Améliorer la performance humaine grâce à une vision augmentée

Jury

• M. Vincent NOURRIT , Professeur , IMT Atlantique, Rapporteur
• Mme Stefanie ZOLLMANN, Associate Professor, Aarhus University, Rapporteure
• M. Laurent VABRE, Docteur , Imagine Eyes, Examinateur
• M. Gabriele FACCIOLO, Professeur, ENS Paris-Saclay, Examinateur

Mots-clés    

vision augmentée, Interaction homme machine, système visuel humain, Lentilles de forme libre, Modulateur spatial de lumière, optique computationnelle

Résumé

La vision augmentée (VA) est un domaine émergent qui vise à améliorer la vision humaine en modulant directement la perception qu’a l’utilisateur du monde réel. Contrairement aux aides visuelles traditionnelles telles que les lunettes ou les lentilles de contact qui offrent une correction statique, les systèmes de VA permettent une modulation dynamique et en temps réel du monde réel. Cette capacité à modifier activement la perception de l’utilisateur ouvre de nouvelles possibilités pour corriger et augmenter la vision humaine. L’une des trois applications les plus courantes de l’AV est la correction de la vision. Cela est particulièrement pertinent pour la presbytie, une affection liée à l’âge qui touche 1,8 milliard de personnes dans le monde. Les solutions conventionnelles, telles que les lunettes progressives ou les lentilles de contact multifocales, offrent un compromis statique avec des zones focales fixes ou un contraste réduit, respectivement. En revanche, les systèmes AV utilisent leur comportement intrinsèquement dynamique pour pallier ces limites. Par exemple, certains systèmes utilisent des approches à mise au point unique automatique avec des lentilles à mise au point réglable pour faire la mise au point à des profondeurs spécifiques. Cependant, cette approche se limite à l’application d’une seule puissance optique sur l’ensemble du champ de vision à la fois. Les alternatives sont les systèmes multifocaux, qui offrent un contrôle spatial granulaire de la mise au point. Cependant, bien que le concept ait été démontré, il manque une évaluation objective de la qualité d’image de ces systèmes.

Cette thèse aborde deux objectifs principaux. Le premier est d’établir un cadre conceptuel pour la vision augmentée en énonçant une définition formelle et une nouvelle taxonomie qui classe les systèmes existants en fonction de leur méthode de modulation de la lumière. Le second est de combler une lacune identifiée par ce cadre : l’absence de systèmes de vision augmentée multifocaux et l’évaluation de leurs performances d’imagerie. Pour relever les défis liés à la vision multifocale, cette thèse propose une architecture optique qui combine un modulateur spatial de lumière (SLM) à phase uniquement avec une lentille de Lohmann, permettant un contrôle spatial de la puissance optique sur le champ de vision et offrant une modulation transparente et réaliste. Nous validons le prototype en mesurant la fonction de transfert de modulation (FTM) pour la correction globale et multifocale, en plaçant des objets à différentes profondeurs et en réglant la mise au point du système sur ceux-ci. Nous utilisons une caméra dont la mise au point est réglée sur l’infini pour simuler un œil presbyte pendant les mesures. Les résultats confirment que le système peut mettre au point des objets à plusieurs profondeurs, démontrant une FTM plus élevée pour chaque plan mis au point lorsque le système est actif par rapport à l’état inactif.

Cette thèse apporte deux contributions principales : (1) un cadre conceptuel formel pour les systèmes AV qui identifie les lacunes de la recherche, et (2) un prototype de plateforme optique pour la vision multifocale et son évaluation. Cette plateforme sert de technologie de base pour explorer une nouvelle classe d’interfaces basées sur la puissance optique variable dans l’espace afin d’améliorer la perception visuelle et de remédier aux déficiences visuelles courantes.