FR3133252A1 - Procédé de détection et discrimination de gestes - Google Patents

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Abstract

Procédé de discrimination de gestes utilisateur, mis en œuvre au sein d’un véhicule automobile pour piloter un déverrouillage d’un ouvrant lorsqu’un geste prédéterminé volontaire est détecté, comprenant : - obtenir un signal de base, représentant une évolution d’un décalage Doppler déterminé suite à une émission d’un signal radiofréquence incident et une réception d’écho, - décomposer le signal de base en une première composante (Cp1) en sortie d’un filtre passe-bas, et par complément une deuxième composante (Cp2) - appliquer à la première composante un premier algorithme (Algo1), pour obtenir un premier résultat de discrimination, - appliquer à la deuxième composante un deuxième algorithme (Algo2), pour obtenir un deuxième résultat de discrimination, le deuxième algorithme comportant un calcul récurrent d’écart-type (σ(k)) réalisé à partir d’une suite de valeurs de la deuxième composante et le deuxième résultat de discrimination indiquant un geste volontaire lorsque le calcul d’écart-type est inférieur à un seuil prédéterminé. Figure de l’abrégé : Figure 4

Description

Procédé de détection et discrimination de gestes Domaine technique et contexte
La présente invention est relative aux procédés de détection et discrimination de gestes, ainsi qu’aux systèmes les mettant en œuvre. Il est question notamment des gestes faits par un utilisateur de véhicule pour déclencher une opération d’ouverture d’un ouvrant, par exemple le coffre ou le hayon ou bien une porte coulissante.
Art antérieur
Il est connu d’utiliser un capteur radar pour détecter des mouvements, avec un algorithme de discrimination pour identifier un geste effectué volontairement par l’utilisateur, par exemple du document WO2020237348.
Une application maintenant assez répandue concerne la commande d’ouverture du coffre/hayon, par un mouvement de pied effectué par l’utilisateur sous le parechoc arrière du véhicule. Une autre application consiste au déverrouillage et/ou à l'ouverture d'une porte coulissante à partir d'un geste effectué par un utilisateur situé à proximité du pilier intermédiaire latéral (‘B-pillar’, en anglais).
Dans les solutions connues, il est assez difficile d’éviter certains faux positifs, par exemple lorsque l’utilisateur marche derrière le pare choc, sans volonté de déclencher l’ouverture du coffre/hayon, ou à l’inverse d’éviter des non-détections d’un geste pourtant fait volontairement par l’utilisateur.
Les inventeurs ont cherché à améliorer la performance de la discrimination.
A cet effet, selon la présente divulgation, il est proposé ici un procédé de détection et de discrimination de gestes, destiné à être mis en œuvre au sein d’un véhicule automobile pour piloter une ouverture et/ou un déverrouillage d’un ouvrant lorsqu’un geste prédéterminé volontaire est détecté, ledit geste étant réalisé par un utilisateur, notamment par une main, un pied, un bras ou une jambe de l’utilisateur, le procédé étant mis en œuvre par au moins un module de traitement de signal, et comprenant les étapes suivantes:
d/ obtenir un signal de base, Sdp(t), représentant en fonction du temps une évolution d’un décalage Doppler déterminé suite à une émission d’un signal radiofréquence incident et une réception de signal radiofréquence retour formant écho,
e/ décomposer le signal de base en une première composante obtenue à la sortie d’un filtre passe-bas, et une deuxième composante obtenue en soustrayant la première composante au signal de base,
f/ appliquer à la première composante un premier algorithme de discrimination, pour obtenir un premier résultat de discrimination, relatif à la détection d’un geste prédéterminé,
g/ appliquer à la deuxième composante un deuxième algorithme de discrimination, pour obtenir un deuxième résultat de discrimination relatif à la discrimination entre un geste volontaire ou non,
le deuxième algorithme de discrimination comportant un calcul récurrent d’écart-type réalisé à partir d’une suite temporelle de valeurs de la deuxième composante et sur une fenêtre temporelle glissante,
le deuxième résultat de discrimination indiquant un geste volontaire lorsque le calcul récurrent d’écart-type prend des valeurs inférieures à un seuil prédéterminé.
Grâce aux dispositions ci-dessus, un tel traitement de la deuxième composante permet d’améliorer la discrimination de l’aspect volontaire ou involontaire d’un geste détecté. En pratique, le premier algorithme de discrimination fournit un premier résultat sur la correspondance du signal Doppler généré avec une signature d’un geste volontaire attendu, et on vient affiner la discrimination grâce au deuxième algorithme de discrimination, qui travaille sur une composante d’ordre 2 du signal de base. Un signal volontaire présente en effet un écart-type réduit par rapport à celui correspondant à des pas le long du parechoc ou un piétinement à cet endroit.
