WO2001069542A1 - Appareil de comptage de personnes ou d'objets - Google Patents

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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit

Definitions

  • the present invention relates to devices for counting people or objects, in particular people moving in a passage of a certain width which can admit several people across the width.
  • the sensors used for counting people can essentially be grouped into three categories:
  • 1- active sensors for example they emit an infrared beam; In the absence of anyone, this beam is not reflected. If a person passes, the beam is reflected on the person and this reflection is detected;
  • a control line (light tube, painted line, painted checkerboard, etc.) is constantly detected by the sensor, except when a person passes by who obscures or modifies the signal.
  • control line light tube, painted line, painted checkerboard, etc.
  • These systems require ground implementation; 3- passive sensors without control line (video camera for example) which record the useful area and work on its modifications over time.
  • Such a device essentially comprises: a set of detectors, each of the emitter-receiver type of electromagnetic waves, arranged so that people or objects have a relative movement relative to said set,
  • control circuit intended to activate the detectors of the assembly sequentially so that they supply sequential signals representative of the presence or absence of a person or object in the field of the activated detector
  • such a known counting assembly may be, for example, in the form of a fixed ramp arranged at a certain height above the ground and comprising a series of detectors each having an emitter providing a beam of light almost parallel infrared, visible or ultraviolet, part of which is reflected back to the associated receiver in the presence of a person or object to be detected.
  • the beam In the absence of a person or object, the beam reaches the ground. The reflection towards the detector must then be below the detection threshold so as not to saturate the detector. In fact, it should be understood that the beam emitted being roughly parallel, the spot made on the obstacle is smaller than the obstacle regardless of its distance.
  • 2,586,821 which relates to a device for counting people or objects: the detection is based on the observation of the absence of reflection of a reflective reference made up of one or more control lines (A, B) crossed by moving bodies. From this lack of reflection, a passage is deduced. It is certainly envisaged not to actually materialize the reference point, by using the ground directly, but this ground must then "have a high reflecting power", as described on page 7, lines 19 to 22, to allow visualization by reflection of the line. control.
  • the major drawback of this kind of device is that it requires the presence of a reflective marker or a reflective floor, however, when designing a building, this aspect is very difficult to take into account because it influences negatively on the aesthetic aspect of the passage.
  • the present invention aims to provide a more reliable, more efficient and less expensive counting device than the devices of the prior art.
  • the counting apparatus according to the invention falls into the third category. Thus, there is no longer any constraint of materialization of reflective reference mark.
  • the present invention goes against the phenomenon by using only one detection line. This solution makes it possible to limit the processor memory and to have on-board processing.
  • the noise problem is dealt with at the level of a preprocessing algorithm. What distinguishes the present invention from the video cameras used until now is the fact that only two CCD bars are used.
  • the present invention relates, in its broadest sense, to a device for counting people or objects according to claim 1. According to other characteristics of the invention:
  • an optic consisting of one or two objectives, is associated with the two bars of the optical sensor so that their virtual linear images have a length at least equal to the width of the passage to be checked,
  • the device is positioned at a height between 3 m and 10 m above the passage to be checked
  • the device is entirely digital, the analog signal coming from each bar being, after amplification, immediately transformed into a digital signal in an associated analog / digital converter.
  • a device for capturing people or objects essentially comprises an optical sensor, which is generally designated by 1, and a control and computer processing unit such as '' a computer or, more precisely, a microprocessor 2.
  • the apparatus for counting people or objects according to the invention is intended to be positioned above the passage to be checked and one of the axes is perpendicular to the direction of movement of the persons or objects passing through said passage
  • the sensor 1 consists of two charge coupling strips 3, 4 (called CCD for short in English), which are linear, identical, parallel, fixed parallel to each other and transversely to the passage to control.
  • the two bars 3 and 4 are necessary to obtain two images, each corresponding to a virtual line on the ground, of very small width Lp, allowing the microprocessor 2 to determine the direction of the passage, incoming or outgoing , as well as the number of passages, or even their speeds V, taking into account the ambient lighting which can be the typical lighting of a store.
  • Said processing unit tracks the time evolution of the background captured by the optical sensor (1) for the extraction of sudden changes due to the passage of said person or object.
  • the counting acquisition and processing are carried out in real time by the microprocessor 2.
  • the bars 3 and 4 are, for example of the type at 1024, 2048 or 3000 pixels or more depending on the technology of the bar, and electronically controlled shutter.
