Brevet FR2815134A1 — publié le 20020412

La présente invention concerne un dispositif permettant la détection d'un objet ou d'une personne placé (e) dans un local, par exemple dans un habitacle d'un véhicule automobile. De plus en plus de véhicules automobiles sont équipés de coussins gonflables de sécurité tels ceux connus sous la marque déposée airbag . En cas de choc violent, un dispositif déclenche le gonflage rapide de ces coussins afin d'amortir sensiblement la projection en avant du conducteur ou d'un passager. Toutefois, il s'est avéré que dans certains cas il était préférable, même en cas de choc, que le coussin gonflable de sécurité ne se gonfle pas. Ainsi par exemple, lorsqu'un siège enfant fait face à un coussin gonflable, il est recommandé de désarmer ce coussin afin d'éviter son gonflage. De même, si une personne se trouve trop près du coussin gonflable au moment où celui-ci se gonfle, ceci peut être plus dangereux pour la personne que le choc ayant déclenché le gonflage du coussin. Il est déjà connu de placer dans un habitacle de véhicule un dispositif permettant de détecter la présence et la position d'un conducteur ou d'un passager. Ces dispositifs ne donnent cependant pas entière satisfaction. Le document DE-198 09 210 décrit un procédé permettant de surveiller un espace. Dans ce procédé, l'espace est éclairé avec une source lumineuse et une caméra enregistre l'image de l'espace éclairé. A l'aide des informations enregistrées, on détermine la position des objets se trouvant dans l'espace surveillé, l'enregistrement étant comparé avec au moins une image de référence. La source lumineuse peut être ici une source infrarouge ou un laser. L'inconvénient d'un tel procédé réside dans le fait que la totalité de la scène doit être éclairée par une source de lumière diffuse. La caméra qui enregistre la scène, transmet à chaque fois une image totale de la scène. Ensuite seules les parties de l'image qui sont nécessaires à la surveillance de l'espace, sont traitées. Ce procédé de surveillance est long et ne peut donner en temps réel des informations sur l'occupation de l'espace surveillé. La présente invention a pour but de fournir un dispositif permettant l'acquisition rapide d'une image tridimensionnelle. Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut aussi s'affranchir des perturbations environnementales d'illumination et sera de préférence d'un prix de revient peu élevé. A cet effet, elle propose un dispositif de détection de la présence et de la position d'un objet ou d'une personne dans un espace, par exemple un habitacle de véhicule, comportant un illuminateur destiné à éclairer l'espace à surveiller, un dispositif photodétecteur destiné à enregistrer une image de l'espace à surveiller, ainsi que des moyens permettant de comparer l'image enregistrée à au moins une image de référence. Selon l'invention, l'illuminateur comporte plusieurs sources lumineuses de taille réduite, pilotables indépendamment et associées chacune à un dispositif optique pour émettre un faisceau dans une direction prédéterminée, le dispositif photodétecteur comprend une matrice de photodétecteurs à lecture directe et une optique adaptée, et le dispositif de détection comporte en outre d'une part des moyens permettant de piloter chaque source lumineuse de taille réduite et d'autre part des moyens de synchronisation entre le pilotage des sources lumineuses de taille réduite et la détection d'une image partielle par le dispositif photodétecteur. Le fait de prévoir plusieurs sources lumineuses indépendantes les unes des autres permet de mieux gérer l'allumage des sources lumineuses et permet ainsi d'adapter cet allumage à une situation donnée. Pour obtenir rapidement une image, il est envisageable de n'allumer que certaines des sources lumineuses pour obtenir une image de moindre qualité de tout l'espace observé ou bien pour obtenir une image d'une seule zone bien définie. Les sources lumineuses sont de préférence des micro-lasers. Leur spectre étroit permet de s'affranchir de la lumière ambiante par un filtrage approprié au niveau du dispositif de détection (caméra). Leur cohérence spatiale et temporelle confère par ailleurs une brillance élevée à leurs images dans la scène. Dans une forme de réalisation avantageuse, le dispositif de détection selon l'invention comporte en outre un processeur dans lequel sont enregistrées et/ou traitées les images partielles visualisées par le dispositif photodétecteur et qui reconstitue à partir des ces images partielles une image globale tridimensionnelle. Le traitement des images par le processeur utilise le principe dit de la triangulation active. Selon ce principe un motif lumineux (lignes, points, motifs spécifiques) est projeté sur une scène, et une caméra enregistre les déformations de ce motif lumineux, par les éléments se trouvant sur la scène observée. A partir de l'analyse de ces déformations, on reconstitue une image tridimensionnelle de la scène. On rappelle par ailleurs que le