WO2021019065A1 - Capteur thermique stéréoscopique miniaturisé pour dispositif de comptage automatique - Google Patents

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passage
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passages
cells
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PCT/EP2020/071618
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Jean-Claude Dubois
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Kiomda, Sas
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    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/042—Detecting movement of traffic to be counted or controlled using inductive or magnetic detectors

Definitions

  • the object of the present invention relates to a sensor for counting and / or determining the direction of passage of objects and / or living beings each having a thermal signature, and the use of a such sensor in a device.
  • the object of the present invention also relates to the device as such and to the sensor data processing algorithm.
  • the object of the present invention is to provide a sensor making it possible to collect as much information as possible and thus to simplify metering infrastructures.
  • the sensor can thus become a sensor for counting and / or determining the direction of passage of objects and / or living beings each having a thermal signature.
  • the object of the present invention is also to provide a device comprising such a sensor, and to provide an algorithm allowing the implementation of the data obtained by this particular sensor.
  • the object of the present invention relates to a sensor for counting and / or determining the direction of passage of objects and / or living beings each having a thermal signature, comprising or consisting of: a pyroelectric component, preferably digital, integrating at least two pairs of detection cells; and
  • the object of the present invention further relates to a mechanical unit for capturing passages, characterized in that it comprises:
  • At least one optical lens advantageously adapted to the thermal infrared signal, such as a Fresnel lens, a germanium lens or a zinc selenide lens, arranged in front of the pyroelectric component of said sensor.
  • the object of the present invention thus relates to the use of at least one sensor according to the present invention, for example integrated in a mechanical unit for capturing passages as defined above, in a counting device and for determining the direction of passage of objects and / or living beings each having a thermal signature, in which the sensor is preferably stereoscopic, that is to say operates in a stereoscopic manner.
  • the subject of the present invention further relates to a device for counting and determining the direction of passage of objects and / or living beings each having a thermal signature, comprising:
  • At least one sensor according to the present invention for example integrated in a mechanical unit for capturing passages as defined above;
  • - optionally a marking specifying the upper side of the device and possibly a marking indicating the detection field of said device and / or the direction of passage of said objects and / or living beings;
  • At least one processing unit adapted to determine the number and / or to determine the direction of passage of each object and / or living beings having a thermal signature passing in front of said device.
  • the object of the present invention also relates to an algorithm for implementing a sensor according to the present invention, for example integrated into a mechanical unit for capturing passages as defined above, or of a device. according to the present invention comprising such a sensor, characterized in that the following steps are applied by said algorithm:
  • a step (b) corresponding to the acquisition and processing of the data generated during a passage of an object and / or a living being having a thermal signature in front of the sensor with an assignment positive or negative of a unit of passage by passage of an object and / or a living being having a thermal signature in front of said sensor;
  • the object of the present invention relates to the use of at least one device further comprising a magnetometer and a sensor according to the present invention for determining the direction of passage of at least one object comprising or consisting of metal generating at a magnetic field or sensitive to a magnetic field.
  • the object of the present invention further relates to the use of at least one sensor as described herein, to determine the direction of passage of at least one vehicle, such as a bicycle or an automobile.
  • the object of the present invention further relates to the use of at least one sensor as described herein, to determine the direction of passage of at least one human being.
  • a “sensor”, in the context of the present invention, is an optoelectronic component sensitive in the infrared (“IR”) making it possible to transform an optical signal (IR) into an electrical signal, preferably the electrical signal is digital nature.
  • this optoelectronic component consists of at least two pairs of detection cells.
  • the “sensor” according to the present invention is, as its name suggests, passive, that is to say that it only receives external infrared signals and does not emit any by itself in. the aim of collecting the reflected / absorbed waves due to this emission by “objects and / or living beings” passing in front of said sensor.
  • Each pair of detection cells comprises a first and a second detection cell, one similar to the other, advantageously arranged one beside the other.
  • Each detection cell is capable of delivering an electrical signal, preferably digital.
  • two pairs of detection cells it is understood in the context of the present invention a set of four cells.
  • masking it is understood in the context of the present invention any type of material blocking the passage of electromagnetic rays and more particularly IR rays. Thus, masking can be considered mechanical.
  • device for counting and determining the direction of passage of objects and / or living beings each having a thermal signature it is understood in the context of the present invention a device for measuring passage in a particular delimited area of a number of entities, such as living beings, more particularly humans (men and / or women), or mobile objects more particularly vehicles.
  • vehicle it is understood any vehicle of locomotion of people, animals or freight, loaded or empty, such as cars, trucks, motorcycles, bicycles, etc.
  • processing unit it is understood within the scope of the present invention an element allowing the processing of data, that is to say capable of recovering the signals coming from the sensor, processing them to make them. data which can then be transmitted to data storage and / or transfer means.
  • the processing unit also advantageously performs its tasks in a time-organized manner by means of a clock (internal or external to said unit) and can be programmed to apply an algorithm for processing the data collected.
  • thermal signature it is understood in the context of the present invention that the object or the living being (such as a person) is distinguished from its environment by a characteristic thermal trace.
  • stereoscopic it is understood in the context of the present invention a system making it possible to distinguish in a determined space the objects / living beings, which implies at least two distinct signals for the same object in the same space ( and therefore two different signal sources / cells).
  • power supply it is understood in the context of the present invention a power supply means or equivalent.
  • passage field it is understood within the framework of the present invention the zone where the frequentation (i.e. the passage of entities as defined above) wants to be determined.
  • This passage space can be segmented into several "passage plots”. In each of these plots is then positioned a device according to the present invention, so that the passage takes place efficiently in front of the sensor.
  • the senor according to the present invention is characterized in that each pair of cells comprises a reference cell, masked, and a detection cell, not masked.
  • the senor according to the present invention is characterized in that the reference cells are side by side, preferably the masking thereof then consists of a single continuous part.
  • the senor according to the present invention is characterized in that it is configured to be combined with at least one optical lens, advantageously adapted to the thermal infrared signal, such as a Fresnel lens, a germanium lens or a zinc selenide lens, disposed in front of said pyroelectric component.
  • the sensor combination according to the present invention with a lens thus makes it possible to use the stereoscopy generated by the latter at its focal point for the acquisition of data useful for counting.