  • the photosensitive line of each strip 3 or 4 is associated with an analog charge transfer register protected from light by a mask and responsible for sequentially transmitting each information item on the output of the sensor. From the lines of pixels it retrieves, the microprocessor 2 evaluates whether the sensor elements provide a sufficiently high signal and manages the control signals of the strips as explained below.
  • each strip 3 or 4 is an analog signal, it is necessary to place between the strips and the microprocessor a analog / digital converter which will convert analog pixels into digital values readable directly by the microprocessor.
  • two digital potentiometers are preferably placed between the pixel output signal and the converter to control the gain and the offset of the operational amplifier.
  • the analog signal can be adjusted within the range provided by the two voltage references of the converter.
  • the analog / digital converter provides gray levels, typically between 0 and 255, or more, and receives two reference voltages corresponding respectively to the analog levels of black and white.
  • the distance between the bars for example 5 cm, is calculated so that the person or object passing under the device appears first on one line and then on the other since the direction of movement is determined by the time difference of the two lines.
  • the microprocessor 2 manages the control of the two bars 3 and 4 and has, for example every 15 ms, two lines of 2048 pixels with a resolution of 255 gray levels. From these lines, the microprocessor performs the data processing and evaluates the site lighting level to adjust the gain and the threshold of the amplifier as well as the shutter time.
  • microprocessor 2 will extract the information from the passage of a person as well as its meaning from the pairs of lines of 2048 pixels which are supplied to it. This treatment is carried out in two stages:
  • a preprocessing algorithm consisting in extracting from the two lines of 2048 pixels in 255 gray levels, a line, for example of 256 values, in 0 or 1, representing the simplified trace of the passage under a group of cells bars (macro pixels).
  • This first algorithm consists in extracting from the image a spot corresponding to the passage of a person or an object by eliminating the shadows and also treating the variations in lighting.
  • a counting algorithm that is to say a form processing algorithm, which will update each line of 256 bits for example, information on the person or the object being passed and who will decide, according to criteria of speed, width, length and direction, if it has a valid shape to finally count it.
  • This second algorithm deals with the complicated cases of people crossing each other, following each other in single file, presenting themselves in several groups or making round trips, and corresponds for example to that described in the aforementioned French patent No. 95 11 328.

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Abstract

L'invention concerne les appareils de comptage de personnes ou d'objets, en particulier de personnes se déplaçant dans un passage de grande largeur. Un tel appareil comprend essentiellement une unité (2) de pilotage et de traitement informatique associée à un capteur optique (1) disposé à grande hauteur et constitué de deux barrettes à couplage de charge (3, 4), qui sont linéaires, parallèles et transversales au passage à contrôler, une optique à un ou deux objectifs (5, 6) étant placée devant les barrettes. Utilisation pour la surveillance de passages larges, par exemple entrées de grands magasins, de gares, d'aéroports.

Description

APPAREIL DE COMPTAGE DE PERSONNES OU D'OBJETS
La présente invention concerne les appareils de comptage de personnes ou d'objets, en particulier de personnes se déplaçant dans un passage d'une certaine largeur pouvant admettre plusieurs personnes sur la largeur.
Les capteurs utilisés pour le comptage de personnes peuvent se regrouper essentiellement en trois catégories :
1- les capteurs actifs : ils émettent par exemple un faisceau infrarouge ; En l'absence de personne, ce faisceau n'est pas réfléchi. Si une personne passe, le faisceau se réfléchit sur la personne et l'on détecte cette réflexion ;
2- les capteurs à ligne de contrôle : une ligne de contrôle (tube lumineux, ligne peinte, damier peint, etc) est détectée en permanence par le capteur, sauf lors du passage d'une personne qui occulte ou modifie le signal. Ces systèmes nécessitent une implémentation au sol ; 3- les capteurs passifs sans ligne de contrôle (caméra vidéo par exemple) qui enregistrent la zone utile et travaillent sur ses modifications dans le temps.
Ces trois catégories sont totalement disjointes. Elles reposent sur des principes physiques différents.
Dans la première catégorie, on connaît la demande de brevet français n° 2
739 203, qui concerne un dispositif de comptage de personnes ou d'objets se présentant à l'unité ou simultanément dans l'un et/ou l'autre sens de mouvement relatif par rapport au dispositif.
