Brevet FR2741369A1 — publié le 19970523

SYSTEME DE SURVEILLANCE SOUS-MARINE D'UNE PISCINE L'invention est relative à un système de surveillance sous-marine d'une piscine pour prévenir les noyades. Actuellement, la surveillance des piscines est réalisée par surveillance humaine. C'est une tâche très difficile demandant une attention soutenue et entraînant une fatigue nerveuse des personnes, à savoir les maîtres-nageurs, auxquelles incombe cette surveillance. En effet, en plus des limitations inhérentes à tout système reposant sur une intervention humaine, notamment baisse de vigilence due, par exemple, à une fatigue momentanée etc., la surveillance des piscines est rendue très délicate par les problèmes de diffraction de la lumière à la surface de l'eau agitée, rendant difficile le repérage visuel d'un corps immobile par quelques mètres de profondeur. Le risque de noyade en piscine a principalement pour origine soit une peur panique pour un baigneur ne sachant pas suffisamment nager, soit un malaise du nageur. En bassin surveillé, le premier cas d'un baigneur pris d'une peur panique est détecté relativement facilement par le maître-nageur, ou par des personnes voisines du baigneur en difficulté car ce dernier, en général, agite frénétiquement les bras dans une tentative de rester en surface. Par contre, le deuxième cas, celui du nageur pris d'un malaise, est de loin le plus dangereux. Dès la perte de connaissance du nageur, une apnée reflexe se produit, même si une certaine quantité d'eau a déjà pénétré dans les poumons. La cage thoracique étant vide, le nageur en difficulté coule vers le fond. A compter de la perte de connaissance, un sauveteur expérimenté. sachant notamment pratiquer la respiration artificielle, dispose d'environ deux à trois minutes pour porter secotirs au noyé. Celui-ci pourra, en général, revenir à son état normal, après un séjour en hôpital pour nettoyer ses poumons, sans autres conséquences graves. Si les secours ont lieu entre trois et cinq minutes après la perte de connaissance, le noyé peut encore être sauvé, mais il risque de conserver certaines lésions irréversibles, notamment au cerveau. Audelà de cinq minutes, le décès est quasiment certain. Ce problème de surveillance se pose surtout pour les piscines publiques. Les victimes de noyade sont des enfants en bas âge dans la majorité des cas, et la noyade est l'obsession des responsables de piscines publiques. Lors de la période estivale 1993 (du ler juin au 30 septembre), on a dénombré 23 noyades en piscines publiques en France (source : Ministère de l'intérieur - Direction de la sécurité civile). Mais le problème se pose également pour les piscines privées puisqu'au cours de la période estivale 1993 (du ler juin au 30 septembre) on a dénombré en France 25 noyades en piscines privées (source : Ministère de l'intérieur - Direction de la sécurité civile). L'invention a pour but, surtout, de fournir un système de surveillance sous-marine d'une piscine qui permette de déclencher une alarme, avertissant automatiquement les surveillants, dans un délai réduit, lorsqu'un comportement d'un baigneur traduit un début de noyade. Un tel système doit permettre de détecter à coup sûr un début de noyade, mais il est souhaitable d'éviter des déclenchements intempestifs en analysant correctement le comportement des nageurs, en particulier pour éviter une mauvaise interprétation d'un nageur effectuant volontairement une plongée et/ou un déplacement en immersion. Selon l'invention, un système de surveillance sous-marine d'une piscine pour prévenir les noyades, est caractérisé par le fait qu'il comprend: - des moyens de détection propres à donner, sous forme de signaux électriques, des images des corps immergés dans l'eau de la piscine, ces moyens de détection étant prévus sur les parois de la piscine en des endroits judicieusement répartis pour balayer tout le volume inférieur de la piscine - des moyens de numérisation des images obtenues, et des moyens de compression des données numériques d'images - des moyens de stockage des données numériques d'images à instants successifs - des moyens de comparaison entre des images numérisées d'un même corps à des instants successifs - des moyens d'estimation de la nature d'un corps (corps humain ou