Brevet FR2937130A1 — publié le 20100416

DISPOSITIF DE MESURE DU NIVEAU D'UN LIQUIDE OU D'UNE SUBSTANCE PULVERULENTE DANS UN CONTENANT. L'invention est relative à un dispositif de mesure du niveau d'un liquide ou d'une substance pulvérulente dans un contenant, en particulier 5 bassin, réservoir, ou puits, sans contact avec le contenu, liquide ou substance pulvérulente. L'invention a pour but surtout, de fournir un dispositif simple à installer et à utiliser, peu coûteux, mais qui assure une bonne précision de la mesure du niveau. ~o Selon l'invention, le dispositif de mesure du niveau d'un liquide ou d'une substance pulvérulente dans un contenant, en particulier bassin, réservoir, ou puits, sans contact avec le contenu, est caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une caméra vidéo placée au-dessus du niveau maximum 15 du contenu et orientée avec son axe optique incliné par rapport à la direction verticale pour donner une image oblique de la surface éclairée du contenu, cette image étant composée de points élémentaires ou pixels, - et des moyens d'analyse des pixels d'une zone déterminée de l'image, ces moyens d'analyse étant propres à assurer une surveillance de 20 l'évolution dans le temps des éclairements des pixels pour déterminer, à partir de cette évolution, une variation du niveau du contenu. De préférence, l'axe optique de la caméra vidéo forme, avec la direction verticale, un angle compris entre 40° et 55°, de préférence égal à, ou voisin de, 45°. 25 Les moyens d'analyse comprennent des moyens de calcul pour établir des moyennes pondérées d'éclairement de sous-ensembles déterminés de pixels, et la surveillance de l'évolution dans le temps des éclairements est effectuée sur les moyennes pondérées ainsi calculées. Avantageusement, les moyens d'analyse comprennent un ordinateur 30 dans lequel est installé un logiciel d'analyse qui traite les signaux reçus de la caméra vidéo, l'ordinateur fournissant sur une sortie les signaux traités. De préférence, une interface de lissage reçoit les signaux traités par l'ordinateur et en assure un lissage pour donner sur sa sortie un signal 4-20 mA. La caméra vidéo peut être une caméra du commerce, avec une 35 image composée de 740 x 620 pixels. Les moyens d'analyse peuvent être prévus pour ne pas tenir compte d'une variation d'éclairement de l'ensemble des pixels due à une variation de l'intensité de la source lumineuse éclairant la surface du liquide ou de la substance pulvérulente, et pour tenir compte seulement d'une variation d'éclairement des pixels due à une variation de niveau. Le dispositif est soumis à un étalonnage, avec cadencement de 5 l'échelle de niveau selon le site où est installé le dispositif. Dans le cas d'un bassin de décantation contenant en partie supérieure de l'eau claire et, en partie inférieure de la boue, les moyens d'analyse du dispositif de mesure sont avantageusement prévus pour détecter le niveau de l'interface eau claire / boue par évaluation de la variation de ~o l'intensité de gris des pixels de l'image, tandis que le niveau de la surface de l'eau claire est détecté par évaluation de la variation de l'intensité de blanc des pixels. Le dispositif de l'invention peut être utilisé pour la surveillance d'un bassin contenant du liquide, les moyens d'analyse de l'image étant prévus pour 1s détecter une variation d'éclairement d'un groupe prédéterminé de pixels, correspondant à une intrusion humaine ou autre dans le champ de la caméra, notamment dans le cas d'une chute dans le liquide, avec déclenchement d'un signal. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- 20 dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence au dessin annexé, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ce dessin : Fig. 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un dispositif selon l'invention pour la mesure du niveau de liquide dans un bassin. 