Brevet FR2671253A1 — publié le 19920703

La présente invention concerne un dispositif de vidéodétection å capteur d'images à réponse logaritmique. En particulier, la présente invention s'applique au domaine de la sécurité des locaux et des personnes. Les dispositifs de vidéo-détection connus à ce jour comparent des images prises successivement de manière à détecter un déplacement d'intrus. Leur capteur possèdent une réponse linéaire et procure un signal vidéo dont le rapport signal/bruit n'est pas constant en fonction des valeurs du signal vidéo. De plus, une variation d'éclairage provoque une variation de niveau de signal de sortie de capteur qui n'est pas uniforme sur toute l'image. Pour toutes ces raisons, la détection d'intrus dans des zones d'ombre, la détection d'intrus se déplaçant lentement ne sont pas sûres et des fausses alarmes peuvent être provoquées par des variations de l'éclairement de la scène surveillée. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients en présentant un dispositif qui optimise le rapport signal sur bruit pour tout les niveaux d'intensité lumineuse et qui possède une réponse logaritmique. De cette manière une variation uniforme de luminosité de la scène éclairée ou une variation d'éclairement des parties de cette scène se traduisent par une translation des valeurs du signal de sortie de la caméra. L'invention présente donc un dispositif de vidéo-détection comportant un capteur d'images, un convertisseur analogique numérique adaptés à fournir un signal représentatif de l'image perçue par le capteur d'images et un moyen de traitement de l'information caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande de la durée d'exposition du capteur d'images faisant alterner des durées d'expositions difiéren- tes, en ce qu'il comporte au moins une mémoire d'image adaptée à recevoir et à émettre simultanément les signaux sortant du convertisseur analogique-numérique, en ce qu'il comporte une table de conversion qui réalise une fonction loga ritmique par intervalles, de telle manière que le moyen de traitement de l'information reçoit un signal représentatif des images prises successivement avec des durées d'exposition différentes la valeur dudit signal est une fonction logaritmique de l'éclairement du capteur. De plus, l'invention propose un traitement des différences entre les points d'image de telle manière que cette translation est annulée. Enfin, l'invention présente dif iérents systèmes de traitement d'image additionels d'une grande fiabilité. La description qui va suivre, iaite en regard du dessin annexé dans un but explicatif et nullement limitatif permet de mieux comprendre les avantages, buts et caractéristiques de l'invention. Le dispositif qui est présenté dans cette description est destiné à être connecté à une alarme et/ou à une ligne de transmission d'images et/ou un système de stockage d'images. La figure i représente une vue schématique du dispositif. La figure 2 représente un schéma électronique de la partie caméra du dispositif tel que représenté en figure 1. La figure 3 représente un schéma électronique d'une variante de la partie caméra présentée en figure 2. La figure 4 représente une échelle de réponse de la partie caméra du dispositif telle que représentée dans l'une des figures 2 ou 3. La figure 5 représente des valeurs de signal de points d'images en cours de transfert et la courbe de réponse de la partie caméra du dispositif telle que représentée dans l'une des figures 3 ou 4. La figure 6 représente. des images en cours de traitement par la partie traitement du dispositif telle que présentée dans la figure i. La figure 7 représente une partie traitement du dispositif tel que présenté en regard de la figure 1. Dans la figure I sont représentés un capteur d'images 1 muni d'un objectif 2, un circuit de pilotage 3 du capteur i et de l'objectif 2, un circuit de mémorisation d'images 4 relié à la sortie du capteur 1, ces éléments constituant une caméra 5 et un circuit de traitement d'images 6 relié au circuit de mémorisation d'images 4. Le capteur d'image I est doté de circuit électroniques non représentés et est adapté à délivrer sur son connecteur de sortie 8 un signal électrique représentatif de l'image formée sur sa surface photo-sensible par l'objectif 2. I1 possède un obturateur électronique non représenté commandé sur