Brevet FR2581754A1 — publié le 19861114

Les télémètres optiques ou dispositifs optiques de mesure de distances fonctionnent habituellement confor- mément au procédé de triangulation, selon lequel les ima- ges obtenues au moyen de deux visées décalées latéralement sont amenées en recouvrement par voie optique ou électro- nique et la distance est déterminée à partir de l'écart entre les deux visées et à partir du décalage des deux images, qui est nécessaire pour la détermination de la coincidence en recouvrement. Ces procédés conviennent en premier lieu pour des objets à l'arrêt ou se déplaçant seu- lement lentement. Au contraire l'invention a pour but de créer un dispositif optique passif de mesure de la distance pour des véhicules se déplaçant approximativement perpendicu- lairement à la direction de visée. On suppose que la vi- tesse du véhicule ne varie pas pendant la durée de la me- sure. Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif optique utilisé pour la détermination passive de distances d'un véhicule circulant approximativement perpendiculaire- ment par rapport à la direction de visée du dispositif, caractérisé par: a) un récepteur optique dirigé latéralement sous un angle de-(90 -O0) en direction de la trajectoire de déplacement et com- portant au moins deux détecteurs (DiDk) disposés à une distance latérale (dik) et en avant desquels se trouve installé un dispositif optique ayant une distance focale (f), b) un dispositif'de chronométrage, qui mesure d'une part le temps de passage (ti) de l'image du véhicule (F) à l'intérieur d'un détecteur (Di) et d'autre part la durée (tik) du déplacement de l'image d'un bord vertical du véhi- cule depuis l'un des détecteurs (Di) jusqu'au second dé- tecteur (Dk), c) un circuit de calcul, qui, à partir des deux durées me- 2 t surées (ti,tk), forme le rapport (Qt = tik) et calcule, t. à partir de ce rapport et de la distancelfocale (f) du système optique, de la longueur (1) du véhicule supposé connue, de la distance (dik) entre les détecteurs et de l'angle (0) entre la normale (N) passant par le récepteur et perpendiculaire à la trajectoire de déplacement (S) et la droite (E') reliant le récepteur et le point du second détecteur (Dk), projeté par le système optique sur la tra- jectoire de déplacement, la distance (E) entre le récepteur optique et le point d'intersection de la normale (N) et de la trajectoire de déplacement (S), conformément à la relation E = f. cos20 Q dik f, 1, dik et 0 étant des constantes liées au système. Etant donné que l'invention suppose une connais- sance de la longueur du véhicule, elle convient en premier lieu pour effectuer un classement de distances dans le cas de types déjà connus de véhicules, par exemple de véhicules militaires ou de véhicules chenillés. Elle se caractérise par une structure optique particulièrement simple étant donné qu'une seule visée est nécessaire et peut être utilisée par exemple dans un dispositif de dé- tection de véhicules de sorte que seuls les véhicules cir- culant dans une plage déterminée de distances sont détectés et signalisés. Ceci est valable de la même manière pour des véhicules terrestres et pour des véhicules marins. Selon une variante de l'invention, le récepteur optique est un récepteur à infrarouge. Selon une autrecaractéristique de l'invention, chacun des deux canaux de traitement de signaux, raccordés aux détecteurs, contient un dispositif de commutation à va- leur de seuil, qui fournit, à partir du signal des détec- - teurs,-un signal rectangulaire-possédant une amplitude - prédéterminée et possédant une durée qui correspond à la durée de déplacement du véhicule dans l'un des détecteurs; dans le second canal de traitement des signaux, il est prévu un circuit de porte qui combine des signaux, rec- tangulaires décalés réciproquement dans le temps, pour en former la différence et qui produit un signal rectangu- laire d'amplitude constante mais possédant une durée, qui correspond à l'écart dans le temps des passages du bord du véhicule dans les deux détecteurs, un convertisseur temps/amplitude est prévu dans chacun des deux canaux de traitement des signaux, et les sorties des deux convertis- seurs sont raccordées aux deux entrées d'un circuit divi- seur, à la sortie duquel le signal dépendant de la distan- ce est disponible. Selon une. autre caractéristique de l'invention, à la sortie du premier circuit diviseur et à la sortie du convertisseur dans le second canal de traitement de si- gnaux se trouvent raccordés les entrées d'un second circuit diviseur qui délivre, sur sa sortie, un signal qui dépend de la vitesse du véhicule. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de calcul est un microprocesseur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prises en référence aux dessins annexés; sur lesquels: la figure 1 représente les conditions géométriques du dispositif de mesure; et la figure 2 représente le schéma-bloc pour le trai- tement des signaux de sortie des détecteurs.