Approche méthodologique et comparative des critères de qualité d'image, de perception et d'exploitabilité opérationnelle : application aux systèmes d'aide à la vision nocturne en aéronautique

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Sous la direction de Bernard Claverie
Thèse soutenue le 25 juin 2010: Bordeaux 2
Les méthodes pour évaluer les systèmes de vision nocturne présentent un certain manque de techniques permettant d’évaluer ces dispositifs avec l’humain dans la boucle. Pour mettre en place ce type de méthodologies, les performances des sujets ont été évaluées dans différentes méthodologies, afin de comparer différents types de systèmes de vision nocturne. L’objectif final est d’améliorer la prédictabilité des évaluations de laboratoire réalisées pour mieux préparer les essais en vol. Une première série d’expérimentation traite de la mise en place de méthodologies sensorielles par l’amélioration de deux méthodes classiques : la mesure de l’acuité visuelle et l’évaluation de la sensibilité au contraste. Les résultats ont permis de discuter du rôle du conflit accommodation/convergence dans les systèmes de type 2, avec les tubes IL déplacés sur le coté. Une différence de sensibilité au contraste entre les systèmes de type 1 et 2 semble se confirmer. Une seconde série d’expérimentation propose une nouvelle approche méthodologique cognitive avec le développement de deux nouvelles méthodes appelées « simulation » et « stimulation ». Dans la première étude, la détection est influencée par l’expérience des sujets, le niveau de nuit et la fonction de sensibilité au contraste tandis que la prise de décision ne semble être dépendante que de l’expérience et du contraste. Avec des systèmes de vision nocturne fonctionnels, la détection et la prise de décision sont dépendantes du niveau de nuit. La dernière partie discute des modifications apportées aux méthodes sensorielles existantes ainsi que des nouvelles méthodes cognitives développées. Les apports méthodologiques sont également présentés, ainsi que d’autres approches expérimentales à mettre en place. En conclusion, les expérimentations menées « avec l’homme dans la boucle » ont permis d’apporter de nouvelles méthodes pour évaluer les dispositifs de vision nocturne. Il apparait aussi que, selon le type d’expérimentation à mener, il est essentiel de bien choisir la population sélectionnée, en termes de critère de performances visuelles, mais aussi d’expérience opérationnelle.
-Systèmes de vision nocturne
-Méthodologie
-Sensorielle
-Cognitive
-Facteurs d'influence
Methods to evaluate night-vision devices present an evident lack of technique preventing the testing of these devices with the operators themselves. To set up these methodology types and establish a link between evaluations in laboratory and flight tests, subjects’ performances were measured thanks to various methodologies in order to compare different night-vision systems. The final aim is to improve the predictability of laboratory evaluation to better prepare flight tests. A first series of experiment deals with the implementation of sensory methodologies thanks to the improvement of two classic methods: visual acuity measure and contrast sensitivity evaluation. The results enabled us to discuss the role of accommodation/convergence conflict in the type 2 systems, with tubes IT moved at each side of the head. A difference in contrast sensitivity between type 1 and type 2 systems seems to be confirmed. A second series of experiment proposes a new cognitive methodological approach with the development of two new methods called simulation and stimulation. In the first study, the detection is influenced by the subject’s experience, night level and contrast sensitivity function, whereas decision-making seems only to be dependent on experience and contrast. With functional night-vision systems, detection and decision-making are dependent on night level. The last part discusses the modifications made to existing sensory methods and to the new developed cognitive methods. The methodological contributions are also presented, as well as other experimental approaches to set up. In conclusion, the experiments led including humans “in the buckle” brought new methods to evaluate night-vision devices. It appears as well that according to the type of experiment led, it is essential/very important to properly select the chosen population, as regards to the visual performance criteria, but also as regards to the subject’s operational experiment.
Source: http://www.theses.fr/2010BOR21713/document
Publié le : lundi 19 mars 2012
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Université Victor Segalen Bordeaux 2

Année 2010
Thèse n°6278
THÈSE
pour le
DOCTORAT DE L‟UNIVERSITÉ BORDEAUX 2

Mention : Sciences Cognitives

Présentée et soutenue publiquement

Le 25 Juin 2010
Par Marie CHARBONNEAU
Né(e) le 16 juillet 1980 à Bourges


Approche méthodologique et comparative des critères de qualité
d'image, de perception et d'exploitabilité opérationnelle
Application aux systèmes d'aide à la vision nocturne en aéronautique



Membres du Jury

Mme Catherine SEMAL .........................................................................Président
Mme Corinne ROUMES .........Rapporteur
Mr Ron KRUK ........................................................................................Rapporteur
Mr Alain LEGER ....................Examinateur
Mr Pascal GUITTON ..............................................................................Examinateur
Mr Bernard CLAVERIE .........Directeur de thèse