un de ces connecteurs d'entrée 7. L'objectif 2 est muni d'un diaphragme asservi. Le circuit de pilotage 3 et le circuit de mémorisation d'images 4 sont présentés selon deux modes de réalisation en regard des figures 2 et 3. Les signaux d'images fournis par le circuit de mémorisation sont présentés en regard de la figure 5. Le circuit de traitement d'image 6 est adapté à effectuer des opérations présentées en regard de la figure 6 et à fournir des signaux d'alarme et éventuellement à transmettre et/ou mémoriser un signal réprésentatif d'une image. Dans la figure 2 est représenté un schéma de circuit électronique réalisant le circuit de pilotage 3 du capteur d'images 1 et de l'objectif 2 et le circuit de mémorisation d'images 4. On retrouve donc dans la figure 2 les mêmes éléments que dans la figure 1 à l'exception du circuit de traitement d'image 6. Le circuit de mémorisation d'images 4 comporte un convertisseur analogique numérique 9 relié en son entrée au connecteur de sortie de signal 8, une table de conversion de niveaux de signal 10 relié à la sortie du convertisseur 9, un multiplexeur i1 relié à la sortie de la table de conversion 10, six mémoires 12, 13, 14, 15, 16 et 17, toutes reliées au multiplexeur 11, deux additionneurs 18 et 19 reliés chacun à trois des mémoires, et munis de connecteurs de sortie 20 et 21. Le circuit de pilotage 3 comporte un compteur 22 un circuit de commande d'obturateur électronique 23 relié au connecteur 7 et un circuit de commande 24 du diaphragme de l'objectif 2. Le convertisseur analogique numérique 9 fourni en parallèle des signaux binaires. La table de conversion de niveaux de signal 10 relié à la sortie du convertisseur 9 fourni une réponse présentée en regard de la figure 5. Le multiplexeur 11 relié à la sortie de la table de conversion 10 et aux six mémoires 12, 13, 14, 15, 16 et 17 transmet alternativement à chacune de ses mémoires le signal qu'il reçoit de la table de conversion. Les deux additionneurs 18 et 19 reliés chacun à trois des mémoires effectuent la somme des signaux qu'ils reçoivent simultanément de ces mémoires. Pour ce faire, les additionneurs pourront notamment être constitués de tables de conversion. Les opérations effectuées par chacun de ces éléments sont détaillées en regard de la figure 5. Le compteur 22 fourni trois signaux différents alternativement. Le circuit de commande d'obturateur électronique 23 fait correspondre à chacun de ses signaux une durée d'obturation électronique du capteur d'image 1. Selon les types de capteur d'images 1, de tels circuits fonctionnent en fournissant un signal numérique ou un signal binaire dont la durée est directement égale à celle de la prise de vue. Le compteur 22 est aussi relié à l'entrée de la table de conversion 10 de telle manière que la fonction de transfert réalisée par ladite table de conversion 10 dépend de la durée d'exposition du capteur d'images 1. Le nombre de mémoire, ici six, est le double du nombre de durées d'exposition différentes. En gardant le schéma présenté en regard de la figure 2, le nombre de mémoire peut donc être de quatre, huit, dix, selon que le nombre de durées d'exposition différentes est de deux, quatre ou cinq, par exemple. Cette fonction de transfert est logaritmique par intervalle comme il est exposé en regard de la figure 5. Le circuit de commande 24 du diaphragme de l'objectif 2 réalise une fonction connue sous le nom de "diaphragme automatique" en asservissant l'ouverture du diaphragme à la valeur du signal sortant du capteur d'images 1 de telle manière que le capteur ne soit pas saturé pendant ses durées d'exposition les plus courtes. Pour ce faire, ce circuit de commande 24 n'est relié qu a une seule des mémoires, celle-ci étant adaptée à mémoriser les images prises selon ces durées d'exposition les plus courtes. Les sensibilités de ces prises de vues sont présentées en regard de la figure 4. Les connecteurs de sortie de ces circuits 20 et 21 représentent des images prises successivement dont le signal de représentation présente une valeur dépendant des intensités lumineuses des images formées sur la surface photo-sensible du capteur d'image t selon une réponse logaritmique et avec un rapport signal sur bruit très élevé pour toute valeur du signal. Dans ce mode de réalisation, les signaux représentatiis d'images prises successivement sont