Brevet FR2794880A1 — publié le 20001215

PROCÉDÉ AUTOMATIQUE DE SUIVI D'UNE CIBLE EN MOUVEMENT PAR UNE CAMÉRA ÉLECTRONIQUE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne un procédé automatique de suivi ou de pistage d'une cible en mouvement par une caméra électronique, et le dispositif pour la mise en #uvre de ce procédé. Le but de l'invention est de proposer un procédé qui permette de détecter la présence d'une cible dans le champ d'une caméra et de suivre le mouvement de la cible à l'aide de cette caméra. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé automatique de suivi d'une cible en mouvement par une caméra électronique, caractérisé par le fait qu'il comporte des étapes consistant à : a) - initialiser la caméra, - mémoriser une image fournie par la caméra, b) - mémoriser une autre image fournie par la caméra, - détecter une cible en mouvement, en calculant les variations de couleur entre les deux dernières images mémorisées, - calculer une grandeur représentative de la cible en mouvement, - comparer ladite grandeur à une première valeur de seuil prédéterminée, - reprendre le procédé au début de l'étape b), si cette grandeur est inférieure à ladite première valeur de seuil prédéterminée, c) - déterminer la couleur de ladite cible en mouvement, si cette grandeur est supérieure à ladite première valeur de seuil prédéterminée, - calculer l'écart entre la couleur moyenne d'une colonne et/ou d'une ligne de pixels de la dernière image mémorisée et la couleur de la cible, - déterminer la colonne et/ou la ligne dont l'écart précité est le plus faible, d) - déplacer la caméra de façon à centrer l'image sur ladite colonne et/ou ladite ligne dont l'écart est le plus faible, - mémoriser une nouvelle image fournie par la caméra, - calculer l'écart entre la couleur moyenne d'une colonne et/ou d'une ligne de pixels de ladite nouvelle image mémorisée et la couleur de la cible, - déterminer la colonne et/ou la ligne dont l'écart est le plus faible, - reprendre le procédé au début de l'étape d), si cet écart est inférieur à une deuxième valeur de seuil prédéterminée, - reprendre le procédé à l'étape a), si cet écart est supérieur à ladite deuxième valeur de seuil prédéterminée. Au sens de l'invention, la couleur d'une image peut être soit une nuance de gris pour une image en noir et blanc, soit une combinaison des trois couleurs primaires pour une image en couleurs. De préférence, la caméra fournit des images en couleurs et le procédé consiste : - à l'étape a) précitée, à mémoriser une image en couleurs et à la copier en noir et blanc, - à l'étape b) précitée, à mémoriser une autre image en couleurs, à la copier en noir et blanc, et à calculer les variations de nuances de gris entre les deux copies en noir et blanc précitées. Dans ce cas, chaque image en couleurs peut être constituée par une pluralité de pixels Pij, i étant l'abscisse et j l'ordonnée du pixel, la couleur de chaque pixel étant définie par trois composantes de couleur fondamentale Rij, Vij, Bij, et le procédé consiste : - à l'étape a) précitée, à copier en noir et blanc l'image en couleurs mémorisée, en calculant pour chaque pixel, sa valeur moyenne -à comparer S à une première valeur de seuil prédéterminée So représentative de la taille de la cible à détecter, - à l'étape c) précitée, à détecter les trois composantes de couleur Rc, Vc, Bc de ladite cible, - à calculer pour chaque colonne de pixels l'écart Ci = E 1 Rij - Rc Vij - Vc 1 + Bij - Bc j et/ou, pour chaque ligne de pixels, l'écart Lj Rij - Rc 1 + 1 Vij - Vc 1 + Bij - Bc i - déterminer la colonne Ci et/ou la ligne Lj dont l'écart E est le plus faible, - à l'étape d) précitée, à comparer ledit écart le plus faible E à une deuxième valeur de seuil prédéterminée Eo, afin de déterminer si la cible est toujours dans le champ de la caméra. Dans une première forme de réalisation, le procédé consiste à l'étape c) précitée, à déterminer la couleur de la cible en calculant les coordonnées du barycentre des pixels Pij affectés du coefficient de pondération Dij, et en prenant les trois composantes de couleur Rc, Vc, Bc du barycentre en tant que couleur de la cible. Dans une autre forme