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CA 02393070 2002-07-08
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PROCEDE ET SYSTEME DE DETECTION SECURISEE PAR 'VIDEO
POUR LA COMMANDE AUTOMATIQUE D'UN SYSTEME MECANI(~UE
TEL U'UN TROTTOIR ROULANT OU ESCALIER MECANIOUE.
La présente invention concerne un procédé de détection sécurisée par vidéo de
personnes ou d'objets, ainsi qu'un système permettant la mise en oeuvre du
procédé.
Eile s'applique notamment, mais non exclusivement, à la commande
automatique ou serai automatique de systèmes de transport de personnes, tel
que les escaliers mécaniques ou les trottoirs roulants.
Bien entendu, elle peut s'appliquer égaiement au convoyage de marchandises, à
la détection d'objets ou de personnes dans des zones d'approche ou à proximité
de systèmes de transport, ou encore au voisïnage de portes d'accés à des zones
à
sécuriser.
Actuellement, lorsque fon souhaite démarrer ou redémarrer un escalier
mécanique ou un trottoir roulant à la suite d'un arrêt normal ou de sécurité,
il est
nécessaire pour des raisons de sécurité des personnes de vérifier qu'aucune
personne ni objet ne se trouve sur celui-ci.
Par ailleurs, les mises en marche automatiques à la suite de la détection
d'une
personne s'approchant du système de transport ne doivent être effectuées
qu'après s'être assure' de (absence de passager ou d'objet dans une zone de
sécurité prédéfinie.
Enfin, lors des arrêts normaux du système de transport, il est nécessaire de
vérifier que personne ne se trouve sur le systéme avant de procéder à (arrêt
de
celui-ci.
Dans la demande de brevet n° FR 2 773 791, on a déjà proposé un
système de
commande comprenant des caméras vidéo fournissant des images de parties
fixes et/ou mobiles du dispositif mécanique à commander. Ce système compare
en permanence les images reçues des caméras avec des images de référence
prises en (absence de personnes sur le dispositif mécanique à commander, pour
déterminer si des personnes se trouvent sur le dispositif mécanique ou dans
une
zone d'approche de celui-ci, et commander (arrêt ou le démarrage de celui-ci
en
fonction de la présence ou (absence de personnes sur les images reçues.
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Il s'avère que ce système n'offre pas une sécurité de fonctionnement
suffisante,
si bien qu'il ne peut pas être homologué par les organismes d'homologation
officiels notif és. En particulier, un tel système n'est pas conçu pour
signaler un
défaut de fonctionnement et ne permet pas garantir la pertinence d'une
information de présence ou d'absence d'une personne ou d'un objet sur le
système mécanique.
La présente invention a pour but de supprimer cet inconvénient. Cet objectif
est
atteint par la prévision d'un procédé de détection de personnes ou d'objets
dans
une zone de détection, pour la commande d'un système mécanique tel qu'un
dispositif de transport, en fonction de la présence d'objets ou de personnes
détectés dans la zone de détection, à (aide de caméras disposées de manière à
couvrir la zone de détection et reliées à un calculateur de surveillance
couplé â
un dispositif de commande du système mécanique.
Selon (invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend
- une phase d'initialisation comprenant une étape de contrôle d'éléments
matériels du calculateur de surveillance et de données stockées dans le
calculateur de surveillance ;
- une boucle de traitement comprenant pour chaque caméra active une étape
d'acquisition et de traitement d'une image fournie par la caméra, pour
élaborer une donnée de détection d'une personne ou d'un objet dans la zone
de détection et pour déterminer les commandes à appliquer au dispositif de
commande du système mécanique, une étape de contrôle de la qualité de
(image et de Ia position de la caméra par rapport â la zone de détection, et
une étape de contrôle d'éléments matériels du calculateur de surveillance et
de données stockées dans le calculateur de surveillance ;
- une phase de contrôle et de commande du dispositif de commande à (aide
des commandes déterminées dans la boucle de traitement et en fonction de
défauts détectés durant les étapes de contrôle.