25 Fig. 2 est un schéma de l'image de la caméra vidéo avec représentation partielle des pixels et Fig. 3 est un schéma synoptique du dispositif de l'invention avec émetteur. En se reportant à Fig. 1 du dessin, on peut voir un dispositif M de 30 mesure du niveau d'un liquide L dans un bassin 1. Le dispositif M comprend une caméra vidéo 2 placée au-dessus du niveau maximum possible du liquide L, par exemple au sommet d'un poteau 3 placé sur un côté du bassin 1. La caméra 2 est orientée de telle sorte que son axe optique X-X soit incliné, par rapport à la direction verticale, d'un angle a 35 pour donner une image oblique de la surface S du liquide. L'angle a entre l'axe optique de la caméra 2 et la direction verticale est compris entre 40° et 55°, et est de préférence égal à, ou voisin de, 45°. L'angle complémentaire f3 entre l'axe optique et la direction horizontale est donc compris entre 35° et 50°. Cette surface S doit être éclairée pour permettre la mesure du niveau de liquide L selon l'invention. L'éclairement de la surface S peut être assuré par la lumière du jour ou, le cas échéant, par des projecteurs (lumière blanche, infrarouge, ...) si l'on souhaite réaliser des mesures de nuit. Fig. 2 illustre schématiquement l'image P fournie par la caméra 2 d'une zone de la surface S. Cette image P est composée de points élémentaires, appelés pixels, situés à l'intersection de lignes et de colonnes orthogonales dont seulement une partie a été représentée. La caméra vidéo 2 ~o est une caméra du commerce avec une image P composée par exemple de 740 x 620 pixels. Dans ces conditions, l'image rectangulaire P comporte, suivant sa grande dimension, 740 pixels par ligne et, suivant sa petite dimension, 620 pixels par colonne. Sur Fig. 2 ont été représentées plusieurs lignes r1, r2... rn et plusieurs colonnes cl, c2... cn. Un pixel est désigné par 1s l'association du numéro de ligne et du numéro de colonne se croisant sur le pixel. Les pixels de la ligne r1 seront ainsi désignés par : r1 c1 ; r1 c2... r1 cn. La caméra vidéo 2 est couplée à des moyens d'analyse A des pixels d'une zone déterminée B de l'image P. Selon l'exemple de Fig. 2, la zone B présente un contour sensiblement elliptique situé dans la zone centrale de 20 l'image P. Le contour de cette zone B est fictif et est déterminé par les moyens d'analyse A. Ces moyens d'analyse A comprennent un ordinateur 4 dans lequel est installé un logiciel d'analyse des signaux fournis par la caméra 2. Le logiciel d'analyse correspond à un algorithme dont l'architecture est prévue pour assurer une surveillance de l'évolution dans le temps des éclairements des 25 pixels r1 c1, r1 c2... de la zone B surveillée, et pour déterminer une variation de niveau du liquide L à partir de cette évolution. Les moyens d'analyse A comprennent une interface de lissage 5 pour lisser les variations du signal dues par exemple à des ondulations, telles que des vaguelettes, de la surface S. 30 Le dispositif de mesure est étalonné avant mise en service. Le point 0 est déterminé pour un seuil de niveau haut de la surface S, et le point 1 correspond au seuil de niveau bas de la surface S. L'échelle de mesure est cadencée en fonction des besoins de chaque site. Le signal obtenu à la sortie de l'interface 5 est un signal 4-20 mA, 35 avec une dérive du signal ne dépassant pas les 0.2 %. Ce signal est facilement transposable à une unité de contrôle. Une routine d'auto-contrôle de l'étalonnage est prévue au lancement de chaque prise de mesure. Dans le cas d'un bassin de décantation dans lequel une eau claire 6 (Fig. 1) se trouve en partie supérieure, et de la boue 7 se trouve en partie inférieure, le dispositif de mesure permet de suivre le niveau de l'interface 8 entre les deux couches, l'analyse portant sur la différence de couleur dans chaque pixel. Pour la surface supérieure S, l'analyse travaille sur l'intensité (ou niveau) de blanc des pixels, tandis que pour déterminer le niveau de l'interface 8, l'analyse porte sur l'intensité (ou niveau) de gris des pixels. Le dispositif de mesure peut servir, en outre, à surveiller la zone du bassin et à détecter toute intrusion dans cette zone à risque. L'algorithme utilisé dans les moyens d'analyse peut être prévu pour différencier un homme ~o s'introduisant sur le bassin, d'un chien ou d'un chat errant, par sélection d'un sous-ensemble de pixels permettant de différencier les surfaces des images correspondant à ces intrusions. L'algorithme peut également être prévu pour effectuer une analyse dite "de situation" pour le cas où une personne seule tombe dans l'eau du 15 bassin et pour donner une alerte. Ainsi, une application possible du dispositif de mesure consiste en une surveillance de piscines. Le signal d'alerte, sortant de l'interface 5, peut être envoyé directement au responsable du site ou à toute unité de secours via le réseau GSM ou GPRS par l'intermédiaire d'un émetteur 9. 