présentés parallèlement sur les connecteurs de sortie 20 et 21. En regard des figures 1 et 2, on comprend que le moyen de traitement d'image 6 reçoit un signal représentatif des images prises successivement avec des durées d'exposition différentes, la valeur dudit signal étant une fonction logaritmique de l'éclairement de chaque point du capteur d'images 1. Il est à noter qu'en variante, le système de commande d'obturateur électronique 23 est relié à l'entrée de la table de conversion 10 à la place du compteur 22. On retrouve dans la figure 3 les mêmes éléments que ceux représentés dans la figure 2 mais la table de conversion 10, les mémoires 15, 16 et 17, les additionneurs 18 et 19 et le connecteur 21 sont éliminés. Par contre une table de conversion 25 est positionnée électriquement entre les mémoires 12, 13 et 14 et l'additionneur 18. Ici aussi, le compteur 22 est relié à l'entrée de la table de conversion 25 parallèlement aux sorties des mémoires 12, 13 et 14. Le fonctionnement de la table de conversion 25 est précisé en regard de la figure 5. Ce fonctionnement incorpore les fonctions de la table de conversion 10 et de l'additionneur 18 présentés en regard de la figure 2. Le fonctionnement de tous les autres composants est identiques à celui présenté en regard de la figure 2. En particulier, le nombre de mémoire, ici trois, est directement égal au nombre de durées d'exposition différentes commandées par le moyen de commande 23. Dans cette variante, les signaux représentatifs d'images prises successivement sont présentés successivement sur le connecteur de sortie 20. En regard des figures 1 et 3, on comprend que le moyen de traitement d'image 6 reçoit un signal représentatif des images prises successivement avec des durées d'exposition différentes, la valeur dudit signal étant une fonction logaritmique de l'éclairement de chaque point du capteur d'images 1. Il est à noter que la combinaison des fonction présentées en regard des figures 2 et 3 sont conformes à l'esprit de l'invention. Dans la figure 4 sont représentées les plages de réponse du capteur d'image 1 en fonction des commandes données par le circuit de commande d'obturateur électronique 23. Les durées d'exposition du capteur d'image 1 prennent, dans cet exemple, successivement trois valeurs dans des proportions identiques. Par exemple, ces durées d'exposition sont de un cinquantième de seconde, un deux cent cinquantième de seconde et de un mille deux cent cinquantième de seconde, dans des proportions de un cinquième entre elles deux à deux. Les plages de fonctionnement du capteur d'image 1 commandé sur ces durées d'exposition sont donc dans le même rapport et les trois plages se recoupent largement. Dans l'exemple présenté ici, la caméra présente une dynamique, c'est à dire un rapport entre les intensités lumineuses les plus fortes et les intensités lumineuses les plus faibles qu'elle peut correctement et simultanément restituées, de cent. La première ligne présente un intervale de sensibilité de un à cent lux et correspond aux durées d'exposition les plus longues. Les images prises selon ces durées d'exposition sont mémorisées alternativement dans les mémoires 12 et 15. La seconde ligne présente un intervale de sensibilité de cinq à cinq cents lux et correspond aux expositions de durée moyenne. Les images prises selon ces durées d'exposition sont mémorisées alternativement dans les mémoires 13 et 16. La troisième ligne présente un intervale de sensibilité de vingt-cinq à deux mille cinq cents lux et correspond aux durées d'exposition les plus courtes. Les images prises selon ces durées d'exposition sont mémorisées alternativement dans les mémoires 14 et 17. Dans la figure 5 sont représentés des courbes de réponse d'ensembles successifs de la partie caméra présentée en figure 2 ou 3. On y voit en abscisse une échelle d'éclairement de capteur logaritmique, en lux. En ordonnée se trouvent les valeurs numériques de signaux en cours de transfert selon des échelles linéaires. La courbe CI représente les courbes de réponse du capteur d'images 1. Selon les durées d'exposition générées par le circuit de commande d'obturateur électronique 23, ces courbes ont des formes d'exponentielles décalées les unes par rapport aux autres de la même distance. La courbe C2 représente la fonction de transfert de la table de conversion 