Grâce à (ensemble de contrôles et de tests qu'il effectue, le calculateur de
surveillance met à disposition du dispositif de commande du système à
commander des informations de détection de présence de personne ou d'objet,
ayant un niveau de fiabilité élevé. On est ainsi assuré que la commande que
fon
applique au dispositif de commande du système à commander est cohérente et
appropriée.
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Avantageusement, les contrôles effectués durant la boucle de traitement sont
périodiques, chaque contrôle ayant une période d'exécution adaptée en fonction
de la criticité et de la probabilité de défaillance de l'élément ou des
données
contrôlées.
Selon une particularité de (invention, (étape de contrôle de la qualité de
(image
consiste à détermïner la luminance moyenne de zones analysées de (image et à
comparer la luminance moyenne à des seuils haut et bas, (image étant
'10 considérée de qualité suffisante si la luminance moyenne se situe entre
les seuils
haut et bas.
Selon une autre particularité de (invention, (étape de contrôle de la position
de
chaque caméra consiste à analyser des zones spécifiques prédéfinies dans les
9 5 images fournies par la caméra pour déterminer si ces zones présentent des
caractéristiques prédéterminées, et si ces zones ne présentent pas lesdites
caractéristiques prédéterminées, la caméra est considérée en défaut du fait
qu'elle a été déplacée.
20 De préférence, ce procédé comprend en outre une étape de mise à jour des
images de référence pour s'adapter à (évolution de la luminosité ambiante dans
la zone de détection.
Egalement de préférence, ce procédé comprend en outre une étape de contrôle
25 de (algorithme de traitement d'image, consistant à dérouler les algorithmes
de
traitement d'image sur une mire vidéo, et à comparer les résultats obtenus à
des
valeurs de référence.
Avantageusement, le contrôle des données concerne des données de
30 paramétrage, des données d'images de référence et des programmes exécutés
par le calculateur de surveillance.
L'invention concerne également un système de détection sécurisée de personnes
ou d'objets dans une zone de détection, pour la commande d'un systêrne
35 mécanique tel qu'un dispositif de transport, le système de détection
comprenant
un ensemble de caméras couvrant la zone de détection, et un calculateur de
surveillance couplé aux caméras et à un dispositif de commande du système
mécanique.
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Selon (invention, ce système est caractérisé en ce que le calculateur comprend
- des moyens pour effectuer successivement pour chaque caméra active
l'acquisition et le traitement d'une image fournie par la caméra, pour
déterminer des commandes à appliquer au dispositif de commande,
- des moyens pour contrôler la qualité de (image et la position de chaque
caméra par rapport à la zone de détection, durant (acquisition et le
traitement
d'image,
- des moyens pour contrôler les éléments matériels du calculateur et les
données stockées dans ie calculateur, durant (acquisition et ie traitement
d'image et au cours d'une phase d'initialisation du calculateur de
surveillance,
et
- des moyens pour contrôler et commander le dispositif de commande du
système mécanique à (aide des commandes élaborées, si aucune erreur n'a
été détectée par les moyens de contrôle.
Selon une particularité de (invention, ce système comprend en outre des
moyens pour déterminer la luminosité ambiante de la zone de détection, et pour
mettre à jour des données d'image de référence en fonction de (évolution de la
luminosité ambiante.
Selon une autre particularité de (invention, ce système comprend en outre des
moyens pour déterminer la luminance moyenne de zones analysées de (image
et à comparer la luminance moyenne à des seuils haut et bas, (image étant
considérée de qualité suffisante si la luminance moyenne se situe entre les
seuils
haut et bas.
Selon encore une autre particularité de (invention, ce systéme comprend des
moyens pour contrôler cycliquement le bon fonctionnement des mémoires du
calculateur de surveillance.
