Brevet FR2624983A1 — publié le 19890623

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour détecter et compter des objets qui se déplacent à des vitesses variables à l'intérieur d'une certaine zone, ledit procédé utilisant au moins un détec- teur passif qui détecte un rayonnement de fond. L'information fournie par l'observation des mouvements de personnes ou d'animaux peut être utilisée dans diverses applications. Par exemple, on peut utiliser les données obtenues par contrôle des mouvements de per- sonnes, pour améliorer l'aptitude d'un système de commande. d'ascenseur à répondre rapidement à des conditions de tra- fic différentes, par exemple un trafic de pointe. Dans ce cas, sur la base de ces données, on peut par exemple af- fecter une priorité supérieure à certains étages, dans la distribution des services d'ascenseur, ou activer automati- quement un appel d'ascenseur dans certaines circonstances. On peut détecter les mouvements de personnes et d'animaux par exemple au moyen d'un radar Doppler, qui fonctionne en hyperfréquence. Dans beaucoup d'applications, il est préféra- ble d'utiliser un détecteur passif, simple et peu coûteux, travaillant dans la plage de fréquence de la lumière visi- ble ou du rayonnement infrarouge. Un tel détecteur n'émet pas du tout de rayonnement mais détecte les objets sur la base du signal généré dans le détecteur par la lumière vi- sible ou le rayonnement thermique réfléchi par les objets. Un détecteur passif est particulièrement utile dans les cas o on ne peut pas utiliser le radar à hyper- fréquence. Ces cas comprennent les applications dans les- quelles les objets se déplacent à une très faible distance du détecteur, par exemple à moins de 20 cm. Puisque le dé- tecteur passif n'émet pas de rayonnement, il ne présente pas de danger et il n'est pas nécessaire de soumettre le détecteur à l'agrément des autorités. La publication finlandaise 73090 propose une solution pour le comptage d'objets mobiles, basée sur la technique du radar Doppler. Cette solution utilise des réseaux de filtrage modernes et constitue ainsi un système simple et précis pour le comptage d'objets à l'intérieur de la plage de portée des radars. Il existe d'autres solu- tions utilisant la technique radar, mais cette publication représente la pointe de l'état actuel de la technique. Les inconvénients des radars résident dans le rayonnement engendré et dans le fait qu'ils ne peuvent pas détecter des objets à très faible distance. Cette dernière difficulté résulte des limitations de la plage dynamique du radar. Si on règle le radar pour la détection d'objets à faible distance, alors il ne peut pas détecter des objets plus éloignés. De plus, le radar nécessite toujours à la fois un émetteur et un récepteur, ce qui entraîne un prix d'achat et des frais d'installation de l'équipement qui sont plus élevés. On connait plusieurs solutions pour la sur- veillance d'une zone donnée, qui utilisent un rayonnement de fond sans danger, par exemple la lumière visible, qui est présent partout, mais jusqu'à présent on n'a pas trouvé de solution pratique pour la détection et le comp- tage d'objets en mouvement. La présente invention a pour objet de procurer un procédé et un dispositif basés sur la détection d'un rayonnement passif, de mise en oeuvre peu coûteuse et de construction telle qu'on peut l'utiliser dans des espaces restreints, par exemple près d'un mur ou dans des cages d'animaux. Pour obtenir ce résultat, le procédé de l'in- vention, par lequel le signal fourni par le détecteur est amplifié pour produire un signal indépendant de la dis- tance et de la dimension de l'objet et dans lequel la composante de fréquence du signal est analysée pour clas- ser les mouvements des objets, est caractérisé en ce que, pour détecter le mouvement de l'objet et fournir un signal ayant une composante de fréquence, on divise la variation de rayonnement de fond provoquée par l'objeten une succession d'éclairs,frappant une surface capable de détecter le rayonnement de fond, de sorte que le détecteur fournit un signal électrique dont la fréquence est caractéristique de la vitesse de déplacement de l'objet et varie propor- tionnellement à la variation de vitesse, dans le sens de l'accélération ou de la décélération. Le dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, comprenant au moins un détecteur qui détecte un rayonnement de fond passif, une unité de commande automatique de gain, une pluralité de filtres à bande étroite pour identifier les changements de la fré- quence du signal du détecteur et une logique de comptage pour interpréter le signal du détecteur, est caractérisé en ce que le détecteur est pourvu de moyens de réception du rayonnement de fond, ces moyens étant placés directe- ment sur le détecteur ou près de lui et comportant des zones, à intervalles égaux, qui diffèrent les unes des au- tres en ce qui concerne leur transparence au rayonnement de fond. Ainsi, l'invention