de réalisation, le procédé consiste à l'étape c) précitée, à déterminer chaque composante de couleur de la cible en prenant la valeur moyenne pondérée par le coefficient Dij, de la composante de couleur de chaque pixel Pij. Dans le cas où la caméra fournit des images en noir et blanc, chaque image étant constituée par une pluralité de pixels Pij, i étant l'abscisse et j l'ordonnée du pixel, le procédé consiste : - à l'étape b) précitée, à calculer, pour chaque pixel Pij de ladite image et chaque pixel Pij de ladite autre image, la variation Dij ij - Gij 1 dans laquelle Gij et G'îj représentent la nuance de gris du pixel associé, - à calculer la somme n étant le nombre de colonnes et p le nombre de lignes de l'image, -à comparer S à une première valeur de seuil prédéterminée So représentative de la taille de la cible à détecter, - à l'étape c), à déterminer la nuance de gris Gc de la cible, - à calculer, pour chaque colonne de pixels, l'écart Ei Y, 1 Gij - Gc j et/ou pour chaque ligne de pixels, l'écart Ej Y, 1 Gij - Gc i - à déterminer la colonne ou la ligne de pixels dont l'écart E est le plus faible, - à l'étape d) précitée, à comparer ledit écart le plus faible E à une deuxième valeur de seuil prédéterminée Eo. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste aux étapes c) et d) précitées à ne prendre en compte que les colonnes et/ou les lignes de la partie de l'image centrée sur la cible. Cette partie d'image peut avoir une taille prédéterminée en fonction de la cible à détecter. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé, consiste à mémoriser les images fournies par la caméra à intervalles réguliers. L'invention vise également un dispositif pour la mise en #uvre du procédé précité, caractérisé par le fait qu'il comporte une caméra électronique pour prendre des images d'une cible, des moyens de transmission de données pour transmettre les images fournies par la caméra à une unité centrale de traitement des images, ladite unité centrale comportant des moyens de mémorisation pour mémoriser lesdites images transmises, un calculateur pour calculer des paramètres associés à la couleur des pixels des images mémorisées et une unité de commande apte à envoyer un signal de commande d'entraînement à un moteur électrique, par l'intermédiaire desdits moyens de transmission, ledit moteur étant apte à déplacer la caméra pour que celle-ci suive automatiquement la cible en mouvement. Les moyens de transmission précités peuvent être constitués par des câbles de liaison ou par des émetteurs/récepteurs pour une transmission des données à distance. On peut également prévoir que le moteur et la caméra sont portés par un chariot automobile dont le déplacement est actionné par le moteur précité. Dans une application particulière, la caméra peut être à infrarouges pour détecter et suivre le déplacement d'une cible dans l'obscurité, par exemple un avion afin de guider le tir d'un canon d'un système de défense antiaérienne. Une autre application peut s'étendre au guidage des missiles air-air ainsi que des mitrailleuses automatiques. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une vue schématique fonctionnelle d'un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique fonctionnelle d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 3 est une vue schématique de l'application du dispositif de l'invention à un système de défense antiaérienne, et - la figure 4 est un algorithme de fonctionnement du dispositif de l'invention. Sur la figure 1, on voit une caméra 1 munie d'un objectif 2 et montée sur un carter moteur 3, par l'intermédiaire d'un axe d'articulation vertical 4. Le moteur 3 est apte à faire pivoter la caméra 1 autour de l'axe vertical 4, dans la direction de la double flèche F sur la figure 1. L'entraînement du moteur 3 est commandé par une unité centrale de commande 5, par l'intermédiaire d'un port de liaison 6. L'unité centrale de commande 5 est reliée en parallèle par un autre port 7 à la caméra 1. A titre d'exemple, la caméra 1 est une caméra à images en couleurs, commercialisée sous le nom "color quickcam. fl", le moteur 3 est un servomoteur, commercialisé sous le nom "sanwa", et