonctionnement de ce module ne sera pas détaillé, sachant qu'une telle identification est bien connue de l'homme du métier, comme par exemple enseigné dans le document US 6,933,930 B2 ou US 6,367,800 B1 . Elle peut être analogique et/ou numérique, donc au moins en partie programmée. En fonction des dimensions de la plaque interactive 10 et de la puissance de l'impact P, il se peut que les instants de détection de l'impact P ne puissent pas être identifiés dans tous les signaux reçus, notamment dans ceux reçus des transducteurs les plus éloignés parce qu'ils sont alors trop faibles. Mais dans le cadre de la présente invention, ce problème apparent est astucieusement résolu à partir du moment où ces instants peuvent être identifiés dans au moins N transducteurs les plus proches, comme cela va maintenant être expliqué.
L'unité centrale électronique 12 comporte en effet un sélectionneur 18 conçu et/ou programmé pour sélectionner, parmi les M transducteurs, un sous-ensemble de N transducteurs, avec 3 < N < M, dont les signaux électriques comportent chronologiquement les N premiers instants de détection d'impact identifiés. Compte tenu des propriétés de propagation exploitées, ces N signaux électriques sélectionnés proviennent des N transducteurs les plus proches de l'impact P. N est supérieur ou égal à 3 car c'est théoriquement le nombre nécessaire et suffisant de transducteurs pour pouvoir déterminer une localisation de l'impact P dans la surface interactive 10 selon l'enseignement de US 6,933,930 B2 ou US 6,367,800 B1 . Dans une disposition matricielle des transducteurs comme illustré sur la figure 1 , il est pertinent de choisir N = 4, 6 ou 9, selon que l'impact P est situé entre quatre transducteurs voisins formant une cellule élémentaire {T, j, Τ,,]+1 , Ti+1 j, Ti+1 j+1} de la matrice (Τ^) (c'est par exemple le cas de l'impact P illustré qui se situe entre les transducteurs T3 , T3 2, T4|1 et T42), au voisinage d'une ligne ou colonne de la matrice entre deux transducteurs voisins {T,j, TiJ+1} ou {T,j, Ti+1 J}, ou au voisinage d'un transducteur T,j de la matrice. On exploite alors la redondance des instants de détection d'impact identifiés pour optimiser l'estimation de la localisation de l'impact P par maximum de vraisemblance par exemple. Le sélectionneur 18 peut être analogique et/ou numérique, donc au moins en partie programmé.
L'unité centrale électronique 12 comporte enfin un calculateur 20 programmé pour calculer une estimation de la localisation de l'impact P à l'aide des instants de détection d'impact identifiés dans les N signaux sélectionnés et des lieux de disposition des N transducteurs correspondants dans la surface interactive 10. Le fonctionnement de ce calculateur 20 ne sera pas détaillé, sachant qu'une telle estimation est bien connue de l'homme du métier, comme par exemple enseigné dans le document US 6,933,930 B2 ou US 6,367,800 B1 . On notera que les différents éléments programmés précités dans le module d'identification 16, le sélectionneur 18 et le calculateur 20 peuvent n'en former qu'un, la distinction étant purement fonctionnelle. Ils peuvent se présenter sous la forme d'un ou plusieurs microprocesseurs programmés pour réaliser un certain nombre de fonctions pouvant être mises en œuvre à l'aide de programmes d'ordinateurs, c'est-à- dire sous la forme d'un dispositif informatique. Mais ces fonctions pourraient aussi être au moins en partie micro programmées ou micro câblées dans des circuits intégrés dédiés. Ainsi, en variante, le dispositif informatique mettant en œuvre les éléments précités pourrait être remplacé par un dispositif électronique composé uniquement de circuits numériques (sans programme d'ordinateur) pour la réalisation des mêmes fonctions.
Un procédé de localisation d'impact mis en œuvre par l'unité centrale électronique 12 va maintenant être détaillé en référence à la figure 2.
À un instant initial, au cours d'une première étape 100, un impact P engendre des ondes mécaniques progressives destinées à se propager dans toutes les directions dans la surface interactive 10.
