Brevet FR2395554A1 — publié le 19790119

L'invention concerne un procédé et un dispositif de détection de forme en mouvement , en particulier en vue de déclencher une alarme Il est connu de disposer des barrages lumineux , notam ment infra-rouges , mais ils ne détectent que la traversée du faisceau . Il est connu également de disposer des détecteurs dans le domaine des infra-rouges lointains , mais ils ne détectent que la traversée d'un des faisceaux d'observation . Les zones non observées sont importantes et les mouvements d'éloignement ou de rapproche ment par rapport au détecteur ne sont pas perçus . D'autre part , ce type unique de détection n'est pas très sûr . L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant un dispositif de détection de forme en mouvement sensible aux mouvements tangentiels et radiaux , susceptible de distinguer un petit objet proche d'un gros objet éloigné vu sous le même angle solide , et présentant un taux très faible de fausses alarmes L'invention a pour objet un procédé de détection de forme en mouvement caractérisé en ce qu'on utilise des signaux de préalarme délivrés d'une part par un détecteur optique des variations de lu mière dans le proche infra-rouge , d'autre part par un détecteur acoustique des variations de fréquence dans le domaine des ultrasons , l'alarme étant déclenchée en cas de corrélation entre les signaux de préalarme délivrés par les deux détecteurs L'invention a également pour objet un dispositif de détection de forme en mouvement caractérisé en ce qu'il comporte : un détecteur optique des variations d'eclairement dans le proche infrarouge , susceptible de délivrer un signal de prealarme ; un détecteur acoustique des variations d'une fréquence dans le domaine des ultrasons , susceptible de délivrer un signal de préalarme ; et une porte électronique , recouvrant les deux signaux de préalarme et délivrant un signal d'alarme seulement lorsque les deux signaux de préalarme lui sont appliqués sensiblement simultanément D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui suit L'invention est décrite ci-après avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir Figure l , un schéma symbolique simplifié dudispositif de detection de forme en mouvement selon l'invention Figure 2 , un schéma symbolique simplifie d'un mode de réalisation du circuit de détection des variations de lumière selon l'invention Figure 3 , un schéma symbolique simplifié d'un mode de réali- sation du circuit de détection des variations de fréquence selon l'invention Figure 4 , un schéma simplifié d'un circuit d'auto-contrle utilisé dans le cadre de l'invwention Figure 5 , un schéma simplifié d'un circuit de déclenchement a seuil d'éclairement , utilisé dans le cadre de l'invention ; Figure 6 , un schéma simplifié d'un circuit de déclenchement à seuil de température , utilisé dans le cadre de l'invention En se reportant au dessin , on voit (Fig.l) que le dispositif de détection de forme en mouvement selon l'invention se compose essentiellement d'un détecteur optique l et d'un détecteur acoustique 2 .Lorsque l'un de ces détecteurs signale une préalarme , il déclenche une bascule monostable , respectivement 3 et 4 . Les sorties des deux bascules sont appliquées a une porte ET 5 . Lorsqu'ii y a corrélation entre les deux préalarmes , la porte ET délivre uh signal de sortie qui déclenche l'alarme proprement dite en 6 L'intérêt de l'irwention réside dans le fait que les-deux détecteurs utilises analysent des informations provenant de deux grandeurs physiques pratiquement indépendantes ( l'éclairement et la fréquence d'un émetteur-récepteur à ultra-sons) .Le mouvement d'un corps de taille prédéterminée agit simultanément sur les deux grandeurs physiques qui présentent alors des variations corrélatives . Ces deux grandeurs physiques donnent des informations com- plémentaires sur le phénomène a analyser . La détection des variations de lumière dans le proche infra-rouge permet de percevoir. les mouvements tangentiels et radiaux dans un angle solide déterminé . L'effet Doppler en ultrasons permet de détecter les mouvements radiaux dans une couronne autour du détecteur , puisque l'on peut maîtriser la notion de distance par rapport à l'emetteur-re- cepteur au moyen de bascules monostables par exemple dans le circuit de détection . En outre , comme les deux détecteurs ne réagissent pas awx mêmes phénomènes