10 représentée dans la figure 2. La fonction de transfert est logaritmique par intervalle, sur des intervalles correspondant aux éclairements les plus importants captés aux cours des prises de vues successives présentées en Cl. Cependant, pour l'image prise avec la sensibilité la plus élevée, représentée à gauche de la courbe C1, la fonction de transfert couvre toute sa plage de fonctionnement. La courbe C3 représente les courbes de réponse des ensembles électroniques allant du capteur 1 jusqu'à la sorties de la tables de conversion 10. la table de conversion 10 réalisant des fonctions logaritmiques par intervalle, sur ces intervalles, la courbe C3 est droite par intervalle. Il est à noter que ces droites correspondent à des courbes de réponse logaritmique, la représentation étant effectuée avec une échelle d'éclairement logaritmique en absisse. La courbe C4 représente la courbe de réponse finale de la partie caméra complète, allant du capteur 1 aux connecteurs 20 et 21. Les additionneurs 18 et 19 réalisent la somme des courbes représsentées en C3. Cette courbe est droite sur une gamme de sensibilité large allant de dix à deux mille cinq cents lux. Dans toute cette gamme de sensibilité, le rapport signal sur bruit est élevé, aussi bien en valeur absolue qu'en valeur relative. Cette courbe correspond aussi à la reponse de la variante présentée en regard de la figure 3. Dans cette variante, la table de conversion 25 réalise aussi bien les fonctions de transfert logaritmiques présentées en C2 que l'additionneur présenté en C4. Selon une autre variante du dispositif, les additionneurs 18 et 19 peuvent comporter un calculateur effectuant une moyenne des valeurs des signaux correspondant à un point du capteur si ses signaux sont ni nuls ni saturés, c'est à dire se situent dans la plage de variation présenté ici. De cette manière les effets de seuils sont limités. Il est aussi à noter que selon une autre variante, la ou les tables de conversion 10 ou 25 conservent une réponse logaritmique sur une variation plus étendue pour les prises de vues selon les durées d'exposition les plus longues de telle manière que la sensibilité de la partie caméra du dispositif est égale à la sensibilité du capteur d'image 1. La réponse de la partie caméra du dispositif qui est représentée en C4 possède l'avantage d'être logaritmique et de posséder un rapport signal sur bruit élevé pour toutes les valeurs d'éclairement présentées en regard de la figure 4. Dans la figure 6 sont représentées trois images Il, I2 et 13 sortant successivement sur les connecteurs 20, 21, et à nouveau 20. Sont aussi représentées des images I3 et I4 et 15 correspondant aux différences entre les points situés successivement sur les lignes des images 11, I2 et I3. Sont enfin représentées des images I6, 17 et 18 qui représentent les différences entre les images I3 et I4, 13 et I5, I6 et I7. Ces images sont représentées par des valeurs de signal numérique. Pour des raisons de clarté, pour chaque image, peu de points sont représentés sur la figure 6. Cependant, ces images peuvent comporter autant de point que les capteurs d'images 1. Pour expliquer le fonctionnement de la partie traitement d'image du dispositif, ces images correspondent à la vision d'un batiment 26 et du ciel 27, en partie haute, et de I'om- bre du batiment 28 et d'un parking 29, en partie basse, alors que le soleil, qui n'est pas dans le champs de prise de vues, initialement masqué, image It, apparait derrière un nuage, images I2 et I3. Pour mieux présenter ces images, les images 110, 111 et 112 représentent la scène observée. On voit que le batiment 26 et le parking 29 s'éclaircissent alors que l'ombre 28 s'assombrit, le ciel 27 restant constant, en regardant les images I1, I2 et I3. La variation de luminosité étant identique pour tous les points du batiment 26, les valeurs représentées ont toutes augmentée pareillement. Il en est de même pour tous les points se trouvant dans Itombre 28 du batiment ainsi que pour ceux qui se trouvent en regard du parking 29. Tous les points qui se trouvent en regard du ciel 27 conservent leur valeur. On remarque que les images 14, I5 et I6 conservent les mêmes valeurs sauf sur les points Pi correspondant au bord de l'ombre, pour lesquels les valeurs augmentent. Les images I7 et I8 présentent les mêmes variations que les images