À partir de cet instant initial, au cours d'une étape 102, les trente-six transducteurs Tu , T,,,, T6,6 captent ces ondes mécaniques progressives et les transforment en signaux électriques.
Parallèlement à cette étape 102, au cours d'étapes 104, 106, 108, l'unité centrale électronique 12 reçoit les signaux électroniques fournis par les transducteurs Tu , Tij, T6,6 et son module d'identification 16, son sélectionneur 18 ainsi que son calculateur 20 les traitent pour localiser l'impact P dans la surface interactive 10 par une analyse de différences de temps de propagation de ces ondes mécaniques progressives depuis l'impact P jusqu'aux N = 4, 6 ou 9 transducteurs les plus proches de l'impact P.
Plus précisément, au cours de l'étape 104, le module d'identification 16 identifie des instants de détection d'impact dans au moins une partie des signaux électriques reçus par l'unité centrale électronique 12. Certains des signaux peuvent être trop faibles pour qu'une telle identification puisse être réalisée, mais cela n'a aucune importance à partir du moment où au moins N instants de détection d'impact sont identifiés dans au moins N signaux électriques reçus.
Ensuite, au cours de l'étape 106, le sélectionneur 18 sélectionne les N = 4, 6 ou 9 transducteurs les plus proches de l'impact P, c'est-à-dire ceux dont les signaux électriques comportent chronologiquement les N premiers instants de détection d'impact identifiés. En particulier, si les quatre premiers instants de détection d'impact identifiés sont clairement issus de quatre transducteurs voisins formant une cellule élémentaire {T, j, Τ,,]+1 , Ti+1 j, Ti+1 j+1} de la matrice de transducteurs, alors cela signifie que l'impact P est situé entre ces quatre transducteurs et la sélection de ces N = 4 transducteurs est suffisante pour réaliser une localisation optimale de l'impact P. Si les quatre premiers instants de détection d'impact identifiés semblent issus de six transducteurs voisins formant deux cellules élémentaires adjacentes de la matrice de transducteurs, à une marge de tolérance près, alors cela signifie que l'impact P est situé au voisinage d'une ligne ou colonne de la matrice entre deux transducteurs voisins {Tij, TiJ+1} ou {T,j, Ti+1 J} et la sélection des N = 6 transducteurs de ces deux cellules élémentaires adjacentes est suffisante pour réaliser une localisation optimale de l'impact P. Enfin, si les quatre premiers instants de détection d'impact identifiés semblent issus de neuf transducteurs voisins {T,j, Tiii+1 , Τ^+2, Ti+1 j, Ti+1 j+1 , Ti+1 j+2, Ti+2j, Ti+2,j+i , Ti+2j+2} formant quatre cellules élémentaires adjacentes de la matrice de transducteurs, à une marge de tolérance près, alors cela signifie que l'impact P est situé au voisinage du transducteur Ti+1 j+1 situé au centre de ces quatre cellules élémentaires adjacentes et la sélection des N = 9 transducteurs formant ces quatre cellules élémentaires est suffisante pour réaliser une localisation optimale de l'impact P.
Ensuite, au cours de l'étape 108, le calculateur 20 détermine comme indiqué précédemment la localisation de l'impact P, par exemple en coordonnées cartésiennes dans la surface interactive 10, sur la base des N instants de détection de l'impact P identifiés dans les N signaux électriques reçus et sélectionnés et des localisations respectives des N transducteurs correspondants. Ce calcul peut inclure l'optimisation d'un critère de vraisemblance, notamment lorsque plusieurs cellules élémentaires adjacentes sont sollicitées. Le procédé est ensuite prêt pour la détection d'un nouvel impact (retour à l'étape 100).
En variante, l'étape de calcul 108 pourrait être exécutée avant l'étape de sélection 106. Chaque cellule élémentaire {T,j, TiJ+1 , Ti+1 J, Ti+1 J+1} de quatre transducteurs voisins peut être indépendamment considérée par l'unité centrale électronique 12 au cours de l'étape 108 pour réaliser, à l'aide du calculateur 20, une estimation de localisation d'impact à l'aide des instants de détection d'impact identifiés dans cette cellule élémentaire et des localisations de ses quatre transducteurs. Ensuite, la sélection 106 peut se faire sur la localisation, les deux localisations ou les quatre localisations basées respectivement sur les N = 4, 6 ou 9 premiers instants de détection d'impact identifiés.
