Brevet FR2975461A1 — publié le 20121123

Domaine d'application La présente invention couvre le domaine de l'éclairage des routes et zones résidentielles du domaine public, ainsi que l'éclairage de zones privées de parking et voies d'accès à des infrastructures de bâtiments privés. Son besoin correspond à un usage classique d'éclairage public tout en apportant une capacité nouvelle de chaque luminaire à gérer seul et intelligemment sa propre puissance de fonctionnement. Objet de l'invention Ainsi qu'indiqué dans le titre, l'invention suivante consiste en un système de contrôle de luminaires d'éclairage nocturne ainsi que la disposition des sources lumineuses élémentaires, ceci afin d'assurer un éclairage confortable et sécuritaire dans des conditions de consommation électrique optimales. L'invention optimise, par rapport à l'état de l'art, la méthode d'identification, de déplacement de nuit par caméra ainsi que les choix d'angles, densités et température de lumières blanche pour éclairer les personnes ou véhicules en déplacement. Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de l'éclairage public et la sécurisation de zones de passages privées ou publiques, pour des piétons ou véhicules. Les dispositifs d'éclairage généralement installés dans les lieux de passage public répondent à des normes définissant les performances élémentaires requises pour assurer une vision de qualité suffisante pour assurer la sécurité des personnes et véhicules se déplaçant dans une zone, sans nécessiter le port par les usagers de moyens d'éclairage lumineux. Ces normes, par exemple EN13201 dans le cas européen, définissent une pluralité de situations suivant lesquelles les densités lumineuses et angles d'éclairage sont définis. Le contexte d'usage à prendre en compte pour définir un ensemble de caractéristiques de la source d'éclairage à implanter dépendent par exemple de la vitesse de déplacement des véhicules, la présence régulière de cyclistes, de commerces, de risques d'agressions, de besoin à reconnaître les visages ou encore la largeur des trottoirs et voie de stationnement. La quantité importante de paramètres requis pour un choix de type d'éclairage public impose un choix de luminaire correspondant à un usage de voie ponctuel à l'instant de l'étude. L'évolution dans le temps de ce passage public n'est souvent plus en adéquation avec le choix initial. De même, l'usage d'une voie publique n'est pas constant pour une période nocturne : en hiver, une voie servira à des passages de forte densité de véhicules, piétons et cyclistes aux heures d'embauche mais pourra très bien, entre 23h et 6h du matin, ne pratiquement jamais voir de passage de cyclistes ou piétons. C'est par exemple le cas des voies routières et piétonnes à proximité et dans les zones de centres commerciaux ou zones d'activité de bureaux. En été, le système d'éclairage public ne sera jamais exploité aux heures d'embauche/débauche. Les usages pris en compte pour le choix d'un modèle d'une source lumineuse sont donc liés à des compromis et choix du pire cas comme étant le cas général d'usage de la voix à équiper en éclairage. L'objet de la présente invention est de palier ces compromis en apportant une auto adaptation de l'éclairage à l'activité immédiate de la voie. Contrairement aux solutions existantes (EP-2163812), la présente invention ne requiert pas de système centralisé de contrôle d'un groupe d'éclairage public. Ce qui en facilite la pose et la maintenance. Contrairement aux solutions couplant des détecteurs de mouvement infrarouge simples type PIR (Passive Infrared sensor), le présent brevet apporte une solution immune aux variations thermiques ambiantes et capable de distinguer, même en nuit totale, le sens et vitesse de déplacement d'un piéton à 20 mètres. La présente invention a pour objet de permettre de gérer finement les densités de lumière dans une voie d'accès en fonction des passages. Le coeur de la présente invention consiste à piloter différemment et pertinemment les puissances lumineuses dans 5 zones, voir 8 zones éclairables individuellement depuis un même dispositif d'éclairage. En fonction du besoin, le luminaire, dispositif d'éclairage intégré, va utiliser l'énergie lumineuse/électrique pour assurer le confort lumineux à l'usager ou aux usagers présents sur la voie. Les zones où il n'y