On remarque que lorsque l'utilisateur effectue un geste non volontaire, l’utilisateur n’est pas forcément placé exactement face au capteur et on va généralement détecter la superposition de plusieurs gestes, par exemple la superposition d’un signal de déplacement de la jambe droite et un signal de déplacement de la jambe gauche. Le critère proposé sur le résultat de calcul de l’écart-type peut être extrapolé à de nombreuses situations similaires ou analogues.
La décision est prise quasiment en temps réel, la mise en œuvre du second algorithme n’augmente pas significativement le temps de calcul et de décision.
On évite d’avoir à faire appel à des réseaux de neurones ou à des algorithmes complexes.
Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres.
Selon un aspect, il peut être prévu les étapes préalables suivantes :
a/ émettre un signal radiofréquence incident, vers une zone de détection (ZD),
b/ recevoir en retour un signal radiofréquence retour, provenant de la réflexion du signal radiofréquence incidents sur des éléments situés dans la zone de détection,
c/ déterminer un décalage en fréquence, nommé décalage Doppler, entre le signal radiofréquence incident et le signal radiofréquence retour, le décalage Doppler étant fonction d’un mouvement desdits éléments situés dans la zone de détection, et construire le signal de base Sdp(t).
Ledit signal radiofréquence retour correspond au signal formant écho mentionné ci-dessus, utilisé à l’étape d/ du procédé selon l’invention.
Selon un aspect, le signal de base Sdp(t) peut se présenter sous forme numérique, c’est-à-dire sous la forme d’une suite temporelle de valeurs (S(n)), de préférence avec un nombre d’échantillons par seconde (Pn) compris entre 500 et 2000.
Ceci confère à la solution promue souplesse et polyvalence, et la solution peut convenir à de multiples applications ; on forme un compromis pertinent entre finesse du processus et la taille de mémoire requise.
Selon un aspect, les étapes d/ à g/ sont préférentiellement réalisées à partir d’un signal numérique, et optionnellement l’étape c/ pourrait aussi être réalisée en mode numérique. Ainsi la partie matérielle est réduite uniquement aux signaux de fréquence élevée et tout le reste est traité par des solutions numériques polyvalentes et faciles à adapter à plusieurs applications cibles.
Selon un aspect, la suite temporelle de valeurs (S(n)) peut être obtenue en sortie d’un module de transformée de Fourrier rapide (FFT). Des modules ou des composants spécialisés intégrant une telle FFT sont disponibles et peu onéreux. La solution est ainsi optimisée.
Selon un aspect, le calcul récurrent d’écart-type (σ(k)) réalisé à partir d’une suite temporelle de valeurs (U2(n)) peut être effectué un nombre Pk de fois par seconde, Pk étant compris entre 10 et 100. On peut par exemple réaliser le calcul récurrent d’écart-type 50 fois par seconde. La puissance de calcul nécessaire reste raisonnable du fait du sous échantillonnage de Pk / Pn.
Selon un aspect, la fenêtre glissante pour le calcul récurrent d’écart-type (σ(k)) présente une profondeur (ou largeur) comprise entre 0,1 seconde et 0,2 secondes.
Selon un aspect, il peut être prévu de faire le calcul d’écart-type sur un ensemble de 50 à 250 valeurs de S(n), notamment les plus récentes acquises.
Selon un aspect, la profondeur de fenêtre glissante peut être un paramètre de calibration défini en relation avec l’application cible de détection de gestes.
Selon un aspect, la profondeur de fenêtre glissante peut être une valeur adaptative obtenue par un processus d’auto-apprentissage.
Selon un aspect, la première composante peut être avantageusement recalée temporellement d’une valeur de retard introduite le filtre passe bas, avant d’être soustraite au signal de base pour obtenir la deuxième composante (Cp2).
On compense ainsi l’effet de retard du filtre passe bas, et la soustraction est réalisé sur des valeurs cohérentes. En pratique le retard du filtre passe bas correspond à 3 à 10 échantillons du signal S(n). Donc le retard à compenser est de l'ordre de quelques millisecondes.
Selon un aspect, le filtre passe-bas travaille sur une profondeur 2 à 10 valeurs échantillonnées S(n). Un tel calcul est très rapide et consomme peu de ressources mémoire.
Selon un aspect, le signal radiofréquence incident correspond à des ondes radar de fréquence comprises entre 1 GhZ et 90 GHz. Par exemple on peut utiliser la gamme des 6 GHz, ou la gamme des 10 GHz ou la gamme des 24 GHz ou la gamme des 60 GHz ou encore la gamme des 77 GHz.
Selon une option, les ondes électromagnétiques incidentes sont émises sous la forme d’une émission continue de signaux électromagnétiques, de préférence avec une fréquence porteuse prédéterminée et une amplitude constante. Ce principe est simple et peu coûteux en termes de matériel et de ressources requises.
Selon une autre option, on peut utiliser un procédé FMCW (pour « Frequency-Modulated Continuous-Wave »), dans lequel le signal radiofréquence émis est modulé en fréquence. Ceci permet d'avoir une information complémentaire sur la distance de l'objet mobile par rapport au capteur.