l'unité centrale de commande 5 est un ordinateur fonctionnant par exemple sous le système d'exploitation commercialisé sous le nom filinux". Dans un autre mode de réalisation illustré sous la figure 2, une caméra 11, munie d'un objectif 12, est portée par un chariot roulant automobile 13 intégrant un moteur d'entraînement. Le chariot 13 constitue un robot suiveur pour la caméra de surveillance Il. Le chariot 13 est muni d'une antenne 14 d'émission/réception pour transmettre des informations relatives aux images fournies par la caméra 11, à distance, comme matérialisé par la double flèche 16 à un ordinateur 15, qui est également relié à une antenne d'émission/réception 17. Par exemple, le robot 13 est placé dans une pièce de façon à englober dans son champ d'observation C l'ensemble de la pièce. Ainsi, si une personne P entre par effraction dans la pièce, la caméra 11 peut détecter le mouvement M de la personne P et suivre ce mouvement, en déplaçant le robot 13, comme indiqué par la flèche D. Ainsi, le déplacement du robot 13 est asservi aux images fournies par la caméra 11. Le clavier 18 peut permettre de modifier les paramètres liés à la taille de la cible et à la sensibilité de la caméra, par exemple les paramètres So et Eo, comme expliqué plus loin. Dans une autre application illustrée sur la figure 3, un canon de tir 20 d'un système de défense antiaérienne 21, est guidé par une caméra munie d'un téléobjectif, conformément à l'invention, de façon à entraîner automatiquement la rotation du canon et de la caméra, pour suivre le déplacement à distance d'un avion A. On a indiqué en traits interrompus la trajectoire d'un missile sol-air. On a indiqué par une flèche, la direction de rotation du canon 20. On va maintenant se référer à la figure 4, pour décrire un exemple de fonctionnement du dispositif de l'invention. A l'étape 30, le dispositif est mis en marche, ce qui provoque Finitialisation de la caméra et le réglage automatique du contraste de la caméra en fonction de la luminosité ambiante. Puis, une image en couleurs est mémorisée dans l'ordinateur, à l'étape 31. Cette image est constituée d'une pluralité de pixels Pij, i étant l'abscisse et j l'ordonnée du pixel, chaque pixel ayant trois composantes de couleur fondamentale Rij, Vij, Bij. Cette image en couleurs est transformée en une copie en noir et blanc à l'étape 32, chaque pixel ayant une nuance de gris Gij : Puis une autre image en couleurs est mémorisée par l'ordinateur, à l'étape 33, et cette autre image en couleurs est également copiée en noir et blanc à l'étape 34. Chaque pixel Fij de cette autre copie en noir et blanc a une nuance de gris G'ij : L'ordinateur calcule alors la différence Dij, pour chaque pixel, entre les deux dernières copies en noir et blanc, afin de détecter un mouvement éventuel dans l'image fournie par la caméra, comme indiqué à l'étape 35 : Dij G-ij - Gij Ce calcul de la variation des images est effectué pixel par pixel. A l'étape 36, on effectue la somme S des variations précitées de chaque pixel. avec n et p représentant le nombre de colonnes et de lignes de l'image. A l'étape 37, on compare la somme S ainsi calculée à une donnée préenregistrée So, cette donnée So ayant une valeur qui est fonction de la taille de la cible dont les mouvements doivent être détectés. Ainsi, en affectant une valeur suffisamment grande à la donnée So, on peut éviter de détecter le mouvement d'une feuille. Si la somme S n'est pas supérieure à So, le procédé reboucle à l'étape 33 précitée. Au contraire, si la somme S est bien supérieure à So, le système passe à l'étape 38 qui consiste à calculer le barycentre des pixels de l'image, affectés chacun du coefficient de pondération Dij précité. Lorsque les coordonnées du barycentre ont été calculées, le système peut en déduire sa couleur, comme indiqué à l'étape 39, c'est- à-dire ses composantes Rc, V-C, Bc. Puis, l'ordinateur calcule l'écart Ci entre la couleur moyenne de chaque colonne de pixels de l'image et la couleur du barycentre, comme indiqué à l'étape 40, selon la formule suivante : A l'étape 41, on détermine la colonne dont la valeur de l'écart E calculé est la plus faible. On