non), de la trajectoire et des changements d'attitude du corps d'après ces images successives - et des moyens de décision propres à déclencher des moyens d'alarme en cas de trajectoire ou mouvement suspect du corps observé. De préférence, chaque moyen de détection comprend au moins une caméra vidéo en particulier une caméra sous-marine ou une caméra disposée dans un globe étanche, immergé dans l'eau de la piscine. Avantageuse ment, les moyens de détection peuvent comprendre, en outre, un sonar, et/ou une caméra infrarouge. Dans le cas où tous ces éléments sont disposés dans un globe en verre, un module de chauffage et d'anti-humidité est également prévu à l'intérieur du globe étanche. Les moyens de numérisation des images obtenues et de compression des données numériques sont avantageusement constitués par une carte de numérisation et de compression d'images vidéo placée dans un micro-ordinateur en configuration "multimédia". Les moyens de stockage des données numériques d'images à des instants successifs, les moyens de comparaison entre les images numérisées d'un même corps à des instants successifs, les moyens d'estimation de la trajectoire et des changements d'attitude d'un corps et les moyens de décision sont constitués par les composants d'un micro-ordinateur, notamment éléments de mémoire et unité centrale de ce micro-ordinateur, dans lequel un logiciel approprié a été chargé pour lui permettre d'exécuter les opérations indiquées. Avantageusement, les moyens de numérisation permettent d'établir une image constituée d'une matrice de 256 x 256 points, 25 images par seconde étant fournies par les moyens de détection. Les moyens de compression des données sont propres à comprimer le nombre d'images par seconde, en particulier pour le réduire à trois ou quatre images par seconde, ainsi que la matrice de points, pour la réduire en particulier à une matrice de 32 x 32 points, avec des algorithmes appropriés assurant un minimum de perte d'informations ; la compression de données permet le traitement des images provenant de plusieurs moyens d'observation, suivant des canaux différents, avec une même carte vidéo et un même microordinateur. Les moyens de comparaison des images numérisées entre instants successifs sont propres à ne prendre en considération que des images dont les dimensions correspondent au moins à celles d'un petit enfant, afin d'éliminer des alarmes intempestives pouvant être causées par des corps étrangers. Ces moyens de comparaison sont en outre agencés pour calculer la différence entre deux matrices d'images à des instants successifs d'une même personne. Les moyens d'estimation sont propres à déterminer, à partir des résultats des moyens de comparaison, le caractère lent d'un mouvement de descente et/ou l'immobilité d'un corps humain dans la zone inférieure de la piscine. Les moyens de décision sont propres à déclencher une alarme si le caractère lent du mouvement de descente ou la quasi-immobilité du corps au fond de la piscine se prolonge au-delà d'un temps déterminé, en particulier au-delà de 15 secondes. Les moyens de détection comprennent avantageusement un sonar pour éliminer le doute susceptible d'être créé par une ombre dans la piscine. Avantageusement, les images qui ont servi aux analyses ayant conduit au déclenchement d'une alarme sont enregistrées sur le disque dur du micro-ordinateur de manière à pouvoir être consultées à tout moment. De préférence, un ou plusieurs écrans de contrôle sont disposés près des sièges des maîtres-nageurs ou dans les locaux des responsables assurant la surveillance de la piscine, écrans sur lesquels sont affichées les images d'une zone considérée comme suspecte. L'alarme peut être donnée par un avertisseur sonore et/ou visuel, en particulier avec indication de la zone de la piscine dans laquelle un événement suspect se produit. On peut prévoir un dispositif d'arret immédiat du pompage et de la filtration de l'eau de la piscine en cas d'accident détecté, ce dispositif d'arrêt pouvant être commandé soit manuellement, soit automatiquement par le micro-ordinateur. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées cidessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1 est une vue schématique, en perspt ctive, d'une piscine équipée des moyens de détection du système de surveillance selon l'invention. La figure 2, de ces dessins, est une vue schématique, en coupe, de moyens de détection pour un système de surveillance selon l'invention. La figure 3 est une vue en plan schématique de la piscine illustrant les champs de vision des moyens de détection qui balayent tout le volume inférieur de la piscine. La figure 4 enfin, est un schéma synoptique simplifié du système de surveillance. Comme illustré sur la figure 1, le système de surveillance de la zone inférieure d'une piscine P comprend des moyens de détection D1.... D6 prévus sur les parois de la piscine en des endroits judicieusement répartis pour balayer tout le volume inférieur de la piscine. Dans l'exemple considéré, trois moyens de détection, respectivement D1, D2, D3 et D4, D5, D6 sont prévus sur chacune des parois longitudinales de la piscine, au voisinage du fond, par exemple à une hauteur de l'ordre de 50 cm à 1 m au-dessus du fond. Comme illustré sur la figure 3, les moyens de détection D1 .... D6 sont disposés de manière que leurs champs de vision Cl . . C6 se recouvrent en partie de manière à ne laisser aucun angle mort et à balayer tout le volume inférieur de la piscine.Un élément ou un corps situé dans la zone inférieure de la piscine sera donc vu par au moins un moyen de détection D1 .... D6. Ces moyens de détection sont propres à donner, sous forme de signaux électriques, des images de corps immergés dans l'eau de la piscine. Les moyens de détection D1 .... D6 sont identiques et l'un d'eux D1 sera décrit avec référence à la figure 2. Le moyen D1 comprend une caméra vidéo 1, de préférence une caméra CCD (à système à transfert de charge), disposée de manière à observer une zone de la piscine située dans le champ de vision Cl (figure 3). La caméra 1 est avantageusement placée dans un hublot ou globe 2, en verre transparent, fermé de manière étanche et fixé contre la paroi 3 de la piscine. Cette paroi est traversée par un conduit 4 pour le passage de câbles reliés aux éléments de détection. Le moyen de détection D1 peut également comporter une caméra infrarouge 5 située, comme la caméra vidéo 1, à l'intérieur du globe 2. En outre, un sonar 6 est avantageusement prévu pour émettre des ultrasons dans la zone concernée de la piscine et pour recueillir les échos de ces ultrasons. L'extrémité du sonar 6 traverse de manière étanche une ouverture prévue dans le globe 2, de manière à être directement en contact avec l'eau de la piscine. De préférence, un moyen de chauffage électrique 7 du volume intérieur du globe 2 est prévu pour combattre l'humidité à l'intérieur de ce globe. Les faisceaux de câble tels que 8 (figure 4) qui traversent les conduits 4 sont reliés à un micro-ordinateur 9 par exemple du type PC/AT organisé autour d'un micro-processeur PENTIUM ou à défaut d'un micro-processeur 486DX de la société INTEL. Le micro ordinateur 9 est en configuration "multimédia" et est équipé d'une carte vidéo 10 constituant des moyens de numérisation des signaux électriques fournis par les moyens d'observation D1, et des moyens de compression des données numériques d'image. Les images, sous forme de signaux électriques, sont reçues généralement à raison de 25 images par seconde par la carte vidéo 10 qui les transforme en des images numériques, par exemple sous forme de matrices de 256 x 256 points. Chaque élément de ces matrices est un entier compris entre 0 et 255 ce qui, dans le cas d'une image en noir et blanc, correspond à 256 niveaux de gris. La compression des données numériques permet de simplifier l'information recueillie, pour diminuer le volume de calcul ultérieur. Par exemple, on ne conserve que trois ou quatre images par seconde ce qui permet, aussi, de multiplexer la numérisation, par exemple, de traiter les six moyens d'observation D1 .... D6 avec la même carte vidéo 10. Il est à noter que le nombre des moyens d'observation traités par une même carte pourrait être supérieur à six et par exemple être égal à huit. Les moyens de compression de la carte vidéo 10 permettent en outre de réduire les matrices de points à une taille inférieure, par exemple de 64 x 64 points, éventuellement 32 x 32 points, par des procédés simples de moyenne. Avec une telle étape de compression de