Selon un aspect, le seuil prédéterminé (ThA), auquel est comparé le calcul récurrent d’écart-type (σ(k)), est compris entre 10 Hz et 20 Hz. Une campagne de tests en conditions réelles peut être conduite sur un panel d'utilisateurs afin de déterminer quelle est la valeur seuil la plus pertinente pour discriminer entre l'aspect volontaire ou involontaire d'un geste.
Selon un aspect, le seuil prédéterminé (ThA) est un paramètre de calibration défini en relation avec l’application visée de détection de gestes. On peut ainsi rendre spécifique à une application particulière le seuil prédéterminé.
Selon un aspect, le seuil prédéterminé est une valeur adaptative obtenu par un processus d’auto-apprentissage. Par exemple le nombre de ré-essais de l'utilisateur qui précèdent une ouverture réussie, ou suivant le cycle d'utilisation courant du véhicule arrivée départ.
Selon un aspect, le premier algorithme de discrimination (Algo1) appliqué sur la première composante (Cp1) comprend la détermination et la comparaison à des valeurs ou à des courbes de référence des caractéristiques suivantes : l’amplitude, la fréquence et/ou la phase de la première composante (Cp1).
Selon un aspect, l'amplitude de la première composante est utilisée pour réveiller le module de détection, on évite ainsi de déclencher le scan sur des bruits de faible ampleur.
Selon un aspect, la fréquence de la première composante est utilisée pour la reconnaissance de gabarit (ou ‘pattern’) représentatif de gestes attendus.
Selon un aspect, la phase de la première composante est utilisée pour distinguer un mouvement d'approche ou un mouvement de recul.
Selon un aspect, il est prévu que le procédé peut comprendre en outre l’étape suivante :
h/ décider, en fonction des premier et deuxième résultats de discrimination, de la nature et du caractère volontaire ou non d’un geste accompli par l’utilisateur.
Selon un aspect, il est prévu que le procédé peut comprendre en outre une étape de formulation et transmission d’une consigne de déverrouillage et/ou ouverture d’un ouvrant de véhicule automobile, lorsqu’un geste prédéterminé et volontaire est identifié à l’étape h/.
Selon un aspect, le temps de réponse global entre le début du geste et la consigne de déverrouillage est inférieur à 1 seconde, de préférence inférieur à 750 millisecondes. L'utilisation du second algorithme de discrimination ne rallonge pas significativement le temps de réponse global au vu de l'utilisateur.
La présente demande a pour également pour objet un système de détection et de discrimination de gestes, caractérisé en ce qu’il est configuré pour mettre en œuvre un procédé selon l’invention, le système comprenant, au moins, un module de traitement de signal. Le module de traitement de signal est configuré pour recevoir en entrée le signal de base, Sdp(t), et pour fournir en sortie ledit premier résultat de discrimination et ledit deuxième résultat de discrimination. Le module de traitement de signal comporte de préférence au moins un processeur assorti d’au moins une mémoire et d’au moins un port d’entrée et/ou sortie. Le module de traitement de signal comporte avantageusement un microcontrôleur.
De manière avantageuse, le système selon l’invention comporte en outre module de captation muni d’un transducteur radar, ledit module de captation étant configuré pour la mise en œuvre des étapes a/ à c/ du procédé selon l’invention.
D’autres aspects, buts et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation de l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif.
L’invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels :
- la illustre une configuration où un utilisateur U réalise un geste avec le pied sous le pare-choc d’un véhicule afin de provoquer l’ouverture du hayon ou du coffre de ce véhicule,
- la représente un schéma bloc des circuits électroniques mis en jeu dans le procédé selon la présente invention,
- la et la montrent des chronogrammes illustrant les traitements et algorithmes de discrimination,
- la représente schématiquement les étapes du procédé selon la présente invention.
Description détaillée de modes de réalisation
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l'exposé, certains éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle.
Sur la est représenté un exemple de situation où le procédé selon l’invention est mis en œuvre. Un utilisateur de véhicule fait un geste avec son pied sous le parechoc 92 arrière pour déclencher une opération d’ouverture du coffre ou du hayon (ref. 94 ) dudit véhicule 90. Cette fonction permet un accès dit ‘mains libres’ à la zone intérieure du coffre, l’ouverture du coffre ou hayon étant déclenchée par la reconnaissance d’un geste prédéfini réalisé par le pied de l’utilisateur devant un capteur. Le geste peut consister en balayage latéral ou un ‘kick’ (balayage d’avant en arrière).
Dans d’autres configurations non représentées aux figures, le procédé selon l’invention peut concerner une commande d’ouverture d’une porte coulissante, par exemple au moyen d’un geste effectué avec la main positionnée devant un capteur, ledit capteur pouvant se situer à proximité de la poignée d’ouverture conventionnelle de la porte coulissante.
Par ailleurs, il n’est pas exclu d’utiliser le procédé selon l’invention pour commander l’ouverture d’un élément depuis l’intérieur du véhicule, par exemple pour commander l’ouverture d’un toit ouvrant.