Un mode de réalisation préféré de (invention sera décrit cî-après, à titre
d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels
La figure 1 représente schématiquement un escalier mécanique
équipé du système de détection par caméras selon l'invention ;
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La figure 2 montre sous la forme d'un schéma-bloc les différents
éléments composant le systéme de détection représenté sur la
figure 1 ;
La figure 3 montre plus en détail sous la forme d'un schéma-bloc
le calculateur du système de détection représenté sur la figure 2 ;
La figure 4 montre sous la forme d'un organigramme les
différentes étapes du procédé selon (invention mis en oeuvre par le
systéme de détection représenté sur les figures i et 2 ;
La figure 5 montre plus en détail les étapes d'un traitement
mentionné sur la figure 4.
La fïgure i représente un escalier mécanique 1 équipé d'un système de
détection
vidéo selon (invention. Ce systéme comprend un ensemble de caméras S à 9
dont le nombre et Ia disposition sont déterminés de manière à ce que leurs
champs respectifs couvrent la totalité d'une zone de détection 2 incluant
(ensemble de (escalier mécanique et des zones d'approche haute et basse de
(escalier 1 d'une longueur prédéterminée.
Les caméras 5 à 9 sont reliées à un dispositif de surveillance 10 auquel elles
transmettent des images vidéo des zones respectives qu'elles couvrent. Le
dispositif de surveillance est conçu pour déterminer à partir des images
transmises par les caméras 5 à 9 si un objet ou une personne se trouve dans la
zone de détection 2
Le dispositif de surveillance est relié à un dispositif de commande 13 de
(escalier 1 par (intermédiaire de deux dispositifs de commutation 11, 12, à
savoir un premier dispositif de commutation 11 de signal de détection de
présence du dispositif de surveillance 10, et un second dispositif de
commutation 12 de signal d'indisponibilité ou de défaillance du dispositif de
surveillance.
Sur la figure 2 montrant plus en détail le système de détection selon
(invention,
les caméras vidéo 5 à 9 sont ëventuellement reliées au dispositif de
surveillance
10 par f intermédiaire d'amplificateurs S' â 9' respectifs, ces derniers
présentant
chacun une sortie vidéo supplémentaire pour se raccorder à un ou plusieurs
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moniteurs de télésurveillance 18.
Le dispositif de surveillance 10 comprend un calculateur 20 relié d'un côté
aux
caméras 5 à 9 (éventuellement par (intermédiaire des amplificateurs vidéo S' à
9') et de (autre à un circuit d'entrées/sorties 16 qui est connecté au
dispositif de
commande 13 de (escalier 1, le calculateur 20 et le circuit 16 étant alimentés
par un circuit d'alimentation 17.
Le circuit d'entrées/sorties 16 assure la mise en forme et la transmission des
signaux entre le calculateur et le dispositif de commande i 3.
Par ailleurs, ie calculateur 20 a pour fonction principale de recevoir les
images
en provenance des caméras, de traiter ces images pour déterminer la présence
ou non de personnes ou d'objets dans la zone de détection 2, et d'élaborer en
fonction de la présence ou non de personnes ou d'objets dans la zone de
détection, des signaux de commande de (escalier 1 à appliquer au dïspositif de
commande 13.
Par ailleurs, le calculateur 20 dispose d'une connexion série 14 et d'une
connexion vidéo parallèle 15 pour se connecter à un micro-ordinateur 19
permettant le paramétrage et la maintenance du système.
Sur la figure 3 montrant (architecture interne du calculateur 20, le
calculateur
comprend un microprocesseur 21 par exemple de type DSP (Digital Signal
Processor) relié par fintermédiazre d'un bus d'adresse 30 et d'un bus de
données
31 à des mémoires 22, 23, à savoir à une mémoire programme 22 non volatile,
par exemple de type EPR4M, une ou plusieurs mémoires de données 23 qui
peuvent être volatiles ou non. De préférence, les mémoires de données
comprennent au moins une mémoire non volatile, par exemple de type Flash
pour stocker de manière permanente les paramètres de configuration du
système.