données correctement réalisée, on constate expérimentalement que l'information conservée est encore largement suffisante pour détecter le mouvement à partir de l'évolution de l'image correspondant aux données comprimées. Des moyens de stockage 1 1 des données numériques d'images à des instants successifs t, t + 1 etc. sont prévus. Ces moyens de stockage 1 1 sont constitués par des moyens de mémoire du microordinateur 9, notamment des moyens de mémoire vive internes 1 la et/ou externes 1 lb, notamment formés par le disque dur de l'ordinateur. Des moyens de comparaison 12 entre des images numérisées d'un même corps à des instants successifs t et t + 1 sont prévus. Les moyens de comparaison 12 sont formés par l'unité centrale de traitement 13 de l'ordinateur et un logiciel approprié stocké dans une zone de la mémoire vive interne 1 la. L'intervalle de temps at entre deux instants t et t + 1 pris en considération est suffisant pour que dans le cas d'un mouvement normal d'un nageur, les différences entre les deux images successives traduisent un tel mouvement ; l'intervalle de temps at est cependant aussi réduit que possible pour qu'une alerte soit déclenchée sans retard en cas de situation suspecte. Cet intervalle at peut être de l'ordre d'une ou quelques seconde(s). Les moyens de comparaison calculent, entre deux instants t et t + 1, les différences entre deux matrices d'images successives. On obtient ainsi une nouvelle matrice des différences de niveaux de gris entre deux images. Quand un coefficient vaut zéro (ou est proche de zéro, idéalement d'ailleurs avec un sens topologique, c'est-à-dire la zone autour du point étant proche de zéro), on suppose qu'il n'y a pas eu de changement entre les deux images dans cette zone de l'écran. Dans le cas contraire, on considère que la forme qui se trouvait dans zone de l'écran à l'instant t a bougé à l'instant t + 1. Les moyens de comparaison permettent ainsi d'obtenir les zones de changements entre deux images à des instants successifs, c'est-à-dire les zones de mouvement entre les deux instants considérés. L'unité centrale de traitement 13 combinée avec un logiciel approprié, consitue, en outre des moyens d'estimation de la nature d'un corps dont l'image est obtenue (corps humain ou non), de la trajectoire et des changements d'attitude de ce corps. L'unité centrale 13 et le logiciel sont en outre prévus pour constituer des moyens de décision propres à déclencher une alarme en cas de trajectoire ou de mouvement suspects du corps observé. Les logiciels permettant à l'ordinateur 9 et à son unité centrale 13 d'assurer les fonctions évoquées ci-dessus peuvent correspondre à divers algorithmes. Un exemple de tel algorithme est donné ci-après. Du fait que l'on connaît la matrice de l'image initiale (piscine vide), on peut dénombrer et suivre individuellement les différentes formes se déplaçant dans la piscine, captées par les moyens de détection. En utilisant le principe selon lequel la connaissance de la dérivée d'une fonction et de sa valeur initiale, permet de connaître la fonction, on peut identifier et suivre diverses formes, correspondant à différents corps se déplaçant dans la piscine, par exemple F1, F2 ...... Fn. On réalise une correction sur les formes suivies, notamment en matière de taille. En effet, on ne considère que des formes ayant au moins des dimensions correspondant à celles d'un petit enfant. On peut ainsi écarter des images d'objets inertes, de petites dimensions, et éviter des déclenchements d'alarme intempestifs. On assure un suivi de l'évolution de la trajectoire des diverses formes F1, F2 .... Fn dans le repère de la piscine. En cas de mouvement suspect, en particulier en cas d'un mouvement vertical de descente lent qui correspond à une coulée passive, ou en cas d'immobilité au fond de la piscine, on met la forme correspondante Fi sous préalerte. Le placement judicieux des moyens d'observation D1 ... D6 au fond de la piscine assure un bon fonctionnement, toute la piscine étant couverte par ces moyens d'observation. Une forme suivie F1 .... Fn ne doit pouvoir disparaître idéalement que par "le haut" c'est-à-dire en sortant de la zone inférieure de la piscine en remontant, ou en sortant du bassin. Si après un intervalle de temps