Brevet FR2882178A1 — publié le 20060818

L'invention concerne une solution possible de traçage (tracking) et de comptage (counting) de personnes, ou de biens, pouvant être utilisée seule ou en appoint de systèmes sophistiqués (tels qu'identification biométrique ou validation de billet) utilisables dans le transport public, le contrôle de l'immigration, le transport aérien ou la surveillance Intrabuilding . Cette solution est destinée à garantir avec un taux élevé de réussite (True Acceptance & Rejection Rate proche de 99,9%) la détection du passage d'une personne seule à l'aplomb d'une frontière physique délimitée par deux montants disposés verticalement. C'est en premier lieu une solution destinée à venir en appoint de systèmes d'identification (ID card, biométrie) pour lesquels une détection d'uni-cité sans surveillance est indispensable. Cette solution n'inclut pas la fonction de blocage physique des personnes ou des biens (portillons, aiguillages) qui peuvent être réalisés par des pro- duits courants du marché ou qui deviennent inutiles compte tenu des performances permises par cette solution (placée par exemple en entrée et sortie de sas). Il existe un système antérieur connu constitué de cellules IR fonctionnant en TOR; à chaque enregistrement, l'information délivrée est une ligne et c'est l'assemblage des mesures consécutives qui permet de reconstituer une ombre plane de l'individu qui passe. Dans le système de la présente invention, chaque enregistrement est un plan coté (c 'est à dire qu'on sait en plus associer une valeur de dis-tance par rapport aux cellules) ; c'est l'assemblage de ces plans métrés qui permet de reconstituer le volume interférant le plan délimité par les montants verticaux. Le système antérieur opère une comparaison de l'ombre enregistrée avec les éléments d'une bibliothèque (éventuellement enrichie au fur et à me- sure de l'utilisation du produit) ; il s'agit donc d'une mesure relative. Au contraire, le système de la présente invention porte sur une analyse des éléments caractéristiques d'un corps humain (tête, tronc, jambes), aussi chaque mesure est-elle absolue et non relative. Le dispositif de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens aptes à reconstituer un volume par des capteurs de distance. Plus précisément, ce dispositif comprend: deux séries de capteurs de mesure de distance disposés verticalement sur les deux montants respectifs; des moyens pour recueillir simultanément à intervalles datés les distances évaluées par chacun des capteurs; des moyens pour reconstituer à partir de ces distances une séquence de représentations 2D, dans le plan des montants, de la silhouette ou de l'objet ayant interrompu les faisceaux des capteurs; et des moyens pour assembler ces représentations 2D successives de manière à reconstituer le volume ayant traversé le plan délimité par les montants. 0 On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables. Les figures 1 et 2 sont des vues en élévation, respectivement de face et de côté, des montants portant les capteurs et délimitant la frontière de passage à surveiller, selon l'invention. La figure 3 illustre les faisceaux de deux capteurs adjacents. La figure 4 montre les détections successives opérées par le système de l'invention lors du passage d'un individu entre les montants. On va tout d'abord décrire, en référence aux figures 1 à 3, l'acquisition des données élémentaires du dispositif de l'invention. Le système utilise deux séries de capteurs de mesure de distance (DMS) composés de cellules infrarouge actives disposées verticalement (type GP2D12 et GP2D120 de Sharp - uniquement modèle analogique car le numérique vise plutôt des applications à seuil ) sur des montants. Ces capteurs peuvent également être, en variante, des capteurs à ultrasons, ou bien des capteurs de variation de champ électromagnétique. Ces cellules seront dans un premier temps espacées de 10 cm; cette distance tient compte en effet de la non-linéarité du faisceau incident d'une cellule qui couvre un angle de 5 (selon la formule dr= r.dO, la précision à 80 cm est inférieure à 7 cm [80 cm x 5 x (3,14/180)]. Cependant, on peut également considérer que l'espacement de 10 cm est suffisant pour détecter toutes variations dans le plan de détection (on pourra lors de la mise au point du produit passer sur une distance de 15 cm) afin de limiter le nombre de cellules. Cela signifie que pour couvrir 2,40 m de haut, il faudra 24 cellules par montant (ou 16 cellules si espacement de 15 cm). Les montants sur lesquels elles seront fixées seront idéalement à une distance de 160 cm pour le modèle GP2D12, ou 70 cm pour le modèle GP2D120 pour éviter les effets crosstalk (s'ils existent). La limitation à 160 cm en largeur est actuellement dûe à la performance des cellules que l'on envisage d'utiliser qui ne donnent plus d'information significative au delà de la distance de 80 cm, mais des distances plus importantes pourraient être visées avec d'autres composants. En réalité, la distance maximum de mesure d'une cellule