principe dit"de triangulation passive", nécessite quant à lui que la scène soit éclairée par une lumière diffuse et que deux caméras enregistrent la scène éclairée. Pour obtenir un dispositif plus compact, l'ensemble des sources lumineuses de taille réduite et la matrice de photodétecteurs prennent avantageusement place sur un même support dans un même boîtier. Dans ce même but, les moyens de pilotage des sources lumineuses de taille réduite et les moyens de synchronisation peuvent être intégrés également sur le même support que les sources lumineuses de taille réduite et la matrice de photodétecteurs. La source lumineuse émet par exemple des faisceaux lumineux dans un champ d'environ 900 par 90 , soit un angle solide d'environ 7t stéradians. Les faisceaux lumineux émis par les sources lumineuses de taille réduite sont par exemple des faisceaux divergents. A chaque source élémentaire est associée une micro lentille diffractive calculée de préférence : - pour focaliser le faisceau émis par chaque source à la distance moyenne de la scène, et - pour assurer la déflexion du faisceau incident dans une direction prédéfinie de sorte à assurer une couverture matricielle de la scène. Bien entendu les pas des micro lasers et des micro lentilles sont les mêmes. Pour éviter d'avoir des angles de déflexion trop importants, ce qui conduirait à des systèmes optiques complexes et coûteux, les sources lumineuses sont par exemple réparties sur les faces d'une pyramide éventuellement tronquée. Dans ce cas, la pyramide est par exemple une pyramide tronquée à quatre faces. Au lieu de prévoir un support pyramidal, on peut plus généralement prévoir que les sources lumineuses sont réparties à la surface d'un support convexe. Il s'agit alors par exemple d'un support se présentant sous la forme d'une calotte sphérique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront par ailleurs de la description qui suit, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référence au dessin annexé sur lequel : Figure 1 est une vue schématique d'un dispositif permettant la détection de l'occupation d'un habitacle d'une automobile selon l'invention, Figure 2 est un schéma de principe montrant une matrice de sources lumineuses et leurs optiques associés, Figure 3 montre une matrice de sources lumineuses et une matrice de micro lentilles associée, Figure 4 montre un support sur lequel sont disposées plusieurs matrices telles celle de la figure 3, Figure 5 montre en vue de dessus le support et les matrices de la figure 4, Figure 6 est une variante de réalisation d'un support de sources lumineuses, Figure 7 représente schématiquement les impulsions envoyées à une source lumineuse correspondant à une zone de sécurité, Figure 8 est un schéma comparable à celui de la figure 7 pour une source lumineuse ne se trouvant pas dans la zone de sécurité, et Figure 9 montre une application du dispositif selon l'invention dans un véhicule automobile. Le dispositif de la figure 1 comporte d'une part un système opto- électronique 2 et d'autre part un processeur 4. Le système opto-électronique 2 est destiné à émettre des faisceaux lumineux et à capter en retour une image tandis que le processeur 4 est destiné à traiter l'image reçue par le système opto- électronique 2. Le système opto-électronique comporte un illuminateur 6, une unité électronique de pilotage 8 et un dispositif photodétecteur 10. Ces trois éléments sont disposés sur un support commun, décrit ci-après, et sont disposés dans un même boîtier 12 représenté schématiquement par un trait pointillé. L'illuminateur 6 comporte plusieurs sources lumineuses constituant une matrice de sources lumineuses. Un tel illuminateur est représenté schématiquement sur la figure 2. Chaque source est un micro laser 14. Il s'agit par exemple d'un laser connu sous les abréviations VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Le faisceau émis par ce micro laser 14 est un faisceau légèrement divergent. Comme le montre la figure 2, le faisceau émis par le micro laser 14 passe par une lentille 16 de taille adaptée. Il s'agit d'une lentille convergente et de déflexion qui permet de faire converger le faisceau initialement divergent et de le défléchir afin de l'orienter dans une direction prédéterminée choisie. Au-delà de la lentille 16, on trouve donc un faisceau convergent défléchi 18. Les micro lasers 14 sont regroupés sur un support 20, par exemple plan rectangulaire tel que représenté sur la figure 3, et forment alors une matrice de micro lasers. A cette dernière, est associée une matrice de micro lentilles, chaque micro lentille 16 correspondant à un micro laser 14. Les faisceaux divergents émanant de chaque micro laser 14 et disposés sur un même support 20 sont des faisceaux parallèles. Par contre, les faisceaux convergents défléchis 18 sont orientés dans des directions différentes de manière que l'ensemble d'un espace devant être surveillé par le dispositif selon l'invention soit couvert. Il est possible d'utiliser un