prédéterminé, avantageusement d'environ 15 secondes, la forme suivie Fi n'a pas changé de comportement suspect, c'est-à-dire si l'immobilité au fond ou le mouvement vertical lent s'est poursuivi pendant ces 15 secondes sans reprise d'une trajectoire non passive, l'alerte est déclenchée par l'ordinateur 9. Ce dernier comporte avantageusement une carte 14 de télécommande propre à actionner divers moyens avertisseurs sonores ou visuels. Par exemple, l'ordinateur peut déclencher un vibreur ou ronfleur 15, notamment porté à la ceinture d'un maître-nageur chargé de la surveillance de la piscine. En outre, la zone de la piscine où s'est produit l'événement ayant déclenché l'alerte peut être signalée sur un écran à cristaux liquides, également porté par le maître-nageur, sous forme d'un code alphanumérique, de sorte que le maître-nageur peut intervenir rapidement au bon endroit. On peut en outre prévoir que l'ordinateur 9, en cas d'alerte, coupe les vannes 16 d'évacuation d'eau de la piscine, pour supprimer tout effet d'aspiration au niveau des grilles d'évacuation d'eau situées dans le fond de la piscine. On peut en outre faire envoyer automatiquement une télécopie à un service médical d'urgence. Enfin, le logiciel utilisé peut faire commander, par le microordinateur 9, la mémorisation sur disque dur 1 lb des images numérisées de l'incident. Les exemples donnés ci-dessus ne sont pas limitatifs et d'autres moyens pour signaler l'alerte peuvent être utilisés. En outre, les images de la zone où se déroule un mouvement suspect, y compris l'immobilisation au fond de la piscine d'un corps,sont affichés sur au moins un écran de contrôle E à la disposition des responsables de la surveillance. Avec un tel système, il convient de détecter à coup sûr tous les cas de mouvement suspect susceptibles de conduire à une alerte, mais il faut également éviter des déclenchements intempestifs. Par exemple, une forme constituée par une zone plus grise dans le fond de la piscine, peut être simplement une ombre de taille suffisante créée brusquement par le soleil. Il convient d'éviter un déclenchement intempestif dans un tel cas. L'utilisation d'un ou plusieurs sonars 6 (figure 1), en particulier sonar actif à haute fréquence, prévu dans les modules de détection D1... D6, permet la levée d'un tel doute et, le cas échéant, un deuxième suivi des trajectoires des formes Fi selon la même séquence que celle évoquée à propos de moyens d'observation constitués essentiellement par des caméras. D'autres moyens d'observation que des caméras vidéo pourraient être utilisés, par exemple des caméras thermiques. La levée du doute sur une forme détectée pourrait être effectuée avec d'autres moyens qu'un sonar, par exemple avec un laser. Quelle que soit la variante de réalisation adoptée, le système de surveillance de l'invention permet d'améliorer la sécurité des piscines. REVENDICATIONS 1. Système de surveillance sous-marine d'une piscine pour prévenir les noyades, caractérisé par le fait qu'il comprend - des moyens de détection (D1 .... D6) propres à donner, sous forme de signaux électriques, des images des corps immergés dans l'eau de la piscine, ces moyens de détection étant prévus sur les parois de la piscine en des endroits judicieusement répartis pour balayer tout le volume inférieur de la piscine - des moyens de numérisation (10) des images obtenues, et des moyens de compression (10) des données numériques d'images - des moyens de stockage (1 la, 11b) des données numériques d'images à instants successifs - des moyens de comparaison (12, 13) entre des images numérisées d'un même corps à des instants successifs - des moyens d'estimation (12, 13) de la nature d'un corps (corps humain ou non), de la trajectoire et des changements d'attitude du corps d'après ces images successives - et des moyens de décision (12, 13) propres à déclencher des moyens d'alarme (15) en cas de trajectoire ou mouvement suspect du corps observé. 2. Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque moyen de détection (Dl . . D6) comprend au moins une caméra vidéo (1), en particulier une caméra sous-marine ou une caméra disposée dans un globe étanche (2), immergée dans l'eau de la piscine. 