Brevet FR2800895A1 — publié le 20010511

SYSTEME ET PROCEDE DE COMPTAGE DE PASSAGERS POUR BUS La présente invention concerne un système et un procédé de comptage, ainsi que de détection, de passagers pour bus, car ou tout véhicule de transport de groupes. Dans le domaine du transport de groupes, la connaissance du nombre de passagers entrant et sortant du véhicule, notamment en différents endroits du bus loin des yeux du conducteur, est importante pour le contrôle dynamique du véhicule. La connaissance du poids à charge instantané du véhicule peut servir au contrôle du freinage et de la direction du véhicule. De plus, pour tout véhicule de transport de personnes, comme les autocars, les autobus, les cars scolaires par exemple, il est nécessaire de détecter des obstacles se présentant au niveau des portes et susceptibles de gêner le fonctionnement des mécanismes de fermeture des portes. Concernant le comptage des passagers d'un véhicule de transport en commun, il existe quatre modes de comptage actuels: - le comptage par tapis à contacts électriques; - le comptage actif de proximité par barrières infrarouges ou ultrasons; - le comptage passif de proximité par pyrométrie infrarouge; - le comptage par caméra et traitement d'images. Le premier mode de comptage par tapis utilise cinq contacts électriques, répartis sous la surface du tapis, qui réagissent en fonction du poids de la personne qui marche sur le tapis. Cette solution est peu fiable car certains enfants peuvent n'être pas pris en compte à cause de leur faible poids. Le deuxième mode de comptage par barrières infrarouges utilise généralement 2 à 4 cellules infrarouges, qui sont fixées au bord des portières et en haut de celles- ci. Ce mode est également peu fiable car, dépendant de l'albédo des personnes, les cellules peuvent ne pas détecter des personnes qui ne réfléchissent aucun signal en retour. La non détection des personnes est due à l'absorption de l'infrarouge par les tissus de leurs vêtements. Dans le cas d'un comptage par barrières à ultrasons, le faisceau émis peut être dispersé pour la forme physique des personnes, car les ultrasons sont spéculaires. Le mode de comptage par pyrométrie infrarouge est utilisé plus particulièrement dans les banques. Il est basé sur le même principe que le comptage par barrières infrarouges, mais les longueurs d'onde utilisées en pyrométrie sont de 3 à 5 microns et de 8 à 12 microns, alors que les longueurs d'onde utilisées dans les barrières infrarouges sont de 0,7 à 0,9 microns. Pour ces deux premiers modes, il n'est pas possible de différencier à l'aide d'un seul capteur, les personnes entrant dans le véhicule de celles qui en sortent. De plus, la précision de comptage est supérieure à 6 %. Or, l'objectif actuel des organismes de transports publics, tels que la Régie Autonome des Transports Parisiens, est d'atteindre une précision de 1 à 2 %, c'est-à-dire de détecter 98 personnes sur 100 qui passent. Le quatrième mode de comptage utilise une caméra qui vise verticalement un repère en damier placé au sol. Le comptage s'effectue à l'aide d'un circuit intégré qui inclut le traitement d'image avec réseaux de neurones. Ce quatrième mode, décrit notamment dans le brevet français FR 2 739 208 de FAIVELY TRANSPORT, permet de distinguer le sens de circulation des personnes. Concernant la fonction de détection de passagers au niveau des portes du bus, elle peut être assurée par exemple par des capteurs de pression pneumatique ou par des capteurs piézo-électriques équipant les bords des portes associés à des moyens de mesure du courant des moteurs électriques assurant la fermeture des portes. Un signal électrique est envoyé au tableau de bord du véhicule pour autoriser le démarrage par le conducteur. Cependant, en raison de l'imprécision de mesure de la différence de pression entre les deux bords pneumatiques de chaque porte, ou de celle du courant électrique des moteurs entraînant les portes, un obstacle comme un bras ou un pied d'un passager subsistant dans la porte peut ne pas être détecté et rester coincé alors que le conducteur fait démarrer son véhicule. On ne peut détecter que des objets solides non déformables coincés dans les portes, car les obstacles déformables de petite taille comme une main ou un bras d'enfant ne s'opposent pas assez fortement aux forces mécaniques des portières et le courant consommé dans les moteurs de commande des portes ne dépasse pas un seuil fixé préalablement. L'invention vise à résoudre ces deux problèmes en proposant un système de comptage et de détection par caméra couplée à des moyens de détection de présence pour confirmer et lever le doute. Pour cela, un premier objet de l'invention est un système de comptage et de