Université Victor Segalen Bordeaux 2

Année 2010
Thèse n°6278
THÈSE
pour le
DOCTORAT DE L‟UNIVERSITÉ BORDEAUX 2

Mention : Sciences Cognitives

Présentée et soutenue publiquement

Le 25 Juin 2010
Par Marie CHARBONNEAU
Né(e) le 16 juillet 1980 à Bourges


Approche méthodologique et comparative des critères de qualité
d'image, de perception et d'exploitabilité opérationnelle
Application aux systèmes d'aide à la vision nocturne en aéronautique



Membres du Jury

Mme Catherine SEMAL .........................................................................Président
Mme Corinne ROUMES .........Rapporteur
Mr Ron KRUK ........................................................................................Rapporteur
Mr Alain LEGER ....................Examinateur
Mr Pascal GUITTON ..............................................................................Examinateur
Mr Bernard CLAVERIE .........Directeur de thèse
































































Résumé
Résumé

Les méthodes pour évaluer les systèmes de vision nocturne présentent un certain manque de
techniques permettant d‟évaluer ces dispositifs avec l‟humain dans la boucle. Pour mettre en
place ce type de méthodologies, les performances des sujets ont été évaluées dans différentes
méthodologies, afin de comparer différents types de systèmes de vision nocturne. L‟objectif
final est d‟améliorer la prédictabilité des évaluations de laboratoire réalisées pour mieux
préparer les essais en vol.
Une première série d‟expérimentation traite de la mise en place de méthodologies sensorielles
par l‟amélioration de deux méthodes classiques : la mesure de l‟acuité visuelle et l‟évaluation
de la sensibilité au contraste. Les résultats ont permis de discuter du rôle du conflit
accommodation/convergence dans les systèmes de type 2, avec les tubes IL déplacés sur le
coté. Une différence de sensibilité au contraste entre les systèmes de type 1 et 2 semble se
confirmer.
Une seconde série d‟expérimentation propose une nouvelle approche méthodologique
cognitive avec le développement de deux nouvelles méthodes appelées « simulation » et
« stimulation ». Dans la première étude, la détection est influencée par l‟expérience des sujets,
le niveau de nuit et la fonction de sensibilité au contraste tandis que la prise de décision ne
semble être dépendante que de l‟expérience et du contraste. Avec des systèmes de vision
nocturne fonctionnels, la détection et la prise de décision sont dépendantes du niveau de nuit.
La dernière partie discute des modifications apportées aux méthodes sensorielles existantes
ainsi que des nouvelles méthodes cognitives développées. Les apports méthodologiques sont
également présentés, ainsi que d‟autres approches expérimentales à mettre en place.
En conclusion, les expérimentations menées « avec l‟homme dans la boucle » ont permis
d‟apporter de nouvelles méthodes pour évaluer les dispositifs de vision nocturne. Il apparait
aussi que, selon le type d‟expérimentation à mener, il est essentiel de bien choisir la
population sélectionnée, en termes de critère de performances visuelles, mais aussi
d‟expérience opérationnelle.




Abstract
Abstract

Methods to evaluate night-vision devices present an evident lack of technique preventing the
testing of these devices with the operators themselves. To set up these methodology types and
establish a link between evaluations in laboratory and flight tests, subjects‟ performances
were measured thanks to various methodologies in order to compare different night-vision
systems. The final aim is to improve the predictability of laboratory evaluation to better
prepare flight tests.
A first series of experiment deals with the implementation of sensory methodologies thanks to
the improvement of two classic methods: visual acuity measure and contrast sensitivity
evaluation. The results enabled us to discuss the role of accommodation/convergence conflict
in the type 2 systems, with tubes IT moved at each side of the head. A difference in contrast
sensitivity between type 1 and type 2 systems seems to be confirmed.
A second series of experiment proposes a new cognitive methodological approach with the
development of two new methods called "simulation" and "stimulation". In the first study, the
detection is influenced by the subject‟s experience, night level and contrast sensitivity
function, whereas decision-making seems only to be dependent on experience and contrast.
With functional night-vision systems, detection and decision-making are dependent on night
level.
The last part discusses the modifications made to existing sensory methods and to the new
developed cognitive methods. The methodological contributions are also presented, as well as
other experimental approaches to set up.
In conclusion, the experiments led including humans “in the buckle” brought new methods to
evaluate night-vision devices. It appears as well that according to the type of experiment led,
it is essential/very important to properly select the chosen population, as regards to the visual
performance criteria, but also as regards to the subject‟s operational experiment.
Remerciements
REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS
Cette thèse CIFRE s‟est déroulée au sein du service Safety Interactions and Human factors
(SIH) de la division aéronautique de Thales, en collaboration avec l‟Ecole Nationale
Supérieure de Cognitique (ENSC), le laboratoire Cognition et Facteurs Humains (EA-487) et
le Laboratoire Bordelais de Recherche Informatique (LaBRI).

