Brevet FR2895123A1 — publié le 20070622

-1- PROCEDE ET SYSTEME POUR LA DETECTION D'UN INDIVIDU AU MOYEN DE CAPTEURS INFRAROUGES PASSIFS DESCRIPTION La presente invention concerne un procede et un systeme infrarouge pour la detection, la localisation et le suivi d'un individu par analyse du mouvement. Dans I'etat de ('art actuel, la detection d'un individu s'effectue en particulier en captant son emission de rayons infra-rouges par des recepteurs optiques. Ces recepteurs utilisent un composant pyro-electrique dont le champ de vision est segmente en Les capteurs infrarouges passifs de ce type possedent donc la plupart du temps une matrice de lentilles de Fresnel qui focalise sur un seul composant pyro-electrique ('ensemble des rayonnements infra-rouges provenant des faisceaux d'observation, sans pouvoir les differencier autrement dit sans pouvoir determiner la position de ('individu dans la zone d'observation et encore moins son deplacement. Pour ce faire it faudrait autant de composants pyro-electriques que de faisceaux optiques avec pour consequence directe un coat d'investissement important, des ressources de calcul et une consommation d'energie en consequence. Quant a la localisation et au suivi de personnes, la solution qui a ete privilegiee ces dernieres decennies est I'analyse d'images video. Bien que I'on soit parvenu a des resultats interessants, le besoin en energie, en luminosite , en puissance de calcul, et en debit de donnees et par consequent le coat sont tels, que I'analyse video n'est pas utilisable dans de nombreuses applications. La presente invention concerne un procede et un systeme de detection et d'analyse de mouvement d'un individu dans une zone d'observation donnee au moyen de plusieurs capteurs infrarouges passifs aptes a recevoir, chacun, de I'energie infrarouge emise par un individu traversant ladite zone ; chaque capteur infrarouge etant constitue d'un dispositif optique focalisant I'energie infrarouge recue sur un seul composant pyro-electrique ; chaque dispositif optique etant constitue d'une matrice de cellules, du type lentilles, miroirs ou autres, disposee de maniere a capter une pluralite de faisceaux selon une distribution horizontale et verticale bien definie ; chaque composant pyro-electrique etant relie a une unite de calcul apte a interpreter les informations revues. Dans ce qui suit nous nommerons cellules, en tant que terme generique un systeme optique quel qu'il soit segmentant le champ de vision du composant pyro-electrique et focalisant les rayonnements infra-rouges sur ce dernier. L'invention vise a mettre en oeuvre un procede et un systeme du genre en question qui constitue une solution inedite et originale apte a eliminer les inconvenients susmentionnes. Elie concerne a cet effet, un procede qui se caracterise essentiellement en ce qu'il consiste, pour detecter un individu dans la zone d'observation, a disposer d'un nombre reduit de capteurs infrarouges, similaires, centres sur la meme zone d'observation, dans lesquels on a module et code le champ de vision. Pour ce faire, on a masque, pour chacun d'entre eux, une combinaison de cellules (lentilles ou miroirs), donc de faisceaux. Cette combinaison est differente pour chaque capteur, de maniere a associer a chaque faisceau un code unique et a fournir a ('unite de calcul des informations permettant de localiser ('individu en position et en deplacement. Cette modulation realisee par obturation d'une ou plusieurs cellules peut s'exprimer binairement de la fawn suivante : pour chaque cellule non masquee , nous dirons que I'etat optique est egal a 1 car le rayonnement infra-rouge est fibre de traverser celle-ci et pour chaque cellule masquee, nous dirons que son etat optique est egal a O. La modulation du champ de vision de chaque capteur de m cellules peut ainsi titre caracterisee par un vecteur a m composantes, dont celles-ci sont egales a 0 ou a 1. Si nous prenons I'exemple d'un capteur de 16 cellules dont les 8 dernieres sont masquees, nous obtenons une modulation : M = (1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0). A titre d'exemple non limitatif, avec 4 capteurs on disposera de 24 soit 16 combinaisons. !Is pourront donc comporter chacun 16 cellules optiques identifiables partiellement masquees