Par ailleurs, on peut également utiliser le procédé selon l’invention pour commander la fermeture du hayon ou respectivement la fermeture de la porte coulissante, le geste pouvant être fait par un pied ou une main d’un utilisateur.
On note ici que, pour un geste fait depuis l’extérieur du véhicule, il faut considérer que des objets exogènes peuvent se trouver à proximité ou à l’intérieur de la zone de détection, comme par exemple des éléments végétaux, des petits animaux, ou divers autres objets dont la trajectoire peut interférer avec la zone de détection considérée ici.
Concernant le type de véhicule, tout type de véhicule particulier est concerné. Les véhicules utilitaires de type camionnette ou fourgon sont également concernés par exemple s’agissant des portes coulissantes.
Le système selon l’invention est un système de détection et de discrimination de gestes, qui cherche à identifier un geste correspondant substantiellement à un geste attendu et aussi à discriminer le caractère volontaire ou non dudit geste.
Le système comprend ici un module de captation 1 (ou simplement « capteur ») et un module de traitement de signal 2. Le module de captation 1 et le module de traitement de signal 2 peuvent former une unité intégrée 21 ( ), agencée de façon optimale pour pouvoir couvrir une zone de détection ZD souhaitée.
Dans d’autres réalisations, il peut s’agir de modules distincts. Le module de captation 1 est alors agencé par exemple dans le pare-chocs, tandis que le module de traitement de signal est agencé à distance, dans une autre position dans le véhicule voire hébergé dans un calculateur multifonction.
Dans des variantes non représentée, le module de captation 1 ne fait pas partie intégrante du système selon l’invention.
Le système est destiné à délivrer une information de commande de déverrouillage ou respectivement de verrouillage.
Cependant une telle information de commande ne doit être délivrée qu’à bon escient c’est-à-dire suite à la réalisation d’un geste volontaire prédéterminé par un utilisateur légitime du véhicule (conducteur ou passager(s)).
C’est pourquoi le procédé et le système selon l’invention doivent non seulement détecter l’occurrence d’un geste ressemblant substantiellement à celui qui est attendu mais aussi à discriminer un tel geste voulu d’un mouvement autre qui ne doit pas conduire à délivrer une information de commande pour l’ouvrant considéré. Un tel mouvement autre peut être un mouvement involontaire d’un utilisateur légitime du véhicule (conducteur ou passager(s)) ou d’autres individus par exemple des passants
Un tel mouvement autre peut être aussi provoqué par des éléments végétaux (branches, feuilles), des petits animaux (i.e. chien, chat) ou divers autres objets dont la trajectoire peut interférer avec la zone de détection ZD.
Il est entendu que l’on considère ici que le véhicule est à l’arrêt, i.e. à vitesse nulle.
Module de captation :
En référence aux figures 1 et 2, le module de captation 1 comprend un transducteur radar 4, avec une antenne d’émission 41 et une antenne de réception 42 qui peuvent être contenues dans un transducteur intégré. Dans des variantes non représentées, une unique antenne réalise à la fois une émission et une réception de signal.
Le module de captation 1 comprend un circuit de génération 50 d’un signal source, le signal étant amplifié par un driver 51 dont la sortie TX est délivrée sur l’antenne de transmission 41. En réponse, l’antenne de transmission 41 émet un signal radiofréquence incident RFT.
L’antenne de réception 42 reçoit, entre autres, des échos RFR, ou signal radiofréquence retour, provenant de la réflexion du signal radiofréquence incident sur les objets 3 se trouvant dans la zone de détection ZD. En réponse à la réception du signal radiofréquence retour RFR, l’antenne de réception 42 fournit un signal électrique RX qui est dirigé dans un amplificateur 60, suivi le cas échéant d’un filtre passe bande (non représenté) pour éliminer les échos dont la fréquence est trop éloignée d’une fréquence d’intérêt.
La zone de détection ZD correspond à un volume d’intérêt, situé en vis-à-vis du transducteur radar 4, et qui correspond à la zone où le geste est attendu.
Dans une réalisation particulière, il peut être prévu d’avoir une zone de détection de surveillance générale, et une zone de détection restreinte où l’on va chercher à détecter et discriminer plus précisément le geste attendu.
Le but de la zone de surveillance générale est de pouvoir surveiller avec une consommation électrique minimale l’arrivée ou le mouvement d’un objet dans ladite zone de surveillance générale (mode veille). Si un tel événement survient, le système peut passer en mode de détection resserrée, avec la zone de détection restreinte, et une consommation électrique plus importante autorisée (mode réveil).
Dans l’exemple illustré la , une zone de surveillance générale est un volume centré sur l’axe X1 alors que la zone de détection resserrée est un volume centré sur l’axe X2, avec X1 moins incliné que X2 relativement au plan horizontal, lorsque le véhicule est sur un tel plan horizontal Une adaptation du diagramme de rayonnement de l’antenne peut être prévue au moyen d’un écran mobile. En alternative, il peut être prévu deux capteurs au lieu d’un, un pour chaque zone de détection.