a pas de mouvements sont cependant éclairées, mais à un niveau faible. Contrairement aux solutions concurrentes classiques existantes de gradation de lumière en fonction des heures de la nuit ou déclenchées par mouvement simple, le brevet présenté ici apporte des gains majeurs en terme de qualité de vision nocturne et sécurité (risque d'agression réduit, complément idéal pour vidéosurveillance urbain, reconnaissance de visage). Seule la zone de passage est éclairée. La rue conserve tout de même un éclairage minimum pour éviter des effets d'isolement lumineux ainsi que la gêne apportée aux riverains d'un éclairage intermittent. En terme de norme et obligation de sécurisation des voies publiques, les normes européennes d'éclairage, présentes en version quasi similaire en Amérique du nord et Asie, visent à assurer des densités de lumière sur un axe perpendiculaire au sol. Ces normes n'assurent pas, de nuit, la vision d'une forme sombre sur la route. Au contraire, l'éclairage par le dessus fait disparaître des effets d'ombre qui permettraient d'amplifier la vision de personnes ou objets. Ces normes ne correspondent plus aux besoins actuels. Les revêtements routiers, chargés de composés évolués drainant la pluie et améliorant l'adhérence, sont désormais très sombres et réfléchissent peu de lumière dans leur entourage. Les véhicules sont désormais équipés de phares très performants et l'éclairage fort du centre de la route est moins utile que l'éclairage des bords de la route. Il existe par ailleurs de nouvelles obligations visant à réduire la pollution lumineuse, due à cette lumière renvoyée du sol vers le ciel. En terme de perception visuelle, le fait d'éclairer le centre des routes avec des ampoules de forte puissance est contraire à une solution optimale, qui consiste à éclairer depuis un point haut à l'arrière d'un individu la zone qu'il regarde. Cette lumière coaxiale à la vision de l'individu augmente les reflets de lumière de son environnement vers son oeil et réduit l'effet d'éblouissement qui tendrait à refermer son iris la nuit. La présente invention vise à approcher cette solution 10 optimale. Pour cela le dispositif de l'invention doit être capable de générer autant que possible des faisceaux lumineux quasi parallèles au sol, et éclairer les zones d'intérêts de façon homogène à un niveau de puissance ne provoquant pas la 15 fermeture inutile de l'iris des usagers. Pour cela, on a découpé les voies routières et piétonnes en 5 zones qui couvrent une section de voie de circulation sur une distance de 15 mètres à 25 mètres. Le dispositif d'éclairage selon l'invention est implanté 20 sous forme d'un luminaire typiquement tous les 20 à 25 mètres à une hauteur typique de 6 mètres par rapport au sol. Dans le cas de voie résidentielle, l'écart entre luminaires peut être de 10 mètres et la hauteur typique de 3 mètres environ. L'invention a donc pour objet un système d'éclairage à 25 caractère gradué et intermittent optimisé en fonction de l'importance du trafic, caractérisé en ce qu'il comporte : - une structure mécanique porteuse assurant l'éclairage par son montage par une pièce sur un poteau généralement horizontal, éventuellement vertical qui reçoit un capot 30 supérieur de fermeture, - une source lumineuse matricée constituée d'une pluralité de sources lumineuses élémentaires de type LED, - un ou plusieurs blocs d'alimentation générant chacun plusieurs canaux d'alimentation de groupes de sources 35 élémentaires LED, ces blocs d'alimentation étant gérés par microprocesseur et disposant de la capacité d'échanger des données vers l'extérieur du système via une liaison filaire ou radio, - et un bloc caméra dédié à la détection de mouvement dans ce système d'éclairage et exploitant un capteur d'image à performance étendue dans le spectre lumineux proche infrarouge. Selon une caractéristique, le système intègre une ou plusieurs caméras de vidéo de surveillances capables de visualiser l'importance des mouvements. Selon une autre caractéristique, le système d'éclairage exploite un processeur de traitement d'image, associé à des sources lumineuses élémentaires de type infrarouge et /ou visibles blanc, de telle sorte que ces sources capturent les images de mouvements, de jour ou de nuit, et quantifient ces mouvements en terme de taille d'objet et d'amplitude par un