FR2731541A1 - Procede et dispositif acoustique de detection d'intrusion - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne les dispositifs de détection d'intrusion. Le procédé selon l'invention utilise un microphone (2) et prévoit un traitement (50 à 140) du signal (20) issu du microphone permettant de mettre en évidence une caractéristique ( DELTAE/E > K) du signal représentative de l'existence d'un bruit suspect, une alarme étant déclenchée (150 à 210) lorsque au moins deux bruits suspects ont été détectés. Selon un mode de réalisation, on calcule (100), à chaque réception d'une nouvelle valeur d'échantillonnage (xi=j+n ) du signal émis par le microphone (2), une valeur échantillonnée d'énergie (Eyn ) à partir de n valeurs d'échantillonnage, on calcule (110, 130) le rapport ( DELTAE/E) de la différence à la somme de la valeur échantillonnée d'énergie (Eyn ) correspondant à la nouvelle valeur d'échantillonnage et de la valeur échantillonnée d'énergie (Ey (n-1) ) correspondant à la précédente valeur d'échantillonnage, on compare (140) ledit rapport à une constante prédéterminée (K), un bruit étant détecté lorsque le rapport ( DELTAE/E) est supérieur à ladite constante. Application à la surveillance de lieux clos ou d'espaces extérieurs.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF ACOUSTIQUE DE DETECTION D'INTRUSION
La présente invention concerne un dispositif de détection d'intrusion comprenant un microphone, des moyens de réception du signal émis par le microphone, et des moyens pour déclencher une alarme quand un bruit est détecté.

Un objet général de la présente invention est de prévoir un dispositif de détection d'intrusion de conception simple et d'un prix de revient réduit.

Un objet plus particulier de la présente invention est de prévoir un dispositif de détection d'intrusion polyvalent, c'està-dire applicable à la surveillance de lieux clos, comme des locaux industriels, des habitations, des hangars, ou à la surveillance d'espaces extérieurs, comme des parkings, des sites protégés, etc..

La présente invention se fonde sur l'idée que, toute intrusion s'accompagnant obligatoirement de bruits, le bruit doit pouvoir être utilisé comme moyen de détection. L'avantage est qu'un bruit ne peut être dissimulé, qu'il est possible de le détecter au moyen d'un microphone même si celui-ci est camouflé et se trouve éloigné de la source de bruit. De plus, il ne peut y avoir de zone d'ombre dans la détection. Enfin, une détection de bruit doit permettre de détecter une intrusion même dans un lieu extérieur, si le lieu est inoccupé. Ainsi, de très nombreuses perspectives d'applications s'offrent à une détection d'intrusion par le bruit.

On connaît déjà, par la demande de brevet européen 481 693, un système de type hybride qui combine une détection de bruit dans le domaine des fréquences audibles (allant de 20 Hz à 20 kHz) et une détection dans le domaine des infrasons (fréquences inférieures à 20 Hz). Ce système ne déclenche une alarme que si une détection de bruit est confirmée par une détection d'un événement dans le domaine infrasonore (par exemple une variation de pression due à un bris de glace). De ce fait, ce système n'est pas un système de surveillance basé uniquement sur une détection de bruit. I1 reste destiné, en raison de sa sensibilité aux variations de pression, à la surveillance de lieux clos, et ne présente qu'un intérêt limité.

De façon générale, il est en effet considéré comme inopérant de vouloir réaliser un système de surveillance basé uniquement sur une détection de bruit, particulièrement si l'on vise la surveillance de lieux extérieurs. I1 s'agit là d'un préjugé qui tire sa raison d'être des nombreux obstacles techniques qui s'opposent a priori à une détection d'intrusion par le bruit.

On décrira maintenant ces obstacles, et les solutions que prévoit la présente invention.

Difficulte de détecter un bruit suspect en présence d'un bruit de fond
Un premier obstacle est que la dynamique acoustique d'un lieu (c'est-à-dire les intensités de crête que peut atteindre le bruit ambiant) peut varier dans de fortes proportions selon le lieu, l'heure, et l'environnement (30 décibels entre le jour et la nuit dans certains cas). Ainsi, à mins bien entendu que l'on ait à surveiller un lieu clos et très calme, un bruit suspect ne pourrait être détecté quand le bruit de fond est trop important.

C'est pourquoi, dans la demande de brevet européen 481 693 précitée, il est dit que la détection de bruit est peu fiable (lignes 6 à 10 col. 4, lignes 46 à 48, col. 5), et il est proposé une manière particulière de combiner une détection de bruit et une détection d'infrasons permettant de diminuer le taux de fausses alarmes.

La demanderesse a constaté qu'en réalité, les résultats médiocres obtenus dans ce domaine proviennent de l'insuffisance de la méthode de détection classiquement utilisée. Si l'on se reporte à nouveau à la demande de brevet précitée, lignes 40 à 54, col. 3, il apparaît en effet que la méthode de détection consiste en une simple surveillance du niveau acoustique. On peut donc dire que dans l'art antérieur on ne cherche pas à détecter les bruits suspects, mais on cherche simplement à détecter le bruit, cette méthode étant vouée à 1 échec pour les applications que vise la présente invention.

Ainsi, encore un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un dispositif de détection d'intrusion qui permette de détecter de façon fiable un bruit suspect, même en présence d'un fort bruit de fond.