En revenant à la , le module de captation 1 peut comprendre en outre des moyens de traitement bas niveau des signaux radiofréquence à savoir notamment l’opération de mélange du signal radiofréquence retour filtré, fourni en sortie de l’amplificateur 60 (respectivement en sortie du filtre passe-bande mentionné ci-dessus), avec une copie du signal radiofréquence incident.
Plus précisément, le signal Stx (portion du signal source fourni par le circuit de génération 50) est mélangé au signal Srx (signal en sortie de l’amplificateur 60, respectivement en sortie du filtre passe-bande mentionné ci-dessus) dans un mélangeur HF 61. Il se produit à cet endroit un battement entre Stx et Srx. Lorsqu’un effet Doppler a été produit par un objet en mouvement dans la zone de détection ZD, la fréquence du signal Srx est affectée par cet effet Doppler et donc diffère de la fréquence du signal Stx. À la sortie du mélangeur 61, on place un filtre passe bas 62, ou filtre anti-repliement, qui a pour effet de supprimer les battements de fréquence supérieur à un seuil prédéterminé, et de ne conserver que la composante de battement ayant pour fréquence le différentiel f(Srx)-f(Stx) entre la fréquence de Srx et la fréquence de Stx.
Il peut être prévu en outre une étape de décalage en fréquence pour décaler le différentiel de fréquence f(Srx)-f(Stx)par rapport à la fréquence nulle et ainsi obtenir facilement l’information de signe positif ou négatif dudit différentiel de fréquence (rapprochement ou éloignement). On peut utiliser pour ce décalage en fréquence une fréquence intermédiaire relativement basse.
Selon une alternative à la solution ci-dessus, l’information rapprochement ou éloignement est fournie par l’analyse du déphasage entre des signaux I et Q. Ces 2 signaux I et Q sont issus de 2 mélangeurs alimentés par 2 oscillateurs en quadrature.
La sortie du filtre passe bas 62, autrement appelé anti-repliement, entre dans un module de transformée de Fourrier rapide (FFT) 63. Une suite temporelle de valeurs S(n) est obtenue en sortie de ce module de transformée de Fourrier rapide 63.
Exprimé plus généralement, la sortie du module de transformée de Fourier rapide 63 est représentative d’un signal appelé par la suite signal de base Sdp(t), qui représente en fonction du temps une évolution d’un décalage Doppler. Le signal de base Sdp(t) se présente avantageusement sous la forme d’une suite temporelle de valeurs S(n) (signal numérique). S(n) est la représentation numérique du signal de base Sdp(t).
Il est à noter que le passage vers le numérique pourrait être réalisé dès la sortie du filtre passe bas 62.
En aval du module de transformée de Fourier rapide 63, la suite temporelle de valeurs S(n) est traitée par le module de traitement 2 comportant un microcontrôleur 30, configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention tel que détaillé ci-après.
Obtention du signal de base :
Le procédé mis en œuvre dans le module de captation 1 consiste à :
a/ émettre un signal radiofréquence incident RFT vers la zone de détection ZD,
b/ recevoir en retour un signal radiofréquence retour RFR, provenant de la réflexion du signal radiofréquence incident sur des éléments situés dans la zone de détection ZD,
c/ déterminer un décalage en fréquence, nommé décalage Doppler, entre le signal radiofréquence incident RFT et le signal radiofréquence retour RFR, le décalage Doppler étant fonction d’un mouvement desdits éléments situés dans la zone de détection ZD, le décalage en fréquence étant porté par le signal de base Sdp(t).
Le signal radiofréquence incident est formé par des ondes radar de fréquence comprises entre 1 GhZ et 90 GHz. Par exemple on peut utiliser la gamme des 6 GHz, ou la gamme des 10 GHz ou la gamme des 24 GHz ou la gamme des 60 GHz ou encore la gamme des 77 GHz.
Le signal radiofréquence incident RFT est émis sous la forme d’une émission de signal électromagnétique défini par une porteuse de fréquence déterminée et une enveloppe d’amplitude constante (mode dit ‘CW’). Ce principe est simple et peu coûteux en termes de matériel et de ressources requises. La fréquence fixe choisie peut être une de celles tombant dans les gammes précisées ci-dessus.
Dans une autre réalisation, on peut utiliser un procédé FMCW, pour l’anglais « Frequency-Modulated Continuous-Wave », dans lequel le signal radiofréquence émis est modulé en fréquence, ce qui permet d'avoir une information complémentaire sur la distance de l'objet mobile par rapport au module de captation 1, au prix d’un module de captation 1 un peu plus complexe.
Traitement du signal de base:
On va travailler ici le signal de base Sdp(t) sous sa forme numérique à savoir la suite temporelle de valeurs S(n) obtenue en sortie du module de transformée de Fourrier rapide 63.