physiques , le taux de fausses alarmes est très nettement diminué . En effet , la détection de variation de lumière; dans le.proche infra-rouge ne peut être limitée au volume intérieur d'un local lorsqu'il y a des ouvertures , et ne peut distinguer un petit objet proche du détecteur d'un gros objet éloigné s'ils sont tous deux dans le même angle solide . Par ailleurs , la détection en ultrasons est sensible aux mouvements d'air , aux et aux craquements de portes et de structures , mais elle permet pour une certaine gamme de fréquences , de limiter la surveillance au volume intérieur d'un local .Les qualités complémentaires de ces deux types de détecteurs permettent une détection stre et une diminution très notable du taux de fausses alarmes En se reportant à la Figure 2 , on peut voir un mode de réalisation du détecteur optique utilisé dans le cadre de l'invention. L'élément sensible , ou détecteur proprement dit , est une matrice de capteurs sensibles au rayonnement optique . Cette matrice permet d'analyser l'image du volume à surveiller . Ainsi tout mouvement d'une forme dans les trois directions peut être détecté Les capteurs optiques sont constitués par des diodes photosensibles 8, 9,...., 10 réparties sur une matrice . Une diode particulière 7 est prévue pour mesurer l'éclairement moyen Eo . Ces diodes, réalisées en technologie- MOS ont une capacité qui est représentée comme un condensateur en parallèle 11 , lui-même en parallele sur un transistor 12 de type MOS , susceptible d'être rendu conducteur par des impulsions de fréquence basse , reçues par l'intermédiaire du conducteur 13 .Ainsi , lorsqu'une diode est éclairée , elle engendre un courant qui charge le condensateur 11 jusqu'à ce qu'une impulsion sur le conducteur 13 rende le transistor 12 conducteur et décharge le condensateur Il . La tension aux bornes du condensateur 11 de chacune des diodes , se présente donc comme une dent de scie Pour la diode particulière 7 donnant l'éclairement moyen cette tension en dent de scie est comparée à une tension de référence ce 15 dans un comparateur 14 . Lorsque la tension en dent de scie dépasse la tension de référence , la sortie du comparateur 14 change d'état et déclenche une bascule monostable 16 qui , à son tour délivre un signal rectangulaire à un convertisseur 18 Les diodes 8 à 10 adressent chacune une tension en dent de scie à un multiplexeur analogique 17 , dont la sortie est appliquée à l'entrée du convertisseur 18 . Un registre d'adresses 19 assure le contrôle du multiplexeur 17 et d'une mémoire 21 Le convertisseur 18 reçoit , en provenance du multiplexeur 17, des signaux en dent de scie correspondant à la tension aux borne de chacun des condensateurs associés aux diodes 8 à 10 , successivement . La tension d'une de ces diodes correspond à un eclaire ment Ei par exemple . La dent de scie correspondante est appliquée au convertisseur 18 qui ne la prend en compte que pendant la durée du signal rectangulaire délivré par la bascule monostable 16 . En effet , le courant de charge Ii du condensateur correspondant à la diode Di est proportionnel à l'éclairement de cette diode E. . La charge de ce condensateur est Qi = C. V. = I. T = k EiT ( T étant 111 l'intervalle de temps entre le début de la charge et l'instant de mesure) .Pour la diode d'éclairement moyen à l'instant To du dé- passement de la tension de référence Vref , la charge du condensateur est : CO Vref = 10 To. C'est à cet instant qu'on mesure la tension aux bornes du condensateur Ci ; on trouve donc Ii CO Vref v Ei E Vi = C To = Ii CO Vxef k Cn V ref E = K i C. Zipk0 C. i i 1 k0 Ci E0 E0 On détermine ainsi un éclàirement relatif Ei/Eo pour chaque diode . Le signal correspondant à cet éclairement relatif est con verti en une durée , pendant laquelle on compte des impulsions de fréquence élevée en provenance d'une base de temps ou dispositif de cadencement 22 . Le convertisseur 18 se comporte donc comme un convertisseur analogique-numérique , délivrant un nombre d'impul sions représentatif de l'éclairement relatif de chacune des diodes 8 à 10 . Ce nombre d'impulsions est compté dans un compteur décomp- teur 20 et stocké dans la mémoire 21 au cours d'un premier cycle de mesure . Après un court intervalle de temps , on fait un deuxième cycle de mesure , et , pour chaque diode , on compare les éclairements relatifs , le premier étant dans la mémoire 21 , le second