I4, I5 et 16.Enfin, l'image I9 conserve une valeur nulle. Selon cet exemple, on comprend le traitement d'images effectué par le circuit présenté en regard de la figure 7. On voit aussi que les variations d'éclairement générale ne font pas varier l'image I9. Par contre, le déplacement d'un intrus dans le champ de prise de vues du capteur d'images t provoquerait un changement d'éclairement limité qui ferait varier l'image I9. On comprend aussi que le déplacemeent d'une ombre ne provoquerait de variation de l'image I9 seulement sur son contour, alors que le déplacement d'une personne ou d'un objet présentant des valeurs de luminosité variables sur sa surface vue par le capteur d'images 1 provoquerait des variations de l'image 19 sur son contour mais aussi sur cette surface. Dans la figure 7 sont représentés le connecteurs 20 auquel est reliée une mémoire de point intermédiaire 29 et un différentiateur primaire 30 lui-même relié à la mémoire 29. Un multiplexeur 31 est connecté à la sortie du différentiateur primaire 30 et à des mémoires d'images intermédiaires 32, 33 et 34, des commutateurs 35, 36, 37, 38, 39 et 40 sont reliés à ces mémoires d'images et à des différentiateurs secondaires 41 et 42. Enfin, un différentiateur tertiaire 43 est relié aux différentiateurs secondaires 41 et 42 et à un moyen de traitement de l'information 44. Les différentiateurs sont adaptés à fournir en sortie la différence des signaux reçus sur leurs entrées. Les mémoires intermédiaires 29, 32, 33 et 34 sont adaptées à lire et écrire simultanément des valeurs représentatives chacune d'un point du capteur d'images 1 de manière synchronisée entre elles. Le multiplexeur 31 est adapté à transmettre les signaux qu'il reçoit du différentiateur primaire 30 alternativement à chacune des mémoires 32, 33 et 34. Les commutateurs connectent alternativement les différentiateurs secondaires 41 et 42 chacun à deux des mémoires 32, 33 et 34. Dans un premier temps les différentiateurs secondaires 41 et 42 sont ainsi reliés respectivement aux mémoires 32 et 33, et aux mémoires 32 et 34. Dans un second temps ils sont reliés respectivement aux mémoires 33 et 34 et aux mémoires 33 et 32. Enfin, dans un troisième temps, ils sont reliés respectivement aux mémoires 34 et 32 et aux mémoires 34 et 33. Parallèlement à la figure 6, on comprend que les images Il, I2 et I3 sont représentées successivement sur le connecteur 20, que les images I4, I5 et I6 sont mémorisées dans les mémoires 32, 33 et 34, que les images 17 et 18 sont représentées en sortie des différentiateurs secondaires 41 et 42, et que l'image I9 est représentée en sortie du différentiateur tertiaire 43. Enfin, le moyen de traitement d'informations 44 est adapté à commandé une procédure d'alarme en fonction des signaux reçus du différentiateur 35. De tels moyens de traitement de l'information sont connus dans le domaine de la vidéo-détection. Ils comportent des circuits électroniques de calcul et éventuellement un ou des processeurs. Ce moyen de traitement de l'information est de type connu, notamment dans les systèmes de traitement d'images. D'autres circuits électroniques permettent de réaliser les fonctions présentées en regard des figures 6 ou 7 et sont conformes à l'esprit de l'invention. L'adaptation de la partie traitement d'image présenté dans la figure 7 au mode de réalisation de la partie caméra du dispositif présenté dans la figure 2 est aisée, la seule différence correspondant aux deux connecteurs de sortie 20 et 21. Il est à noter que le différentiateur primaire 30 peut effectuer la différence entre les valeurs de deux points contigus quelconques et non seulement deux points situés successivement sur une même ligne du capteur d'images 1. En variante de la partie traitement d'image 6 présentée en regard de la figure 7, le traitement d'image peut être réalisé sur uniquement deux images successives. Cette variante présente l'avantage d'être plus simple à réaliser. Selon cette variante un seul différentiatreur secondaire 41 est nécessaire. A chaque différentiateur, primaire 30, secondaire 41 ou tertiaire 43, une mémoire est associée et adaptée à mémoriser les informations reçues parallèlement par le différentiateur et à écrire de manière synchronisées les informations précédemment mémorisées. Le différentiateur effectue alors la différence entre les informations