détection de passagers dans un véhicule de transport en commun, comportant au moins un dispositif d'acquisition d'images, des moyens de visualisation de ces images par le conducteur et un calculateur électronique embarqué pilotant notamment des actionneurs de freinage, de boîte de vitesses et de fermeture des portes du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte: - un dispositif d'acquisition d'images à partir d'une ou plusieurs caméras numériques, de format miniature implantées dans la structure mécanique du véhicule, au niveau de chaque porte d'accès pour les passagers et dont le champ de vision englobe toute la zone d'accès; un détecteur de présence associé au dispositif d'acquisition d'images de chaque porte d'accès du véhicule, dont le champ de détection est dirigé vers la frontière entre l'intérieur et l'extérieur du véhicule; - un calculateur électronique embarqué, dit de vision, assurant le traitement des images issues de chaque dispositif d'acquisition, destiné à détecter des régions en mouvement et à les faire correspondre aux personnes physiques détectées. Un second objet de l'invention est un procédé de comptage des passagers mis en oeuvre par un tel système, comportant les étapes suivantes: - e1: acquisition d'images au niveau de chaque porte d'accès du véhicule; - e2: segmentation des régions de chaque image; - e3: détection de segments d'images qualifiés de "candidats"; - e4: comparaison de chaque segment "candidat" à un critère de taille probable (CT); - e5: détermination de segments d'images de "candidats à une présence humaine"; - e6: confirmation de la présence de "corps chaud" dans certains de ces derniers segments d'images; - e7: sélection de segments d'images qualifiés de "candidats à une présence humaine aptes au comptage"; - e8: comptage du nombre de passagers présents dans le véhicule, par soustraction au nombre de passagers entrants du nombre de passagers sortants. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui sont: -la figure 1: une coupe schématique d'un véhicule au niveau d'une porte, équipée d'au moins une caméra et d'un détecteur de présence; -la figure 2: un schéma fonctionnel d'un système de comptage selon l'invention, dans un véhicule; -les figures 3 et 4: deux diagrammes fonctionnels du traitement d'image selon le procédé de comptage de l'invention. Les différents éléments portant les mêmes références sur les différentes figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. Le système de comptage selon l'invention comprend un dispositif d'acquisition d'images à partir d'une ou plusieurs caméras numériques matricielles, de type CCD - Charge Coupled Device -, ou CMOS Complementary Oxyde Semiconductor -, ou APS-CMOS - Active Pixel Sensor CMOS -, de format miniature, implantées dans la structure mécanique du véhicule de type bus, au niveau de chaque porte d'accès pour les passagers soit à l'avant du véhicule pour le flux d'entrée des passagers et à l'arrière pour le flux de sortie. Des moyens d'éclairage adéquat peuvent être associés aux caméras, afin d'éclairer la scène se passant au voisinage de chaque porte. Les images issues des caméras sont traitées par un calculateur électronique embarqué, à microprocesseur muni d'un circuit d'entrée/sortie tout ou rien pour alerter le conducteur du véhicule. Ce calculateur est destiné à détecter des régions en mouvement telles que des voyageurs passant devant la caméra. Cette détection est améliorée et confirmée par au moins un détecteur de présence, de type infrarouge thermique ou radar (de longueur d'onde comprise entre trois et cinq microns, ou huit et douze microns). La coupe schématique du véhicule 1 sur la figure 1 est une coupe transversale au niveau d'une porte 2. Une caméra CCD 3 est placée à l'intérieur du bus, sous le plafonnier 4 au-dessus de la zone d'ouverture de la porte. Son champ de vision 5, de diamètre au sol voisin de 1,5 mètres par exemple, représenté en pointillés, englobe toute la zone d'accès du bus, soit les marches d'accès 6. Une seconde caméra 30 peut être placée à l'extérieur du bus 1 de telle sorte que leurs deux champs de vision 5 et 50 soient complémentaires et couvrent toute la zone d'ouverture de la porte 2 permettant l'accès des passagers. Comme le montre le schéma fonctionnel de la page 2, elles sont reliées à un calculateur électronique 7 dit de vision assurant le traitement d'images dans le but de détecter des régions en mouvement. Les régions sont segmentées par rapport au fond fixe que représentent les marches du bus vues de dessus, ou les portières vues latéralement. Pour rendre plus fiable l'identification des personnes et de leurs paquets par exemple, pour chaque porte d'accès du bus, un détecteur de présence 8, du type