dans le compteur 20 .Cette comparaison est faite en faisant fonc tionner le compteur 20 en décompter . Le résultat de la comparai son est adressé à un circuit logique arithmétique 23 qui procède par addition Lorsque par décomptage au cours de la comparaison , on arrive à zéro , la porte OU 24 provoque le basculement de la bascule 25 qui contrôle le sens de comptage . Le compteur 20 recommence alors à compter . Le résultat de la comparaison est ainsi toujours positif et on retient en 23 la valeur absolue de la variation d'éclairement relatif pour chacune des diodes Le circuit logique 23 reporte à ses sorties A les résultats reçus sur ses entrées B et au cours de la mesure suivante , il assure , sous le contrôle de la base de temps 22 à son entrée S , l'ad dition sur ses sorties F des résultats présents en A et B .Cette somme est comparée dans un décodeur 26 à un seuil de valeur predéterminée No . Lorsqu'à la fin du deuxième cycle de mesure , le to tal mesuré dépasse No , une préalarme est déclenchée à la sortie 27, sous forme d'ùn signal impulsionnel . L'ensemble du circuit de Figure 2 correspondant au circuit 1 de la Figure 1 , la sortie 27 est appliquée à la bascule 3 . On réalise ainsi la fonction sui vante : il y a alarme quand (tl - t ) pouvant être de l'ordre de 1/10 de seconde , on réalise en faisant une fonction de la vitesse de déplacement de l'objet en mouvement .En additionnant ces variations relatives on a une fonction de l'importanc du contour de l'objet en mouvement Le circuit de cadencement 22 délivre une pluralité de signaux classiques dans des circuits de ce type . I1 assure en particulier la remise à zéro des différents- compteurs et registres , les autorisations de lecture et d'écriture de la mémoire , l'envoi d'impulsions de cadencement au registre d'adresses et à la bascule du compteur-décompteur , et l'envoi des impulsions de décharge aux transistors 12 .La plupart des connexions correspondantes n'ont pas été représentées pour ne pas alourdir le dessin Le détecteur optique de variations de lumiere dans le proche infra-rouge , représenté Figure 2 , sert en fait à réaliser la détection du déplacement d'un contour de taille humaine dans un local faiblement éclairé . L'éclairement de chaque diode étant Ei ou le norme par rapport à l'éclairement moyen Eo en réalisant la fonction Ei/Eo . Si une forme humaine se déplace , les diodes concernées par l'image de son contour voient leur éclairement varier : augmentation pour les unes , diminution pour d'autres selon le type de déplacement ( approche , éloignement , mouvement tangentiel ) . Pendant un court intervalle de temps , -on mesure la valeur absolue de la variation d'éclairement relatif . Pour tenir compte de la dimension du contour et du contraste , on calcule la somme de ces valeurs absolues pendant un cycle de mesure .Si le total dépasse le seuil prédéterminé No , on déclenche une préalarme I1 faut remarquer que la matrice de diodes détectrices est sensible jusque dans la pénombre car la dynamique de fonctionnement est de 104 et la sensibilité dépend de la taille des diodes La Figure 3 représente un exemple de réalisation d'un dE- tecteur acoustique à ultrasons utilisant l'effet Doppler . Un oscil lateur wobulé 28 reçoit d'une part une onde de fréquence donnée d'un oscillateur 29 et d'autre part des signaux rectangulaires d'une bascule 30 .Les trains d'ondes émis et reçus peuvent aussi autre de forme particuliere ( spectre modulé ou amplitude ondulée) et ainsi l'onde de retour peut etre reconnue sans ambiguïté parmi le bruit ambiant -. L'oscillateur 28 adresse à l'émetteur-récepteur 31 ainsi qu'aux filtres 32 et 33 , des trains d'ondes de fréquence F Ces trains d'ondes sont envoyés par l'émetteur et un écho de fréquence différente est recueilli lorsqu'un corps en mouvement a réfléchi un train d'ondes . L'onde de retour est- analysée dans les filtres actifs 32 et 33 permettant de mesurer l'écart de fréquence F F caractéristique de la vitesse du corps en mouvement .On peut éliminer l'influence des mouvements oscillatoires en ne tenant pas compte des ondes de retour activant à la fois les filtres ( F +L1F) et (F -F) , ( ce qui correspond à un objet se rapprochant et s'éloignant à la fois) . En outre , ceci permet d'éliminer les bruits dont le spectre pourrait concerner ces 2 filtres à la fois D'autre part , au moyen de deux bascules monostables 34 et 35 on