  • Such a combination of the sensor according to the present invention with a lens can be defined as a “mechanical unit for sensing passages”. Such a unit makes it possible to count and to discriminate the direction of the passages of objects or living beings having a thermal signature.
  • the senor according to the present invention is characterized in that the detection cells are arranged to be in the focal plane of the optical lens or the lens-sensor pair is adjusted so that the detection cells are near the focal plane.
  • adjusted it is understood that it is the distance between the lens and the sensor that is adjusted. Indeed, this adjustment is common in the art so that the image received on the detection cells is sharp, i.e. that the focus is performed.
  • the present invention also relates to a mechanical unit for capturing passages as described above, characterized in that the detection cells of said sensor are in the focal plane of the optical lens or the lens and the sensor are adjusted. so that the detection cells of the sensor are close to the focal plane of the lens.
  • the object of the present invention relates to a device comprising a sensor as defined above, for example in a mechanical unit for capturing the passage as defined above.
  • the device according to the present invention comprises a single sensor according to the invention, for example in a mechanical passage sensing unit as defined above.
  • a device according to the present invention comprising the sensor according to the present invention (for example integrated into a mechanical unit for capturing passages as defined above), can be functional with a single sensor according to invention.
  • the electromagnetic radiation picked up makes it possible to count and if necessary determine the direction of passage of objects or living beings having a thermal signature in front of said sensor.
  • the device according to the present invention is characterized in that it comprises at least one data transmission means.
  • the device according to the present invention is characterized in that it comprises at least one data storage means.
  • the device according to the present invention is characterized in that the power supply is external to the device, such as through an outlet, and / or internal to the device, such as through a battery or a rechargeable battery.
  • the object of the present invention also relates to an algorithm for implementing a sensor according to the present invention, or a device according to the present invention comprising such a sensor, characterized in that the steps as described above are applied by said algorithm.
  • step (b) of the algorithm can include the following sub-steps:
  • step (b1) subsequent to the previous step (for example subsequent to step (a), or even to another step (b)) where the algorithm assigns the first significant signal received from the sensor and corresponding at the start of a detection, a first time reference (t0) and identifies the cell from which this signal comes;
  • step (b2) subsequent to the previous step (b1) where the algorithm assigns to the significant signal received in a pair directly neighboring cells of the previous step (b1), a subsequent time reference ( t1) and identifies the cell from which this signal comes;
  • step (b3) subsequent or parallel to any one of the preceding steps (b1) or (b2), where the algorithm assigns the extreme value of the signal received from the sensor, corresponding to the detection peak , a temporal reference (tOO) and identifies the cell from which this signal originates;
  • a step (b4) subsequent to the previous step (b4) where the algorithm assigns to the detection peak received in a directly neighboring pair of cells from the previous step (b3), a subsequent time reference (t01) and identifies the cell from which this signal originates; - if applicable, a step (b5), subsequent to the previous step (b4) where the algorithm identifies the loss of signal and closes step (b) by assigning a positive or negative direction of passage by comparing the first and the last cell from which the signals originate and optionally keeps in memory the characteristics of this passage.
  • the assignment of the direction of passage can be arbitrarily defined on the sensor and / or the device according to the present invention, or by the user by an assignment means such as a directional button or in a parameter setting. a control software, or even by the algorithm during the step for example of step a) of reinitialization.
  • the sensors according to the present invention are stereoscopic, and advantageously placed so that the living object (s) / beings pass in front of a first pair of cells then a second, it becomes very easy to determine the direction of passage.
  • the algorithm can estimate the speed of passage if the user gives it the real distance between the sensor and the middle of the passage zone of thermal living objects / beings.
  • the algorithm can estimate the thermal width of the object or group of objects crossing the detection field thanks to the calculated speed, by comparing the difference of time references between the start of detection t0 and the detection of the first extremum of signal tOO (respectively t01).
  • thermal width it is understood in the context of the present invention that the algorithm can approximate, on the basis of the speed, and the distance at which the object is located, its size. . It is then possible to assign the various signals collected identifications according to whether they are people, animals, people on bicycles, cars, etc.
  • the algorithm can thus estimate the thermal width of the object or group of objects or living beings crossing the detection field thanks to the calculated speed, by comparing the difference in time references between the start of detection tO and the detection of the first extremum of signal tOO (respectively t01), as explained above.
  • the algorithm can use, in a single signal acquisition, the estimated speed, the number of extremes of signals detected and the thermal half-width of the first object to classify the practices detected by the device (pedestrian, 2 wheels, vehicles, ).
  • the device according to the present invention can further comprise at least one magnetometer.
  • the algorithm when the algorithm detects that a series of detection peaks has crossed the matrix of cells right through, it adds an entire unit to the number of passages, according to the direction of passage. detected.
  • the algorithm according to the present invention can be characterized in that said algorithm is integrated into a mechanical unit for capturing passages according to the present invention, or of a device according to the present invention comprising such a sensor.
  • FIG. 1 shows a device (D) according to the present invention comprising a sensor (C) according to the present invention, a lens (L), a processing unit (TT) and a control unit.
  • transmission The direction of passage of the moving thermal targets is represented by the arrows (F), and the device is arranged so that this passage crosses the detection field (CH).
  • Thermal targets emit infrared signals (SIR) which are detected by the sensor (C) after passing through the lens (L).
  • the sensor then sends an analog or digital signal (S1) to the processing unit (TT) which processes this signal so that it can be used by the transmission (TS) - and / or storage unit if necessary .
  • the transmission unit (TS) transmits the useful information according to its designated protocol.
  • the device comprises a single sensor (IR) according to the present invention (comprising for example 2x2 detection cells, such as 2x2 pixels), placed in the focal plane or close to it of the lens (L) , which can be an IR lens (Fresnel, germanium or even zinc selenide, for example).
  • IR IR
  • FIG. 2 represents a sensor (C) according to the present invention, comprising 2x2 detection cells A / A 'and B / B'.
  • FIGS. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C and FIG.2D Four embodiments are shown below in FIGS. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C and FIG.2D.
  • the pairs of detection cells are arranged so that the reference cells (A 'and B for 2A, or A and B' for 2C) are not one next to the 'other, while in Figures 2B and 2D, the reference cells (A' and B for 2B, or A 'and B' for 2D) are next to each other.