moyen de détection. Selon une autre caractéristique, le système utilise une unité de compression vidéo H264 pour réaliser une analyse de contour de formes à haute vitesse et pour obtenir leurs vecteurs de direction et leurs vitesses afin de changer les puissances d'éclairage d'une ou plusieurs sources lumineuses élémentaires du système d'éclairage ou par tout système proche, relié par liaison filaire ou radio. Selon une autre caractéristique, le système utilise la quantification et l'amplitude d'un mouvement détecté pour commander des variations de puissance des sources lumineuses élémentaires et d'éclairer plus intensément les objets ou personnes en mouvement à proximité du système d'éclairage sans avoir à éclairer plus intensément la totalité de l'environnement. L'invention concerne également l'utilisation du 30 dispositif d'éclairage en vue de réaliser l'éclairage des voies routières et piétonnes. La typologie des voies classiques routières / voies d'accès a permis d'établir le diagramme suivant la figure 1. Une zone 1 correspond au trottoir sur lequel le poteau de 35 la source lumineuse est implanté. Son usage est piéton ou cycliste. Eventuellement il existe des commerces dont les devantures sont à éclairer. Une zone 4 correspond au trottoir opposé. Une zone 2 correspond à l'aplomb du luminaire sur la route dédiée aux véhicules. Une zone 3A correspond à un secteur déporté sur la gauche par rapport à l'aplomb du luminaire. Une zone 3B correspond à un secteur déporté sur la droite par rapport à l'aplomb du luminaire. La distance entre les luminaires est telle que la fin de zone 3A d'une section de voie de circulation se termine là où la zone 3B de la section suivante démarre. Il y a donc un recouvrement lumineux à zone équidistante des luminaires afin d'assurer une quasi continuité de la densité d'éclairage d'une section de 25 m à la suivante. Des scénarii sont ainsi prédéfinis afin de décider comment éclairer les différentes zones en fonction des 15 besoins : - Aux périodes de fort passage routier et piétons, l'ensemble des zones est éclairé de façon à assurer une lumière homogène au sol, de l'ordre des 20 Lux en moyenne. Le dispositif consomme alors son maximum d'énergie. 20 - Aux périodes de faible passage piétons, mais fort passage routier, les trottoirs ont un éclairage réduit à 60% par exemple de la valeur maximale et le centre de route est éclairé au maximum. - Aux périodes de faible passage piétons et routier, 25, l'éclairage général est réduit à 60% par exemple dans toutes les zones. - Aux périodes de très faible passage piétons ou en l'absence de passage de piétons, la puissance est réduite à 30% du maximum sur les trottoirs afin d'assurer un environnement propice à laisser voir l'absence de piétons justement. - Aux périodes de très faible passage de véhicules ou en l'absence de passages de véhicules, L'éclairage est réduit à 20% par exemple sur le centre des routes (zone 2) et réduit à 30% sur la route en faisceau incliné (zone 3A et 3B). Ces scénarii sont appliqués par le dispositif en fonction de tranches horaires prédéfinies et/ou de commandes radio à distance et/ou en corrélation avec un détecteur de mouvement intelligent intégré au dispositif. En relation avec les figures 2 et 3, le dispositif génère 15 des faisceaux lumineux correspondant à ces zones en utilisant une matrice de diodes électroluminescentes LED 2. Un réseau d'alimentation 3 par exemple constitué de 12 sources pilotées en courant et tension par un microprocesseur permet d'alimenter des groupes de 1 à 4 LED en régulant de 20 façon linéaire la puissance. Ces LED sont disposés sur des lames en aluminium 12 assurant une dissipation thermique optimale pour conserver un rendement « puissance lumineuse » / « puissance électrique » maximum. 25 Chaque lame est disposée suivant un angle précis d'inclinaison visant à centrer l'axe optique avec une des zones 1 à 4 que l'on veut éclairer. Chaque LED porte une lentille optique permettant de générer une empreinte lumineuse ayant une forme parfaitement 30 contrôlée. Un total de 4 types de lentilles 13 et 3 inclinaisons de barrettes 12 montées sur une lame radiateur 11 donne une combinaison complexe assurant la génération des faisceaux lumineux homogènes prévus sur les zones visées. 