seul support plan rectangulaire tel que montré sur la figure 3. Toutefois, pour des déflexions importantes (supérieures ou égales à 30 ) que l'on trouve notamment en bord de matrice, l'efficacité diffractive des lentilles devient de plus en plus faible. Pour augmenter cette efficacité, il faut coder les lentilles 16 concernées sur un plus grand nombre de niveaux de phases (8 par exemple), c'est-à-dire réaliser une gravure plus fine des lentilles et donc donner une forme particulière aux lentilles 16 concernées. Ceci entraîne un surcoût important pour ces lentilles. Une solution éventuellement envisageable consiste alors à réaliser une première déflexion à l'aide d'une première lentille 16 et d'accentuer cette déflexion à l'aide d'une lentille divergente qui, par rapport à la source lumineuse (micro laser 14) serait disposée en aval de la première micro lentille. Cette solution présente les inconvénients suivants : - un encombrement supérieur, et - un accroissement notable de la distorsion de la matrice de points et surtout de la taille de ses points lumineux. Les figures 4 à 6 proposent deux solutions pour pouvoir couvrir une large plage angulaire sans avoir de déflexion importante. Une première solution présentée sur les figures 4 et 5 consiste à disposer quatre supports 20 tels que représenté sur la figure 3 sur quatre faces d'un tronc de pyramide à base carrée. On a alors un support pyramidal 22 qui permet d'obtenir un vaste champ d'éclairement 24, comme montré sur la figure 5, sans avoir au niveau de chaque micro laser 14 de déflexion importante. Pour s'adapter à un espace donné, il suffit de choisir un angle au sommet de la pyramide appropriée. Un support adapté non représenté est également prévu pour les micro lentilles 16 associées aux micro lasers 14. La seconde solution est représentée schématiquement sur la figure 6. Ici, au lieu d'utiliser un support pyramidal 22, on utilise un support 26 en forme de calotte sphérique. Sur cette figure, seul le support 26 convexe des micro lasers 14 est représenté. Ici aussi, comme pour le support pyramidal, on retrouve un support de micro lentilles, à chaque micro laser 14 étant associée une micro lentille 16. Selon la zone surveillée, la calotte sphérique sera de taille plus ou moins importante. On peut par exemple avoir une calotte hémisphérique. Les micro lasers 14 peuvent être équi-répartis sur la surface convexe du support 26. Il est également possible de concentrer des sources lumineuses en certaines zones du support 26. Ces zones de concentration correspondent alors à des zones de l'espace à surveiller plus particulièrement. Le dispositif photodétecteur 10 est constitué d'une matrice de photodétecteurs à lecture directe équipée d'une optique permettant d'observer l'espace dans lequel les faisceaux émis par les micro lasers 14 de l'illuminateur 6 sont répartis. Ce dispositif photodétecteur 10 permet de connaître les trois coordonnées dans l'espace d'un point d'impact d'un faisceau 18 issu, à travers une lentille 16, d'un micro laser 14. De même que les micro lasers 14, les photodétecteurs sont des éléments connus de l'homme du métier. La matrice de photodétecteur peut être par exemple montée sur le même support 20, 22 ou 26 que la matrice de micro lasers. L'unité électronique de pilotage 8 permet de commander les micro lasers 14 et de synchroniser la prise de vue par le dispositif photodétecteur 10. Elle est par exemple placée sur le même support que les micro lasers 14 et la matrice de photodétecteurs 10. Une mémoire de l'unité électronique de pilotage 8 stocke toutes les équations des faisceaux pouvant être émis par les micro lasers 14. A chaque allumage d'un micro laser 14, la matrice de photodétecteur observe l'impact du faisceau 18 émis dans l'espace surveillé. De cette manière, la position en trois dimensions du point d'impact dans l'espace surveillé est reconstituée. En utilisant le principe dit de"triangulation active"on reconstitue alors une image tridimensionnelle. Les micro lasers 14 sont allumés indépendamment les uns après les autres dans un ordre prédéterminé. L'unité électronique de pilotage 8 gère le séquencement de l'allumage de ces micro lasers. Il est possible d'allumer plusieurs micro lasers en même temps. Cependant dans ce cas, de préférence, les images de chacun de ces micro-lasers sont suffisamment distantes les unes des autres pour qu'aucun doute ne puisse exister sur l'emplacement du micro laser à l'origine du point lumineux (image) obtenu. Lorsque la couverture complète de l'espace à surveiller est achevée, c'est-à-dire lorsque toutes les sources lumineuses se sont allumées au moins une fois, toutes les coordonnées des points d'impact répartis dans l'espace à surveiller sont alors connues. Ces points d'impact donnent une indication approximative de la forme d'un objet ou d'une personne se trouvant dans l'espace à observer. Ces données sont fournies au processeur 4 qui comprend un moyen de stockage de chaque image partielle fournie par le