Un tel dispositif comprend essentiellement : - un ensemble de détecteurs, chacun du type émetteur-récepteur d'ondes électromagnétiques, disposés de manière que les personnes ou objets aient un mouvement relatif par rapport audit ensemble,
- un circuit de commande destiné à activer séquentiellement les détecteurs de l'ensemble pour qu'ils fournissent des signaux séquentiels représentatifs de la présence ou de l'absence d'une personne ou d'un objet dans le champ du détecteur activé, et
- un circuit de traitement des signaux provenant des détecteurs au cours de plusieurs séquences successives de manière à détecter le passage des personnes ou objets et à en effectuer le comptage.
Dans la pratique, un tel ensemble de comptage connu peut se présenter, par exemple, sous la forme d'une rampe fixe disposée à une certaine hauteur au-dessus du sol et comportant une série de détecteurs possédant chacun un émetteur fournissant un faisceau de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette presque parallèle, dont une partie est réfléchie vers le récepteur associé en présence d'une personne ou d'un objet à détecter.
En l'absence de personne ou d'objet, le faisceau atteint le sol. La réflexion vers le détecteur doit alors être en dessous du seuil de détection pour ne pas saturer le détecteur. En fait, il faut comprendre que le faisceau émis étant à peu près parallèle, la tache faite sur l'obstacle est plus petite que l'obstacle quelle que soit sa distance.
Au contraire, après réflexion sur l'obstacle, le faisceau est réfléchi/diffusé dans toutes les directions, ou tout au moins dans un angle solide beaucoup plus grand que celui sous lequel on voit le détecteur depuis l'obstacle. La quantité d'énergie reçue par le détecteur décroît donc comme le carré de la distance à l'obstacle. Ce problème est résolu pour les basses hauteurs par la méthode décrite dans le brevet français N° 2 779 832, mais les calculs montrent qu'un tel appareil connu ne fonctionne pas correctement pour des hauteurs importantes.
Dans la deuxième catégorie, on connaît la demande de brevet français n°
2 586 821 qui porte sur un appareil de comptage de personnes ou d'objets : la détection est basée sur la constatation de l'absence de réflexion d'un repère réfléchissant constitué d'une ou de plusieurs lignes de contrôle (A, B) que franchissent les corps mobiles. De cette absence de réflexion, il est déduit un passage. Il est certes envisagé de ne pas réellement matérialiser le repère, en utilisant directement le sol, mais ce sol doit alors « présenter un pouvoir réfléchissant élevé », comme décrit page 7, lignes 19 à 22, pour permettre la visualisation par réflexion de la ligne de contrôle. L'inconvénient majeur de ce genre d'appareil est qu'il nécessite la présence d'un repère réfléchissant ou d'un sol réfléchissant, or, lors de la conception de bâtiment, cet aspect est très difficile à prendre en considération car il influe négativement sur l'aspect esthétique du passage.
Une des difficultés de réalisation des systèmes de la troisième catégorie vient du bruit inhérent à toute image vidéo. La variation d'un pixel déterminé lors du passage d'une personne ou d'un objet peut être du même ordre de grandeur que les fluctuations dues au bruit, tout au moins lorsque les vêtements de la personne ou la couleur de l'objet sont de couleurs analogues à celle du fond, rendant la détection du passage bien évidemment très délicate.
Dans les solutions utilisant une caméra vidéo, ce problème est résolu par la redondance de l'information puisque l'on dispose d'un grand nombre de ligne.
La présente invention vise à proposer un appareil de comptage plus fiable, plus efficace et moins cher que les appareils de l'art antérieur.
L'appareil de comptage selon l'invention relève de la troisième catégorie. Ainsi, il n'existe plus aucune contrainte de matérialisation de repère réfléchissant.
La présente invention va à l'encontre du phénomène en n'utilisant qu'une seule ligne de détection. Cette solution permet de limiter la mémoire du processeur et d'avoir un traitement embarqué. Le problème du bruit est traité au niveau d'un algorithme de pré-traitement. Ce qui distingue la présente invention par rapport aux caméras vidéos utilisées jusqu'à maintenant, c'est le fait que seule deux barrettes CCD sont utilisées.
La présente invention se rapporte, dans son acception à la plus large, à un appareil de comptage de personnes ou d'objets conforme à la revendication 1. Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- une optique, constituée par un ou deux objectifs, est associée aux deux barrettes du capteur optique de telle sorte que leurs images linéaires virtuelles présentent une longueur au moins égale à la largeur du passage à contrôler,
- l'appareil est positionné à une hauteur comprise entre 3 m et 10 m au- dessus du passage à contrôler,
- l'appareil est entièrement numérique, le signal analogique issu de chaque barrette étant, après amplification, immédiatement transformé en un signal numérique dans un convertisseur analogique/numérique associé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé représentant schématiquement un appareil de comptage de personnes ou d'objets selon l'invention.