On notera que le calculateur 20 peut également être configuré pour mesurer une énergie de l'impact P en plus de sa localisation.
Compte tenu de la forme impulsionnelle des signaux émis par les transducteurs en cas de détection d'impact et de la forte atténuation potentielle des ondes à l'origine de ces signaux dans la surface interactive 10 en fonction de la distance par rapport à l'impact P, la bonne distance entre deux transducteurs voisins en ligne ou colonne de la matrice de transducteurs est à déterminer pour que la largeur spatiale de l'impulsion soit nettement inférieure à cette distance, mais pour que l'atténuation ne soit pas non plus trop forte sur cette distance. Ce compromis à trouver est à la portée de l'homme du métier. Par exemple, pour une surface interactive en polycarbonate destinée à recevoir des projectiles de tir, flèches ou fléchettes pouvant atteindre plusieurs dizaines de joules, les transducteurs peuvent être avantageusement distancés de 50 cm +/- 10% en lignes et en colonnes. Il est ainsi possible d'augmenter à volonté la taille de surface interactive 10, jusqu'à présenter un mur d'image(s) en multipliant les transducteurs, sans pour autant augmenter la complexité de la localisation d'impacts.
Un inconvénient de la variante d'implémentation du mode de réalisation de la figure 1 est la complexité du câblage puisque, pour une matrice de trente-six transducteurs, trente-six raccordements indépendants à l'unité centrale électronique 12 sont nécessaires. Une simplification du câblage peut donc être proposée dans une deuxième variante d'implémentation illustrée sur la figure 3.
Selon cette deuxième variante, les trente-six transducteurs T^ , T,j, ..., T66 sont raccordés électriquement entre eux en plusieurs groupes disjoints eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique 12. Un premier groupe Gi de neuf transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T1+2U+2j dans la matrice de transducteurs, où i et j sont des indices entiers positifs ou nuls. Un deuxième groupe G2 de neuf transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T1+2i,2+2j dans la matrice de transducteurs. Un troisième groupe G3 de neuf transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T2+2U+2j dans la matrice de transducteurs. Un quatrième groupe G4 de neuf transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T2+2i,2+2j dans la matrice de transducteurs. Ainsi, tous les transducteurs de la matrice (Τ^) sont raccordés à l'un de ces quatre groupes de sorte que seulement quatre signaux électriques arrivent sur l'interface 14 de l'unité centrale électronique 12. On note que ces raccordements sont réalisés de sorte que quatre transducteurs voisins quelconques d'une même cellule élémentaire {T,,,, Ti,j+1 , Ti+1 j, Ti+1 j+1} de la matrice (T,,,) de transducteurs appartiennent toujours respectivement aux quatre groupes disjoints G1 ; G2, G3 et G4.
Il en résulte une ambiguïté dans les instants de détection d'impacts identifiés puisqu'il n'est alors pas possible de savoir exactement à quel transducteur correspond tel ou tel instant identifié dans l'un des quatre signaux reçus par l'unité centrale électronique 12. Pour lever cette ambiguïté, au moins trois transducteurs supplémentaires sont disposés et répartis contre la surface interactive 10, également conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive 10 et les transformer en signaux électriques transmis indépendamment à l'unité centrale électronique 12. Dans la variante d'implémentation de la figure 3, il y en a quatre, TA, TB, Tc et TD, fournissant quatre signaux électriques différents SA, SB, Sc, SD à l'unité centrale électronique 12. Ils sont avantageusement positionnés sur les diagonales de la surface interactive 10 et en des lieux minimisant la distance de la localisation possible d'impact la plus éloignée. Ils n'ont pas besoin de fournir une mesure très précise.