Le traitement du signal est mis en œuvre au sein du module de traitement 2 mentionné ci-dessus, en particulier à l’aide d’un processeur et d’une mémoire stockant un produit programme d’ordinateur adapté. Le module de traitement 2 comprend un filtre passe-bas numérique 31.
La suite temporelle de valeurs S(n), comporte un nombre Pn d’échantillons par seconde compris entre 500 et 2000 (i.e. 500 Hz à 2kHz pour la fréquence d’échantillonnage).
Pour commencer, on décompose à l’aide du module de traitement 2, le signal de base Sdp(t) en une première composante Cp1, obtenue à la sortie d’un filtre passe-bas 31, et une deuxième composante Cp2 obtenue par complément (étape e/ du procédé).
Plus précisément, on applique un filtre passe bas au signal de base (valeurs S(n)) pour éliminer les bruits et composantes à fréquence élevée. La première composante Cp1est donc une suite de valeurs notée U1(n).
Pour obtenir la deuxième composante Cp2 on procède généralement en soustrayant la première composante Cp1 au signal de base Sdp(t).
Toutefois on remarque que le filtre passe bas a introduit un retard. Par conséquent, selon une disposition préférentielle, la première composante Cp1 est avantageusement recalée temporellement de la valeur de retard introduite le filtre passe bas, avant d’être soustraite au signal de base pour obtenir la deuxième composante Cp2. La deuxième composante Cp2 est donc une suite de valeurs notée U2(n).
Dit autrement, U2(n) = S(n) – U1(n-j), j étant le nombre d’échantillons correspondant au retard introduit par le filtre passe bas, correspondant donc au recalage nécessaire. En pratique, le filtre passe-bas travaille sur une profondeur j de 2 à 10 valeurs échantillonnées S(n).
On procède ensuite, de préférence en parallèle, au traitement de chaque composante Cp1,Cp2.
On applique à la première composante Cp1 un premier algorithme de discrimination Algo1, pour obtenir un premier résultat de discrimination, relatif à la détection d’un geste prédéterminé (étape f/ du procédé).
Le premier algorithme Algo1 comprend la détermination et la comparaison à des valeurs ou à des courbes de référence, d’une au moins parmi les caractéristiques suivantes : l’amplitude, la fréquence et/ou la phase de la première composante (Cp1). L'amplitude de la première composante est utilisée pour réveiller le module de captation 1. On évite ainsi de déclencher le traitement de signal sur des bruits de faible ampleur. La fréquence de la première composante est utilisée pour la reconnaissance d’un gabarit (ou ‘pattern’) représentatif d’un geste attendu. La phase de la première composante est utilisée pour distinguer un mouvement d'approche ou un mouvement de recul.
On applique à la deuxième composante Cp2 un deuxième algorithme de discrimination Algo2, pour obtenir un deuxième résultat de discrimination relatif à la discrimination entre un geste volontaire ou non (étape g/ du procédé).
Le deuxième algorithme Algo2 comporte un calcul récurrent d’écart-type σ(k) réalisé à partir d’une suite temporelle de valeurs U2(n) de la deuxième composante Cp2 et sur une fenêtre temporelle glissante.
Le calcul récurrent d’écart-type σ(k) est réalisé à partir des valeurs U2(n). Le calcul d’écart-type σ(k) est réalisé en particulier à partir d’un ensemble de M valeurs de S(n), notamment les plus récentes acquises.
En pratique, le calcul d’écart-type σ(k) est réalisé sur un ensemble de M valeurs de U2(n), où M correspond à la largeur de la fenêtre glissante. M peut être choisi entre 50 à 250.
On a ainsi :
L’indice k correspond à la valeur la plus récente de U2(n). On remonte en arrière sur M échantillons de U2. Par exemple la fenêtre glissante de M valeurs prend les valeurs des 100 dernières millisecondes ou les valeurs des 200 dernières millisecondes.
La profondeur de fenêtre glissante pour le calcul d’écart type peut être un paramètre de calibration M défini en relation avec l’application prévue pour la détection de gestes.
La profondeur de fenêtre glissante pour le calcul d’écart type peut être une valeur adaptative obtenue par un processus d’auto-apprentissage. Par exemple, cette profondeur est fonction du temps de calcul du module de traitement 2 pour effectuer les calculs d’écart type.
Le calcul d’écart-type σ(k) est effectué un nombre Pk de fois par seconde, où Pk est par exemple compris entre 10 et 100. Selon une réalisation, Pk < Pn, où Pn est le nombre d’échantillons par seconde du signal de base. Autrement dit, on a un sous échantillonnage pour le calcul de l’écart type par rapport à l’échantillonnage du signal de base. Il n’est toutefois pas exclu que Pk =Pn.
Le deuxième résultat de discrimination indique un geste volontaire lorsque le calcul récurrent d’écart-type σ(k) prend des valeurs inférieures à un seuil prédéterminé ThA.