est basée sur la détection d'un rayonnement passif, au lieu d'un rayonnement réfléchi comme dans le cas des radars. Dans la solution de l'inven- tion, l'information de vitesse est également produite d'une manière passive et non électroniquement comme dans les radars Doppler qui mesurent continuellement les dif- férences de fréquence des signaux. Le fonctionnement du dispositif de réception du rayonnement de fond suivant l'invention peut être comparé à celui d'un store vénitien qui est constitué de zones alternées transparentes et opa- ques dans la direction verticale, les "éclairs" dûs à un objet mobile générant des trains d'impulsions dans les détecteurs. Ces éclairs, porteurs d'une information qui est directement proportionnelle à la vitesse de l'objet, sont ainsi produits sans aucune forme d'énergie ou de commande, un traitement électronique étant seulement ap- pliqué pour les convertir en une forme électrique. Si on utilise plusieurs détecteurs, on peut obtenir des résultats plus précis que si on utilise un seul détecteur et on peut également déterminer Ia direc- tion de déplacement des objets, si nécessaire. Dans tous les cas, le dispositif suivant l'invention est peu coûteux et de petite dimension, ce qui est un facteur intéressant en ce qui concerne l'installation. L'application de l'in- vention n'implique pas nécessairement le remplacement de l'équipement radar mais on peut au contraire utiliser l'invention pour compléter les informations et les servi- ces fournis par les radars, par exemple pour surveiller des espaces restreints. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti- ront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ci-après, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe du dis- positif conçu pour la mise en oeuvre du procédé de l'in- vention; la figure 2 est un schéma de principe illus- trant le contrôle et la correction de la commande automati- que de gain, pour fournir un niveau de signal qui est in- dépendant de la distance et de la dimension de l'objet, ainsi que de l'intensité du rayonnement de fond; la figure 3 illustre la façon dont plusieurs détecteurs passifs sont connectés ensemble, la figure 4 représente les formes de signal qui existent dans un circuit tel que celui qui est repré- senté sur la figure 3; la figure 5 montre comment on peut disposer- des détecteurs passifs dans un vestibule d'ascenseurs; et la figure 6 illustre une variante de réalisa- tion d'un système de lentilles suivant l'invention pour diriger un rayonnement de fond passif sûr un détecteur. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne-constituent en aucune manière une limitation. Dans l'exemple ci-après, un détecteur fonc- tionnant dans la plage de fréquence de la lumière visible ou infrarouge est utilisé pour surveiller les mouvements de personnes. Sur la figure 1, le rayonnement réfléchi par l'objet est dirigé vers le détecteur 2 à travers une structure 1 de lentilles ou de miroirs contenant des "trous" (figure 6). On suppose que la structure de lentil- les est constituée dans cet exemple d'une seule lentille à grand angle ou de plusieurs lentilles plus petites te- nues dans la même monture. La lentille '1 est composée de zones transparentes et opaques alternées, constituant un dispositif pour concentrer les rayons lumineux sur la sur- face du détecteur. Un bon exemple d'une telle lentille est une lentille à grand angle ayant une distance focale appropriée aux besoins et pourvue d'un masque comprenant des bandes verticales qui empêchent le passage de la lu- mière (figure 6). Une autre possibilité est une lentille comportant des trous,ou des zones,à partir desquels la lumière n'est pas déviée vers la surface du détecteur 2. Lorsque l'objet, par exemple une personne devant des por- tes d'ascenseurs dans un vestibule, se déplace, une struc- ture de lentille de ce type fournit des impulsions de ra- yonnement passif sur la surface du détecteur, provenant de parties successives du corps de la personne et de person- nes se déplaçant successivement. Afin de produire un signaI qui est indépendant de la distance et de la dimension de l'objet, le signal fourni par le détecteur est amplifié dans un amplificateur 3 d'o il est envoyé à une unité de commande automatique de gain 4 dont le fonctionnement et celui du circuit d'a- daptation 5 sont expliqués avec référence à la figure 2. A partir de l'unité de commande automatique de gain, le signal est envoyé par l'intermédiaire d'un filtre passe- bande 6 à un réseau de filtrage 7 o le signal est analysé au moyen d'un ensemble de données constitué d'une plurali- té de filtres à bande étroite. Le filtre passe-bande 6 em- pêche les signaux qui varient trop lentement ou trop rapi- dement d'entrer dans le réseau de filtrage 7. Le réseau de filtrage divise le signal dans le plan temporel en bandes de fréquence étroites qui, pour un objet se déplaçant à une vitesse constante, produisent une composante de