Je tiens en premier lieu à adresser mes sincères remerciements au Professeur Bernard
CLAVERIE, professeur des universités et directeur de l‟ENSC, qui a accepté de diriger cette
thèse. Ses compétences, son exigence et sa rigueur m‟ont permis de progresser tout au long de
ces trois ans et demi.
Un simple merci ne me semble pas suffisant pour m‟adresser au Docteur Alain LEGER, qui
m‟a guidé depuis mon stage de deuxième année de master. Au-delà du soutien et de la
confiance qu‟il a su me témoigner, il m‟a guidé dans les méandres de la thèse avec
enthousiasme et beaucoup de patience. Je souhaite à tous les futurs thésards de pouvoir
bénéficier de tel encadrement ou soutient, qu‟il soit scientifique ou humain.
Je tiens à remercier également au Professeur Pascal GUITTON, Professeur à l'université de
Bordeaux 1 et responsable de l'équipe IPARLA, pour son accueil chaleureux et amical mais
aussi pour avoir su me guider sur des aspects bien méconnus pour ma part.

J‟adresse toute ma gratitude au Professeur Catherine SEMAL, Professeur à l‟Institut
Polytechnique de Bordeaux, de me faire l‟honneur de présider mon jury.
J‟adresse mes plus vifs remerciements à Madame la Professeur Agrégé Corinne ROUMES
d‟avoir accepté d‟être rapporteur. Ses propres travaux m‟ont été d‟une grande aide et ses
conseils éclairés m‟ont été à plusieurs reprises au cours de ces années d‟un grand secours.
Je remercie sincèrement le Docteur Ron KRUK d‟avoir accepté de juger mon travail en
qualité de rapporteur.
Je souhaite adresser mes sincères remerciements au Professeurs Pascal GUITTON et au
Docteur Alain LEGER d‟avoir bien voulu examiner ce document.
Je tiens à remercier l‟équipe SIH et Monsieur Denis BONNET de m‟avoir accueilli, de
m‟avoir accompagné et aider à gérer les aléas financiers et techniques. Un merci tout
particulier à Elisa, mon amie, toujours là pour le travail, les bons conseils mais aussi les
moments de folie.
Remerciements
Je ne peux pas oublier ceux sans qui cette thèse n‟aurait jamais abouti, c‟est-à-dire les
ingénieurs et les techniciens qui ont participé à tout ce projet, en particulier Frédéric SAVIOT
et Philippe AUGEREAU qui ont su faire preuve de patience face à mon manque de
compétences techniques. Mais je n‟oublie pas l‟ensemble des équipes qui m‟ont aidé à travers
les services de production, d‟optique et d‟informatique. Merci à Julien, Laurent pour vos
sourires et vos encouragements.
Un merci tout particulier à Mickael MELAS et Thi Ngoc Hanh NGUYEN. Sans votre travail,
cette thèse n‟aurait pu exister et pour cela, ces lignes ne sont pas assez.

Je tiens à remercier le Professeur Bernard N‟KAOUA, ainsi que tous les chercheurs et les
étudiants, de m‟avoir accueilli au sein du laboratoire CFH. Un merci très spécial à Sabine,
pour tous nos échanges sur nos expérimentations, pour ton soutien et ta bonne humeur
quotidienne.
Je remercie sincèrement toute l‟équipe de l‟ENSC, leur équipe pédagogique, les chercheurs,
les personnels administratifs pour leur accueil et leur aide au cours de mon périple doctoral.

Je remercie sincèrement tous les sujets ayant pris part aux fastidieuses expériences présentées
dans ce travail. Je remercie tout particulièrement l‟EA-ALAT d‟avoir participé à la réalisation
de ce travail. Un merci tout particulier à Marc et Teddy, qui se reconnaitront.

Et puis, comment ne pas remercier mes amis, dont certains ont déjà été cités. Pour la plupart,
la thèse est une expérience inconnue mais votre présence et vos encouragements ont toujours
été agréables. Il n‟y a pas d‟ordre de préférence alors, pour tout cela, je tiens à remercier ma
Titine, Stef, Christelle, Yannick, Jérémy, ma binôme, Emma, Purdey et tous les autres.
Je ne peux bien sûr pas oublier ma famille. A toi Maman, sans qui je ne serais pas là
aujourd‟hui, car c‟est toi qui m‟as faite. A ma sœur et son époux pour tous leurs conseils et
surtout toi, ma sœur, pour ton inconditionnel soutien. A Franck et Jean-Malo, presque comme
des grands frères que je n‟ai jamais eus, et à leurs épouses, je souhaite dire merci.
A toi, Aurélien, mon compagnon, je te dois de n‟avoir rien dit pour les soirées et les weekends
à travailler. Merci de m‟avoir encouragé pendant des années à continuer et d‟être prêt à
poursuivre le chemin.
Enfin, je dédie ce travail à mon père, parti beaucoup trop tôt, et à Olivier, Louis, Michelle,
Daniel, Anne-Marie,… Ces mots seraient les siens : « Lève les yeux et regarde-moi, J'ai peut-
être jamais été si proche de toi ».

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