Pour atteindre cet objet, ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un procédé de détection d'intrusion utilisant au moins un microphone sensible dans le domaine des fréquences audibles, comprenant les étapes consistant réaliser un traitement du signal issu du microphone de manière à mettre en évidence une caractéristique du signal représentative de l'existence d'un bruit suspect et indépendante du bruit de fond, et déclencher une alarme lorsque au moins un bruit suspect est détecté.

Fondamentalement, la présente invention se distingue donc de l'état de la technique en ce qu'elle prévoit un véritable traitement du signal délivré par le microphone, et non une simple détection du niveau acoustique. Par traitement du signal, on entend dans la présente demande de brevet le fait de réaliser une ou plusieurs opérations permettant d'extraire du signal une caractéristique qui n'est pas directement accessible en ce qu'elle est indépendante du bruit de fond. Ainsi, un système qui réaliserait une détection de bruit à partir d'une mesure de paramètres directement accessibles comme la fréquence du signal, I'amplitude, l'intensité,... ne serait pas un système basé sur un traitement du signal au sens de la présente invention.

Dès lors, grâce au moyen que constitue le traitement du signal, de nombreuses possibilités sont offertes pour détecter des bruits suspects. Selon un aspect de la présente invention, la demanderesse propose de mesurer les variations de l'énergie du signal capté par le microphone. En effet, après de nombreuses expérimentations, la demanderesse a découvert qu 'un bruit produit un accroissement rapide de l'énergie acoustique, quel que soit le bruit de fond. Le taux de variation instantanée de l'énergie du signal acoustique captée par le microphone (et non pas l'amplitude du signal ou l'amplitude de l'énergie du signal, qui dépendent toutes deux du bruit de fond) se révèle ainsi être un bon indicateur de l'existence d'un bruit suspect.

Plus particulièrement, selon un mode de réalisation du procédé ci-dessus décrit, le traitement du signal issu du microphone comprend les étapes consistant à mesurer la variation de l'énergie acoustique captée par le microphone, et comparer la variation de l'énergie acoustique à un seuil prédéterminé, un bruit étant détecté quand la variation de 1 'énergie acoustique est supérieure au seuil prédéterminé.

Avantageusement, le seuil prédéterminé est variable et choisi proportionnel à l'énergie acoustique captée par le microphone. De cette manière, le niveau de sensibilité de la détection de bruit s'ajuste automatiquement au bruit ambiant, et la détection devient indépendante des variations du bruit de fond.

Un avantage du procédé selon l'invention est qu'il peut être mis en oeuvre de façon simple et peu coûteuse par échantillonnage du signal issu du microphone, et traitement du signal échantillonné au moyen d'un microprocesseur.

Dans ce cas, le procédé ci-dessus décrit peut comprendre les étapes consistant à échantillonner le signal issu du microphone, et, à chaque réception d'une nouvelle valeur d'échantillonnage du signal issu du microphone, réaliser un traitement du signal portant sur un ensemble de n valeurs d'échantillonnage comprenant n-l valeurs précédentes d'échantillonnage et la nouvelle valeur d'échantillonnage.

Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend les étapes consistant à calculer, à chaque réception d'une nouvelle valeur d'échantillonnage, une valeur échantillonnée d'énergie à partir des n valeurs d ' échantillonnage, calculer le rapport de la différence à la somme de la valeur échantillonnée d'énergie correspondant à la nouvelle valeur d'échantillonnage et de la valeur échantillonnée d'énergie correspondant à la précédente valeur d'échantillonnage, et comparer le rapport de la différence à la somne à une constante prédéterminée, un bruit étant détecté lorsque le rapport est supérieur à la constante.

Difficulté de faire la distinction entre un bruit suspect et un bruit dont la source est extérieure à un périmètre de surveillance
Un autre préjugé classique défavorable à une détection d'intrusion par le bruit est de penser que des bruits extérieurs au périmètre de surveillance vont polluer la détection et déclencher de fausses alarmes. Ce point est en effet important si 1 'on souhaite surveiller un lieu non isolé acoustiquement de son environnement, ou mal isolé. La présente invention franchit ce préjugé supplémentaire en se basant sur la théorie de la propagation acoustique, qui indique que les composantes basse fréquence des bruits se propagent beaucoup plus loin que le composantes haute fréquence.Ainsi, une autre idée de la présente invention est de ne pas prendre en compte les basses fréquences, par exemple les fréquences inférieures à environ 1 kHz, dans le traitement du signal délivré par le microphone. De cette manière, les bruits éloignés ne sont pas détectés.

Plus particulièrement, selon un mode de réalisation du procédé décrit ci-dessus, les composantes basse fréquence du signal issu du microphone sont filtrées avant que le signal soit analysé, de telle sorte que les bruits présents dans les basses fréquences de la bande des fréquences audibles ne sont pas détectés. Bien entendu, on pourra choisir le seuil de rejet des fréquences graves en fonction de l'étendue de 1' aire à surveiller.

I1 doit être noté que le risque existe qu'un intrus tente de saturer progressivement le microphone au moyen d'une puissance source B.F., qui ne serait pas détectée en raison du filtrage des basses fréquences. L'intrus pourrait alors oeuvrer tranquillement à sa tâche.

La présente invention pallie à ce risque en prévoyant dans le procédé ci-dessus décrit les étapes consistant à calculer l'énergie acoustique totale captée par le microphone, y compris dans le domaine des basses fréquences de la bande des fréquences audibles, et déclencher impérativement une alarme quand ladite énergie totale est supérieure à une valeur de consigne.