35 Une attention particulière a été apportée sur le choix des lentilles pour limiter la densité de puissance lumineuse sur un angle trop proche de 75% par rapport à la verticale. Ceci évite l'éblouissement des conducteurs. En outre, afin d'améliorer le confort visuel nocturne, les barrettes de LED 12 exploitent des LED de types différents en fonction des angles et lentilles associées. L'oeil présente une perception meilleure des formes lorsque la lumière est chaude, soit un blanc autour des 3 500 Kelvin. Mais les composants de type LED génèrent une lumière blanche grâce à un phosphore éclairé par une source bleue. Plus le phosphore est transparent, plus la quantité d'énergie convertie en lumière blanche est importante. Mais cette lumière est alors un blanc « froid » autour des 6000 Kelvin. Le rendement des LED blanc froid est au jour du dépôt de ce brevet, environ 30% meilleur que le rendement lumineux des LED blanc chaud. Le présent dispositif, afin d'optimiser le confort visuel et la performance énergétique, exploite alors un mélange de LED présentant des températures de blanc différentes. Une lumière blanche neutre reste confortable dans un environnement visuel éclairé globalement de façon intense mais pas lorsqu'il s'agit de points intenses dans un environnement faiblement éclairé. Le fonctionnement de l'oeil humain est plus adapté aux températures de blanc chaud lorsque l'environnement est faiblement éclairé. Ce principe est mis en oeuvre dans le présent dispositif d'éclairage en répartissant différemment les puissances lumineuses entre les LED en blanc neutre et blanc chaud. Les LED utilisées par exemple dans le présent dispositif sont en majorité des composants générant une lumière blanche autour de 4750 Kelvin, considéré par l'industrie comme un blanc « neutre » non agressif. Les LED exploitées pour éclairer les zones 3A et 3B (figure 1) sont à 50% des LED en blanc chaud, réduisant la gêne visuelle lorsqu'un conducteur les regarde. Les LED exploitées pour éclairer les zones 1 et 4 sont constituées par exemple de 20% de LED en blanc chaud et 80% 35 en blanc neutre. Lorsque le luminaire est piloté à pleine puissance, les LED blanc chaud sont alimentées elles à 30% de leur maximum de puissance. Les LED blanc neutre sont toutes au maximum de leur valeur d'exploitation prévue. Lorsque le luminaire est à 30% de sa puissance totale, les LED blanc chaud sont alimentées au maximum de leur puissance prévue et les LED blanc neutre à 10-20% de leur maximum suivant les groupes. Le présent dispositif présente donc une optimisation de la couleur/température du blanc, tendant vers le neutre ou le blanc chaud suivant la puissance globale requise par le luminaire. A titre d'illustration au prix de 0,07 euro le Kilowatt heure d'électricité, une solution de luminaire à puissance fixe en blanc chaud coûterait environ 29 euros d'énergie par an pour 105 Watt. La présente solution de luminaire à 50 Watt de puissance moyenne et 80 Watt maximum, représente un coût de 13,8 euros d'énergie par an. Dans le présent cas, les deux luminaires ne diffèrent en intensité lumineuse qu'entre minuit et 6H du matin. Le présent dispositif intègre en option un capteur de mouvement reposant sur une caméra 5 optimisée pour capter la lumière visible et le proche infrarouge jusque 950 nm. La caméra réalise des images en définition de 750x480 pixels au rythme de 8 images par seconde. Elle visualise un champ de 140° d'ouverture par une lentille orientée vers le sol. Cette lentille ne possède pas 25 de filtre infrarouge. Un processeur de traitement d'image, intégré à la caméra, effectue un traitement des images capturées afin d'identifier la forme des objets en déplacement et leur vecteur vitesse. Pour permettre l'usage d'une technologie à un coût de 30 revient acceptable pour l'usage d'optimisation d'éclairage public, le processeur de traitement d'image dispose d'une unité de compression vidéo numérique de type H264. Ce format de compression d'image reposant sur un détourage de formes très précis et le codage des déplacements de ces formes d'une 35 image sur l'autre, l'algorithme de traitement d'image mis au point dans le cadre du présent dispositif peut alors obtenir l'ensemble des vecteurs de déplacement de blocs de points en détournant l'usage du processeur. L'algorithme consiste alors à identifier les groupes de points/pixels en mouvements, leur vitesse, leur