Le seuil prédéterminé ThA, auquel est comparé le calcul récurrent d’écart-type (σ(k)), est compris par exemple entre 10 Hz et 20 Hz.
En fonction notamment des valeurs d’écart type, le module de traitement 2 procède avantageusement à une étape ultérieure consistant à décider, en fonction des premier et deuxième résultats de discrimination, de la nature et du caractère volontaire ou non d’un geste accompli par l’utilisateur (étape h/).
Le module de traitement procède en outre, le cas échéant, à une étape de formulation et transmission d’une consigne de déverrouillage et/ou ouverture 54 d’un ouvrant de véhicule automobile, lorsqu’un geste prédéterminé et volontaire est identifié à l’étape h/.
Le seuil prédéterminé ThA est avantageusement un paramètre de calibration, défini en relation avec l’application prévue pour la détection de gestes. On peut ainsi rendre spécifique à une application particulière le seuil prédéterminé.
Le seuil prédéterminé peut être une valeur adaptative obtenu par un processus d’auto-apprentissage.
Sur les figures 3A et 3B, le graphique du haut illustre le filtrage passe bas du signal Sdp(t) qui donne la première composante Cp1(t).
En dessous et à une échelle plus détaillée, un second graphique montre la deuxième composante Cp2(t) issue de la soustraction de Cp1(t) à Sdp(t).
Encore en dessous, la courbe illustre le résultat d’écart type σ sur une échelle où le seuil prédéterminé ThA est représenté.
Encore en-dessous est illustré un signal de commande Sc(t), prenant la valeur nulle en l’absence d’émission d’un signal de commande et une valeur non nulle positive en présence de l’émission d’une commande d’ouverture.
On remarque que la deuxième composante Cp2 est une composante d’ordre 2 en amplitude par rapport à la première composante Cp1.
La illustre un cas de geste volontaire, un signal de commande 54 étant alors émis, pour piloter une ouverture du coffre ou du hayon 94 du véhicule automobile 90. À l’inverse, la illustre un cas de geste non volontaire.
On constate que σ(k) dépasse ThA sur la partie droite alors que σ(k) reste en deçà de ThA sur la partie gauche. Sur le chronogramme en partie droite, aucune action de commande de déverrouillage n’est entreprise (signal de commande Sc(t) constant à la valeur nulle).
Pour simplifier les figures, on a illustré l’émission d’une commande d’ouverture lorsque σ(k) ne dépasse pas ThA. Selon l’invention, l’émission de la commande d’ouverture est fonction également du premier résultat de discrimination, obtenu à l’aide du signal Cp1(t). En particulier, lorsque le premier résultat de discrimination indique la présence d’un geste prédéterminé, l’émission de la commande d’ouverture est conditionnée encore à la condition que σ(k) n’ait pas dépassé ThA aux instants de détection correspondant (ou que σ(k) n’ait dépassé ThA aux instants de détection correspondant, que pour un nombre négligeable de mesures).
Sur la ligne du haut, on note que le retard dt lié au filtrage passe bas a été exagéré pour la clarté de l’exposé.
Le temps de réponse global DT2 entre le début du geste et la commande de déverrouillage est inférieur à 1 seconde, de préférence inférieur à 750 millisecondes.
Exprimé autrement, le procédé mis en œuvre dans une unité intégrale 21 comprenant le module de captation 1 et le module de traitement 2, comporte les étapes suivantes :
a/ émettre un signal radiofréquence incident RFT, vers une zone de détection ZD,
b/ recevoir en retour un signal radiofréquence retour, provenant de la réflexion du signal radiofréquence incident sur des éléments situés dans la zone de détection,
c/ déterminer un décalage en fréquence, nommé décalage Doppler, entre le signal radiofréquence incident RFT et le signal radiofréquence retour RFR, le décalage Doppler étant fonction d’un mouvement d’éléments situés dans la zone de détection,
d/ former un signal de base, Sdp(t), représentant en fonction du temps une évolution du décalage Doppler déterminé à l’étape c/,
e/ décomposer le signal de base en une première composante (Cp1) obtenue à la sortie d’un filtre passe-bas, et une deuxième composante (Cp2) obtenue en soustrayant la première composante au signal de base,
f / appliquer à la première composante (Cp1) un premier algorithme de discrimination (Algo1), pour obtenir un premier résultat de discrimination, relatif à la détection d’un geste prédéterminé,
g / appliquer à la deuxième composante (Cp2) un deuxième algorithme de discrimination (Algo2), pour obtenir un deuxième résultat de discrimination relatif à la discrimination entre un geste volontaire ou non,
le deuxième algorithme de discrimination (Algo2) comportant un calcul récurrent d’écart-type (σ(k)) réalisé à partir d’une suite temporelle de valeurs (U2(n)) de la deuxième composante (Cp2) et sur une fenêtre temporelle glissante,
le deuxième résultat de discrimination indiquant un geste volontaire lorsque le calcul récurrent d’écart-type (σ(k)) prend des valeurs inférieures à un seuil prédéterminé ThA.