En se référant à la figure unique, un appareil de captage de personnes ou d'objets selon l'invention comprend essentiellement un capteur optique, qui est désigné d'une façon générale par 1, et une unité de pilotage et de traitement informatique telle qu'un ordinateur ou, plus précisément, un microprocesseur 2.
L'appareil de comptage de personnes ou d'objets selon l'invention est destiné à être positionné au-dessus du passage à contrôler et l'un des axes est perpendiculaire à la direction du déplacement des personnes ou objets empruntant ledit passage Le capteur 1 est constitué de deux barrettes 3, 4 à couplage de charge (dites CCD en abrégé en langue anglaise), qui sont linéaires, identiques, parallèles, fixées parallèlement l'une par rapport à l'autre et transversalement par rapport au passage à contrôler. Elles sont disposées à une hauteur h, transversalement par rapport à la largeur L du passage à contrôler et séparées l'une de l'autre par une distance D, suffisante pour que le microprocesseur 2 de pilotage puisse également assurer le traitement, c'est-à-dire le comptage, étant entendu que l'un des axes du capteur 1, c'est-à-dire de chaque barrette 3 et 4, est perpendiculaire à celui du déplacement des personnes ou objets. En fait, dans le capteur 1, les deux barrettes 3 et 4 sont nécessaires pour obtenir deux images, correspondant chacune à une ligne virtuelle au sol, de très faible largeur Lp, permettant au microprocesseur 2 de déterminer le sens du passage, entrant ou sortant, ainsi que le nombre de passages, voire leurs vitesses V, compte tenu de l'éclairage ambiant qui peut être l'éclairage type d'un magasin. Ladite unité de traitement effectue un suivi de l'évolution temporel du fond capté par le capteur optique (1) pour l'extraction des modifications brutales dues au passage de ladite personne ou dudit objet.
Il est à noter que l'acquisition et le traitement de comptage sont effectués en temps réel par le microprocesseur 2. Les barrettes 3 et 4 sont, par exemple du type à 1024, 2048 ou 3000 pixels ou plus selon la technologie de la barrette, et à obturateur à commande électronique. La ligne photosensible de chaque barrette 3 ou 4 est associée à un registre de transfert de charges analogiques protégé de la lumière par un masque et chargé de transmettre séquentiellement chaque information sur la sortie du capteur. À partir des lignes de pixels qu'il récupère, le microprocesseur 2 évalue si les éléments capteurs fournissent un signal suffisamment élevé et gère les signaux de contrôle des barrettes comme expliqué plus loin.
Par ailleurs, du fait que la sortie de chaque barrette 3 ou 4 est un signal analogique, il est nécessaire de placer entre les barrettes et le microprocesseur un convertisseur analogique/numérique qui va convertir les pixels analogiques en valeurs numériques lisibles directement par le microprocesseur.
Afin de disposer d'un étage de réglage en plus de l'obturateur électronique, deux potentiomètres numériques sont de préférence placés entre le signal de sortie des pixels et le convertisseur pour contrôler le gain et le décalage de l'amplificateur opérationnel. Ainsi, on peut ajuster le signal analogique dans la plage fournie par les deux références de tension du convertisseur.
Le convertisseur analogique/numérique fournit des niveaux de gris compris, typiquement entre 0 et 255, ou plus, et reçoit deux tensions de références correspondant respectivement aux niveaux analogiques du noir et du blanc.
Du point de vue mécanique, pour avoir au sol des lignes virtuelles présentant la largeur L voulue, il est nécessaire de placer les barrettes 3 et 4 derrière une ou, de préférence, deux optiques associées 5 et 6, par exemple des optiques de focale 28 mm qui permettent de visualiser le passage pour des hauteurs variant de 3 à 10 m. II y a lieu de se rendre compte que le champ de vue au sol est directement proportionnel à la hauteur de l'installation. Ainsi, si l'appareil est placé à 6 m de hauteur, il couvrira un champ de 6 m au sol.
La distance entre les barrettes, par exemple 5 cm, est calculée pour que la personne ou l'objet passant sous l'appareil apparaisse d'abord sur une ligne puis sur l'autre puisque le sens de déplacement est déterminé par le décalage temporel des deux lignes.