Ainsi, selon cette deuxième variante, le sélectionneur 18 est adapté de manière à utiliser les signaux SA, SB, Sc, SD pour pré-localiser de manière au moins approximative l'impact P dans la surface interactive 10 au cours de l'étape de sélection 106 afin de sélectionner sur cette base un voisinage de N = 4, 6 ou 9 transducteurs considérés comme les plus proches de cette pré-localisation. Les N = 4, 6 ou 9 instants de détection d'impacts identifiés dans les signaux fournis par les groupes G1 ; G2, G3, G4 sont alors affectés aux transducteurs ainsi sélectionnés pour l'exécution du calcul de localisation réalisée par le calculateur 20 au cours de l'étape 108.
Un inconvénient de la variante d'implémentation de la figure 3 apparaît lorsque l'impact P est situé au voisinage d'une ligne ou colonne de la matrice (T,j) entre deux transducteurs voisins. Dans ce cas, il y a au moins deux autres transducteurs à peu près équidistants du point d'impact P qui sont pris en compte dans la sélection de l'étape 106 et qui font partie du même groupe d , G2, G3 ou G4. Leurs deux instants de détection d'impact sont alors confondus en un seul qui résulte d'une superposition de deux signaux électriques suffisamment proches pour que leurs impulsions s'additionnent. Cette addition de signaux non différentiables engendre une erreur dans l'identification de l'instant de détection d'impact et donc dans la localisation de l'étape 1 08. Cette erreur reste néanmoins faible et tout à fait acceptable dans un certain nombre d'applications pour lesquelles une grande précision n'est pas recherchée. Dans le cas contraire, une adaptation du câblage peut être proposée dans une troisième variante d'implémentation illustrée sur la figure 4.
Selon cette troisième variante, les trente-six transducteurs T^ , T,j, ... , T6 6 sont raccordés électriquement entre eux en plusieurs groupes disjoints eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique 1 2. Un premier groupe G de quatre transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T1 +3U +3j dans la matrice de transducteurs, où i et j sont des indices entiers positifs ou nuls. Un deuxième groupe G'2 de quatre transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T1 +3i,2+3j dans la matrice de transducteurs. Un troisième groupe G'3 de quatre transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T1 +3i,3+3j dans la matrice de transducteurs. Un quatrième groupe G'4 de quatre transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T2+3i,i+3j dans la matrice de transducteurs. Un cinquième groupe G'5 de quatre transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T2+3i,2+3j dans la matrice de transducteurs. Un sixième groupe G'6 de quatre transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T2+3i,3+3j dans la matrice de transducteurs. Un septième groupe G'7 de quatre transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T3+3U +3j dans la matrice de transducteurs. Un huitième groupe G'8 de quatre transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T3+3i 2+3j dans la matrice de transducteurs. Un neuvième groupe G'9 de quatre transducteurs raccordés entre eux concerne les transducteurs identifiés par une référence T3+3i 3+3j dans la matrice de transducteurs. Ainsi, tous les transducteurs de la matrice sont raccordés à l'un de ces neuf groupes de sorte que seulement neuf signaux électriques arrivent sur l'interface 14 de l'unité centrale électronique 1 2. On note que ces raccordements sont réalisés de sorte que neuf transducteurs voisins quelconques {Τ , TiJ+i , Τ +2, Ti+1 J. Ti+1 J+1 , Ti+i ,j+2, Ti+2j, Ti+2,j+1 , Ti+2j+2} formant quatre cellules élémentaires adjacentes ayant un même transducteur commun central Ti+1 j+1 de la matrice (Tjj) de transducteurs appartiennent toujours respectivement aux neuf groupes disjoints. Comme précédemment, pour lever l'ambiguïté dans les instants de détection d'impacts identifiés, quatre transducteurs supplémentaires TA, TB, Tc et TD sont disposés et répartis contre la surface interactive 10, également conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive 10 et les transformer en signaux électriques SA, SB, Sc, SD transmis indépendamment à l'unité centrale électronique 12. Ils sont avantageusement positionnés sur les diagonales de la surface interactive 10 et en des lieux minimisant la distance de la localisation possible d'impact la plus éloignée. Ils n'ont pas besoin comme précédemment de fournir une mesure très précise.