  • the shaded-shaded masking element (M) is in one piece (allowing easy positioning and optimized masking).
  • the pairs A / A 'and B / B' are then said to be “crossed”.
  • two masking elements (M) are used.
  • the sensor can be pyroelectric integrating 2 pairs of detection cells, of which 2 masked cells serve as a reference, and the two detection cells (not masked) allow a stereoscopic type algorithm. It is important that for each detection cell, the remaining (masked) cell serves as a reference in order to have a torque-to-torque comparison basis.
  • Figure 3 represents a graph of the signal strength (ordinate - arbitrary value scale) versus time (in milliseconds) when a pedestrian (slow passage) passes the sensor according to the present invention (sensor in accordance with Example 1 below).
  • the blue and red curves respectively represent the signals obtained for a first pair of cells and a second pair of detection cells used in the sensor according to the present invention.
  • the green curve represents events (in the form of peaks), for example when one of the values of the blue and / or red curves reach a threshold value (determined by the user or set by default), or when the processor has finalized Event.
  • FIG. 4 shows a graph of the signal strength (ordinate - arbitrary value scale) as a function of time (in milliseconds) when a vehicle such as a bicycle (fast passage ) passes in front of the sensor according to the present invention (sensor in accordance with Example 1 below).
  • the legend and comments in figure 3 apply to figure 4.
  • Example 1 device created [50] A device according to the present invention has been created using the following parts:
  • ABS case with dimensions 101 x 77 x 40;
  • card is structured around the “MSP430F248®” microcontroller
  • a first method was applied by adjusting the algorithm of the counting boxes to calculate and estimate the speed of passage of the detected targets and to classify according to the speed the nature of the object.
  • the order of the curves determines the direction of passage. For example in figures 3 and 4, when the red curve (and cross) is followed by a blue curve (and circles), i.e. the peak of the blue curve appears after the peak of the red curve according to the temporal scale of the abscissa (on the right side of the graph here), this corresponds to a determined meaning (an entry for example). When the red / blue order is reversed (i.e. the peak of the red curve is to the right of the peak of the blue curve), then it corresponds to the opposite direction. Each of these curves (red or blue) corresponds to the signal received by each pair of cells (one cell masked and the other not) sequentially.
  • a second method of determining the nature of the object passing in front of the sensor is to couple the said sensor with a magnetometer making it possible to detect the passage of a metallic mass close to the sensor and to implement the management of the measurement. of the magnetic sensor in the algorithm in order to specify that it is an object generating or sensitive to a magnetic field. This alone can make it possible to distinguish passages of cars so as to count only bicycles or pedestrians.
  • This method can be combined with the first method above (from Example 3), and depending on the context either method may be favored when the data is conflicting.
  • the measurement period is 500 milliseconds (consumption divided by 25) and gives the signal reference; - during thermal signal detections, this period momentarily drops to 20 milliseconds and makes it possible to properly characterize the metal detection until the end of detection of the passage.
  • the measurement period ranges from 50 milliseconds to 2 seconds, for example from 100 milliseconds to 1000 milliseconds, preferably from 200 milliseconds to 750 milliseconds such as 500 milliseconds, and gives the signal reference;
  • this period momentarily passes into a range of 10 to 100 milliseconds, preferably 20 or 40 milliseconds, which allows the metal detection to be well characterized until the end of detection of the passage.
  • the boxes according to the present invention remain autonomous in energy and can classify the passages of vehicles (for example bicycle / car / motorcycle / truck) vis-à-vis people (eg bicycle / pedestrian / scooters / rollerblades on shared country roads or on cycle lanes (for bicycles).]
  • vehicles for example bicycle / car / motorcycle / truck
  • vis-à-vis people eg bicycle / pedestrian / scooters / rollerblades on shared country roads or on cycle lanes (for bicycles).

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Abstract

L'objet de la présente invention concerne un capteur de comptage et/ou de détermination du sens de passage d'objets et/ou d'êtres vivants disposants chacun d'une signature thermique, comprenant ou consistant en : - un composant pyroélectrique, préférentiellement numérique, intégrant au moins deux couples de cellules de détection; et - dont une cellule est masquée dans chaque couple de cellules. La présente invention concerne en outre une unité mécanique de captation de passages comprenant un tel capteur et une lentille optique. La présente invention concerne en outre l'utilisation d'un tel capteur, par exemple sous forme d'une unité mécanique de captation de passages, dans un dispositif. La présente invention concerne le dispositif en tant que tel. La présente invention concerne également l'algorithme de traitement des données du capteur.

Description

Capteur thermique stéréoscopique miniaturisé pour dispositif de comptage
automatique
[1] [L’objet de la présente invention concerne un capteur de comptage et/ou de détermination du sens de passage d’objets et/ou d’êtres vivants disposants chacun d’une signature thermique, et l’utilisation d’un tel capteur dans un dispositif. L’objet de la présente invention concerne également le dispositif en tant que tel et l’algorithme de traitement des données du capteur.
[2] Les dispositifs de comptage, en particulier de personnes, cherchent de manière générale à obtenir la plus grande précision de mesure possible. Ainsi, l’état de la technique est riche en enseignement quant à proposer des moyens pour déterminer le sens de passage des entités comptées, voire de distinguer la nature de l’entité (être vivant, objet, véhicule, etc.) afin d’éventuellement discriminer les entités non voulues. De manière générale, pour obtenir les meilleurs résultats en termes de fiabilité, l’état de la technique a augmenté le nombre de moyens de comptage disposés sur un espace de passage pour « cribler » la zone considérée. Par exemple, une multitude de faisceaux/capteurs placés dans une zone particulière de passage permet d’étudier les déplacements des entités considérées et donc d’incrémenter ou non le comptage. Il en résulte des infrastructures lourdes très difficiles voire impossibles à déplacer. Les documents brevets W00033261 , EP0828233, WO9408258, FR2739203, WO9816801 , US4278878, WO01/88858,
US4000400, FR2644269, US2018046860 illustrent ce type de modes de réalisations.