selon une configuration bien determinee. En termes de detection, on disposera de 15 informations car le faisceau ayant pour vecteur optique 0 ne peut pas se distinguer du signal O. On gagne donc 11 detecteurs pour un resultat equivalent. Les caracteristiques et les avantages de !'invention vont apparaitre plus clairement a la lecture de la description detaillee qui suit d'au moins un mode de realisation prefers de celle-ci donne a titre d'exemple non limitatif et represents aux dessins annexes. Sur ces dessins : - Ia figure 1 represente, en vue frontale, de maniere schematique, un dispositif optique, connu en soi, comportant 4x4 cellules ; - la figure 2 represente, en vue de dessus, de maniere schematique, le dispositif optique de la figure 1 mettant en evidence la distribution horizontale des faisceaux ; - Ia figure 3 represente, en vue de profil, de maniere schematique, le dispositif optique de la figure 1 mettant en evidence la distribution verticale des faisceaux ; - la figure 4 represente, en vue de dessus, de maniere schematique, un detecteur, connu en soi, comportant une rangee de 16 cellules coplanaires ; - les figures 5 et 6 represeritent, en vue de dessus, de maniere schematique, un exemple de realisation d'un systeme de detection et de localisation d'un intrus, selon I'invention, mettant en oeuvre 4 detecteurs infrarouges accoles pourvus, chacun, d'une rangee de 24 cellules soit 16 cellules qui sont masquees selon une configuration differente pour chaque capteur ; - Ia figure 7 represente, en vue de dessus, de maniere schematique, un capteur selon I'invention associe a une camera fixe, centree sur la meme zone d'observation ; - Ia figure 8 represente, en vue de dessus, de maniere schematique, un capteur selon I'invention associe a une camera mobile, equipee d'un zoom, pilotee de fawn automatique sur la zone de detection infrarouge par ('unite de calcul. Le systeme represente aux figures est destine a la detection d'un individu dans une zone d'observation (X,Y,Z) donnee au moyen de N capteurs infrarouges passifs (1), aptes a recevoir, chacun, de I'energie infrarouge emise par un individu (P) traversant ladite zone ; chaque capteur infrarouge (1) etant constitue d'un dispositif optique (2) focalisant I'energie infrarouge (IR) revue sur un seul composant pyroelectrique (3) ; chaque dispositif optique (2) etant constitue d'une matrice de cellules (2C), du type lentilles, miroirs ou autres, disposees de maniere a capter une pluralite de faisceaux (F) selon une distribution horizontale (FH) et verticale (FV) bien definie ; chaque composant pyro-electrique (3) etant relie a une unite de calcul (4) apte a interpreter les informations revues. Le procede selon I'invention consiste, pour detecter un individu (P) dans la zone d'observation, a disposer d'un nombre reduit de N capteurs infrarouges (1), similaires, centres sur la meme zone d'observation, pourvus chacun de 2"-1 cellules (2C), donc de faisceaux (F), qui sont masquees, pour chacun d'eux, selon une combinaison differente de maniere a fournir a I'unite de calcul des informations permettant de localiser I'individu en position et en deplacement. Selon des variantes de realisation de I'invention, le procede consiste : -4 - a decaler legerement angulairement les cellules (2C) appartenant aux divers dispositifs optiques (2) de maniere a accroTtre la precision de la localisation de I'individu et egalement la surface de detection ; - a associer, aux capteurs infrarouges similaires (1) centres sur la meme zone d'observation, une camera fixe (5), centree sur ladite zone, destinee a confirmer la position afin de lever le doute et le deplacement de I'individu par une analyse de !'image dans la zone image correspondant a la zone de detection infrarouge ; - a associer, aux capteurs infrarouges similaires (1) centres sur la meme zone d'observation, une camera mobile (6,) equipee d'un zoom, pilotee par !'unite de calcul (4) de fagon automatique sur la zone de detection infrarouge et destinee a confirmer la position de I'individu et a le suivre dans son deplacement grace a une image correspondant precisement a la zone de detection pour avoir plus de details visuels de la zone et analyser. !'image afin de confirmer ou non la detection infrarouge ; - a utiliser