fréquence caractéristique de la vitesse concernée, et, pour un objet se déplaçant à une vitesse va- riable, produisent une série de composantes de fréquence caractéristique de la variation de vitesse concernée. A partir du réseau de filtrage 7, le signal est envoyé à un circuit de détection 8 qui compte les changements du si- gnal, par exemple de la manière proposée dans la publica- tion finlandaise 73 090 précitée. Le circuit de détection 8 est réglé de sorte qu'il interprète chaque observation faite par les détecteurs comme l'effet d'un objet unique. Cela n'est pas une hypothèse absolument exacte mais, compte tenu des plages de fonctionnement et des circons- tances dans lesquelles on utilise les détecteurs, l'hy- pothèse convient dans la plupart des cas. Une discrimina- tion plus précise des objets nécessiterait un traitement beaucoup plus compliqué de déduction logique. La fonction du micro-ordinateur 9 placé après le circuit de détection 8 est d'analyser les évènements significatifs sur la.base d'une répartition de fréquence prédéfinie,afin d'identifier la nature et le nombre des mouvements des objets. Les mouvements peuvent bien enten- du être des mouvements en accélération, en ralentissement ou à vitesse constante, et les objets dans la zone surveil- lée sont comptés d'une manière cumulative, par addition ou soustraction à partir du compte précédent, selon que le signal est interprété comme une accélération ou un ralentissement. Le micro-ordinateur 9 transmet l'infor- mation de compte,ainsi recueillie pour le vestibule d'as- censeurs,à l'ordinateur 10 de commande du groupe d'ascen- seurs. La figure 2 est un schéma illustrant le prin- cipe de la commande automatique de gain. La fonction de cette unité est de corriger le signal d'entrée,lorsqu'il y a un rayonnement de fond intense ou perturbateur, à un niveau qui le rend indépendant de la perturbation. Le ra- yonnement de fond peut être par exemple un rayonnement - thermique émis par un radiateur. Le filtre passe-bande 11 du circuit d'adaptation 5 est accordé à la plage de fréquence désirée qui a été trouvée comme caractéristique du rayonnement de fond provoquant l'interférence, de sor- te que le circuit détecte l'intensité du rayonnement de fond et s'adapte au niveau correspondant. L'unité 4 de commande automatique de gain est commandée par l'ampli- ficateur 12 d'une manière telle que l'intensité du rayon- nement de fond, traduite en une valeur de tension par le filtre passebande 11, ajuste toujours la sensibilité du circuit de commande automatique de gain à la valeur ma- ximale, c'est-à-dire établit son point de fonctionnement, indépendamment des conditions existantes. De cette façon, la sensibilité de la commande automatique de gain est augmentée lorsque c'est nécessaire, de sorte que des va- riations même légères du signal d'entrée dépassant le rayonnement de fond peuvent toujours être détectées.' L'invention permet de mesurer, de façon sûre, les mouvements de personnes et d'animaux se déplaçant à différentes vitesses. Les informations sur les mouvements et l'arrêt de personnes peuvent être utiles dans un ves- tibule d'ascenseurs ou un autre endroit o les données fournies par le détecteur peuvent être utilisées pour la commande de portes, éclairages, transporteurs ou escaliers mécaniques. La surveillance des mouvements d'animaux four- nit des informations qui peuvent être utiles en ce qui concerne la gestion de l'alimentation et d'autres mesures nécessaires. On peut appliquer l'invention, par exemple, à la réalisation d'une commande automatique d'un élevage de bestiaux, pour permettre l'excitation d'une alarme si les animaux se déplacent au-delà de certaines limites. La figure 3 représente la façon dont deux dé- tecteurs sont couplés ensemble. Les signaux d'entrée aux bornes A et B sont pris après les dispositifs de détec- tion à canal spécifique représentés sur la figure 1, c'est-à-dire à partir du réseau de filtrage 7, et ils sont appliqués à des étages de p'éintégration constitués de résistances R et de condensateurs C. Le réseau de filtrage est réalisé au moyen de filtres numériques dans l'ordina- teur ou de filtres usuels composés de résistances et de condensateurs. Dans ces derniers, le signal d'impulsion relativement mal défini, de fréquence variable, fourni par le réseau de filtrage 7, est traité de manière à produire un signal d'impulsion à front régulier qui, à l'exception de la fréquence de base déterminée par C, ne possède pas d'autres composantes de fréquence. Ainsi, le résultat est un signal pulsé unique dont la fréquence dépend encore de la vitesse de l'objet détecté. Le signal fourni par les réseaux de filtrage peut également être prétraité par modulation de fréquence si, par exemple pour des raisons de précision, les fré- quences de détecteur relativement basses doivent être con- verties en fréquences plus élevées. On utilise un circuit de temporisation 13 pour assurer que les signaux des deux can