Comme précédemment également, le sélectionneur 18 est adapté de manière à utiliser les signaux SA, SB, Sc, SD pour pré-localiser au moins approximativement l'impact P dans la surface interactive 10 au cours de l'étape de sélection 106 afin de sélectionner sur cette base un voisinage de N = 4, 6 ou 9 transducteurs considérés comme les plus proches de cette pré-localisation. Les N = 4, 6 ou 9 instants de détection d'impacts identifiés dans les signaux fournis par les groupes d , G'2, G'3, G'4, G'5, G'6, G'7, G'8, G'9 sont alors affectés aux transducteurs ainsi sélectionnés pour l'exécution du calcul de localisation réalisée par le calculateur 20 au cours de l'étape 108.
On note que dans cette troisième variante de la figure 4, même lorsque l'impact P est situé au voisinage d'une ligne ou colonne de la matrice (Τ^), il ne peut pas y avoir deux transducteurs sélectionnés appartenant au même groupe. Cette amélioration par rapport à la variante précédente se fait donc au prix d'un plus grand nombre de signaux fournis à l'unité centrale électronique 12, sans que celui-ci n'atteigne pour autant celui de la première variante.
Selon une première variante d'un autre mode de réalisation possible illustré partiellement sur la figure 5 (seules trois lignes L1 ; L2 et L3 étant partiellement représentées), les M transducteurs peuvent être répartis de façon bidimensionnelle régulière en quinconce contre la surface interactive 10. Dans ce cas, par adaptation directe du mode de réalisation précédent aux cellules élémentaires triangulaires de ce mode de réalisation, le sélectionneur 18 de l'unité centrale électronique 12 est avantageusement conçu et/ou programmé pour sélectionner un sous-ensemble de N = 3, 4 ou 7 transducteurs parmi les M transducteurs. On notera toutefois que des sous-ensembles en losanges de N = 4, 6 ou 9 transducteurs pourraient également être sélectionnés dans ce mode de réalisation, de même que des sous-ensembles en triangles de N = 3, 4 ou 7 transducteurs pourraient être sélectionnés dans le premier mode de réalisation des figures 1 , 3 et 4.
Un inconvénient de cette première variante d'implémentation du deuxième mode de réalisation est la complexité du câblage puisque, comme dans la variante de la figure 1 , chaque transducteur transmet indépendamment son signal électrique à l'unité centrale électronique 12. Une simplification du câblage peut donc être proposée dans une deuxième variante d'implémentation du deuxième mode de réalisation illustrée sur la figure 6.
Selon cette deuxième variante, les M transducteurs sont raccordés électriquement entre eux en plusieurs groupes disjoints eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique 12. Par exemple tous les transducteurs des lignes et L3 illustrées sur la figure 6 sont raccordés entre eux dans un premier groupe Gi alors que les transducteurs de la ligne L2, en quinconce par rapport à et l_3, sont alternativement raccordés à un deuxième groupe G2 et à un troisième groupe G3. Comme dans la deuxième variante de la figure 3, pour lever toute ambiguïté dans les instants de détection d'impacts identifiés, au moins trois transducteurs supplémentaires sont disposés et répartis contre la surface interactive 10, également conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive 10 et les transformer en signaux électriques transmis indépendamment à l'unité centrale électronique 12 en vue d'une pré-localisation pour l'étape de sélection 108. Dans la variante d'implémentation de la figure 6, il y en a trois, TA, Tb et TC, fournissant trois signaux électriques différents SA, SB, Sc à l'unité centrale électronique 12.
Un inconvénient de cette deuxième variante d'implémentation du deuxième mode de réalisation est le même que dans la deuxième variante d'implémentation du premier mode de réalisation de la figure 3 lorsque l'impact P est proche d'une arête (i.e. un segment entre deux transducteurs voisins quelconques) de la disposition en quinconce. Si nécessaire, une adaptation du câblage peut être proposée dans une troisième variante d'implémentation du deuxième mode de réalisation illustrée sur la figure 7.