[3] L’objet de la présente invention vise à proposer un capteur permettant de récolter un maximum d’informations et ainsi de simplifier les infrastructures de comptage. Le capteur peut ainsi devenir un capteur de comptage et/ou de détermination du sens de passage d’objets et/ou d’êtres vivants disposants chacun d’une signature thermique. L’objet de la présente invention vise également à proposer un dispositif comprenant un tel capteur, et à fournir un algorithme permettant la mise en œuvre des données obtenues par ce capteur particulier.
[4] RESUME DE L’INVENTION
[5] L’objet de la présente invention concerne un capteur de comptage et/ou de détermination du sens de passage d’objets et/ou d’êtres vivants disposants chacun d’une signature thermique, comprenant ou consistant en : - un composant pyroélectrique, préférentiellement numérique, intégrant au moins deux couples de cellules de détection ; et
- dont une cellule est masquée dans chaque couple de cellules.
[6] L’objet de la présente invention concerne de plus une unité mécanique de captation de passages, caractérisée en ce qu’elle comprend :
- au moins un capteur selon la présente invention ; et
- - au moins une lentille optique, avantageusement adaptée au signal infrarouge thermique, telle qu’une lentille de Fresnel, une lentille en Germanium ou une lentille en séléniure de zinc, disposée devant le composant pyroélectrique dudit capteur.
[7] L’objet de la présente invention concerne ainsi l’utilisation d’au moins un capteur selon la présente invention, par exemple intégré dans une unité mécanique de captation de passages telle que définie ci-dessus, dans un dispositif de comptage et de détermination du sens de passage d’objets et/ou d’êtres vivants disposants chacun d’une signature thermique, dans lequel préférentiellement le capteur est stéréoscopique, c’est-à-dire fonctionne de manière stéréoscopique.
[8] L’objet de la présente invention concerne en outre un dispositif de comptage et de détermination du sens de passage d’objets et/ou d’êtres vivants disposants chacun d’une signature thermique, comprenant :
- au moins un capteur selon la présente invention, par exemple intégré dans une unité mécanique de captation de passages telle que définie ci-dessus ;
- un moyen d’alimentation ;
- optionnellement un marquage précisant le coté supérieur du dispositif et éventuellement un marquage indiquant le champ de détection dudit dispositif et/ou le sens de passage desdits objets et/ou êtres vivants ; et
- au moins une unité de traitement adapté à déterminer le nombre et/ou à déterminer le sens de passage de chaque objet et/ou êtres vivants disposants d’une signature thermique passant devant ledit dispositif.
[9] L’objet de la présente invention concerne également un algorithme de mise en œuvre d’un capteur selon la présente invention, par exemple intégré dans une unité mécanique de captation de passages telle que définie ci-dessus, ou d’un dispositif selon la présente invention comprenant un tel capteur, caractérisé en ce que les étapes suivantes sont appliquées par ledit algorithme :
- - une première étape (a) où toutes les variables de détection sont initialisées à zéro, y compris le nombre de passages ;
- le cas échéant, une étape (b) correspondant à l’acquisition et au traitement des données générés lors d’un passage d’un objet et/ou d’un être vivant disposant d’une signature thermique devant le capteur avec une assignation positive ou négative d’une unité de passage par passage d’un objet et/ou d’un être vivant disposant d’une signature thermique devant ledit capteur ;
- optionnellement, une étape de comparaison des données absolues et des dérivées de 2 courbes de formes analogues et issues du même capteur ;
- une étape (c) d’ajout ou de retrait au nombre de passage en mémoire d’une unité selon l’assignation de l’étape (b) ;
- le cas échéant, une étape (d) de reproduction des étapes (b) et (c) ; et
- optionnellement au moins une étape (e) de stockage des données avec éventuellement une remise à zéro des variables à chaque stockage.
L’objet de la présente invention concerne l’utilisation d’au moins un dispositif comprenant en outre un magnétomètre et un capteur selon la présente invention pour déterminer le sens de passage d’au moins un objet comprenant ou consistant en du métal générant à un champ magnétique ou sensible à un champ magnétique. L’objet de la présente invention concerne en outre l’utilisation d’au moins un capteur tel que décrit ici, pour déterminer le sens de passage d’au moins un véhicule, tel qu’un vélo ou une automobile.
L’objet de la présente invention concerne de plus l’utilisation d’au moins un capteur tel que décrit présentement, pour déterminer le sens de passage d’au moins un être humain.
[10] DEFINITIONS
[11] Un « capteur », dans le cadre de la présente invention, est un composant optoélectronique sensible dans l’infrarouge (« IR ») permettant de transformer un signal optique (IR) en signal électrique, préférentiellement le signal électrique est de nature numérique. Dans le cadre de la présente invention, ce composant optoélectronique est constitué d’au moins deux couples de cellules de détection. Le « capteur » selon la présente invention est, comme son nom l’indique, passif, c’est-à- dire qu’il ne fait que recevoir des signaux infra-rouges extérieurs et n’en émet pas par lui-même dans le but de collecter les ondes réfléchies/absorbées dues à cette émission par les « d’objets et/ou êtres vivants » passant devant ledit capteur.
[12] Chaque couple de cellule de détection comprend une première et une deuxième cellule de détection l’une semblable à l’autre avantageusement disposées l'une à côté de l'autre. Chaque cellule de détection est capable de délivrer un signal électrique, préférentiellement numérique. Ainsi par « deux couples de cellules de détection », il est compris dans le contexte de la présente invention un ensemble de quatre cellules.
[13] Par « masquage », il est compris dans le contexte de la présente invention tout type de matériau bloquant le passage de rayons électromagnétique et plus particulièrement de rayons IR. Ainsi le masquage peut être considéré mécanique.
[14] Par « dispositif de comptage et de détermination du sens de passage d’objets et/ou d’êtres vivants disposants chacun d’une signature thermique », il est compris dans le contexte de la présente invention un dispositif de mesure de passage dans une zone délimitée particulière d’un nombre d’entités, tels que des êtres vivants, plus particulièrement des humains (hommes et/ou femmes), ou des objets mobiles plus particulièrement des véhicules. Par véhicule, il est compris tout véhicule de locomotion de personnes, animaux ou fret, chargés ou vides, tels que de voitures, camions, motos, bicyclettes, etc.