infrarouge thermique ou radiofréquence (radar ou laser), est associé aux caméras et placé à côté de l'une des deux caméras. Son champ de détection 9 est étroit, de diamètre au sol voisin de 20 cm par exemple, et dirigé vers la frontière entre l'intérieur et l'extérieur du bus au niveau de la porte d'accès des passagers. Il est relié au calculateur 7 de vision dans le but de configurer la correspondance entre les régions segmentées par le traitement d'images et la présence de personnes physiques qu'il a détectée. La détection thermique confirme une détection par segmentation d'image, avant le comptage proprement dit. Le système selon l'invention comporte donc deux dispositifs tels que décrits auparavant, un premier installé au niveau de la porte d'entrée 2 des passagers et un deuxième au niveau de celle de sortie 20, le calculateur effectuant le comptage instantané du nombre de passagers présents à l'intérieur du véhicule. De plus, le calculateur peut estimer le poids total de la charge utile du véhicule, à tout moment. Le procédé de comptage des passagers réellement présents dans le véhicule, mis en oeuvre par le calculateur 7, comprend, comme le montre le diagramme fonctionnel de la figure 3, une première étape e1 d'acquisition d'images au niveau de chaque porte d'accès. Le traitement de ces signaux vidéo numériques consiste en une deuxième étape e2 de segmentation des régions de chaque image, suivie d'une troisième étape e3 de détection de segments d'image qualifiés de "candidats", par une méthode morphologique connue par exemple. Une quatrième étape e4 de traitement compare chaque segment candidat à un critère de taille probable CT pour déterminer les segments qualifiés de "candidats à une présence humaine" lors d'une cinquième étape e5. Si le détecteur de présence confirme la présence de "corps chaud" dans certains de ces derniers segments, au cours d'une étape e6, une septième étape e7 délivre une sélection de segments d'image qualifiés de "candidats à une présence humaine, aptes au comptage". Enfin, à la huitième étape e8, le calculateur peut effectuer le comptage des passagers présents dans le bus, en soustrayant au nombre de passagers entrants, estimé à partir d'un dispositif placé au-dessus de la porte d'entrée, le nombre de passagers sortants, estimé à partir d'un autre dispositif placé au-dessus de la porte de sortie. Le calculateur peut également estimer le poids total de la charge utile du véhicule. Le calculateur 7 de vision est connecté par une liaison série au calculateur central électronique 12 du véhicule, à qui il communique le nombre de passagers ainsi que l'estimation de la charge totale instantanée du véhicule dans le but d'optimiser les paramètres de freinage et/ou de boîte de vitesses par pilotage des actionneurs 13. Comme le montre le diagramme fonctionnel de la figure 4, la détection d'un passager coincé dans une porte d'accès est réalisée également par le calculateur électronique 7 qui compare, lors d'une étape e9, l'image If issue de la caméra intérieure, ou des caméras intérieure et extérieure quand le dispositif en comporte deux, après la fermeture de la porte avec une image de référence Ir prise juste avant la fermeture. Le procédé détermine ensuite une image qualifiée de "candidate", à l 'étape elo. Puis, le calculateur effectue une étape el, de confirmation de présence d'un "corps chaud" dans certaines de ces images "candidates" par le détecteur de présence infrarouge. Dans un tel cas, le calculateur de vision 7 envoie un signal, au cours d'une étape e12 de déclenchement d'une alerte à un interface, par exemple un voyant lumineux placé dans le champ de vision du conducteur. Il envoie également, lors d'une étape supplémentaire el3, l'image de la porte d'accès après fermeture sur un écran 11 de visualisation placé dans le champ de visualisation du conducteur, sur la planche de bord par exemple. Le conducteur peut ainsi vérifier lui-même la présence d'un obstacle coincé dans la porte. Enfin, il envoie son signal de confirmation au calculateur central 12 du véhicule qui commande alors l'ouverture de la porte o une personne est détectée coincée, en pilotant le moteur de porte 14, lors d'une étape el4. L'intérêt du système réside en particulier dans l'utilisation multiple des caméras de surveillance passive des zones d'accès du véhicule, notamment pour le comptage, la détection des passagers ou des objets s coincés dans les portes, ou bien encore pour la surveillance directe des portes d'entrée et de sortie. Ce système permettra de réduire le coût d'achat des composants, d'améliorer le procédé de montage et d'accroître les performances intrinsèques des véhicules de transport en commun grâce à une excellente précision du