obtient ainsi l'abscisse de la cible. L'ordinateur commande alors le moteur pour déplacer la caméra, de façon à centrer l'image sur cette colonne, comme indiqué à l'étape 42. Puis, l'ordinateur mémorise une autre image en couleurs, à l'étape 43. Les étapes 44 et 45 suivantes sont identiques aux étapes 40 et 41 précitées, de façon à déterminer, dans la nouvelle image en couleurs mémorisée, la colonne sur laquelle la caméra doit se centrer. Bien entendu, si l'abscisse de ladite colonne n'a pas bougé, le moteur ntentraine pas le déplacement de la caméra. A l'étape 46, le système compare la valeur de l'écart E le plus faible à une valeur prédéterminée Eo, cette valeur Eo étant destinée à permettre l'interruption du suivi par la caméra, lorsque la cible a quitté le champ de la caméra. En effet, si l'écart E est supérieur à F-o, cela signifie que la cible a quitté le champ de la caméra. En revanche, si l'écart E reste inférieur à la valeur Eo, le système reboucle à l'étape 42 précitée. A l'étape 46, on pourrait prévoir une deuxième condition à satisfaire pour reboucler à l'étape 42 : cette deuxième condition consiste à vérifier si t to, avec to étant une constante de temps prédéterminée et t étant la durée écoulée depuis que la condition S > So est satisfaite. Ceci permet de réinitialiser automatiquement le système, au bout d'une durée prédéterminée, môme si E Eo, par exemple en cas de mauvais réglage de la constante Eo. Bien entendu, aux étapes 40, 41 et 44, 45, il serait également possible de déterminer la ligne de pixels dont la couleur moyenne est la plus proche que celle du barycentre, afin de déterminer l'ordonnée de la cible. On obtiendrait ainsi un suivi horizontal et vertical de la cible par la caméra. Les trois composantes de couleur utilisées peuvent être le rouge, le vert et le bleu, ou bien les trois couleurs primaires, à savoir le jaune, le rouge et le bleu. Chaque composante de couleur ou nuance de gris peut avoir une valeur comprise entre 0 et 255, pour un nombre à 8 bits. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs variantes de réalisation particulières, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé automatique de suivi d'une cible (A, P) en mouvement par une caméra électronique (1, 11), caractérisé par le fait qu'il comporte des étapes consistant à a) - initialiser la caméra (1, 11), - mémoriser une image fournie par la caméra, b) - mémoriser une autre image fournie par la caméra, - détecter une cible (A, P) en mouvement, en calculant les variations de couleur entre les deux dernières images mémorisées, - calculer une grandeur représentative de la cible en mouvement, - comparer ladite grandeur à une première valeur de seuil prédéterminée, - reprendre le procédé au début de l'étape b), si cette grandeur est inférieure à ladite première valeur de seuil prédéterminée, c) - déterminer la couleur de ladite cible en mouvement, si cette grandeur est supérieure à ladite première valeur de seuil prédéterminée, - calculer l'écart entre la couleur moyenne d'une colonne et/ou d'une ligne de pixels de la dernière image mémorisée et la couleur de la cible, - déterminer la colonne et/ou la ligne dont l'écart précité est le plus faible, d) - déplacer la caméra de façon à centrer l'image sur ladite colonne et/ou ladite ligne dont l'écart est le plus faible, - mémoriser une nouvelle image fournie par la caméra, - calculer l'écart entre la couleur moyenne d'une colonne et/ou d'une ligne de pixels de ladite nouvelle image mémorisée et la couleur de la cible, - déterminer la colonne et/ou la ligne dont l'écart est le plus faible, - reprendre le procédé au début de l'étape d), si cet écart est inférieur à une deuxième valeur de seuil prédéterminée, - reprendre le procédé à l'étape a), si cet écart est supérieur à ladite deuxième valeur de seuil prédéterminée. 2. Procédé selon la revendication 1? caractérisé par le fait que la caméra (1, 11) fournit des images en couleurs et le procédé consiste : - à l'étape a) précitée, à mémoriser une image en couleurs et à la copier en noir et blanc, - à l'étape b) précitée, à mémoriser une autre image en couleurs, à la copier en noir et blanc, et à calculer les variations de nuances de gris entre les deux copies en noir et blanc précitées. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé, par le fait que chaque image en couleurs est constituée par une pluralité de pixels Pij, i étant l'abscisse et j l'ordonnée du pixel, la couleur de chaque pixel étant définie par trois composantes de couleur fondamentale Rij, Vij, Bij, et le procédé consiste : - à l'étape a) précitée, à copier en noir et blanc l'image en couleurs mémorisée, en calculant pour chaque pixel, sa valeur moyenne 1 0 - déterminer la colonne Ci et/ou la ligne Lj dont 1 écart E est le plus faible, - à l'étape d) précitée, à comparer ledit écart le plus faible E à une deuxième valeur de seuil prédéterminée Eo, afin de déterminer si la cible est toujours dans le champ (C) de la caméra (1, 11). 4. Procédé selon la revendication 3 , caractérisé par le fait qu'il consiste à l'étape c) précitée, à déterminer la couleur de la cible (P) en calculant les coordonnées du barycentre des pixels Pij affectés du coefficient de pondération Dij, et en prenant les trois composantes de couleur Rc, Vc, Bc du barycentre en tant que couleur de la cible. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il consiste à l'étape c) précitée, à déterminer chaque composante de couleur de la cible (P) en prenant la valeur moyenne pondérée par le coefficient Dij, de la composante de couleur de chaque pixel Pij. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la caméra (1, 11) fournit des images en noir et blanc, chaque image étant constituée par une pluralité de pixels Pij, i étant l'abscisse et j l'ordonnée du pixel et le procédé consiste : - à l'étape b) précitée, à calculer, pour chaque pixel Pij de ladite image et chaque pixel P'ij de ladite autre image, la variation Dij G-ij - Gij 1 dans laquelle Gij et Gij représentent la nuance de gris du pixel associé, - à calculer la somme n étant le nombre de colonnes et p le nombre de lignes de l'image, - à comparer S à une première valeur de seuil prédéterminée So représentative de la taille de la cible (A, P) à détecter, - à l'étape c), à déterminer la nuance de gris Gc de la cible, - à calculer, pour chaque colonne de pixels, l'écart Ei Gij - Gc i et/ou pour chaque ligne de pixels, l'écart - à déterminer la colonne ou la ligne de pixels dont l'écart E est le plus faible, - à l'étape d) précitée, à comparer ledit écart le plus faible E à une deuxième valeur de seuil prédéterminée Eo. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il consiste aux étapes c) et d) précitées à ne prendre en compte que les colonnes et/ou les lignes de la partie de l'image centrée sur la cible (A, P). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il consiste à mémoriser les images fournies par la caméra (1, 11) à intervalles réguliers. 9. Dispositif pour la mise en #uvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte une caméra électronique (1, 11) pour prendre des images d'une cible (A, P), des moyens de transmission de données (6, 7, 14, 17) pour transmettre les images fournies par la caméra à une unité centrale (5) de traitement des images, ladite unité centrale comportant des moyens de mémorisation pour mémoriser lesdites images transmises, un calculateur pour calculer des paramètres associés à la couleur des pixels des images mémorisées et une unité de commande apte à envoyer un signal de commande d'entraînement à un moteur électrique (3, 13), par l'intermédiaire desdits moyens de transmission, ledit moteur étant apte à déplacer la caméra pour que celle-ci suive automatiquement la cible en mouvement. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les moyens de transmission précités sont constitués par des câbles de liaison (6, 7) ou par des émetteurs/récepteurs (14, 17) pour une transmission des données à distance. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait que le moteur et la caméra (11) sont portés par un chariot automobile (13) dont le déplacement (D) est actionné par le moteur précité. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait que la caméra est à infrarouges pour détecter et suivre le déplacement d'une cible dans l'obscurité.