Ainsi, le microprocesseur 2 gère le pilotage des deux barrettes 3 et 4 et dispose, par exemple toutes les 15 ms, de deux lignes de 2048 pixels avec une résolution de 255 niveaux de gris. À partir de ces lignes, le microprocesseur assure le traitement des données et évalue le niveau d'éclairement du site pour ajuster le gain et le seuil de l'amplificateur ainsi que le temps d'obturation des barrettes.
D'une façon générale, on peut considérer que le microprocesseur 2 va extraire l'information du passage d'une personne ainsi que son sens à partir des couples de lignes de 2048 pixels qui lui sont fournis. Ce traitement est réalisé en deux étapes :
- un algorithme de pré-traitement consistant à extraire à partir des deux lignes de 2048 pixels en 255 niveaux de gris, une ligne, par exemple de 256 valeurs, en 0 ou 1, représentant la trace simplifiée du passage sous un groupe de cellules des barrettes (macro pixels). Ce premier algorithme consiste à extraire de l'image une tache correspondant au passage d'une personne ou d'un objet en éliminant les ombres et en traitant également les variations d'éclairage.
- un algorithme de comptage, c'est-à-dire de traitement de formes, qui va mettre à jour à chaque ligne de 256 bits par exemple, des informations sur la personne ou l'objet en cours de passage et qui va décider, selon des critères de vitesse, largeur, longueur et sens, s'il présente une forme valide pour le compter finalement. Ce second algorithme traite les cas compliqués de personnes se croisant, se suivant en file indienne, se présentant à plusieurs de front ou faisant des allers- retours, et correspond par exemple à celui décrit dans le brevet français précité N° 95 11 328.
Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toute modification utile, notamment dans le domaine des équivalences techniques, sans sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS
L- Appareil de comptage de personnes ou d'objets, comprenant un ensemble de détection et de comptage qui est destiné à être positionné au-dessus du passage à contrôler et dont l'un des axes est perpendiculaire à la direction du déplacement des personnes ou objets empruntant ledit passage, caractérisé par le fait que l'ensemble de détection comprend un capteur optique (1) et une unité de pilotage de traitement informatique, le capteur optique étant constitué par deux barrettes (3, 4) à couplage de charge, qui sont linéaires, identiques, fixées parallèlement l'une par rapport à l'autre et transversalement par rapport au passage à contrôler, et séparées l'une de l'autre par une distance (D) suffisante pour permettre à l'unité de traitement qui les pilote de déterminer en temps réel le sens entrant ou sortant de chaque déplacement ainsi que le nombre total des déplacements, ladite unité de traitement effectuant un suivi de l'évolution temporel du fond capté par le capteur optique (1) pour l'extraction des modifications brutales dues au passage de ladite personne ou dudit objet.
2.- Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une optique, constituée par un ou deux objectifs (5, 6), est associée aux deux barrettes (3, 4) du capteur optique (1) de telle sorte que leurs images linéaires virtuelles présentent une longueur au moins égale à la largeur (L) du passage à contrôler.
3.- Appareil suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est positionné à une hauteur (h) comprise entre 3 m et 10 m au-dessus du passage à contrôler.
4.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il est entièrement numérique, le signal analogique issu de chaque barrette (3 ou 4) étant, après amplification, transformé en un signal numérique dans un convertisseur analogique/numérique associé.
5.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque barrette (3 ou 4) correspond à un grand nombre de pixels (1024, 2048, 3000, voire plus), que le convertisseur transforme en typiquement 256 valeurs de niveaux de gris pour chaque pixel, que l'algorithme de pré-traitement transforme ensuite en des valeurs 0 ou 1 pour un nombre plus réduit de macro pixels (typiquement 128 ou 256), ces valeurs 0 ou 1 des macro pixels étant ensuite traitées selon un algorithme.
6.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le temps d'exposition des deux barrettes à couplage de charge (3, 4) sont ajustées électroniquement via l'obturateur électronique des barrettes par un logiciel en temps réel en fonction des niveaux moyens, l'appareil s'adaptant ainsi aux variations de l'éclairement.
7.- Appareil suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que l'ajustement de seuil et de gain est réalisé en aval du signal de chaque barrette à couplage de charge (3, 4) grâce à l'utilisation d'un amplificateur opérationnel associé à deux potentiomètres numériques.
8.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le microprocesseur (2) peut être remplacé par plusieurs microprocesseurs et/ou microcontrôleurs et/ou dispositifs de traitement de signaux numériques, logiques programmables, micro-ordinateurs embarqués ou, de façon plus générale, par toutes cartes électroniques comportant de l'intelligence.
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