direction et à partir d'une taille minimale de bloc, ainsi que d'une distance minimale parcourue, identifier ce bloc par son volume comme étant un piéton, un animal ou un véhicule. Le présent brevet ne détaille pas les algorithmes de compression H264 en ce qui concerne les méthodes de filtrage et détourage de forme. Cet algorithme de traitement d'image ne fonctionne que grâce à une architecture particulière du dispositif d'éclairage permettant d'amplifier les détections de formes sans erreur la nuit. Un capteur d'images du type CMOS proche infrarouge est utilisé avec un mode instantané qui permet l'acquisition d'image vidéo synchrone avec un signal temporel fourni par l'algorithme intégré dans le processeur de traitement d'image. Ce signal d'acquisition d'image est transmis également au bloc d'éclairage 3 afin de commander l'allumage d'une ou plusieurs LED Infrarouge durant quelques millisecondes. Ces LED disposées dans la matrice d'éclairage 2 assurent une fonction de « flash » lumineux très performant. La faible durée de l'allumage de ces LED, de l'ordre de 50 ms par exemple au total chaque seconde, permet une consommation négligeable de la source d'éclairage infrarouge. En utilisant une source lumineuse infrarouge contrôlée, additionnée à une source de lumière blanche, la technique de détection de contour et reconnaissance de forme en déplacement présente des performances remarquables avec un capteur d'image CMOS à coût de revient acceptable. La présente technique de détection de mouvement, mêlant sources lumineuses contrôlées, capteur sensible en lumière visible et infrarouge, ainsi qu'un processeur de traitement d'image H264, apporte une capacité à identifier pertinemment les zones de la voie routière/voie d'accès à éclairer en cas de présence d'un usager. Le dispositif d'éclairage peut alors, au lieu d'être configuré à sa puissance minimale, changer les puissances lumineuses seulement dans les zones de passage. La figure 4 montre le changement d'éclairage lors de l'arrivée d'un véhicule dans une zone éclairée au minimum. Eventuellement, la caméra de détection peut être utilisée comme appoint de vidéosurveillance en stockant les vidéos ou en les transmettant par son interface réseau. L'intégration de ce capteur à tous les luminaires d'un segment de voie publique ou privée permet, grâce à un lien de communication radio de luminaire à luminaire, de disposer d'une gestion globale de gradation d'intensité lumineuse de la voie en cas d'arrivée d'un usager. Dès lors, ce n'est pas seulement le luminaire détectant l'usager qui varie son intensité, mais c'est l'ensemble des luminaires présents à +100 m devant l'usager et -50 m derrière, par exemple, qui est augmenté en intensité. Cette variation de puissance permet d'assister un véhicule ou piéton arrivant à un embranchement de routes dans son besoin d'identifier tôt la présence d'un véhicule sur la voie rencontrée. Dans la continuité de l'intégration d'une intelligence optique de détection de mouvement couplée à la fonction d'éclairage, le dispositif d'éclairage présenté ici peut également recevoir des caméras de vidéosurveillance 6 spécifiques ou génériques. Le luminaire apporte alors un point de vision haut et une source de lumière inclinée propice à la surveillance publique, grâce aux faisceaux lumineux des zones 3A et 3B ainsi que 1 et 4. Les sources de LED infrarouge sont activées au besoin pour améliorer la vision des caméras vidéo implantées. Le couplage des caméras de surveillance au détecteur de mouvement du dispositif d'éclairage apporte une fonction de vidéosurveillance déclenchée seulement en cas de mouvement dans la zone considérée. La consommation en énergie, ainsi que la quantité d'information générée par la caméra de surveillance, sont ainsi grandement réduits. Un système de vidéosurveillance classique ne pourrait pas aisément commander des variations de puissance lumineuse du réseau d'éclairage public afin d'améliorer la qualité d'image en cas de mouvement la nuit. Selon la figure 2, l'invention concerne un système d'éclairage d'extérieur comportant une structure porteuse 1 fixée via une pièce mécanique 4 d'adaptation de diamètre à un poteau générique prévu pour installation routière/extérieure. L'élément principal actif est une source lumineuse 2 constituée elle-même d'une pluralité de sources