Difficulté de déteriiuer la cause d'un bruit, c'est-à-dire de savoir si un bruit détecté est suspect au simplement accidentel
Un troisième préjugé défavorable à une détection d'intrusion par le bruit est de considérer comme inopérant de vouloir déclencher une alarme sur détection d'un bruit, étant donné qu'un bruit peut se produire accidentellement (par exemple un claquement de porte) sans qu'une intrusion en soit la cause.

La présente invention franchit ce dernier préjugé en se basant sur la constatation qu'une intrusion va obligatoirement engendrer plusieurs bruits rapprochés dans le temps. Ainsi, encore une autre idée la présente invention est de ne déclencher une alarme qu'auprès détection d'une pluralité de bruits, et à la condition que les bruits soient assez rapprochés dans le temps.

Plus particulièrement, la présente invention prévoit un procédé de détection d'intrusion dans lequel une alarme est déclenchée quand au moins deux bruits sont détectés.

Avantageusement, l'alarme est déclenchée à la condition que les bruits se soient produits dans un premier intervalle de temps prédéterminé.

Selon un mode de réalisation, une alarme est déclenchée quand au moins trois bruits sont détectés, et à la condition que chaque bruit se soit produit dans un deuxième intervalle de temps prédéterminé à compter du bruit précédent.

Une fausse alarme risquerait toutefois d'être déclenchée si un événement accidentel et isolé produisait une succession de bruits rapprochés. I1 pourrait s'agir par exemple de la chute d'un objet qui rebondit. I1 pourrait également s'agir des échos d'un bruit accidentel, si l'acoustique du lieu à surveiller est propice à de tels échos.

Pour pallier ce risque, lorsqu'un bruit est détecté, un bruit suivant n'est pas pris en compte pour le déclenchement d'une alarme s'il se produit immédiatement après le bruit précédemement détecté, dans un troisième intervalle de temps très bref et sensiblement inférieur aux premier ou deuxième intervalles de temps.

La présente invention prévoit également un dispositif de détection d'intrusion, comprenant au moins un microphone sensible dans la bande des fréquences audibles, des moyens de réception du signal émis par le microphone, agencés pour détecter des bruits, des moyens pour déclencher une alarme quand au moins un bruit est détecté, dispositif dans lequel les moyens de réception du signal comprennent des moyens d'analyse et de traitement du signal, agencés pour détecter une caractéristique du signal représentative d'un bruit suspect et indépendante du bruit de fond.

Selon un mode de réalisation, les moyens d'analyse et de traitement du signal comprennent des moyens de filtrage des composantes basse fréquence dans la bande des fréquences audibles du signal émis par le microphone, et des moyens de détermination de la variation de l'énergie du signal et de comparaison de la variation d'énergie à un seuil prédéterminé.

Avantageusement, les moyens d'analyse et de traitement du signal comprennent un microprocesseur, recevant en entrée le signal issu du microphone par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique, et une mémoire programme, contenant des instructions de commande du microprocesseur.

Avantageusement, il est prévu des moyens pour relier le microphone à un dispositif d'écoute.

Ces objets, caractéristiques, avantages ainsi que d'autres de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de mise en oeuvre du procédé de la présente invention au moyen d'un microprocesseur, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
- la figure 1 représente sous forme de blocs un dispositif de détection d'intrusion selon l'invention, comprenant un microprocesseur et une mémoire programme.

- la figure 2 est un organigramme de programmation du microprocesseur de la figure 1 et représente les principales étapes d'un procédé de détection de bruits conforme à la présente invention,
- la figure 3 est un organigramme de programmation du microprocesseur de la figure 1 et représente les principales étapes d'un procédé de déclenchement d'une alarme après détection de bruits conforme à la présente invention,
- la figure 4a représente un signal capté par un microphone, après échantillonnage et filtrage des basses fréquences,
- la figure 4b représente une courbe d'énergie échantillonnée calculée à partir du signal de la figure 4a, et
- la figure 4c représente une courbe de variation d'énergie calculée à partir de la courbe de la figure 4b.

La figure 1 représente un dispositif 1 de détection de bruits suspects conforme à la présente invention, comprenant un microphone 2 délivrant un signal électrique 20, des moyens pour réaliser un traitement du signal 20, ici un microprocesseur 3 et une mémoire programme 4 de type EPROM, et un dispositif d'alarme 5 classique, comportant par exemple une alarme acoustique, des voyants lumineux,.. La mémoire 4 contient un programme conforme au procédé selon l'invention, qui sera décrit plus loin en relation avec les figures 2 et 3. Le microphone 2 est placé dans un lieu à surveiller et le signal électrique 20 est envoyée vers le microprocesseur 3 par l'intermédiaire d'un interrupteur 6 et d'une chaîne d'échantillonnage 7.L'interrupteur 6 est optionnel et permet, en cas d'alarme, d'aiguiller la sortie du microphone vers un dispositif d'écoute 8 comprenant par exemple un amplificateur 9 et un haut parleur 10. La chaîne d'échantillonnage 7 comprend, en série, un amplificateur échantillonneur-bloqueur 7-1 à gain réglable et un convertisseur analogique/numérique 7-2 dont la sortie est appliquée au microprocesseur 3. Les fréquences élevées n' étant pas indispensables à la détection de bruits, la fréquence d'échantillonnage peut être choisie aux alentours de 10 kHz.

Ainsi, en vertu du théorème de Shannon, le dispositif 1 ne détectera pas les fréquences supérieures à 5 kHz.