des dispositifs optiques (2) dont le masquage des cellules (2C) est programmable. Le systeme pour !a mise en oeuvre du procede selon I'invention, comporte des dispositifs optiques (2) qui sont choisis parmi une lentille de Fresnel en matiere plastique injectee, un ensemble de miroirs juxtaposes ou un ecran en cristaux liquides comportant une matrice de cellules (2C) programmables. Le dispositif optique de focalisation est constitus de lentilles optiques specifiques et necessaires aux zones de couvertures des N capteurs et dont !a surface de chaque lentille est le double afin de doubler la sensibilite. II comporte, de maniere plus etendue, des capteurs (1), au moins une camera fixe (5) et/ou au moins une camera mobile (6) equipee d'un zoom et une unite de calcul (4) interpretant les informations revues des capteurs et pilotant les cameras. Le dispositif optique represents aux figures 1 a 3 est pourvu de 4 faisceaux horizontaux couvrant un angle pouvant atteindre 90 et de 4 faisceaux verticaux couvrant un angle pouvant egalement atteindre 90 . Le capteur represents a la figure 4 est pourvu de 16 faisceaux coplanaires. Le systeme selon ('invention represents aux figures 5 et 6 comporte 4 capteurs pourvus, chacun, de 16 cellules optiques partiellement masquees selon une configuration bien determinee afin de disposer de 24 soit 16 combinaisons. En termes de detection, on disposera de 15 informations car le faisceau ayant pour vecteur optique 0 ne peut pas se distinguer du signal 0. On gagne donc 11 detecteurs pour un resultat equivalent. - On construira ainsi une matrice de capteurs 4 x 4 dont la configuration binaire donnera Ia position de I'individu dans la zone d'observation. Le systeme selon I'invention permet ('analyse du mouvement, ('estimation de la vitesse, de I'acceleration, la direction et le sens de deplacement. II fournit donc une levee de doute quant au bien fonde de I'alarme. Ceci en conservant ('une de ses proprietes majeures qui est I'ultra basse consommation. En effet, ('analyse du mouvement est effectuee a ('aide de ressources de calcul tres reduites. Le capteur faisant ('objet de ('invention, associe a une camera mobile , permet de confirmer la position de I'individu et de le suivre dans son deplacement, grace a une image correspondant precisement a la zone de detection pour avoir plus de details visuels de la zone et analyser ('image afin de confirmer ou non la detection infra rouge. Les modulations selon les figures 5 et 6 sont : Detecteur n 1 : ( 1111111100000000 ) Detecteur n 2 : ( 1111000011110000 ) Detecteur n 3 : ( 1100110011001100 ) Detecteur n 4 : ( 1010101010101010 ) L'ensemble de ces modulations constitue ce que nous appellerons la matrice de codage : 1111111100000000 1111000011110000 1100110011001100 10101010101010101 30 Chaque vecteur colonne de cette matrice donne I'etat optique de chaque faisceau. Dans le cas de ('identification des faisceaux dans un capteur selon ('invention pourvu de 22 elements, ('element pyroelectrique Pä est au niveau 1 s'iI regoit un signal infra-rouge, c'est a dire qu'un intrus se trouve dans run des faisceaux d'observation et it est au niveau 0 s'il ne regoit rien, ou Si I'intrus se trouve dans un faisceau occults : 35 P1 P2 P3 P4 Faisceau 1 1 1 1 1 Faisceau 2 1 1 1 0 Faisceau 3 1 1 0 1 Faisceau 4 1 1 0 0 25 Faisceau 5 1 0 1 1 Faisceau 6 1 0 1 0 Faisceau 7 1 0 0 1 Faisceau 8 1 0 0 0 Faisceau 9 0 1 1 1 Faisceau 10 0 1 1 0 Faisceau 11 0 1 0 1 Faisceau 12 0 1 0 0 Faisceau 13 0 0 1 1 Faisceau 14 0 0 1 0 Faisceau 15 0 0 0 1 Faisceau 16 0 0 0 0 Le faisceau 16 n'est pas identifiable puisqu'il est identique a une absence de signal. Avec un detecteur selon !'invention, a seulement 4 elements, it est possible d'identifier 15 faisceaux (Fl a F15). De fawn plus generale, avec: un detecteur selon ('invention, a N elements disposes en matrice ou en colonne, ii est possible d'identifier (2"-1) faisceaux. Dans le cas de la figure 6, le resultat de la detection est (1010), I'intrus se trouve donc dans le champ du faisceau n"6. Au lieu d'etre fixes en plastique injecte, ('ensemble des lentilles de Fresnel peut-titre affiche sur un ecran a cristaux liquides. Nous obtenons dans ce cas des cellules programmables permettant une segmentation variable du champ de vision