élémentaires de type LED (diodes électroluminescentes) qui génèrent chacune un faisceau lumineux dans des directions spécifiques à chaque source élémentaire. L'ensemble est piloté par un bloc microprocesseur-alimentation 3 permettant de gérer les sources élémentaires individuellement par groupes de 1 à 4 unités. Ce bloc microprocesseur intègre une liaison radio permettant d'échanger des données avec d'autres systèmes d'éclairage environnants afin de prendre des décisions sur les puissances nécessaires à envoyer dans les différentes sources lumineuses élémentaires pour éclairer principalement les zones pertinentes de la route/voie. Afin de détecter seules les zones pertinentes, le système d'éclairage dispose d'une caméra grand angle 5 sensible en infrarouge et visant le sol. Une méthode est décrite dans le brevet pour exploiter au moins une des sources lumineuses élémentaires de la source lumineuse 2 afin d'éclairer par flashs courts la zone environnante pour identifier et mesurer de nuit les déplacements avec la caméra 5. Enfin une à deux caméras 6 sont intégrables afin de permettre la vidéosurveillance des zones environnantes depuis ce système d'éclairage. REVENDICATIONS1. Système d'éclairage à caractère gradué et intermittent optimisé en fonction de l'importance du trafic, caractérisé en ce qu'il comporte : - une structure mécanique porteuse (1) assurant l'éclairage par son montage par une pièce (4) sur un poteau généralement horizontal, éventuellement vertical qui reçoit un capot supérieur de fermeture, - une source lumineuse matricée (2) constituée d'une 10 pluralité de sources lumineuses élémentaires (13) de type LED, - un ou plusieurs blocs d'alimentation générant chacun plusieurs canaux d'alimentation de groupes de sources élémentaires LED (13), ces blocs d'alimentation étant gérés 15 par microprocesseur et disposant de la capacité d'échanger des données vers l'extérieur du système via une liaison filaire ou radio, - des lentilles (13) et des barrettes (12) montées sur une lame radiateur (11) donnant une combinaison complexe 20 assurant la génération des faisceaux lumineux homogènes prévus sur les zones visées, - et un bloc caméra dédié à la détection de mouvement dans ce système d'éclairage et exploitant un capteur d'image à performance étendue dans le spectre lumineux proche 25 infrarouge. 2. Système d'éclairage selon la revendication 1 intégrant une ou plusieurs caméras de vidéo de surveillances (6) capables de visualiser l'importance des mouvements. 3. Système d'identification de mouvement intégré dans un 30 système d'éclairage public selon la revendication 1, qui exploite un processeur de traitement d'image, associé à des sources lumineuses élémentaires (13) de type infrarouge et /ou visibles blanc, de telle sorte que ces sources capturent les images de mouvements, de jour ou de nuit, et quantifient 35 ces mouvements en terme de taille d'objet et d'amplitude par un moyen de détection. 4. Système d'identification de mouvement selon la revendication 2 qui utilise une unité de compression vidéoH264 pour réaliser une analyse de contour de formes à haute vitesse et pour obtenir leurs vecteurs de direction et leurs vitesses afin de changer les puissances d'éclairage d'une ou plusieurs sources lumineuses élémentaires du système d'éclairage ou par tout système proche, relié par liaison filaire ou radio. 5. Système d'éclairage selon les revendications 2 ou 3 utilisant la quantification et l'amplitude d'un mouvement détecté pour commander des variations de puissance des sources lumineuses élémentaires (13) et d'éclairer plus intensément les objets ou personnes en mouvement à proximité du système d'éclairage sans avoir à éclairer plus intensément la totalité de l'environnement. 6. Système d'éclairage selon la revendication 1 qui utilise des sources lumineuses élémentaires (13) de couleur blanc neutre ou blanc froid d'une température de 6 000 Kelvin auxquelles sont associées des sources élémentaires de type blanc chaud d'une température de 3 500 Kelvin de façon à varier la température globale de la couleur blanche du luminaire lorsque les LED blanc chaud sont alimentées elles à 30% de leur maximum de puissance. 7. Utilisation du dispositif d'éclairage selon l'une des revendications précédentes en vue de réaliser l'éclairage des voies routières et piétonnes.