Les figures 2 et 3 représentent, sous forme d'organigrammes, les étapes principales du programme contenu dans la mémoire 4. La figure 2 représente des étapes de traitement du signal délivré par le microphone 2, allant depuis l'acquisition par le microprocesseur 3 des données numérisées jusqu'à la détection d'un bruit suspect. La figure 3 représente des étapes au cours desquelles le microprocesseur 3 détermine si une alarme doit être ou non déclenchée, en fonction du nombre de bruits suspects enregistrés et des intervalles de temps écoulés entre ces bruits.

On décrira tout d'abord les étapes de détection d'un bruit suspect, en relation avec la figure 2.

Détection d'un bruit suspect
Le procédé représenté sur la figure 2 comprend des étapes 50 à 140 que l'on décrira selon un ordre croissant. Ces étapes sont réalisées et répétées cycliquement par le microprocesseur 3.

Les références 51, 52, 53 désignent des registres utilisés par le microprocesseur 3 pour stocker des données numériques, par exemple des registres à décalage.

Etape 50. Le microprocesseur 3 reçoit de la chaîne d'échantillonnage 7 une nouvelle valeur d'échantillonnage xi par exemple de rang i= j+n, et la stocke dans le registre 51. Le registre 51 a une capacité de n échantillons et contient n-l valeurs précédemment échantillonnées xi=j, Xi=j+1, --Xi=j+(n-l) stockées au cours d'étapes 50 précédentes, auxquelles la nouvelle valeur xi=j+n est ajoutée. La valeur xi=j-l de plus bas rang du groupe des n échantillons qui figurait dans le registre 51 au cours du cycle précédent est supprimée.Ainsi, et c 'est un aspect de la présente invention qui permet une grande simplification du traitement du signal, on voit déjà que le microprocesseur travaille à partir d'une fenêtre temporelle glissante correspondant aux n valeurs des xi contenus dans le registre 51.

En d' autres termes, à chaque cycle, le microprocesseur n'a qu'un nombre limité de n valeurs échantillonnées à traiter.

Etape 60. Le microprocesseur calcule l'énergie totale Et du signal 20 transmis par le microphone, c ' est-à-dire l'énergie sur toute la bande des fréquences captées par le microphone.

L'énergie totale Et est calculée à partir des n valeurs des x contenus dans le registre 51, au moyen d'un algorithme classique, par exemple du type

Etape 70. Le microprocesseur compare la valeur de l'énergie totale Et à un seuil de consigne Emax. Si Et est supérieure à Emax, le microprocesseur va à l'étape 80, sinon le microprocesseur va à 1' étape 90.

Etape 80. Le microprocesseur déclenche une alarme en activant le dispositif 5 de la figure 1 et revient à l'étape 50, où il va saisir une nouvelle valeur d'échantillonnage Xi de rang i=j+(n+l) et recommencer un nouveau cycle.

Etape 90. Le microprocesseur reprend les n valeurs xi stockées dans le registre et les traite de manière à réaliser un filtrage point par point des fréquences graves. A cet effet, le microprocesseur utilise un algorithme classique, par exemple du type filtrage numérique à réponse impulsionnelle selon la relation suivante

où yi représente l'une des n valeurs filtrées obtenues à partir des n valeurs d' échantillonnage xi, et ai les coefficients de filtrage. La relation (2) est calculée pour chaque yi sur un ensemble de m échantillons inférieur à n, par exemple égal à 20 si n est choisi égal à 1000. Les n valeurs filtrées yi, allant de à à yi=j+n sont rangées par le microprocesseur dans le registre 52.

Pour fixer les idées, la figure 4a montre un exemple de la courbe du signal 20 délivré par le microphone 2, après échantillonnage et filtrage des fréquences graves. Cette courbe est constituée des valeurs filtrées yi. En fait, comme on l'a déjà indiqué plus haut, le microprocesseur à un instant donné ne connaît qu'une portion de cette courbe selon une fenêtre temporelle de largeur nAT correspondant aux n valeurs des yi stockées dans le registre 52, AT étant la période d'échantillonnage.

Etape 100. Le microprocesseur calcule une valeur échantillonnée d'énergie Eyn du signal 20 pour le dernier point échantillonné et filtré Yj+n. Le calcul est fait de la même manière qu'à l'étape 60 mais ici à partir des n valeurs filtrés yi stockées dans le registre 52. La valeur échantillonnée d'énergie est est stockée dans le registre 53 où se trouve une autre valeur d'énergie Ey(n-l calculée au cours de 1 'étape 100 du cycle précédent. Différents types d'algorithmes de calcul numérique peuvent être prévus pour le calcul de E. On utilisera par exemple un algorithme de calcul d'énergie par méthode RMS (Root
Mean Square) selon la relation suivante

ou un algorithme de calcul d'énergie par la méthode de la moyenne des valeurs absolues selon la relation suivante

L'homme de l'art notera ici que ce que l'on appelle calcul de 1 'énergie dans la présente demande de brevet correspond en fait à un calcul ou une mesure de valeurs représentatives de l'énergie acoustique captée par le microphone, et non à un calcul ou une mesure de la valeur effective de l'énergie.En effet, et comme cela apparaîtra plus clairement par la suite, on va s'intéresser aux variations de l'énergie et non à l'énergie prise en ellemême. D'autre part, l'intérêt de réaliser un traitement du signal basé sur une mesure de l'énergie (au sens de la présente invention) est notamment de s'affranchir des irrégularités et des pics instantanés du signal acoustique capté par le microphone, qui peuvent être importants. Cet avantage apparaît clairement sur la figure 4b qui représente une courbe 30 de l'énergie du signal 20 de la figure 4a, composée de valeurs échantillonnées d'énergie Calculées par le microprocesseur au cours d'un grand nombre de cycles. On voit que cette courbe est homogène et ne présente pas les irrégularités du signal de la figure 4a.De plus, et c'est aussi un aspect de la présente invention permettant une grande simplification du traitement du signal issu du microphone et 1 'utilisation d'un microprocesseur comme moyen de calcul simple et peu coûteux, le microprocesseur ne garde pas en mémoire ensemble des valeurs de cette courbe. Le microprocesseur ne connaît à un instant donné que la valeur Eyn qui vient d'être calculée et une valeur Ey(n-1) calculée au cycle précédent, Eyn et
Ey(n-l) étant stockées dans le registre 53.