[15] Par « unité de traitement », il est compris dans le cadre de la présente invention un élément permettant le traitement des données, c’est-à-dire capable de récupérer les signaux provenant du capteur, les traiter pour en faire des données qui pourront alors être transmis à des moyens de stockage et/ou de transfert de données. L’unité de traitement effectue en outre de manière avantageuse ses tâches de manière organisée dans le temps par l’intermédiaire d’une horloge (interne ou externe à ladite unité) et peut être programmée pour appliquer un algorithme de traitement des données recueillies. [16] Par « signature thermique », il est compris dans le contexte de la présente invention que l’objet ou l’être vivant (telle qu’une personne) se distingue de son environnement par une trace caractéristique thermique.
[17] Par « stéréoscopique », il est compris dans le contexte de la présente invention un système permettant de distinguer dans un espace déterminé les objets/êtres vivants, ce qui implique au moins deux signaux distincts pour le même objet dans le même espace (et donc deux sources de signaux/cellules différentes).
[18] Par « moyen d’alimentation », il est compris dans le contexte de la présente invention un moyen d’alimentation électrique ou équivalent.
[19] Par « champ de passage », il est compris dans le cadre de la présente invention la zone où la fréquentation (i.e. le passage d’entités tel que défini ci- dessus) veut être déterminée. Cette espace de passage peut être segmenté en plusieurs « parcelles de passage ». Dans chacune de ces parcelles est alors positionné un dispositif selon la présente invention, de manière à ce que le passage s’effectue de manière efficace devant le capteur.
[20] Par « dérivée », il est compris dans le cadre de la présente invention une dérivée numérique discrète telle que connue dans l’état de l’art du traitement de signal.
[21] DESCRIPTION DETAILLEE
[22] Dans un mode de réalisation particulier, le capteur selon la présente invention est caractérisé en ce que chaque couple de cellules comprend une cellule de référence, masquée, et une cellule de détection, non masquée.
[23] De manière préférée, le capteur selon la présente invention est caractérisé en ce que les cellules de référence sont côte à côte, préférentiellement le masquage de celles-ci est alors constitué d’une seule pièce continue.
[24] Dans un mode de réalisation avantageux, le capteur selon la présente invention est caractérisé en ce qu’il est configuré pour être combiné avec au moins une lentille optique, avantageusement adaptée au signal infrarouge thermique, telle qu’une lentille de Fresnel, une lentille en Germanium ou une lentille en séléniure de zinc, disposée devant ledit composant pyroélectrique. La combinaison du capteur selon la présente invention avec une lentille permet ainsi d’utiliser la stéréoscopie générée par celle-ci en son point focal pour l’acquisition de données utiles pour le comptage. Une telle combinaison du capteur selon la présente invention avec une lentille peut être définie comme une « unité mécanique de captation de passages ». Une telle unité permet de compter et de discriminer le sens des passages d’objets ou d’êtres vivant ayant une signature thermique.
[25] Préférentiellement, le capteur selon la présente invention est caractérisé en ce que les cellules de détection sont agencées pour être dans le plan focal de la lentille optique ou le couple lentille-capteur est ajusté de manière à ce que les cellules de détection soient à proximité du plan focal. Par ajusté, il est compris que c’est la distance entre la lentille et le capteur qui est ajustée. En effet, cet ajustement est courant dans l’art afin que l’image reçue sur les cellules de détection soit nette, i.e. que la mise au point soit effectuée.
[26] Ainsi la présente invention concerne également une unité mécanique de captation de passages telle que décrite ci-dessus, caractérisée en ce que les cellules de détection dudit capteur sont dans le plan focal de la lentille optique ou la lentille et le capteur sont ajustés de manière à ce que les cellules de détection du capteur soient à proximité du plan focal de la lentille.
[27] En outre, l’objet de la présente invention concerne un dispositif comprenant un capteur tel que défini ci-dessus, par exemple dans une unité mécanique de captation de passage telle que définie ci-dessus.
[28] De manière préférée, le dispositif selon la présente invention comprend un seul capteur selon l’invention, par exemple dans une unité mécanique de captation de passage telle que définie ci-dessus.
[29] Ainsi, de manière avantageuse, un dispositif selon la présente invention comprenant le capteur selon la présente invention (par exemple intégré dans une unité mécanique de captation de passages telle que définie ci-dessus), peut être fonctionnel avec un seul capteur selon l’invention. Ainsi, les rayonnements électromagnétiques captés permettent un comptage et si besoin une détermination du sens de passage d’objets ou d’êtres vivants ayant une signature thermique devant ledit capteur. [30] Ainsi dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon la présente invention est caractérisé en ce qu’il comprend au moins un moyen de transmission des données.
[31] Préférentiellement, le dispositif selon la présente invention est caractérisé en ce qu’il comprend au moins un moyen de stockage des données.
[32] De manière classique, le dispositif selon la présente invention est caractérisé en ce que l’alimentation est externe au dispositif, telle que par le biais d’une prise de courant, et/ou interne au dispositif, telle que par le biais d’une batterie ou d’un accu.
[33] L’objet de la présente invention concerne également un algorithme de mise en œuvre d’un capteur selon la présente invention, ou d’un dispositif selon la présente invention comprenant un tel capteur, caractérisé en ce que les étapes telles que décrites ci-dessus sont appliquées par ledit algorithme.
[34] En particulier, l’étape (b) de l’algorithme peut comprendre les sous-étapes suivantes :
- une étape (b1 ), subséquente à l’étape précédente (par exemple subséquente à l’étape (a), voire d’une autre étape (b)) où l’algorithme assigne au premier signal significatif reçu provenant du capteur et correspondant au début d’une détection, une première référence temporelle (tO) et identifie la cellule dont ce signal est issu ;
- le cas échéant, une étape (b2), subséquente à l’étape précédente (b1 ) où l’algorithme assigne au signal significatif reçu dans un couple directement voisin de cellules de l’étape précédente (b1), une référence temporelle subséquente (t1 ) et identifie la cellule dont ce signal est issu ;
- le cas échéant, une étape (b3), subséquente ou parallèle à l’une quelconque des étapes précédentes (b1 ) ou (b2), où l’algorithme assigne à la valeur extrême du signal reçu du capteur, correspondant au pic de détection, une référence temporelle (tOO) et identifie la cellule dont ce signal est issu ;
- le cas échéant, une étape (b4), subséquente à l’étape précédente (b4) où l’algorithme assigne au pic de détection reçu dans un couple directement voisin de cellules de l’étape précédente (b3), une référence temporelle subséquente (t01) et identifie la cellule dont ce signal est issu ; - le cas échéant, une étape (b5), subséquente à l’étape précédente (b4) où l’algorithme identifie la perte de signal et clôture l’étape (b) en assignant un sens de passage positif ou négatif en comparant la première et la dernière cellule d’où sont issus les signaux et optionnellement garde en mémoire les caractéristiques de ce passage.