Claims (15)

  1. Procédé de détection et de discrimination de gestes, destiné à être mis en œuvre au sein d’un véhicule automobile pour piloter une ouverture et/ou un déverrouillage d’un ouvrant lorsqu’un geste prédéterminé volontaire est détecté, ledit geste étant réalisé par un utilisateur (U), notamment par une main, un pied, un bras ou une jambe de l’utilisateur, le procédé étant mis en œuvre par au moins un module de traitement de signal, et comprenant les étapes suivantes :
    d/ obtenir un signal de base, Sdp(t), représentant en fonction du temps une évolution d’un décalage Doppler déterminé suite à une émission d’un signal radiofréquence incident (Tx) et une réception de signal radiofréquence retour formant écho,
    e/ décomposer le signal de base en une première composante (Cp1) obtenue à la sortie d’un filtre passe-bas, et une deuxième composante (Cp2) obtenue en soustrayant la première composante au signal de base,
    f / appliquer à la première composante (Cp1) un premier algorithme de discrimination (Algo1), pour obtenir un premier résultat de discrimination, relatif à la détection d’un geste prédéterminé,
    g / appliquer à la deuxième composante (Cp2) un deuxième algorithme de discrimination (Algo2), pour obtenir un deuxième résultat de discrimination relatif à la discrimination entre un geste volontaire ou non,
    le deuxième algorithme de discrimination (Algo2) comportant un calcul récurrent d’écart-type (σ(k)) réalisé à partir d’une suite temporelle de valeurs (U2(n)) de la deuxième composante (Cp2) et sur une fenêtre temporelle glissante,
    le deuxième résultat de discrimination indiquant un geste volontaire lorsque le calcul récurrent d’écart-type (σ(k)) prend des valeurs inférieures à un seuil prédéterminé (ThA).
  2. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes préalables suivantes :
    a/ émettre un signal radiofréquence incident (RFT), vers une zone de détection (ZD),
    b/ recevoir en retour un signal radiofréquence retour, provenant de la réflexion du signal radiofréquence incident sur des éléments situés dans la zone de détection,
    c/ déterminer un décalage en fréquence, nommé décalage Doppler, entre le signal radiofréquence incident et le signal radiofréquence retour, le décalage Doppler étant fonction d’un mouvement desdits éléments situés dans la zone de détection, et construire le signal de base Sdp(t).
  3. Procédé selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel le signal de base Sdp(t) se présente sous forme numérique, c’est-à-dire sous la forme d’une suite temporelle de valeurs (S(n)), de préférence avec un nombre d’échantillons par seconde (Pn) compris entre 500 et 2000.
  4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la suite temporelle de valeurs (S(n)) est obtenue en sortie d’un module de transformée de Fourrier rapide (FFT).
  5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le calcul récurrent d’écart-type (σ(k)) réalisé à partir d’une suite temporelle de valeurs (U2(n)) est effectué un nombre Pk de fois par seconde, Pk étant compris entre 10 et 100.
  6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la fenêtre glissante pour le calcul récurrent d’écart-type (σ(k)) présente une profondeur comprise entre 0,1 seconde et 0,2 secondes.
  7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la première composante est recalée temporellement d’une valeur de retard introduite le filtre passe bas, avant d’être soustraite au signal de base pour obtenir la deuxième composante (Cp2).
  8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le filtre passe-bas travaille sur une profondeur de 2 à 10 valeurs échantillonnées S(n).
  9. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le seuil prédéterminé (ThA), auquel est comparé le calcul récurrent d’écart-type (σ(k)), est compris entre 10 Hz et 20 Hz.
  10. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le seuil prédéterminé (ThA) est un paramètre de calibration défini en relation avec l’application de la détection de gestes.
  11. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le seuil prédéterminé (ThA) est une valeur adaptative obtenu par un processus d’auto-apprentissage.
  12. Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel le premier algorithme de discrimination (Algo1) appliqué sur la première composante (Cp1) comprend la détermination et la comparaison à des valeurs ou à des courbes de référence des caractéristiques suivantes : l’amplitude, la fréquence et/ou la phase de la première composante (Cp1).
  13. Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, comprenant en outre l’étape suivante :
    h/ décider, en fonction des premier et deuxième résultats de discrimination, de la nature et du caractère volontaire ou non d’un geste accompli par l’utilisateur.
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape de formulation et transmission d’une consigne de déverrouillage et/ou ouverture d’un ouvrant de véhicule automobile, lorsqu’un geste prédéterminé et volontaire est identifié à l’étape h/.
  15. Système de détection et de discrimination de gestes, caractérisé en ce qu’il est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 14, le système comprenant, au moins, un module de traitement de signal (2), ledit module de traitement de signal étant configuré pour recevoir en entrée le signal de base, Sdp(t), et pour fournir en sortie ledit premier résultat de discrimination et ledit deuxième résultat de discrimination.
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