- Un véhicule F de longueur f se déplace sur une trajectoire S perpendiculairement à la direction de visée N du récepteur à infrarouge R. Le récepteur R comporte au moins deux détecteurs Diet Dk, qui sont disposés à une distance latérale dik. On suppose que la distance fo- cale du système optique branché en avant des détecteurs est égale à f. Le système optique forme les images des dé- tecteurs Di et Dk dans le plan vertical de la trajectoire de déplacement S et ces images des détecteurs sont situées à une distance L. Le véhicule F de la longueur 1 a besoin d'un intervalle de temps ti pour traverser la zone du détecteur Di, c'est-à-dire que cet intervalle de temps s'étend entre le moment de la pénétration du bord avant du véhicule dans la zone du détecteur Di jusqu'à la sor- tie du bord arrière du véhicule hors de la zone de détec- tion de ce détecteur. En outre le véhicule a besoin d'un intervalle de temps tik pour parcourir la distance dik des éléments détecteurs, projetée sur la trajectoire de déplacement S, c'est-à-dire pour parcourir la distan- ce L. La vitesse v est alors supposée constante. L'angle de visée 0 entre la normale-.N,passant par le récepteur, à la trajectoire de déplacement S et la droite E' reliant le récepteur R et l'image, projetée par le système optique à infrarouge sur la trajectoire de déplacement, du second détecteur Dk est obtenue à par- tir de la distance focale f du système optique et de la distance dik des détecteurs. On a par conséquent = 1 i = tik v - Si, à partir de là, on forme le rapport des deux durées, on a tik L i - = - et donc L =1. Q (I) La formation des rapports permettent par conséquent d'é- liminer la vitesse vi inconnue, mais considérée comme constante. Lorsque l'on considère la figure 1, on a du point de vue trigonométrique: L' = L. cos 0 et E = E'. cos 0 A partir de la loi-de formation des images opti- ques, on a dik L' = f El et donc dik E L.cos = f cos0, et par conséquent f. L cos2 (I) d (II) dik Si l'on combine les résultats des relations (I) et (II), on obtient: f.1 E = d. cos20 Qt- I1 en résulte que la distance est proportionnelle au quotient Qt' c'est-à-dire que l'on a E = constante. Q (III) Ceci démontre que l'on peut obtenir un signal E, qui dépend de la distance, grâce à une mesure des deux durées indiquées de franchissement dans les conditions mention- nées précédemment. Une possibilité d'obtention de ce signal par l'intermédiaire à canaux de traitement de signaux, se- lon une technique de circuits discrets est représentée schématiquement sur la figure 2. Comme cela a été supposé plus haut, le véhicule F suit le long de la trajectoire S, tout d'abord la projection I du premier détecteur Di, franchit ensuite la distance L entre les deux projections I et K des détecteurs et pénètre ensuite dans la projec- tion K du second détecteur Dk. Les deux détecteurs Di- et Dk délivrent, à la sortie, les signaux de durées ti et tk reproduits sur la figure 2 et qui sont décalés récipro- quement dans le temps de l'intervalle de temps tik qui correspond au quotient de la distance L par la vitesse v du véhicule. Ces deux signaux de sortie des détecteurs sont amplifiés dans les amplificateurs de signaux SV et sont convertis en signaux rectantulaires de même ampli- tude dans les circuits à valeur de seuil T. Par conséquent on obtient à la sortie des deux déclencheurs Ti et Tk les signaux rectangulaires i-et k, qui sont également décalés réciproquement de l'intervalle de temps - tik. Le signal k est inversé dans l'inverseur IN et est envoyé à une en- trée d'une porte ET G. L'autre entrée est raccordée à la sortie du déclencheur Ti dans le premier canal de traite- ment de signaux. Dans ce canal, en aval du déclencheur Ti se trouve raccordé un convertisseur temps-amplitude Ci, qui forme, à partir du signal rectangulaire i, une tension Ui qui dépend de la durée de ce signal. Dans la porte G, le signal de sortie K du second canal de traite- ment de signaux est soustrait du signal de sortie du pre- mier canal de traitement de signaux de sorte que l'on obtient une impulsion ik dont la longueur correspond au temps de retard tik. Cette durée est envoyée à un second convertisseur temps/amplitude Ck qui forme à partir de là, une tension Uik correspondant à la durée de l'impulsion ik. De tels convertisseurs temps/amplitude sont connus en tant que circuits d'intégration linéarisés. IL faut alors former le quotient QT entre les deux signaux Uik et Ui. A cet effet le circuit du diviseur T délivre par conséquent, à sa sortie, conformément à la relation III, un signal dépendant de la distance: Uei 1 Ue = -_k1 ' e En outre, à partir de ce signal dépendant de la distance, on peut former, conformément à la relation v = L/tik, au moyen d'une division par le signal Uik, qui est proportionnel au temps de retard tik et par conséquent à la longueur 1 du véhicule, un signal proportionnel à la vitesse, conformément à la relation: - Ue Uve_ - k2. v, U ik Ui - k1 et k2 étant, comme cela -a été mentionné plus haut, des constantes conditionnées dans le système. Afin d'éviter des perturbations dues à la lumière du jour et à la formation d'ombres, il est recommandé de réaliser le récepteur optique sous la forme d'un récepteur à infrarouge, pour réaliser la mesure de distances de