[35] L’assignation du sens de passage peut être arbitrairement définie sur le capteur et/ou le dispositif selon la présente invention, ou par l’utilisateur par un moyen d’assignation tel qu’un bouton directionnel ou dans un paramétrage d’un logiciel de contrôle, ou encore par l’algorithme lors de l’étape par exemple de l’étape a) de réinitialisation. Ainsi comme les capteurs selon la présente invention sont stéréoscopiques, et avantageusement placés pour que le/les objets/êtres vivants passent devant un premier doublet de cellules puis un second, il devient très facile de déterminer le sens de passage.
[36] De manière optionnelle, l’algorithme peut estimer la vitesse de passage si l’utilisateur lui donne la distance réelle entre le capteur et le milieu de la zone de passage des objets/êtres vivants thermiques.
[37] De plus et de manière optionnelle, l’algorithme peut estimer la largeur thermique de l’objet ou groupe d’objets traversant le champ de détection grâce à la vitesse calculée, en comparant la différence de références temporelles entre le début de détection tO et la détection du premier extremum de signal tOO (respectivement t01 ).
[38] Par « largeur thermique », il est compris dans le contexte de la présente invention que l’algorithme peut déduire de manière approximative, sur la base de la vitesse, et de la distance à laquelle se trouve l’objet, sa taille. Il est alors possible d’assigner aux différents signaux recueillis des identifications selon qu’il s’agit de personnes, d’animaux, de personnes en vélos, de voitures, etc.
[39] L’algorithme peut ainsi estimer la largeur thermique de l’objet ou groupe d’objets ou êtres vivants traversant le champ de détection grâce à la vitesse calculée, en comparant la différence de références temporelles entre le début de détection tO et la détection du premier extremum de signal tOO (respectivement t01 ), tels qu’expliqués ci-dessus. [40] En outre et de manière optionnelle, l’algorithme peut utiliser, dans une même acquisition de signal, la vitesse estimée, le nombre d’extrema de signaux détectés et la demi-largeur thermique du premier objet pour classifier les pratiques détectées par le dispositif (piéton, 2 roues, véhicules, ...).
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif selon la présente invention peut comprendre en outre au moins un magnétomètre.
[41] De manière classique selon la présente invention, lorsque l’algorithme détecte qu’une série de pics de détection a traversé la matrice de cellules de part en part, il ajoute une unité entière au nombre de passage, selon le sens de passage détecté.
[42] Dans un mode de réalisation particulier, l’algorithme selon la présente invention peut être caractérisé en ce que ledit algorithme est intégré dans une unité mécanique de captation de passages selon la présente invention, ou d’un dispositif selon la présente invention comprenant un tel capteur.
[43] FIGURES
[44] [Fig .1 ] : La figure 1 représente un dispositif (D) selon la présente invention comprenant un capteur (C) selon la présente invention, une lentille (L), une unité de traitement (TT) et une unité de transmission (TS). Le sens de passage des cibles thermiques en mouvement est représenté par les flèches (F), et le dispositif est agencé de manière à ce que ce passage traverse le champ de détection (CH). Les cibles thermiques émettent des signaux infrarouges (SIR) qui sont détectés par le capteur (C) après leurs passages dans la lentille (L). Le capteur émet alors un signal analogique ou numérique (S1) vers l’unité de traitement (TT) qui traite se signal pour qu’il puisse être utilisable par l’unité de transmission (TS) - et/ou de stockage le cas échéant. L’unité de transmission (TS) émet l’information utile selon son protocole désigné. De manière préférée, le dispositif comprend un unique capteur (IR) selon la présente invention (comprenant par exemple 2x2 cellules de détection, tel que 2x2 pixels), placé dans le plan focal ou à proximité de celui-ci de la lentille (L), qui peut être une lentille IR (de Fresnel, en germanium ou encore en séléniure de zinc, par exemple).
[45] [Fig .2] : La figure 2 représente un capteur (C) selon la présente invention, comprenant 2x2 cellules de détections A/A’ et B/B’. Quatre modes de réalisation sont représentés ci-dessous dans les FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C et FIG.2D. Dans les figures 2A et 2C, les couples de cellules de détection sont agencés de manière à ce que les cellules de références (A’ et B pour 2A, ou A et B’ pour 2C) ne sont pas l’une à côté de l’autre, alors que dans les figures 2B et 2D, les cellules de références (A’ et B pour 2B, ou A’ et B’ pour 2D) sont l’une à côté de l’autre. Dans ces derniers cas, l’élément de masquage (M) en hachuré-grisé est d’une seule pièce (permettant un positionnement facilité et un masquage optimisé). Dans la figure 2B, les couples A/A’ et B/B’ sont alors dits « croisés ». Dans les figures 2A et 2C, deux éléments de masquage (M) sont utilisés. Ainsi, dans tous les cas de figures représentés, le capteur peut être pyroélectrique intégrant 2 couples de cellules de détection, dont 2 cellules masquées servent de référence, et les deux cellules de détection (non masquées) permettent une algorithmie de type stéréoscopique. Il est important que pour chaque cellule de détection, la cellule restante (masquée) serve de référence afin d’avoir une base de comparaison couple à couple.
[46] [Fig.3] : La figure 3 représente un graphique de l’intensité du signal (en ordonnées - échelle de valeurs arbitraire) en fonction du temps (en millisecondes) lorsqu’un piéton (passage lent) passe devant le capteur selon la présente invention (capteur conforme à l’exemple 1 ci-dessous). Les courbes bleues et rouges représentent respectivement les signaux obtenus pour un premier couple de cellules et un second couple de cellules de détection employés dans le capteur selon la présente invention. La courbe verte représente les événements (sous forme de pics), par exemple lorsque l’une des valeurs des courbes bleus et/ou rouge atteignent une valeur seuil (déterminé par l’usager ou mis par défaut), ou lorsque le processeur a finalisé un évènement.