ax sont en phase - lorsqu'ils arrivent au multiplicateur 14 car sinon il ne serait pas possible d'obtenir des valeurs comparables et une corrélation par rapport aux valeurs prédéfinies. Pour cela, on retarde de la quantité nécessaire le signal A d'un des canaux. La fonction de retard peut tout' aussi bien être incorporée dans le multiplicateur 14 mais, pour la clarté de l'explication, elle est présentée ici sous la forme d'une unité séparée. Les données représentant le "mouvement to- tal" à l'avant du détecteur, regroupées par le multipli- cateur à partir des deux canaux, sont introduites dans un circuit intégrateur 15 qui intègre les impulsions arrivant pendant un certain laps de temps constant, pour produire un signal de tension triangulaire à pente montante dont les changements sont détectés par un détecteur de valeur de crête 16. Si aucun changement n'a eu lieu dans la zone surveillée, aucune impulsion n'est fournie au multiplica- teur 14 et à l'intégrateur, ce qui signifie qu'il. n'y a rien à détecter. Si la valeur de crête du signal de ten- sion augmente pendant l'intervalle de temps défini, cela signifie qu'au moins un nouvel objet est apparu dans la zone surveillée, ou qu'au moins un des objets précédem-. ment détectés a accéléré sa vitesse de déplacement, ce qui génère des impulsions de détection dans les détecteurs et une série d'impulsions dans les réseaux de filtrage 7 (figure 1), ces impulsions étant engendrées à une fréquen- ce continuellement variable lorsque l'objet accélère et s'éloigne, jusqu'à ce que les impulsions disparaissent brusquement lorsque l'objet atteint une distance au-delà de la portée du dispositif. Si l'objet se déplace à une vi- tesse décroissante dans la zone surveillée, un processus inverse se produit et se termine lorsque l'objet s'arrête et que les impulsions cessent d'arriver. Le circuit de détection 8 (figure 1) effectue des déductions à partir des changements des valeurs de crê- te du signal intégré, par observation de la corrélation entre les valeurs de crête et des valeurs de référence pré- alablement déterminées de façon empirique. Les valeurs de référence sont basées sur la détection d'un objet unique, une personne dans le présent exemple, dans diverses situa- tions à l'intérieur de la zone surveillée. Ainsi, au moyen d'unsystème tel que celui de la figure 3, les détecteurs passifs placés dans le vestibule d'ascenseurs dans le pré- sent exemple fournissent des informations sur les mouve- ments des Personnes au'ils "voient" en différents endroits du vestibule. Ces informations peuvent être accumulées et traduites, par des calculs, en chiffres indiquant combien de personnes attendent un ascenseur à tout instant donné. Les calculs nécessaires sont exécutés par le micro-ordina- teur 9 de la figure 1. Dans le présent exemple, le système de comman- de de groupe 10 (figure 1) est capable de corriger l'in- formation fournie par le système de détection, par exemple par établissement du nombre de personnes à zéro sur la base d'informations provenant d'autres sources, par exem- ple la position et la charge de la cabine, etc. La figure 4, liée à la figure 3, représente un exemple des formes de signal, à différents stades du traitement de détection. UA est le signal de sortie pro- venant d'une des bandes de fréquence du réseau de fil- trage 7 (figure 1), résultant par exemple de la détection d'un objet qui commence à se déplacer. Le signal est cons- titué d'impulsions dont la fréquence croit avec l'accélé- ration du mouvement, puisque la composante de fréquence caractéristique de la vitesse considérée change continuel- lement du fait que la bande de fréquence dans le réseau de filtrage change en correspondance de la variation de vitesse, c'est-à-dire de. l'accélération de l'objet. Uc est un signal obtenu après intégration préliminaire et il est constitué d'impulsions dont la fréquence est direc- tement proportionnelle à la fréquence du signal de sortie du réseau de filtrage 7. UD est le signal final obtenu par intrégration et il est introduit dans le détecteur de va- leur de crête 16. La fonction du détecteur de valeur de crête est de fournir une information sur les valeurs de crête du signal, par exemple par stockage de deux valeurs extrêmes UDmin et UDmax apparaissant pendant une certaine période to et transmission de ces valeurs à la logique de détection, qui peut facilement reconnaître l'accélération de l'objet sur la base de ces données. On applique une procédure correspondante lorsque l'objet ralentit, à la différence que les fréquences de UAet Uc diminuent à par- tir de la valeur initiale tandis que les valeurs de crête de UD chutent de façon correspondante. La figure 5 illustre le principe de la combi- naison des informations de vitesse fournies par plusieurs détecteurs, en utilisant des corrélatior pour trouver une répartition générale de vitesse pour l'ehsemble du vesti- bule, résultant des mouvements des personnes dans le