qu'il reçoit parallèlement à la dite mémoire et les informations qu'il reçoit de cette mémoire. Le différentiateur primaire 30 est associé à une mémoire ne comportant que l'information d'un seul point du capteur d'image 1. Les différentiateurs secondaire 41 et tertiaire 43 sont associés à des mémoires d'images. En regard de la figure 6, la seule différence de traitement d'image concerne l'image 18 qui est alors la différence entre les images I5 et I6 et non entre les images I4 et I6. Le traitement effectué est similaire à celui présenté précédemment. Enfin, selon une autre variante, l'image sortant d'un dittéérentiateur secondaire est mémorisée et restituée plusieurs fois pendant une durée longue avant d'être rafraichie et le différentiateur tertiaire 43 effectue la différence entre cette image mémorisée et une image sortant d'un différentiateur secondaire. Cette variante peut aussi se combiner à la variante présentée précédemment. Le dispositif qui est présenté dans cette description est destiné à être connecté à une alarme et/ou à une ligne de transmission d'images et/ou à un système de stockage d'images et à être utilisé dans les systèmes de sécurité. REVENDICATIONS 1) Dispositif de vidéo-détection comportant un capteur d'images (1), un convertisseur analogique numérique (9) adaptés à fournir un signal représentatif de l'image perçue par le capteur d'images (1) et un moyen de traitement d'image (6) caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande (23) de la durée d'exposition du capteur d'images (1) faisant alterner des durées d'expositions différentes, en ce qu'il comporte au moins une mémoire d'image (12,13,14, 15,16,17) adaptée à recevoir et à émettre simultanément les signaux sortant du convertisseur analogique-nusérique (9), en ce qu'il comporte une table de conversion (10,25) qui réalise une fonction logaritmique par intervalles, de telle manière que le moyen de traitement d'image (6) reçoit un signal représentatif des images prises successivement avec des durées d'exposition différentes, la valeur dudit signal étant une fonction logaritmique de l'éclairement du capteur (1). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la table de conversion (10) est directement reliée au convertisseur analogique-numérique (9). 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une mémoire d'image (12,13,14) pour chaque valeur de durée d'exposition du capteur (1), ces mé- moires (12,13,14) recevant tour à tour le signal provenant du capteur d'images (1). 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la table de conversion (25) est connectée à la sortie de ces mémoires d'images (12,13,14). 5) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une mémoire d'image (12,13,14) pour chaque valeur de durée d'exposition du capteur (1) et un additionneur (18,19) adapté à additionner les images provenant de ces mémoires (12,13,14). 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de commande de durée d'exposition (23) est connecté à une des entrées de la table de conversion (10,25) de telle manière que les fonctions de transfert correspondant à chaque durée d'expositon sont différentes. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un dittérentia- teur primaire (30) adapté à fournir pour chaque point du capteur d'images (1) un signal égal à la différence entre le signal reçu par le différentiateur primaire (30) pour ce point et le signal reçu par ce différentiateur primaire (30) pour un point contigu. 8) Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un différentiateur secondaire (41, 42) adapté à effectué pour chaque point du capteur d'images (1) la différence de valeur entre les signaux représentatifs d'images perçues par le capteur d'images (1) pendant ditté- rentes périodes de fonctionnement du capteur d'images (1). 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte un différentiateur tertiaire (43) adapté à effectuer la différence de valeurs de signaux sortant du ou des différentiateurs secondaires (4t,42) et correspondant à des images prises par le capteur d'images (1) pendant des périodes différentes. 10) Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de traitement dinformations (36) adapté à traiter les informations provenant du différentiateur tertiaire (43) et à déclencher une procédure d'alarme en fonction de ces informations.