[47] [Fig .4] : La figure 4 représente un graphique de l’intensité du signal (en ordonnées - échelle de valeurs arbitraire) en fonction du temps (en millisecondes) lorsqu’un véhicule tel qu’un vélo (passage rapide) passe devant le capteur selon la présente invention (capteur conforme à l’exemple 1 ci-dessous). La légende et les commentaires de la figure 3 sont applicables à la figure 4.
[48] EXEMPLES
[49] Exemple 1 : dispositif créé [50] Un dispositif selon la présente invention a été créé en utilisant les pièces suivantes :
- Boîtier : boîtier ABS de dimensions 101 x 77 x 40 ;
- Unité centrale de faible : carte est architecturée autour du microcontrôleur « MSP430F248® » ;
- Capteur thermique matriciel numérique PYQ5848 à 2 couples de détecteurs AA’ et BB’ croisés. Le capteur est implanté mécaniquement de façon indépendante à la carte électronique ; la liaison avec la carte est réalisée par une liaison filaire de 3 fils ;
- Masquage par occultation de 2 pixels thermiques B & A’ grâce à un unique autocollant rectangulaire. Les 2 pixels masqués deviennent les références thermiques des 2 détecteurs restants. Les 2 détecteurs fournissent des courbes thermiques analogues qui sont ensuite comparées temporellement à l’aide de leurs dérivées ;
- Pile : CR123 NiMn02, tension de 3V, capacité annoncée de 1500 mAHrs ;
- Carte de transmissions Sigfox : cartes « SiPy® » (du constructeur PyCom®) ;
- Stockage interne des résultats de comptage par quart d’heure : mémoire « I2C 24 LC 1025® » ;
- Interrupteur : carte électronique équipée à 2 extrémités de capteurs électromagnétiques à effet hall.
[51] Les différents éléments listés ci-dessus sont simplement assemblés pour obtenir un dispositif selon la présente invention.
[52] Exemple 2 : dispositif testé
[53] Des dispositifs selon l’exemple 1 ont été testés suivant les protocoles suivants :
[54] Tests scénarisés de passage à 1 mètre, 4 mètres et 7 mètres avec des passages simples et passages doubles dans les 2 sens. Des séquences vidéo associées à des mesures de données algorithmiques ont été enregistrées à l’aide du logiciel KDLINK® pour être rejouées et analysées. Des mises au point d’usage de l’algorithmique ont abouti à une précision de +/- 5% sur des scénarios de passages unitaires et groupés (hors stagnation et masquage).
[55] Des tests de terrain ont eu lieu de façon répétitives en entrée / sortie du « Village Gaulois de Pleumeur-Bodou » (parc touristique accueillant environ 60000 visiteurs par an), où un dispositif selon l’exemple 1 a été dissimulé et positionné à l’entrée du parc. Les chiffres obtenus par les dispositifs selon l’exemple 1 ont été comparés à des dispositifs de référence et aux nombres d’entrées payantes du parc.
[56] Ainsi, le 15 Août 2018, pour 1192 entrées payantes, le dispositif selon l’exemple 1 a comptabilisé 1248 passages allers/retours. Le lendemain, pour 921 entrées payantes, le capteur a comptabilisé 990 passages allers/retours. Ces chiffres sont cohérents avec le fait que le capteur comptabilise tous les passages et vise une précision de +/- 10 %.
[57] Exemple 3 : Détermination de la nature et du sens de passage de l’objet
[58] Une première méthode a été appliquée en réglant l’algorithme des boîtiers de comptage pour calculer et estimer la vitesse de passage des cibles détectées est classer selon la vitesse la nature de l’objet.
[59] Ainsi, l’effet stéréoscopique des capteurs donne des types de courbes du même ordre.
[60] L’ordre des courbes permet de déterminer le sens de passage. Par exemple sur les figures 3 et 4, lorsque la courbe rouge (et croix) est suivie par une courbe bleue (et ronds), c’est-à-dire que le pic de la courbe bleue apparaît après le pic de la courbe rouge selon l’échelle temporelle de l’abscisse (sur le côté droit du graphique ici), cela correspond à un sens déterminé (une entrée par exemple). Lorsque l’ordre rouge/bleu est inversé (c’est-à-dire que le pic de la courbe rouge est à la droite du pic de la courbe bleue), cela correspond alors au sens inverse. Chacune de ces courbes (rouge ou bleue) correspond au signal reçu par chaque couple de cellule (une cellule masquée et l’autre non) séquentiellement.
[61] La détection des extrema se fait au passage à 0 des 2 courbes (voir pics sur les courbes vertes (et triangles) des événements). Il s’agit alors de mesurer l’écart entre les extrema pour connaître une vitesse de passage permettant de classifier le type de pratique. Une variation de temps faible correspond typiquement au signal laissé par un véhicule tel qu’un vélo. Le seuil peut être réglable pour une variation de temps laissé par un piéton. Le graphique de la figure 3 est représentatif du passage d’un piéton et le graphique de la figure 4 est représentatif du passage d’un véhicule tel qu’un vélo.
[62] Concrètement des tests scénarisés ont été effectués pour mettre au point puis valider une estimation de la vitesse de passage. Un logiciel permettant de visualiser les courbes des 2 capteurs pour chaque séquence d’acquisition et d’y associer des séquences vidéo témoin a été utilisé. Ici, le logiciel permettant ceci dans les tests réalisés se prénomme « KDLINK ». Lors de ces tests scénarisés, il a été possible de classifier de façon fiable et répétitive des piétons et des vélos, tout en indiquant leurs sens de passage.
[63] Le réglage de l’algorithme des capteurs a été validé sur le terrain dans de nombreux cas dont un comptage à Houat (France) en septembre 2019. Ce comptage impliquait 10 boîtiers pendant une semaine complète.