dispositif photodétecteur 10 à chaque allumage d'une source lumineuse ou d'un groupe de sources lumineuses. En outre, le processeur comprend des moyens d'agrégation de ces images qui permettent de reconstituer par triangulation active une image globale de l'objet ou de la personne se trouvant dans l'espace surveillé. Il est possible d'allumer toutes les sources lumineuses 14 selon une même fréquence. Toutefois, lorsqu'une zone de l'espace observé doit être surveillée plus particulièrement, les sources lumineuses correspondantes peuvent être allumées avec une fréquence plus élevée, par exemple, dix fois plus élevée. Ceci est illustré par les figures 7 et 8. Ici, une zone de sécurité a été définie. La figure 7 illustre schématiquement l'allumage d'un micro laser 14 destiné à émettre un faisceau 18 dans la zone de sécurité. L'intervalle de temps T séparant deux allumages est relativement restreint. La figure 8 illustre, comme la figure 7, l'allumage d'un micro laser 14 dans le temps, le micro laser 14 concerné ici émettant un faisceau 18 se trouvant hors de la zone de sécurité. Ici, le temps Ta séparant deux allumages successifs du micro laser correspondant est très supérieur au temps T illustré sur la figure 7. On a par exemple Ta sensiblement égal à 10 T. La figure 9 montre un exemple d'application d'un dispositif selon l'invention tel que décrit ci-dessus. Ici, le dispositif opto-électronique permettant la détection rapide d'un objet ou d'une personne dans un espace à surveiller est appliqué à la détection de l'occupation d'un habitacle d'une automobile et à la reconstitution tridimensionnelle globale de cet habitacle. On reconnaît dans ce véhicule un siège 28 sur lequel est assis un passager 30. Le dispositif selon l'invention permet de connaître la position du passager 30 dans l'habitacle du véhicule automobile. Le dispositif est placé, par exemple, dans un plafonnier au dessus du rétroviseur intérieur principal. Le dispositif de détection selon l'invention couvre alors horizontalement un espace sur un angle d'environ 900 eut dans un plan vertical il couvre également un espace d'environ 90 . L'angle solide surveillé par le dispositif selon l'invention représenté sur la figure 9 est alors d'environ 7t stéradians. Le dispositif installé dans le véhicule permet grâce à l'allumage séquentiel des micro lasers et à une couverture appropriée du dispositif photodétecteur, de reconstituer très rapidement une image tridimensionnelle de l'habitacle de la voiture au niveau de la zone du siège observé. Il peut s'agir ici du conducteur ou d'un autre passager. On peut prévoir autant de dispositifs selon l'invention que de places du véhicule que l'on souhaite surveiller. Les informations recueillies par le dispositif selon l'invention étant destinées à être fournies à un calculateur pilotant un coussin gonflable de sécurité, tel par exemple ceux connus sous la marque airbag, le véhicule sera équipé de préférence d'un dispositif selon l'invention uniquement pour les places équipées d'un tel coussin gonflable de sécurité. La position calculée par le dispositif selon l'invention, et plus particulièrement par son processeur 4, est fournie au calculateur du coussin gonflable de sécurité et lui permet de mieux apprécier l'opportunité d'un gonflage. On sait par exemple que si une personne se trouve trop près du coussin gonflable de sécurité, il est parfois préférable de ne pas gonfler celui-ci même en cas de choc. Le processeur 4 peut également être programmé pour reconnaître un passager 30 ou un objet disposé sur le siège 28. La mémoire du processeur 4 contient par exemple des informations définissant sensiblement la forme d'un siège pour enfant, d'un enfant, d'un adulte, etc... Le dispositif selon l'invention permet de reconstituer une scène complexe, tridimensionnelle, sans avoir recours à l'utilisation de deux caméras, comme c'est le cas lorsqu'on applique le principe dit "de triangulation passive". L'utilisation de faisceau laser permet de s'affranchir des perturbations environnementales d'illumination. De plus, un dispositif selon l'invention tel que décrit plus haut présente l'avantage de pouvoir être réalisé à un coût relativement faible. De plus, par rapport aux systèmes de détection d'occupant actuellement développés pour les coussins gonflables de sécurité, le système selon l'invention permet de fournir une information beaucoup plus riche, précise et complète, tout en préservant une très grande compacité. Il est possible de faire circuler très rapidement l'information reçue et calculée au niveau du dispositif de détection selon l'invention vers un calculateur approprié pilotant un coussin gonflable de sécurité, ceci notamment par l'utilisation de photodétecteurs à lecture directe. L'utilisation de sources lumineuses pilotables indépendamment les unes des autres permet d'obtenir une information rapide sur une zone de sécurité. L'intégration sur un même support des micro lasers, des photodétecteurs à lecture directe et de l'unité