étant de 80 cm, on peut estimer qu'un espacement d'1 m garantit que les cellules situées sur le mon-tant droit n'intérféreront pas avec celles du montant gauche. A ce moment, le système sera valable pour un espacement variable entre 1 m et 1 m60. Ceci est donc largement suffisant pour laisser passer des personnes très fortes, ou bien deux hommes adultes de front (largeurs frontales moyennes d'un enfant 40 cm, d'une femme 60 cm, d'un homme 80 cm) Chaque dispositif comprend une cellule émettrice générant un signal IR modulé et un PSD (Position Sensitive Detector - en fait une rangée de cellules IR passives) qui reçoit la portion du signal réfléchi par l'obstacle (en l'occurence le corps humain ou l'objet). Le PSD délivre alors un signal analogique dont l'amplitude (en volts) est significative de la distance entre la cellule IR (le montant) et l'obstacle (le corps humain) mais dont l'amplitude varie non linéairement (prévoir dispo- sitif de correction) entre 0,45V (=> 80 cm) et 2,45V (=> 10 cm) pour la GP2D12 et entre -0,30 V (=> 4 cm) et +0,3 V (=> 30 cm) pour le GP2D120 (ces dernières seront sans doute plus difficile à mettre en oeuvre compte tenu du faible segment de variation; il faudra alors voir de quelle manière utiliser les GP2D12 même pour des espacements de mon- tants inférieurs à 160 cm). En série, le système devra être équipé d'un système de mesure de vites-se de l'individu (HF Doppler donnant une mesure de vitesse ou plus simplement une barrette de deux (minimum) cellules IR bas coût disposées horizontalement), qui servira à la fois pour la mesure de vitesse mais éga- lement comme sécurité complémentaire (détection de présence statique) . De manière extrêmement simple, la mesure de vitesse se fait en disposant les deux cellules (on-off) horizontalement à une distance (qui peut être par exemple d'1m ou de 50 cm) connue l'une de l'autre et de part et d'autres des montants sur lesquels sont disposés les cellules (l'expérience montrera cependant s'il est plus judicieux de les placer franchement en amont des montants, ou juste en amont sachant que la position équirépartie présente l'avantage de donner une mesure instantanée corrélée à la mesure donnée par les cellules). La vitesse de déplacement de l'individu sera donnée par la formule: VI = D (cl,cl)/[t1- t'1] ; V2 = D(cl,c2)/[t2, t'2] Alors V = (VI +V2)/2 Dans laquelle: t1 est la valeur temps de l'extinction/occultation de la cellule 1, t'1 est la valeur temps de l'allumage/désoccultation de la cellule 1, t2 la valeur temps de l'extinction/occultation de la cellule 2, t'2 est la valeur temps de l'allumage/désoccultation de la cellule 2. On voit bien que deux cellules sont nécessaires au minimum pour donner une estimation de la vitesse de part la distance qui les sépare. Cette mesure a deux objectifs: déclencher la mesure des PSD proprement dit (dès que la première cellule est occultée), puis protéger l'accés du sas tant que celui ci est occupé (si la l ère cellule est occultée avant que la 2ème cellule ne soit réallumée) et que l'opération d'identification se poursuit; l'autori- sation d'utiliser à nouveau le système sera alors donnée par le système d'identification situé en amont; calibrer le volume reconstituable absolu de l'individu et pouvoir donner une mesure affranchie de la vitesse de déplacement de l'indi- vidu; on sera ainsi en mesure de fournir au système amont une infor- mation évaluée taille-poids qui peut présenter son intêret dans une sé- quence d'identification, mais surtout on sera en mesure de détecter les tentatives de piggybacking ou de back to back ou de tailgating Pour l'acquisition des données, le principe va être de recueillir simultané- ment à intervalles datés (en l ère approximation 25 Hz lié aux performances des cellules, données pour nécessiter 40 ms entre mesures) les dis-tances évaluées par chacune des cellules, puis d'utiliser les informations recueillies pour reconstituer une photo 2D (dans le plan des montants supportant les cellules) de la silhouette ou de l'objet qui a interrompu le faisceau (si l'on compare avec le système de l'art antérieur, celui-ci fournit une image 2D unique composée par l'agglomération des informations tout le temps du passage entre les cellules; on comprendra que cette image 2D perpendiculaire au plan des montants est facilement reconstructible par ce nouveau système). Pour cela, on doit prendre en considération les éléments suivants: un individu se déplace approximativement à une vitesse allant de 3 à 8 km/h soit de 1 à 2 m/s; - la corpulence d'un individu dépend de son genre, on peut considérer en première approximation qu'en coupe avant/arrière (largeur latérale) un homme ou une femme adulte font approximativement 50 cm, quand un enfant en fera 30 cm; - cela signifie qu'une mesure complète durera pour un adute entre 500 ms et 250 ms; Selon le théorème de Shannon, la fréquence devant être supérieure au double du plus petit signal, soit 8 Hz, on peut considérer que la fréquence de 25 Hz du GP2D12 permettra au pire d'avoir de 6 à 12 images pour