Etape 110. Le microprocesseur calcule l'énergie moyenne E du signal à partir des deux valeurs échantillonnées d'énergie Eyn et Ey(n-l) selon la relation suivante
E yn + E yi)
(5) E = 2
Etape 120. Le microprocesseur compare l'énergie E à une valeur de seuil minimum Emin. Si E est inférieur à Emin, énergie acoustique reçue par le microphone est très faible et l'étape 130 décrite plus loin ne peut pas être réalisée. Le microprocesseur retourne alors à l'étape 50 et démarre un nouveau cycle. Si E est supérieur à Emin, le microprocesseur va à 1' étape 130.

Etape 130. Le microprocesseur calcule la variation relative hE/E de l'énergie E du signal à partir des deux valeurs échantillonnées d'énergie Eyn et Ey(nw selon la relation suivante dans laquelle le terme E est donné par la relation (5)

représentant la variation de l'énergie E pendant une période d' échantillonnage.

Etape 140. Cette étape permet au microprocesseur de savoir si un bruit suspect s'est produit ou non. Le microprocesseur compare la variation relative hE/E à une constante prédéterminée
K. Si hE/E est supérieure à K, cela signifie qu'un bruit suspect est détecté et le microprocesseur va vers une étape 150 qui sera décrite plus loin en relation avec la figure 3. Sinon, le microprocesseur démarre un nouveau cycle de surveillance et retourne à l'étape 50.

Le procédé selon la présente invention sera mieux compris en se référant maintenant aux figures 4a, 4b, et à la figure 4c, qui représente une courbe 40 des variations relatives hE/E de l'énergie du signal. Sur la figure 4a, le signal 20 issu du microphone (après échantillonnage et filtrage) présente cinq pics d'amplitude pl, p2, p3, p4, pS. Le pic pl est isolé et correspond à une variation transitoire du bruit de fond. Les pics p2 à p5 sont groupés et sont dus à un bruit suspect se produisant dans le lieu à surveiller. On voit que si l'on prend comme critère de détection d'un bruit suspect un seuil A prédéterminé, le pic pl qui dépasse le seuil A sera considéré, de manière erronée, comme représentatif d'un bruit suspect.La présente invention en prévoyant un traitement du signal permet d'éviter ce genre d' erreur qui est l'un des inconvénients de l'art antérieur. Si l'on se réfère maintenant à la courbe d'énergie 30 de la figure 4b, on voit que le pic pl du signal 20 correspond à un pic d'énergie pl', et les pics groupés p2 à p5 à un pic d'énergie p2'. Par ailleurs, l'aspect de la courbe 30 montre que le bruit de fond est assez important dans le lieu à surveiller, les points les plus bas de la courbe étant à un niveau d'énergie non nul et non négligeable.Si l'on prend maintenant comme critère de détection d'un bruit suspect un seuil d'énergie A' tel que représenté sur la figure 4b, le pic pl' qui dépasse le seuil A' en raison du fort bruit de fond sera considéré, de manière erronée, comme représentatif d'un bruit suspect. De plus, si le bruit de fond augmente, l'ensemble de la courbe pourra se trouver au-dessus du seuil A'. C'est pourquoi la présente invention prévoit de détecter un bruit suspect en référence aux variations de l'énergie acoustique, et non en référence à l'intensité ou 1 'énergie acoustique. L'avantage apparaît sur la figure 4c où on voit que la courbe 40 de variation relative hE/E a toujours une valeur nulle, sauf en cas de variation instantanée de l'énergie
E.De plus, la variation instantanée du bruit de fond, qui correspond au pic pl' de la figure 4b, correspond sur la figure 4c à un pic pl" qui est en dessous d'un seuil K représentant la constante prédéterminée K. Ainsi, le microprocesseur ne détectera pas ce pic accidentel pl''. Par contre, le pic d'énergie p2' de la figure 4b correspond sur la figure 4c à un pic de variation relative p2" qui franchit le seuil K et sera considéré par le microprocesseur, à juste titre, comme représentatif d'un bruit suspect. En conclusion, on voit qu'une variation du bruit de fond ne peut pas produire un saut d'énergie aussi important que dans le cas d'un bruit suspect. Le procédé de détection selon la présente invention est donc insensible au bruit de fond. En pratique, K peut par exemple être choisie égale à 0.1, ce qui représente un saut de 10% au-dessus de l'énergie moyenne du signal due au bruit de fond, en une période d'échantillonnage.

Dans le procédé qui vient d'être décrit en relation avec la figure 2, l'étape de filtrage 90 est optionnelle et a pour objet de supprimer les fréquences graves et d'éliminer les bruits lointains et extérieurs au périmètre de détection. On pourra par exemple choisir une fréquence de coupure d'environ 800 à 1000 Hz.