3. Système de surveillance selon la revendication 1, ou 2 caractérisé par le fait que les moyens de détection (D1 . . D6) comprennent un sonar (6), et/ou une caméra infrarouge (5 > . 4. Système de surveillance selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'un module de chauffage et d'anti-humidité (7) est prévu à l'intérieur du globe étanche (2), dans lequel sont placés les caméras (1, 5) et/ou le sonar (6). 5. Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de numérisation des images obtenues et de compression des données numériques sont constitués par une carte (10) de numérisation et de compression d'images vidéo placée dans un micro-ordinateur (9) en configuration "multimédia". 6. Système de surveillance selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de numérisation (10) permettent d'établir une image constituée d'une matrice de 256 x 256 points, 25 images par seconde étant fournies par les moyens de détection. 7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que les moyens (10) de compression des données sont propres à comprimer le nombre d'images par seconde, en particulier pour le réduire à trois ou quatre images par seconde, ainsi que la matrice de points, pour la réduire en particulier à une matrice de 32 x 32 points, avec des algorithmes appropriés assurant un minimum de perte d'informations, la compression de données permettant le traitement des images provenant de plusieurs moyens d'observations, suivant des canaux différents, avec une même carte vidéo et un même microordinateur. 8. Système de surveillance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de stockage (1 la, 11b) des données numériques d'images à des instants successifs, les moyens de comparaison entre les images numérisées d'un même corps à des instants successifs, les moyens d'estimation de la trajectoire et des changements d'attitude d'un corps et les moyens de décision sont constitués par les composants d'un micro-ordinateur (9), notamment éléments de mémoire (1 la, llb) et unité centrale (12, 13) de ce microordinateur, dans lequel un logiciel approprié a été chargé pour lui permettre d'exécuter les opérations indiquées. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens de comparaison (12, 13) des images numérisées entre instants successifs sont propres à ne prendre en considération que des images dont les dimensions correspondent au moins à celles d'un petit enfant, afin d'éliminer des alarmes intempestives pouvant être causées par des corps étrangers et sont agencés pour calculer la différence entre les deux matrices d'images à des instants successifs d'une même personne. 10. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par le fait que les moyens d'estimation (12, 13) sont propres à déterminer, à partir des résultants des moyens de comparaison, le caractère lent d'un mouvement de descente et/ou l'immobilité d'un corps humain dans la zone inférieure de la piscine. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les moyens de décision (12, 13) sont propres à déclencher une alarme si le caractère lent du mouvement de descente ou la quasi-immobilité du corps au fond de la piscine se prolonge au-delà d'un temps déterminé, en particulier au-delà de 15 secondes. 12. Système selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé par le fait que les images qui ont servi aux analyses ayant conduit au déclenchement d'une alerte sont enregistrées sur le disque dur (lob) du micro-ordinateur (9) de manière à pouvoir être consultées à tout moment. 13. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un ou plusieurs écrans de contrôle (E) sont disposés près des sièges des maîtres-nageurs ou dans les locaux des responsables assurant la surveillance de la piscine, écrans sur lesquels sont affichées les images d'une zone considérée comme suspecte. 14. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens d'alarme comprennent un avertisseur (15) sonore et/ou visuel, en particulier avec indication de la zone de la piscine dans laquelle un événement suspect se produit. 15. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est équipé d'un dispositif d'arrêt immédiat (16) du pompage et de la filtration de l'eau de la piscine en cas d'accident détecté, ce dispositif d'arrêt pouvant être commandé soit manuellement, soit automatiquement par le microordinateur (9, 14).