électronique de pilotage permet de diminuer la connectique et de réduire l'encombrement de l'ensemble. Cette rationalisation contribue au faible prix de revient du dispositif. L'utilisation d'un support présentant une surface convexe ou bien encore la forme de réalisation pyramidale du support, permet d'augmenter l'efficacité du dispositif en limitant les pertes lumineuses. De même, cette forme de réalisation permet de couvrir un champ important en obtenant une image de bonne qualité et avec un unique dispositif. L'affaiblissement de l'intensité du faisceau sur toute l'étendue de l'espace à surveiller est, en effet, limité voire négligeable. La présente invention n'est bien entendue pas limitée aux détails des formes de réalisation qui viennent d'être décrites à titre d'exemples ; diverses variantes étant à la portée de l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications ci-après. Ainsi par exemple, les sources lumineuses utilisées pourraient être d'une nature différente de celles décrites. Il pourrait s'agir par exemple de micro lasers d'un type différent ou bien d'une source lumineuse qui ne soit pas un émetteur laser. Ces sources lumineuses pourraient ainsi être constituées par des grilles de Damann. La position d'un dispositif selon l'invention dans un habitacle d'un véhicule automobile n'est pas limitée en position centrale au niveau du plafonnier. Une position par exemple au niveau de la console centrale peut également être envisagée. En outre, le dispositif tel que décrit est utilisé en association avec un calculateur pilotant le gonflage d'un coussin gonflable de sécurité. D'autres applications du même dispositif peuvent être envisagées. Des supports distincts peuvent être envisagés pour l'illuminateur, le dispositif photodétecteur et l'unité électronique de pilotage. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de la présence et de la position d'un objet ou d'une personne (30) dans un espace, par exemple un habitacle de véhicule, comportant un illuminateur (6) destiné à éclairer l'espace à surveiller, un dispositif photodétecteur (10) destiné à enregistrer une image de l'espace à surveiller, ainsi que des moyens (4) permettant de comparer l'image enregistrée à au moins une image de référence, caractérisé en ce que l'illuminateur (6) comporte plusieurs sources (14) de taille réduite, pilotables indépendamment et associées chacune à un dispositif optique (16) pour émettre un faisceau (18) dans une direction prédéterminée, en ce que le dispositif photodétecteur (10) comprend une matrice de photodétecteurs à lecture directe et une optique adaptée, et en ce que le dispositif de détection comporte en outre d'une part des moyens (8) permettant de piloter chaque source lumineuse (14) de taille réduite et d'autre part des moyens (8) de synchronisation entre le pilotage des sources lumineuses (14) de taille réduite et la détection d'une image partielle par le dispositif photodétecteur (10). 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources lumineuses sont des micro-lasers (14). 3. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un processeur (4) dans lequel sont enregistrées les images partielles visualisées par le dispositif photodétecteur (10) et qui reconstitue par triangulation active, à partir des ces images partielles une image globale tridimensionnelle. 4. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble des sources lumineuses (14) de taille réduite et la matrice de photodétecteurs prennent place sur un même support (20 ; 22 ; 26) dans un même boîtier (12). 5. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (8) des sources lumineuses de taille réduite et les moyens de synchronisation sont intégrés sur le même support (20 ; 22 ; 26) que les sources lumineuses (14) de taille réduite et la matrice de photodétecteurs (10). 6. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'illuminateur (6) émet des faisceaux lumineux dans un champ d'environ 90'par 90', soit un angle solide d'environ n stéradians. 7. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les faisceaux lumineux émis par les sources lumineuses (14) de taille réduite sont des faisceaux qui divergent entre eux. 8. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les faisceaux lumineux émis par les sources lumineuses (14) de taille réduite sont tous parallèles. 9. Dispositif de détection selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'à chaque source lumineuse (14) de taille réduite est associée une lentille (16) convergente et de déflexion de taille correspondante. 10. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les sources lumineuses (14) sont réparties sur les faces d'une pyramide (22) éventuellement tronquée. 11. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les sources lumineuses (14) sont réparties à la surface d'un support convexe (26). 12. Dispositif de détection selon la revendication 11, caractérisé en ce que le support (26) se présente sous la forme d'une calotte sphérique.