Si 1'on prévoit l'étape 90 dans le programme du microprocesseur, il est avantageux de prévoir également, dans un souci de sécurité, les étapes préliminaires 60 et 70 de calcul de l'énergie totale Et (c'est-à-dire l'énergie toutes fréquences comprises), et de comparaison de Et avec la consigne Emax. En effet, un intrus pourrait tenter de saturer le microphone 2 au moyen d'une puissante source basse fréquence, pour inhiber le dispositif 1. Dans la pratique, la consigne Emax sera déterminée expéflmentalement en fonction du gain de la chaîne d'échantillonnage 7.

Par ailleurs, l'utilité de l'étape 120 est d'éviter d'aller à 1 'étape 130 quand l'énergie moyenne E est trop faible pour figurer au dénominateur du terme hE/E. En effet, si le bruit de fond est quasiment nul, E est proche de O et la moindre variation non nulle hE de l'énergie pourrait conduire à hE/E > K, et être considérée carme un bruit suspect. Dans la pratique, Emin sera par exemple une fraction de Emax.

L'home de 1 'art notera qu'une manière équivalente de réaliser le test de bruit suspect selon 1' F invention est de comparer la variation AE de l'énergie à un seuil de variation d'énergie A'= KE proportionnel au bruit de fond. En effet, la condition de détection d'un bruit suspect hE/E > K peut aussi sUexprimer sous la forme #E > KE. En résumé, on peut soit comparer la variation relative hE/E à une constante fixe K, soit comparer la variation hE à un seuil relatif KE.

Encore une autre variante de la présente invention est de prévoir un test sous la forme hE - KE > K', K' étant une constante. Dans ce cas, on réalise en un seul test l'équivalent du test de l'étape 120 et du test de détection de bruit de l'étape 130.

Par ailleurs, en raison de la cadence d'échantillonnage rapide de période AT constante (égale à 0.1 milliseconde pour une fréquence d'échantillonnage de 10 kHz), le fait de calculer = = Eyn - Ey(n-l) revient à faire un calcul de la dérivée mathématique de l'énergie du signal, c'est-à-dire la pente de la courbe d'énergie de la figure 4b. Ainsi, dans la présente demande de brevet, le terme variation de l'énergie désigne la variation hE instantanée ou quasi instantanée de l'énergie acoustique captée par le microphone, se produisant dans un intervalle de temps assez bref (ici la période d'échantillonnage
AT), et non la variation lente de l'énergie qui dépend des variations du bruit de fond.

D'autre part, fondamentalement, le test de détection de bruit suspect selon la présente invention consiste avant tout à comparer la variation instantanée hE de l'énergie E à un seuil, qu' il soit variable ou fixe. Le fait de comparer AE à un seuil variable KE proportionnel à 1 'énergie moyenne apporte 1 'avantage supplémentaire d'ajuster automatiquement la sensibilité du système au bruit de fond, car les sauts d'énergie provoqués par le bruit de fond sont susceptibles d'être de pente plus raide quand le bruit de fond est élevé.

Enfin, il ressort de la description ci-dessus que la variation de l'énergie qui est mesurée est relative aux fronts de montée de l'énergie, et non aux fronts de descente. En effet, après de nombreuses expérimentations, la demanderesse a constaté qu'un bruit suspect produit un front de montée d'énergie très raide, alors que le front de descente qui suit est généralement plus doux. Toutefois, un système basé sur la détection des fronts de descente, bien que donnant des résultats plus médiocres, entrerait dans le cadre de la présente invention.

On vient de décrire un procédé permettant de détecter de façon fiable un bruit suspect. Lorsqu' un bruit est détecté, il est donc possible de déclencher une alarme. Mais un tel bruit peut avoir une cause accidentelle. Pour pallier le risque de voir une alarme se déclencher en raison d'un bruit accidentel, la présente invention prévoit procédé de déclenchement d'alarme qui apporte un degré de qualité supplémentaire dans la fiabilité de la détection des intrusions. Ce procédé sera maintenant décrit en relation avec la figure 3.

Corrélation des bruits en vue du déclonnhomrnt d'une alarme
La figure 3 représente des étapes 150 à 210 au cours desquelles le microprocesseur, après avoir détecté un bruit durant les étapes 50 à 140 précédemment décrites, va décider si une alarme doit être ou non déclenchée. Sur la figure 3, la référence 54 désigne un registre utilisé par le microprocesseur pour comptabiliser les bruits avant de déclencher une alarme. Le contenu du registre 54 est représenté sous forme de lignes, chaque ligne contenant une indication sur F l'heure à laquelle un bruit s'est produit (par exemple tl). Par ailleurs, pour faciliter la compréhension de la description ci-après, le même registre 54 est représenté selon quatre configurations distinctes
A, B, C, D.Enfin, les traits en pointillés ont uniquement pour but de montrer les relations qui existent entre les configurations A à D du registre 54 et les étapes du procédé.

Etape 150. Après avoir détecté un bruit à l'étape 140 de la figure 2, le microprocesseur inspecte le registre 54. Si un bruit a déjà été enregistré dans le registre 54 au cours d'un cycle précédent, le microprocesseur va à l'étape 170. Sinon, le microprocesseur va à 1 'étape 160.

Etape 160. Le microprocesseur charge dans le registre 54 une valeur tl représentant l'instant présent, efface toute autre information qui pourrait s'y trouver et retourne à 1' étape 50 pour démarrer un nouveau cycle de détection.