[64] Une seconde méthode de détermination de la nature de l’objet passant devant le capteur est de coupler le dit capteur avec un magnétomètre permettant de détecter le passage d’une masse métallique proche du capteur et d’implémenter la gestion de la mesure du capteur magnétique dans l’algorithme afin de préciser qu’il s’agit d’un objet générant ou sensible à un champ magnétique. Ceci peut seul permettre de distinguer des passages de voitures afin de ne compter que des vélos ou des piétons. Cette méthode peut être combinée avec la première méthode ci- dessus (de l’exemple 3), et selon le contexte il peut alors être favorisée l’une ou l’autre méthode lorsque les données sont contradictoires.
[65] Afin de ne pas trop compromettre l’autonomie du dispositif /capteur selon la présente invention par l’ajout d’un magnétomètre, un mode de réalisation particulier a été effectué dans lequel la période de mesure du magnétomètre a été adaptée de la manière suivante :
- par défaut, la période de mesure est de 500 millisecondes (consommation divisée par 25) et donne la référence du signal ; - pendant les détections de signal thermique, cette période passe momentanément à 20 millisecondes et permet de bien caractériser la détection de métal jusqu’à la fin de détection du passage.
Une généralisation peut être ainsi effectuée :
- par défaut, la période de mesure est comprise de 50 millisecondes à 2 secondes, par exemple de 100 millisecondes à 1000 millisecondes, de préférence de 200 millisecondes à 750 millisecondes telle que 500 millisecondes, et donne la référence du signal ;
- pendant les détections de signal thermique, cette période passe momentanément dans une gamme comprise de 10 à 100 millisecondes, , de préférence 20 ou 40 millisecondes, ce qui permet de bien caractériser la détection de métal jusqu’à la fin de détection du passage.
[66] En conclusion, grâce à la gestion couplée des deux capteurs (celui selon la présente invention et le magnétomètre), les boîtiers selon la présente invention restent autonomes en énergie et peuvent classifier les passages de véhicules (par exemple vélo/voiture/moto/camion) vis-à-vis de personnes (par exemple vélo/piéton/trottinettes/roller sur des routes partagées de campagne ou sur des bandes cyclables (pour les vélos). ]

Claims

REVENDICATIONS
1. [Capteur de comptage et/ou de détermination du sens de passage d’objets et/ou d’êtres vivants disposants chacun d’une signature thermique, comprenant ou consistant en :
- un composant pyroélectrique, préférentiellement numérique, intégrant au moins deux couples de cellules de détection ; et
- dont une cellule est masquée dans chaque couple de cellules.
2. Capteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque couple de cellules comprend une cellule de référence, masquée, et une cellule de détection, non masquée.
3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cellules de référence sont côte à côte.
4. Capteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le masquage des cellules de référence est constitué d’une seule pièce continue.
5. Unité mécanique de captation de passages, caractérisée en ce qu’elle comprend :
- au moins un capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 ; et
- au moins une lentille optique disposée devant le composant pyroélectrique dudit capteur.
6. Unité mécanique de captation de passages selon la revendication 5, caractérisée en ce que la lentille optique est adaptée au signal infrarouge thermique.
7. Unité mécanique de captation de passages selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que la lentille optique est une lentille de Fresnel, une lentille en Germanium ou une lentille en séléniure de zinc.
FEU ILLE RECTI FI ÉE (RÈGLE 91) ISA/ EP
8. Unité mécanique de captation de passages selon l’une quelconque revendications 5 à 7, caractérisée en ce que les cellules de détection dudit capteur sont dans le plan focal de la lentille optique ou la lentille et le capteur sont ajustés de manière à ce que les cellules de détection du capteur soient à proximité du plan focal de la lentille.
9. Utilisation d’au moins un capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans un dispositif de comptage et de détermination du sens de passage d’objets et/ou d’êtres vivants disposants chacun d’une signature thermique.
10. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit au moins un capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 est intégré dans une unité mécanique de captation de passages selon l’une quelconque revendications 5 à 7.
11 . Utilisation selon la revendication 9 ou 10 caractérisée en ce que le fonctionnement du capteur est stéréoscopique.
12. Dispositif de comptage et de détermination du sens de passage d’objets et/ou d’êtres vivants disposants chacun d’une signature thermique, comprenant :
- au moins un capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 ;
- un moyen d’alimentation ;
- optionnellement un marquage précisant le coté supérieur du dispositif et éventuellement un marquage indiquant le champ de détection dudit dispositif et/ou le sens de passage desdits objets et/ou êtres vivants ; et
- au moins une unité de traitement adapté à déterminer le nombre et/ou à déterminer le sens de passage de chaque objet et/ou êtres vivants disposants d’une signature thermique passant devant ledit dispositif.
13. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que ledit au moins un capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 est intégré dans une unité mécanique de captation de passages selon l’une quelconque des revendications 5 à 8.
14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un moyen de transmission des données.
FEU ILLE RECTI FI ÉE (RÈGLE 91) ISA/ EP
15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un moyen de stockage des données.
16. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu’il peut comprendre en outre au moins un magnétomètre.
17. Algorithme de mise en œuvre d’un capteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes suivantes sont appliquées par ledit algorithme :
- une première étape (a) où toutes les variables de détection sont initialisées à zéro, y compris le nombre de passages ;
- le cas échéant, une étape (b) correspondant à l’acquisition et au traitement des données générés lors d’un passage d’un objet et/ou d’un être vivant disposant d’une signature thermique devant le capteur avec une assignation positive ou négative d’une unité de passage par passage d’un objet et/ou d’un être vivant disposant d’une signature thermique devant ledit capteur ;
- optionnellement, une étape de comparaison des données absolues et des dérivées de 2 courbes de formes analogues et issues du même capteur ;
- une étape (c) d’ajout ou de retrait au nombre de passage en mémoire d’une unité selon l’assignation de l’étape (b) ;
- le cas échéant, une étape (d) de reproduction des étapes (b) et (c) ; et
- optionnellement au moins une étape (e) de stockage des données avec éventuellement une remise à zéro des variables à chaque stockage.
18. Algorithme selon la revendication 17 caractérisé en ce que ledit algorithme est intégré dans une unité mécanique de captation de passages selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, ou d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications 12 à 16 comprenant un tel capteur.
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