Selon cette troisième variante, les M transducteurs sont raccordés électriquement entre eux en plusieurs groupes disjoints eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique 12. Par exemple les transducteurs de la ligne sont alternativement raccordés à un premier groupe G'i et à un deuxième groupe G'2, les transducteurs de la ligne L2 sont alternativement raccordés à un troisième groupe G'3 et à un quatrième groupe G'4, les transducteurs de la ligne L3 sont alternativement raccordés à un cinquième groupe G'5 et à un sixième groupe G'6. Comme dans la variante précédente, pour lever toute ambiguïté dans les instants de détection d'impacts identifiés, trois transducteurs supplémentaires TA, TB et Tc sont disposés et répartis contre la surface interactive 10, également conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive 10 et les transformer en signaux électriques SA, SB, Sc transmis indépendamment à l'unité centrale électronique 12 en vue d'une pré-localisation pour l'étape de sélection 108.
On note que dans cette troisième variante de la figure 7, même lorsque l'impact P est proche d'une arête de la disposition en quinconce, il ne peut pas y avoir deux transducteurs sélectionnés appartenant au même groupe. En effet, les six groupes disjoints sont avantageusement choisis pour que trois transducteurs voisins quelconques d'une même cellule élémentaire triangulaire de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement à trois groupes disjoints. Cette amélioration par rapport à la deuxième variante de la figure 6 se fait donc au prix d'un plus grand nombre de signaux fournis à l'unité centrale électronique 12, sans que celui-ci n'atteigne pour autant celui de la première variante de la figure 5.
Il apparaît clairement qu'un dispositif de localisation d'un impact tel que l'un de ceux décrits précédemment permet de localiser un impact à l'aide d'un nombre réduit N de transducteurs dans une surface interactive dont les dimensions peuvent être agrandies en disposant un nombre M > N de transducteurs, M pouvant être aussi grand que souhaité, sans pour autant augmenter la complexité des calculs de localisation d'impact. Cela permet d'envisager des applications ludiques ou autres d'interaction avec de grandes surfaces impactiles, notamment des murs d'image(s) ou de vidéo, exploitant la technologie bon marché des localisations d'impacts par analyse de différences de temps de propagation d'ondes mécaniques progressives. Il en résulte des dispositifs à moindres coûts.
On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci- dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de localisation d'un impact (P) contre une surface interactive (10) apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir de l'impact (P), comportant :
un ensemble de M transducteurs (T^ , T66) disposés et répartis contre la surface interactive (10), M > 4, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive (10) et les transformer en signaux électriques, et
- une unité centrale électronique (12), reliée aux transducteurs (T^ ,
T6,6) pour recevoir leurs signaux électriques, programmée pour localiser l'impact (P) dans la surface interactive (10) par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact (P) vers les transducteurs (Tu , T6,6) sur la base d'instants de détection de l'impact (P) identifiés dans les signaux électriques reçus,
caractérisé en ce que l'unité centrale électronique (12) est programmée (16, 18, 20) pour :
sélectionner, parmi les M transducteurs (T^ , T6,6), un sous- ensemble de N transducteurs, 3 < N < M, dont les signaux électriques comportent chronologiquement les N premiers instants de détection d'impact identifiés, et
localiser l'impact (P) sur la base de ces N premiers instants de détection d'impact identifiés et des lieux de disposition dans la surface interactive des N transducteurs sélectionnés.
2. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon la revendication 1 , dans lequel les M transducteurs (T^ , T6 6) sont répartis de façon bidimensionnelle régulière en une matrice de transducteurs contre la surface interactive (10) et l'unité centrale électronique (12) est programmée pour sélectionner N = 4, 6 ou 9 transducteurs parmi ces M transducteurs (T^ , T6,6).
3. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon la revendication 1 , dans lequel les M transducteurs (T^ , T6,6) sont répartis de façon bidimensionnelle régulière en quinconce contre la surface interactive (10) et l'unité centrale électronique (12) est programmée pour sélectionner N = 3, 4 ou 7 transducteurs parmi ces M transducteurs (T^ , T6,6).
4. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel :
les M transducteurs (T^ , T6,6) sont raccordés électriquement entre eux en plusieurs groupes disjoints (Gi , G2, G3, G4 ; G'i , G'2, G'3, G'4, G'5, G'6, G'7, G'8, G'9 ; G1 ; G2, G3 ; G'1 ; G'2, G'3, G'4, G'5, G'6) eux- mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique (12), au moins trois transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc, TD ; TA, TB, Tc) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10), conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive (10) et les transformer en signaux électriques
(SA, SB, SC, SD ; SA, SB, SC) transmis indépendamment à l'unité centrale électronique (12), et
l'unité centrale électronique (12) est programmée (18) pour prélocaliser l'impact dans la surface interactive (10) sur la base des signaux électriques (SA, SB, SC, SD ; SA, SB, SC) reçus des transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc, TD ; TA, TB, Tc) et pour sélectionner le sous-ensemble de N transducteurs sur la base de cette pré-localisation.
5. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon les revendications 2 et 4, dans lequel :
les M transducteurs (T^ , T6,6) sont raccordés électriquement entre eux en quatre groupes disjoints (d , G2, G3, G4) eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique (12), de telle sorte que quatre transducteurs voisins quelconques d'une même cellule élémentaire de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement aux quatre groupes disjoints (G1 ; G2, G3, G4), et
quatre transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc, TD) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10).
6. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon les revendications 2 et 4, dans lequel :
les M transducteurs (T^ , T6,6) sont raccordés électriquement entre eux en neuf groupes disjoints (d , G'2, G'3, G'4, G'5, G'6, G'7, G'8, G'9) eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique (12), de telle sorte que neuf transducteurs voisins quelconques formant quatre cellules élémentaires adjacentes ayant un même transducteur commun central de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement aux neuf groupes disjoints (G'-i , G'2> G'3> G'4> G'5> G'6> G'7> G'8> G'9), et
- quatre transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc, TD) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10).
7. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon les revendications 3 et 4, dans lequel :
les M transducteurs (T^ , T6,6) sont raccordés électriquement entre eux en trois groupes disjoints (G1 ; G2, G3) eux-mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique (12), et trois transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10).
8. Dispositif de localisation d'un impact (P) selon les revendications 3 et 4, dans lequel :
les M transducteurs (T^ , T6,6) sont raccordés électriquement entre eux en six groupes disjoints (d , G'2, G'3, G'4, G'5, G'6) eux- mêmes raccordés électriquement à l'unité centrale électronique (12), de telle sorte que trois transducteurs voisins quelconques d'une même cellule élémentaire triangulaire de la matrice de transducteurs appartiennent toujours respectivement à trois groupes disjoints, et trois transducteurs supplémentaires (TA, TB, Tc) sont disposés et répartis contre la surface interactive (10).
9. Procédé de localisation d'un impact (P) contre une surface interactive (10) apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir de l'impact (P), comportant les étapes suivantes :
Capter (102), à l'aide d'un ensemble de M transducteurs (T^ , T6,6) disposés et répartis contre la surface interactive (10), M > 4, les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive (10) et les transformer en signaux électriques, et localiser (104, 106, 108) l'impact (P) dans la surface interactive, à l'aide d'une unité centrale électronique (12) reliée aux transducteurs (Tu , T6,6) pour recevoir leurs signaux électriques, par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact (P) vers les transducteurs (Tu , T6,6) sur la base d'instants de détection de l'impact identifiés (104) dans les signaux électriques reçus,
caractérisé en ce que la localisation d'impact (104, 106, 108) comporte les étapes suivantes :
- sélectionner (106), parmi les M transducteurs (T^ , T6,6), un sous- ensemble de N transducteurs, 3 < N < M, dont les signaux électriques comportent chronologiquement les N premiers instants de détection d'impact identifiés (104), et
localiser (108) l'impact (P) sur la base de ces N premiers instants de détection d'impact identifiés (104) et des lieux de disposition dans la surface interactive (10) des N transducteurs sélectionnés (106).
10. Programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de localisation d'impact (P) selon la revendication 9, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
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