Etape 170. Le microprocesseur arrive à cette étape si le registre 54 contient déjà au moins une donnée t représentative de 1'instant où un bruit s 'est précédemment produit. Le microprocesseur calcule le temps T-t (T représentant l'instant présent) qui s 'est écoulé depuis le bruit précédent et comparue le temps écoulé à une constante de temps de corrélation Tmax. Si T-t est supérieur à Tmax, cela signifie que les deux bruits ne sont pas corrélés (c'est-à-dire trop éloignés dans le temps pour avoir une cause commune). Le bruit précédemment enregistré doit être considéré comme un bruit isolé et accidentel. Le microprocesseur va donc à l'étape 160 où toute indication concernant le bruit précédent sera effacée.Si T-t n'est pas supérieur à Tmax, le microprocesseur va à l F étape 180. Tmax peut par exemple être choisi égal à 1 seconde.

Etape 180. Le microprocesseur compare maintenant le temps écoulé T-t depuis le précédent bruit à une constante de temps d'oubli Trin, qui peut être choisie de quelques dixièmes de secondes. Si T-t est inférieur à Train, cela signifie que le bruit présent et très proche du bruit précédemment détecté. Il peut s'agir d'un écho du bruit précédent, ou d'un bruit de rebond d'un objet tombé accidentellement. Dans ce cas, le microprocesseur oublie le bruit qui vient d'être détecté, c'est-à-dire n ' enregistre pas ce bruit dans le registre 54, et retourne directement à l'étape 50. Si T-t est supérieur à Tintin, le microprocesseur va à 1' étape 190.

Etapes 190, 200 et 210. Au cours de l'étape 190, le microprocesseur va compter le nombre total de bruits détectés et le caner à une valeur N à partir de laquelle on accepte de déclencher une alarme. Ici, on a choisi N = 3. Ainsi, si deux bruits ont déjà été enregistrés dans le registre 54 (configuration C) au cours des cycles précédents, le total des bruits est égal à 3. Le microprocesseur va alors à l'étape 210 où il va activer le dispositif d'alarme 5 de la figure 1, vider le registre 54 (configuration D) puis retourner à 1 'étape 50. Si un seul bruit figure dans le registre 54, le microprocesseur va à l'étape 200 où il va ajouter une information t2 représentant 1 'instant présent (configuration B) avant de retourner à 1 'étape 50.

Bien entendu, le présent procédé de déclenchement d' alarme est susceptible de nombreuses variantes et modes de réalisation.

D ' une part, la règle générale du procédé est d ' enregistrer un certain nombre de bruits, puis de regarder si ces bruits se sont produits dans un intervalle de temps déterminé Tref. Dans le mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, la corrélation des bruits est examinée pour chaque nouveau bruit relativement au bruit précédent, selon le temps Tmax. Commue le nombre N de bruits requis pour déclencher une alarme a été choisi égal à 3, il vient que Tref = 2Tmax.

D'autre part, au lieu de prendre un temps d'oubli Tmin et un temps de corrélation Tmax fixes, on peut prévoir que ces paramètres soient variables et évoluent selon le nombre de bruits déjà enregistrés. Par exemple, Tmax pourrait augmenter au fur et à mesure que le nombre de bruit enregistrés augmente, de manière à relâcher l'exigence de corrélation au fur et à mesure que la probabilité d'une intrusion augmente. De la même manière, le temps d'oubli Tmin pourrait diminuer progressivement avec le nombre de bruits enregistrés. On sait en effet que lorsqu'un objet tombe, les bruits de rebonds sont de plus en plus rapprochés.

Enfin, il entrerait dans le cadre de la présente invention de prograrmrer le microprocesseur de manière à lui conférer une capacité d'auto-apprentissage à des conditions particulières de fonctionnement, comme on sait déjà de faire pour la conception de systèmes dits experts . Par exemple, au lieu de fixer à 1 'avance la constante K, qui sert de référence à la détection d'un bruit suspect, le microprocesseur pourrait choisir la valeur de cette constante après une période d'apprentissage sur le terrain pendant laquelle on laisserait un certain nombre d' alarmes se déclencher jusqu'à ce que le système ne soit plus sensible aux événements sonores ayant déclenché ces alarmes.

Par ailleurs, le dispositif 1 de la figure 1 peut comprendre plusieurs microphones en parallèle. On peut aussi prévoir plusieurs voies de détection et faire fonctionner le microprocesseur en temps partagé sur ces diverses voies.

Egalement, on peut utiliser d'autres types de transducteurs électroacoustiques aptes à détecter des bruits,.

Enfin, dans la présente demande de brevet, le procédé de traitement du signal issu du microphone a été mis en oeuvre de façon simple au moyen d'un microprocesseur. Il est à la portée de l'homme de l'art de prévoir d'autres modes de réalisation, par exemple en logique câblée, au moyen de circuits analogiques, ou encore par l'élaboration d'un circuit intégré spécifique de type
ASIC. De plus, le dispositif d'alarme selon l'invention peut être combiné, en vue du déclenchement d'une alarme, avec d'autres dispositifs d'alarme de types différents.