ves- tibule. Dans ce cas, les informations recueillies par six détecteurs 17 concernant les mouvements des personnes en attente pour quatre ascenseurs 18 peuvent être utilisées par le système de commande des ascenseurs, par exemple pour activer des procédures de commande de trafic de poin- te ou des appels automatiques d'étage, ou bien elles peu- vent être utilisées simplement pour découvrir la présence d'objets mobiles afin de permettre l'excitation d'une alarme par l'intermédiaire du système de commande des as- censeurs. Les données peuvent être transmises du système de détection au système de commande d'ascenseur par des liaisons câblées normales ou par transmission sans fil. La figure 6 représente un mode de réalisation du système de lentilles pour diriger le rayonnement passif de fond sur les surfaces de détection. Les lentilles 19 à 21 peuvent être en matière plastique, du type "projec- teur" qui est également utilisé pour les vitres arrière des véhicules automobiles. Les surfaces des lentilles comportent des bandes verticales 22 opaques au rayonne- ment de fond, lesdites bandes alternant avec des zones de surface de lentille normale. Lorsqu'un objet se dépla- ce devant une lentille de ce type, l'ombre de l'objet pro- duite par le rayonnement de fond avance à travers les ban- des successives, ce qui découpe le rayonnement de fond en un train d'impulsions de rayonnement sur la surface de détection. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ces modes de mise en oeuvre et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire tou- tes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du tech- nicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la por- tée de la présente invention. Revendications 1. Procédé pour détecter et compter des objets se déplaçant à des vitesses variables à l'intérieur d'une certaine zone, ledit procédé utilisant au moins un détec- teur passif (2) qui détecte un rayonnement de fond, et dans lequel le signal fourni par le détecteur est ampli- fié pour produire un signal indépendant de la distance et de la dimension de l'objet et la composante de fréquen- ce du signal est analysée pour classer les mouvements des objets, caractérisé en ce que, pour détecter le mouvement de l'objet et produire un signal ayant une composante de fréquence, on divise la variation de rayonnement de fond provoquée par l'objet en une succession d'éclairs frap- pant une surface (1) capable de détecter le rayonnement de fond, de sorte que le détecteur (2) fournit un signal électrique dont la fréquence est caractéristique de la vitesse de l'objet et varie proportionnellement à la va- riation de la vitesse, en accélération ou en décéléra- tion. 2. Procédé suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les éclairs de rayonnement de fond sont engendrés à l'aide de moyens spéciaux (1;19-21) pour diriger le rayonnement et dont la surface comporte des zones de discontinuité (22), lesdits moyens étant incor- porés dans le détecteur lui-même ou placés à l'avant, de celui-ci. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du pro- cédé de la revendication 1, comprenant au moins un détec- teur (2) qui détecte un rayonnement passif de fond, une unité de commande automatique de gain (4), une série de filtres à bande étroite (7) pour identifier les change- ments de fréquence du signal du détecteur, et une logique de comptage (9) pour interpréter le signal du détecteur, caractérisé en ce que le détecteur est pourvu de moyens (1;19-21) pour recevoir le rayonnement de fond, lesdits moyens étant placés directement sur le détecteur ou près de celui-ci et comportant des zones (22) à intervalles égaux et qui diffèrent les unes des autres en ce qui con- cerne leur transparence au rayonnement de fond. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les, moyens pour recevoir le rayon- nement de fond sont constitués d'une structure séparée de lentilles ou de miroirs comportant des zones qui ne ré- fléchissent pas le rayonnement et ne le laissent pas non plus traverser, lesdites zones étant agencées à égale dis- tance les unes des autres. 5. Dispositif suivant la revendication 4, ca- ractérisé en ce que les moyens de réception du rayonnement sont constitués d'une ou plusieurs lentilles (19-21) com- portant des bandes verticales (22) qui empêchent le pas- sage de la lumière et qui sont espacées à des distances régulières. 6. Dispositif suivant la revendication 4, ca- ractérisé en ce que les moyens de réception du rayonnement de fond sont constitués d'une lentille ou d'un miroir com- portant des trous espacés à des distances régulières. 7. Dispositif suivant la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les moyens de réception du rayonnement de fond sont constitués d'un dispositif optique de polari- sation, tel qu'un affichage à cristal liquide, qui peut être commandé électriquement et comporte des zones alter- nées perméables et imperméables au rayonnement.