comptage des passagers. il R E V E N D I C A T I O N S 1. Système de comptage et de détection de passagers dans un véhicule de transport en commun, comportant au moins un dispositif d'acquisition d'images, des moyens de visualisation de ces images par le conducteur et un calculateur électronique embarqué pilotant notamment des actionneurs de freinage, de boîte de vitesses et de fermeture des portes du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte: - un dispositif d'acquisition d'images à partir d'une o10 ou plusieurs caméras (3) numériques, de format miniature implantées dans la structure mécanique du véhicule, au niveau de chaque porte d'accès (2) pour les passagers et dont le champ de vision (5) englobe toute la zone d'accès; - un détecteur de présence (8) associé au dispositif d'acquisition d'images de chaque porte d'accès du véhicule, dont le champ de détection est dirigé vers la frontière entre l'intérieur et l'extérieur du véhicule; - un calculateur électronique (7) embarqué, dit de vision, assurant le traitement des images issues de chaque dispositif d'acquisition, destiné à détecter des régions en mouvement et à les faire correspondre aux personnes physiques détectées. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dispositif d'acquisition d'images, au niveau de chaque porte d'accès du véhicule, comprend deux caméras (3, 30) dont l'une (3) est placée à l'intérieur du véhicule et l'autre (30) est placée à l'extérieur de telle sorte que leurs deux champs de vision (5, 50) soient complémentaires et couvrent toute la zone d'ouverture de la porte. 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que des moyens d'éclairage sont associés au dispositif d'acquisition d'images, destinés à éclairer la scène au niveau de chaque porte d'accès. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de présence (8) est de type infrarouge thermique. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de présence (8) est de type radiofréquence, radar ou laser. 6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calculateur électronique (7) de vision comprend un circuit d'entrée-sortie tout ou rien relié à un interface d'alerte au conducteur. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'interface d'alerte est un voyant lumineux (10) placé dans le champ de vision du conducteur du véhicule. 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calculateur électronique (7) de vision est relié, par une liaison série, au calculateur central électronique (12) du véhicule auquel il communique le nombre de passagers présents dans le véhicule et l'estimation de la charge totale instantanée pour le pilotage des actionneurs de freinage et de boîte de vitesses. 1 3 9. Procédé de comptage des passagers mis en oeuvre par un système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - e1: acquisition d'images au niveau de chaque porte d'accès du véhicule; - e2: segmentation des régions de chaque image; - e3: détection de segments d'images qualifiés de "candidats"; - e4: comparaison de chaque segment "candidat" à un critère de taille probable (CT); - e5: détermination de segments d'images de "candidats à une présence humaine"; - e6: confirmation de la présence de "corps chaud" dans certains de ces derniers segments d'images; - e7: sélection de segments d'images qualifiés de "candidats à une présence humaine aptes au comptage"; - e8: comptage du nombre de passagers présents dans le véhicule, par soustraction au nombre de passagers entrants du nombre de passagers sortants. 10. Procédé de détection de passagers coincés dans une porte d'accès d'un véhicule, par un système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - e9: comparaison de l'image (If), acquise au niveau de chaque porte d'accès du véhicule, après la fermeture desdites portes avec une image de référence (Ir) prise juste avant cette fermeture; - elo: détermination d'images qualifiées de "candidates"; - el, : confirmation de la présence de "corps chaud" dans ces images "candidates". 11. Procédé de détection selon la revendication 10 par un système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire (e12) de déclenchement d'une alerte à un interface, tel qu'un voyant lumineux (10). 12. Procédé de détection selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire (e13) d'envoi de l'image de la porte d'accès après fermeture sur un écran de visualisation (11) placé dans le champ de vision du conducteur. 13. Procédé de détection selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape d'envoi du signal de confirmation, issu de l'étape (el1), au calculateur central (12) du véhicule, commande alors l'ouverture de la porte en pilotant son moteur (14), lors d'une étape supplémentaire (el4).