Des essais réalisés avec le dispositif selon l'invention ont donné des résultats surprenants. Placé dans une cour d'immeuble à proximité d'une voie où circulent de ncmbreux véhicules, le dispositif ne déclenche pas d'alarme. Par contre, si un événement se produit à F l'intérieur du périmètre de surveillance (par exemple plusieurs bruits rapprochés se produisant dans la cour), une alarme se déclenche. Ainsi, le dispositif selon l'invention s'applique effectivement à la surveillance de lieux extérieurs. Il F s'adapte automatiquement au bruit de fond ambiant et ne nécessite pour l'utilisateur aucun réglage de sensibilité.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Procédé (50 à 210) de détection d'intrusion utilisant au moins un microphone (2) sensible dans le domaine des fréquences audibles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant a: - réaliser un traitement (50 à 140) du signal (20) issu du microphone (2) de manière à mettre en évidence une caractéristique dudit signal représentative de l'existence d'un bruit suspect et indépendante du bruit de fond, et - déclencher une alarme (150 à 210) lorsque au moins deux bruits suspects sont détectés.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit traitement du signal (20) issu du microphone (2) comprend les étapes consistant à - mesurer (100, 110, 130) la variation (E) de l'énergie acoustique (E) captée par le microphone, et - comparer (140) la variation (hE) de l'énergie acoustique à un seuil (KE) prédéterminé, un bruit étant détecté quand la variation (E) de l'énergie acoustique est supérieure audit seuil (KE) prédéterminé.

3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit seuil prédéterminé (KE) est variable et choisi proportionnel (K) à l'énergie acoustique (E) captée par le microphone.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les composantes basse fréquence du signal (20) issu du microphone (2) sont filtrées (90) avant que le signal soit analysé, de telle sorte que des bruits présents dans les basses fréquences de la bande des fréquences audibles ne sont pas détectés.

5. Procédé selon la revendication 4, comprenant les étapes consistant à - calculer (60) l'énergie acoustique totale (Et) captée par le microphone (2), y compris dans le domaine des basses fréquences de la bande des fréquences audibles, - déclencher impérativement une alarme (80) quand ladite énergie totale (Et) est supérieure (70) à une valeur de consigne (Emax).

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant les étapes consistant à - échantillonner le signal (20) issu du microphone, et - à chaque réception (50) d'une nouvelle valeur (xi=j+n) d' échantillonnage du signal issu du microphone, réaliser un traitement (50 à 140) dudit signal portant sur un ensemble de n valeurs d'échantillonnage (xi=j, Xi=j+1 Hz Hz Xij+n) comprenant n-l valeurs précédentes d'échantillonnage et la nouvelle valeur d'échantillonnage (Xj=j+n).

7. Procédé selon la revendication 6, comprenant les étapes consistant à - calculer (100), à chaque réception d'une nouvelle valeur d'échantillonnage (Xi=j+n), une valeur échantillonnée d'énergie (Eyn) à partir desdites n valeurs d'échantillonnage, - calculer (110, 130) le rapport (åE/E) de la différence (tE) à la somme (E) de la valeur échantillonnée d'énergie (Eyn) correspondant à la nouvelle valeur d'échantillonnage et de la valeur échantillonnée d'énergie (Ey(n-1)) correspondant à la précédente valeur d'échantillonnage, et - comparer (140) ledit rapport (åE/E) de la différence à la somme à une constante prédéterminée (K), un bruit étant détecté lorsque ledit rapport (åE/E) est supérieur à ladite constante(K).

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une alarme est déclenchée à la condition que lesdits au moins deux bruits se soient produits dans un premier intervalle de temps prédéterminé (Tref).

9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel une alarme est déclenchée (210) quand au moins trois bruits sont détectés (190), et à la condition chaque bruit se soit produit dans un deuxième intervalle de temps prédéterminé (Tmax) à compter du bruit précédent.

10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel, lorsque un bruit est détecté, un bruit suivant n'est pas pris en compte (180) pour le déclenchement d'une alarme s'il se produit immédiatement après le bruit précédemment détecté, dans un troisième intervalle de temps (Tmin) très bref et sensiblement inférieur audits premier (Tref) ou deuxième (Tmax) intervalles de tempos.

11. Dispositif (1) de détection d'intrusion, comprenant - au moins un microphone (2) sensible dans la bande des fréquences audibles, - des moyens (3, 4, 7) de réception du signal (20) émis par le microphone, agencés pour détecter des bruits, - des moyens (3, 4, 5) pour déclencher une alarme quand au moins un bruit est détecté, caractérisé en ce que lesdits moyens de réception du signal (20) sont des moyens (3, 4, 7) de traitement et d'analyse dudit signal, agencés pour détecter une caractéristique (åE/E) dudit signal représentative d'un bruit suspect et indépendante du bruit de fond.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement et d'analyse du signal comprennent :

- des moyens (3, 4, 7, 90) de filtrage des composantes basse fréquence dans la bande des fréquences audibles du signal émis par le microphone, - des moyens (3, 4, 7, 100 à 140) de détermination de la variation (åE) de l'énergie du signal délivré par les moyens de filtrage, et de comparaison de la variation d'énergie à un seuil prédéterminé (KE).

13. Dispositif de détection d'intrusion selon l'une des revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (3, 4, 7, 60, 70) pour calculer l'énergie acoustique totale (Et) captée par le microphone, y compris dans le domaine des basses fréquences de la bande des fréquences audibles, et déclencher une alarme lorsque ladite énergie totale (Et) est supérieure à une valeur de consigne (Emax).

14. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce lesdits moyens de traitement et d'analyse du signal comprennent - un microprocesseur (3), recevant en entrée le signal (20) issu dudit microphone (2) par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique (7, 7-1, 7-2), - une mémoire programme (4), contenant des instructions de commende du microprocesseur.

15. Dispositif selon 1 'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6) pour relier ledit microphone (2) à un dispositif d'écoute (8, 9, 10).