prendre la décision. Le traitement initial des données (algorithme de décision) à appliquer est différent s'il s'agit d'un objet ou d'un humain; en effet l'objet est statique et son mouvement au travers de cette grille IR sera supposé uniforme et donné par un appareil adéquat. Dans le cas du passage d'un humain, son déplacement est dynamique c'est à dire qu'il est le propre générateur de son mouvement. Comme on peut le voir sur les images successives de la figure 4, les bras et jambes étant des éléments mobiles, ceux-ci vont être enregistrés dans chacune des images 2D à des endroits différents, mais à des endroits contigus d'image à image. Le principe va donc être d'enregistrer les images successivement, et de repérer sur chacune les éléments permettant de prendre une décision quant à l'unicité de l'individu. Pour cela, il faut partir d'une séquence d'images considérée comme représentative d'un cas normal, cad le passage d'une seule personne (voir illustration). Les décisions pourront être prises en considérant ces séquences et en décidant pour chacune s'il s'agit d'un cas normal ou anormal (le pire cas à considérer est le passage de deux personnes de même taille et marchant en cadence se présentant de front). Pour la fourniture de la décision à un système client amont, à partir des images enregistrées, on va dérouler plusieurs algorithmes (un nombre obligatoirement impair, de façon à ce que la décision finale ne soit jamais à50%deouietdenon). Ces algorithmes seront basés sur l'analyse des ruptures de continuité, mais surtout sur les éléments caractérisants du passage d'un être humain entre les montants, à savoir: une tête (à telle hauteur, tel volume) ; deux jambes et deux bras (idem) ; un tronc (idem) ; (on appelle une rupture de continuité, une variation anormale dans les successions de mesures données par chacun des éléments DMS (on appelle DLn (t) la mesure donnée par le nième capteur left à l'instant t) : on mesurera sur chaque capteur les différences entre deux mesures consécutives (DLn(t) et DLn(t+1)) ; la courbe obtenue devrait être une gaussienne (croissance-picdécroissance) ; - on enregistrera à quels moment des variations de mesures sont enregistrées sur des capteurs consécutifs (DLn(t) et DLn+1(t) ) ; normale- ment, la détection devrait se faire du bas (un pied en premier), vers le haut (puis le tronc et la tête) , si on détecte des variations sur plusieurs sets de capteurs, cela peut impliquer que si on enregistre brutalement des distances sur une série de capteurs consécutifs, ou que si on en-registre des variations brutales dans les mesures, il y a soupçon de fraude. on comparera les informations de mesure des capteurs DLn(t) et DRn(t) ainsi que les variations globales Right et Left; le passage d'un individu unique sera caractérisé par des évolutions similaires sur les deux barreaux, quand le passage de deux individus verra plutot des variations différentes (par exemple, passage de front d'un petit et d'un grand ) ; On caractérisera ainsi, d'abord par l'analyse puis par l'expérience, les cas considérés comme normaux (grand, moyen, petit, handicapé) des cas anormaux (passages de front ou petit train (tail gating) ou sac à dos (piggy back) . Le système de l'invention est en outre avantageusement capable: de s'autodiagnostiquer afin de pouvoir prévenir le système amont d'un risque potentiel de mauvaise mesure. On pourra ainsi facilement diagnostiquer un dysfonctionnement d'une cellule en constatant que la mesure qu'elle donne est trop éloigné ; on réfléchira de manière approfondie aux cas de pannes possibles. - de s'autoprotéger, c'est à dire de savoir repérer qu'il y a une tentative de fraude (comme par exemple présentation de surfaces planes en masquage des individus passant) ; on établira pendant et après le développement du prototype une liste détaillée de ce qu'on considérera comme des aberrations éventuelles; de s'adapter: les profils d'individus diffèrent selon les domaines d'application (par exemple transport public versus transport aérien) et suivant les pays (Amérique du Nord versus Asie) ; le système devra être configurable sur un certain nombre de paramètres à déterminer. REVENDICATIONS 1. Un dispositif de détection de passage d'individus ou d'objets, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens aptes à reconstituer un volume par des capteurs de distance. 2. Le dispositif de la revendication 1, comprenant: deux séries de capteurs de mesure de distance disposés verticale-ment sur les deux montants respectifs délimitant un plan de détection du passage des individus ou objets, - des moyens pour recueillir simultanément à intervalles datés les dis-tances évaluées par chacun des capteurs, - des moyens pour reconstituer à partir de ces distances une séquence de représentations 2D, dans le plan des montants, de la silhouette ou de l'objet ayant interrompu les faisceaux des capteurs, et - des moyens pour assembler ces représentations 2D successives de manière à reconstituer le volume ayant traversé le plan délimité par les montants.