du composant pyro-electrique d'une part ainsi qu'un codage optique adaptable d'autre part. Bien evidemment, le systeme selon ('invention s'applique indifferemment a des dispositifs optiques a cellules coplanaires ou spatiales en 2 ou 3 dimensions. Bien entendu, ('invention n'est pas limitee aux modes de realisation decrits et representes pour lesquels on pourra prevoir d'autres variantes, en particulier dans : - le type de dispositif optique et le nombre et I'arrangement des cellules actives ; - le nombre de dispositifs optiques utilises pour une zone d'observation donnee ; - le type et le nombre de cameras fixes ou mobiles associees ; et I'etendre a d'autres applications, sans pour cela sortir du cadre de ('invention. 6 REVENDICATIONS 1- Procede de detection d'un individu dans une zone d'observation (X,Y,Z) donnee au moyen de N capteurs infrarouges passifs (1), aptes a recevoir, chacun, de I'energie infrarouge emise par un individu (P) traversant ladite zone ; chaque capteur infrarouge (1) etant constitue d'un dispositif optique (2) focalisant I'energie infrarouge (IR) revue sur un seul composant pyro-electrique (3) ; chaque dispositif optique (2) etant constitue d'une matrice de cellules (2C), du type lentilles ou miroirs, disposees de maniere a capter une pluralite de faisceaux (F) selon une distribution horizontale (FH) et verticale (FV) bien definie ; chaque composant pyro-electrique (3) etant relie a une unite de calcul (4) apte a 10 interpreter les informations revues ; caracterise en ce qu'il consiste, pour detecter un individu (P) dans la zone d'observation (X,Y,Z), a disposer d'un nombre reduit de N capteurs infrarouges (1), similaires, centres sur la meme zone d'observation, pourvus chacun de 2"- 1 cellules (2C), donc de faisceaux (F), qui sont masquees, pour chacun d'eux, selon une 15 combinaison differente de maniere a fournir a I'unite de calcul des informations permettant de localiser ('individu en position et en deplacement. 2- Procede, selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il consiste a decaler legerement angulairement les cellules (2C) appartenant aux divers dispositifs optiques (2) de maniere a accroTtre la precision de la localisation de ('individu. 20 3- Procede, selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il consiste a associer, aux capteurs infrarouges similaires (1) centres sur la meme zone d'observation, une camera fixe (5), centree sur ladite zone, destinee a confirmer la position et le deplacement de I'individu par une analyse de ('image dans la zone image correspondant a la zone de detection infrarouge. 25 4- Procede, selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il consiste a associer, aux capteurs infrarouges similaires (1) centres sur la meme zone d'observation, une camera mobile (6), equipee d'un zoom, pilotee par ('unite de calcul (4) de fawn automatique sur la zone de detection infrarouge et destinee a confirmer la position de I'individu et a le suivre clans son deplacement grace a une image correspondant 30 precisement a la zone de detection pour obtenir plus de details visuels de la zone d'observation et de ('image afin de confirmer ou non la detection infrarouge. 5- Procede, selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il consiste a utiliser des dispositifs optiques (2) dont le masquage des cellules (2C) est programmable. 6- Systeme pour la mise en oeuvre du procede selon ('une quelconque des 35 revendications 1 a 5, caracterise en ce que les dispositifs optiques (2) sont choisisparmi une lentille de Fresnel en matiere plastique injectee, un ensemble de miroirs juxtaposes ou un ecran en cristaux liquides comportant une matrice de cellules (2C) programmables. 7- Systeme, selon la revendication 6, caracterise en ce que le dispositif optique de focalisation est constitue de lentilles optiques specifiques et necessaires aux zones de couvertures des N capteurs et dont la surface de chaque lentille est le double afin de doubler la sensibilite. 8- Systeme, selon la revendications 6 ou 7, caracterise en ce qu'il comporte des capteurs (1), au moins une camera fixe (5) et/ou au moins une camera mobile (6) equipee d'un zoom et une unite de calcul (4) interpretant les informations revues des capteurs et pilotant les cameras.