véhicules automobiles. Le circuit de calcul peut être réalisé selon la technique des circuits analogiques, par exemple sous la forme d'un circuit intégré, mais peut être également réalisé à l'aide d'un microprocesseur. Afin d'accroître la précision de mesure, on peut utiliser plus de deux détecteurs ou rangées de détecteurs sur la surface, sensible au rayonnement infrarouge, du récep- teur optique. De ce fait on peut déterminer, par forma- tion d'une différence ou d'un quotient des différents cou- ples de signaux, plusieurs valeurs de distance et dé-ter- miner la valeur de distance présentant l'erreur la plus faible, soit par formation de la valeur moyenne, soit par évaluation statistique de la fréquence d'apparition. il est recommandé de disposer les différents détecteurs en les décalant les uns par rapport aux autres à des dis- tances différentes de manière que les détecteurs exté- rieurs soient à une distance réciproque plus faible que les détecteurs ou rangées de détecteurs, qui sont les plus rapprochés sur l'axe de visée du récepteur. En utilisant trois détecteurs à la place de deux détecteurs, on peut déjà réaliser trois mesures de distances indépendantes les unes des autres, et l'évaluation des différentes me- sures peut être réalisée par le même microprocesseur. Le dispositif de mesure de distance peut être ủtilisé par exemple pour le contrôle de routes et de voies de circula- tion maritimes, lorsque l'on doit compter le nombre de véhicules terrestres ou maritimes circulant uniquement à une distance déterminée ou bien lorsque l'on doit détec- ter de tels véhicules dans d'autres buts. A partir du si- gnal dépendant de la distance et en liaison avec le si- gnal dépendant de la vitesse, on peut réaliser également un calcul devisée en avant du but pour une arme utilisée pour combattre un véhicule. REVENDICATIONS 1. Dispositif optique utilisé pour la détermi- nation passive de distance d'un véhicule circulant ap- proximativement perpendiculairement par rapport à la direction de visée du dispositif, caractérisé par: a) un récepteur optique dirigé latéralement sous un angle de(90 -0) en direction de la trajectoire de déplacement et comportant au moins deux détecteurs (DiDk) disposés à une distance latérale 'dik) et en avant desquels se trouve installé un dispositif optique ayant une distance focale (fi, b) un dispositif de chronométrage qui mesure d'une part le temps de passage (ti) de l'image du véhicule (F) à l'intérieur d'un détecteur (Di) et d'autre part la durée (tik) du déplacement de l'image d'un bord vertical du véhi- cule depuis l'un des détecteurs (Di) jusqu'au second dé- tecteur (Dk), c) un circuit de calcul, qui, à partir des deux durées me- surées (t,t), forme le rapport (Qt = tik) et calcule, i à partir de ce rapport et de la distance focale (f) du système optique, de la longueur (1) du véhicule supposée connue, de la distance (dik) entre les détecteurs et de l'angle (0e entre la normale (N) passant par le récepteur et perpendiculaire à la trajectoire de déplacement (S) et la droite (E) reliant le récepteur et le point du second détecteur (Dk), projeté par le système optique sur la tra- jectoire de déplacement, la distance (E) entre le récepteur optique et le point d'intersection de la normale (N) et de la trajectoire de déplacement (S),-conformément à la rela- tion: f -d. cos20 Qt ik f,I,dik et 0 étant des constantes conditionnées par le système. 2. Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que le récepteur optique est un récepteur à infrarouge. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chacun des deux canaux de traitement de signaux, raccordés aux détecteurs (Di,Dk), k' contient un dispositif de commutation à valeur de seuil (SV,T), qui fournit, à partir du signal (ti,tk) des détec- teurs, un signal rectangulaire (i,k) possédant une ampli- tude prédéterminée et possédant une durée (t = tk) qui correspond à la durée de déplacement du véhicule dans l'un des détecteurs, que dans le second canal de traitement des signaux, il est prévu un circuit de porte (G) qui combine les signaux rectangulaires (i,k) décalés réciproquement dans le temps, pour en former la différence et qui produit un signal rectangulaire d'amplitude constante mais possédant une du- rée (tik), qui correspond à l'écart dans le temps des passages du bord du véhicule dans les deux détecteurs (Di, Dk), qu'un convertisseur temps/amplitude (C) est prévu dans chacun des deux canaux de traitement de signaux, et que les sorties des deux convertisseurs (Ci,Ck), sont raccordées aux deux entrées d'un circuit diviseur (D1), à la sortie duquel le signal (Ue) dépendant de la distance est dispo- nible. - 4. Dispositif selon la revendication-3, caracté- risé en ce qu'à la sortie du premier circuit diviseur (D1) et à la sortie du convertisseur (Ck) dans le second canal de traitement de signaux -se trouvent raccordées les en- trées d'un second circuit diviseur (D2) qui délivre sur sa sortie, un signal (Uv) qui dépend de la-vitesse (v) du véhicule. - 5. Dispositif selon l'une-des revendications 1 - ou 2, caractérisé en ce que le circuit de calcul est un microprocesseur.