peut définir des temps de parcours des ondes compris entre une limite proche (34) et une limite extrême (35) correspondant aux dimensions du volume à surveiller .Ceci permet d'éliminer , au niveau des filtres 32 et 33 , les objets petits et trop rapprochés ( in sectes ) qui sont normalement détectés par le détecteur optique et les effets dus aux bruits parasites et aux mouvements oscillatoires Les signaux d'échos analysés par les filtres 32, 33 sont transmis à un sommateur 36 et comparés à une valeur de seuil prédéterminée en 37 . Si un signal dépasse la valeur de seuil , une préalarme est déclenchée . Le circuit de la Figure 3 étant en pratique le circuit 2 de la figure 1 , la sortie du comparateur 37 est appliquée à l'entrée de la bascule 4 Pour assurer une sécurité supplémentaire , le dispositif selon l'invention doit être autoprotégé contre les défauts d'ali mentation des circuits électriques , ou de l'horloge par exemple Le circuit de cadencement 22 est en effet essentiel . I1 peut adresser des impulsions de cadencement à un transistor de type MOS 38 (Fig.4) qui contrôle la charge d'un condensateur 39 . Ce condensateur se décharge régulièrement par la résistance 40 La tension aux bornes du condensateur est appliquée à une entrée d'un comparateur 41 qui reçoit sur son autre entrée une tension de référence .Si les impulsions d'horloge n'arrivent plus au transistor 38 , celui-ci ne peut plus assurer la recharge périodique du condensateur , qui se décharge . Lorsque sa tension de vient inférieure à la tension de référence , la sortie du comparateur change d'état , ce qui signale un dérangement par exemple Dans le cas de la Figure 5 , c'est l'éblouissement du détecteur optique qui est utilisé pour déclencher une alarme . La diode photosensible 7 est reliée à l'entrée inversée d'un comparateur 42 , dont l'entrée non inversée est reliée à une tension de référence .Si la diode est éblouie par un faisceau lumineux , la tension aux bornes du condensateur 11 augmente brusquement et la sortie du comparateur 42 change d'état en déclenchant une alarme Le détecteur selon l'invention ne fonctionne avec sécurité que dans une gamme de températures déterminée . Si la température dépasse une limite , il faut pouvoir le signaler . Sur la Figure 6 , la diode 43 est montée en inverse , et en série avec la résistance 44. Leur point commun est relié l'entrée d'un comparateur 45 dont l'entrée inversée est reliée à une tension de référence Si la température augmente , un courant inverse passe dans la diode et la tension du point commun diminue jusqu'à devenir inférieure à la tension de référence . La sortie du comparateur 45 bascule alors pour déclencher une alarme Dans le dispositif de détection de forme en mouvement conforme à l'invention , tout éblouissement du détecteur est signalé, ainsi que toute tentative de sabotage par obturation du détecteur, détectée par la voie acoustique , l'écho étant très proche de l'é mission . De même se trouvent contrôlés : le bon fonctionnement du circuit électronique de traitement et le respect des conditions ambiantes d'utilisation . De préférence , les circuits électroniques de traitement et les capteurs sont intégrés pour augmenter la fiabilité L'invention s'applique particulièrement à la surveillance de locaux , notamment la nuit . Elle est également applicable à la surveillance permanente des malades agités ou d'animaux REVENDICATIONS 1 - Procédé de détection de forme en mouvement- caractérisé en ce qu'on utilise des signaux de préalarme délivrés d'une part par un détecteur optique des variations de lumière dans le proche infra-rouge , d'autre part par un détecteur acoustique des varia tions de fréquence dans le domaine des ultrasons , l'alarme étant déclenchée en cas de corrélation entre les signaux de préalarme délivrés par les deux détecteurs 2 - Dispositif de détection de forme en mouvement caracterisé en ce qu'il comporte : un détecteur optique des variations d'éclairement dans le proche infra-rouge , susceptible de délivrer un signal de préalarme ; un détecteur acoustique des variations d'une fréquence dans le domaine des ultrasons , susceptible de delivrer un signal de préalarme ; et une porte électronique recevant les deux signaux de préalarme et délivrant un signal d'alarme seulement lorsque les deux signaux de préalarme lui sont appliqués simultanément 3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que , entre chacun des deux détecteurs optique et acoustique et la porte -électronique , est prévue une bascule monos table délivrant un signal rectangulaire 4 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le détecteur optique comprend : une diode photosensible chargée de mesurer l'éclairement moyen ; une série de diodes photosensibles mesurant chacune un éclairement individuel ; un convertis seur analogique-numerique recevant des signaux représentatifs des éclairements de chacune des diodes et délivrant un nombre d'impul siorsreprésentatif , pour chaque diode de la série , de l'éclairement relatif ; un compteur-décompteur pour compter lesdits nombres d'impulsions ; une mémoire pour stocker , entre deux mesures , lesdits nombres d'impulsions ; un circuit logique arithmétique totalisant les valeurs absolues des résultats de comparaison de deux nombres d'impulsions résultant , pour chaque diode , de-deux mesures successives ; et un décodeur comparant le résultat de la totalisa tion par le circuit logique à une valeur de seuil en vue de delivrer un signal de préalarme lorsque ledit résultat dépasse la valeur de seuil 5 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un multiplexeur entre les diodes de ladite série et ledit convertisseur 6 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de cadencement délivrant des impulsions de fréquence élevée audit convertisseur et des impulsions de fré quence basse utilisables par d'autres constituants du dispositif 7 - Dispositif selon l'ensemble des revendications 4 et 5 caractérisé en ce qu'il comporte un registre d'adresse recevant des impulsions de fréquence basse du circuit de cadencement , et contrôlant le multiplexeur et la mémoire 8 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte une bascule contrôlant le sens de comptage du compteur-décompteur de façon à inverser ce sens chaque fois que le décomptage atteint la valeur zéro 9 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la diode photosensible chargée de mesurer l'éclairement moyen délivre un signal à un comparateur qui reçoit sur son autre entrée un signal de référence et dont la sortie commande une bascule monostable appliquant son signal de sortie au convertisseur analogiquenumérique 10- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le détecteur acoustique comprend : un oscillateur ; un émetteur- récepteur ; deux filtres actifs de fréquences délivrant un signal de sortie lorsque la fréquence reçue est différente de la fréquence émise ; un sommateur des signaux sortant des filtres ; et un comparateur à seuil délivrant un signal de préalarme lorsque le signal issu du sommateur dépasse la valeur de seuil 11- Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux bascules monostables définissant pour les ondes émises et reçues par l'emetteur-récepteur, des temps de parcours compris entre une limite proche et une limite extrême. 12 - Dispositif selon l'ensemble des revendications 2 et 6 caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'autoprotection contre les défauts du circuit de cadencement , constitué : d'un transistor recevant les impulsions de cadencement de fréquence basse ; d'un circuit à résistance et capacité charge par le transistor; et d'un comparateur recevant sur une entrée la tension de la capacité et sur l'autre une tension de référence , de façon à délivrer un signal de dérangement lorsque , par suite de l'absence d'impul siens de cadencement , la tension de la capacité tombe en-dessous de la tension de référence 13 - Dispositif selon la revendicatian 2 caractérisé en ce qu'il comporte , pour la protection contre l'éblouissement du détecteur optique , un comparateur recevant sur une entrée le signal émis par la diode chargée de mesurer l'éclairage moyen , et sur l'autre entrée une tension de référence , de façon à délivrer un signal d'alarme lorsque le signal en provenance de ladite diode dépasse la tension de référence 14 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte , pour la protection contre une élévation de température anormale , un circuit constitué d'une résistance et d'une diode montée en inverse , et d'un comparateur dont une entrée re çoit la tension du point commun à la résistance et à la diode , et l'autre entrée une tension de référence , de façon à délivrer un signal d'alarme lorsque la tension du point commun dépasse la tension de référence