20 Dès que la vue de la caméra 2 est altérée, par exemple en raison de poussière ou de boue sur l'objectif, coupure de courant, etc., le dispositif de mesure est prévu pour donner une alerte systématique envoyée au responsable en indiquant que le système est défaillant. La détection d'une intrusion sur le site du bassin surveillé peut être 25 assortie de conditions introduites dans l'algorithme pour distinguer la taille des intrus, par exemple adultes ou enfants. Le dispositif de mesure selon l'invention peut être implanté de manière simple et ne nécessite pratiquement pas d'entretien. Sa durée de vie est élevée. Il est possible d'installer plusieurs caméras pour suivre le niveau du 30 liquide. Le dispositif de mesure, qui ne nécessite pas de contact avec le liquide, est particulièrement intéressant pour surveiller des lixiviats très corrosifs. La précision de la mesure du niveau de la couche supérieure S est relativement élevée, inférieure à 1 %, pratiquement de l'ordre de 0,2 %. La 35 précision de la mesure de l'interface 8 est un peu moins bonne. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure du niveau d'un liquide ou d'une substance pulvérulente dans un contenant, en particulier bassin, réservoir, ou puits, sans contact avec 5 le contenu, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une caméra vidéo (2) placée au-dessus du niveau maximum du contenu et orientée avec son axe optique (X-X) incliné par rapport à la direction verticale pour donner une image oblique (P) de la surface éclairée du contenu, cette image étant composée de points élémentaires ou pixels, ro - et des moyens d'analyse (A) des pixels d'une zone déterminée (B) de l'image, ces moyens d'analyse étant propres à assurer une surveillance de l'évolution dans le temps des éclairements des pixels pour déterminer, à partir de cette évolution, une variation du niveau du contenu. 15 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe optique (X-X) de la caméra vidéo forme, avec la direction verticale, un angle (ci) compris entre 40° et 55°. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle (a) est égal 20 à, ou voisin de, 45°. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (A) comprennent des moyens de calcul pour établir des moyennes pondérées d'éclairement de sous-ensembles 25 déterminés de pixels, et la surveillance de l'évolution dans le temps des éclairements est effectuée sur les moyennes pondérées ainsi calculées. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (A) comprennent un ordinateur (4) 30 dans lequel est installé un logiciel d'analyse qui traite les signaux reçus de la caméra vidéo, l'ordinateur fournissant sur une sortie les signaux traités. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une interface de lissage (5) reçoit les signaux traités par l'ordinateur et en assure un lissage pour 35 donner sur sa sortie un signal 4-20 mA. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la caméra vidéo est une caméra du commerce. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes pour bassin de décantation contenant en partie supérieure de l'eau claire et, en partie inférieure de la boue, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (A) sont prévus pour détecter le niveau (8) de l'interface eau claire / boue par évaluation de la variation de l'intensité de gris des pixels de l'image, tandis que le niveau de la surface de l'eau claire est détecté par évaluation de la variation de l'intensité de blanc des pixels. 9. Application d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications io précédentes à la surveillance d'un bassin contenant du liquide, en particulier d'une piscine, caractérisée en ce que les moyens d'analyse (A) de l'image sont prévus pour détecter une variation d'éclairement d'un groupe prédéterminé de pixels, correspondant à une intrusion humaine ou autre dans le champ de la caméra, notamment dans le cas d'une chute dans le liquide, avec 15 déclenchement d'un signal.