Le calculateur 20 comprend également connecté aux bus d'adresse 30 et de
données 31
- un circuit d'interface de port série 32 réalisant la connexion 14 avec le
micro-
ordinateur 19,
- un circuit d'interface de ports d'entrées/sorties 29 réalisant notamment la
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sortie vidéo 15, et (interface avec les dispositifs de commutation 11 et i 2,
- des circuits 24 â 28 de gestion et de prétraitement des signaux vidéo
transmis
par les caméras 5 à 9, et
- un circuit 33 connecté notamment aux mémoires de données 23, et assurant
la génération de tension de sauvegarde de celles-ci, ainsi que la fonction de
chien de garde pour déclencher finitialisation du calculateur 20 en cas de
panne.
En particulier, le circuit d'interface de ports d'entrées/sorties 29 comprend
un
port de commande et un port de lecture de la position des dispositifs de
commutation 11 et 12. II réalise également la fonction de contrôle du bon
déroulement du programme exécuté par ie processeur 2 i .
Les circuits 24 à 28 de gestion de données vidéo comprennent
- un circuit multiplexeur vidéo 26 comportant un amplificateur vidéo et
plusieurs entrées vidéo reliées respectivement aux caméras 5 à 9,
- un décodeur vidéo 25 connecté à la sortie du circuit 26 pour commander ce
dernier et numériser Ies images vidéo reçues des caméras,
- une ou plusieurs mémoires de trame 24 pour stocker les images numérisées
transmises par le décodeur 25,
- un contrôleur 27 de mémoire de trame relié au port d'adressage de la
mémoire de trame 24, et
- un multiplexeur 28 de bus de données commandé par le contrôleur 27 et relié
au port de données de la mémoire de trame 24, et au bus de données 31.
Le nombre d'entrées du circuit multiplexeur 26 est déterminé en fonction du
nombre maximum de caméras nécessaires pour couvrir une zone de détection.
Le signal vidéo d'entrée à traiter par le calculateur 20 à un instant donné
est
sélectionné par le contrôleur 27 qui envoie un signal de commande approprié au
circuit multiplexeur 26. Le contrôleur 27 assure également une fonction de
synchronisarion en envoyant un signal de synchronisation au processeur 21, à
chaque fois qu'une nouvelle image complète est introduite dans la mémoire de
trame 24. Il réalise également une foncüon de multiplexage du port d'adresse
de
la mémoire de trame 24, entre le décodeur vidéo et le bus d'adresse 30.
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Le décodeur vidéo 25 réalise d'une manière connue des fonctions
d'amplification avec contrôle automatique de gain, de filtrage, d'extraction
de
signaux de synchronisation, et d'échantillonnage, pour obtenir des valeurs de
pixels constituées par une information de luminance et une information de
chrominance, qui sont appliquées en entrée du multiplexeur 28, pour être
stockées dans la mémoire de trame 24.
Le multiplexeur 28 assure !e multiplexage du port de données de la mémoire de
trame entre les données de pixel des images fournies par le décodeur vidéo 25
et
le bus de données 31.
Le calculateur 2fl comprend en outre un bus supplémentaire 40, par exemple de
type 12C relié aux bus d'adresse 30 et de données 31 par (intermédiaire d'un
contrôleur de bus 34, le bus 40 permettant au processeur 21 de commander le
décodeur vidéo 25, en particulier au démarrage du calculateur, pour spécifier
notamment un type de codage vidéo à utiliser et des fréquences
d'échantillonnage horizontale et verticale des images vidéo.
La figure 4 illustre le procédé selon (invention exécuté par le processeur 21.
Ce procédé comprend tout d'abord, à finitialisation du calculateur 20, une
phase
de démarrage 41 incluant une séquence de test du système. Cette séquence de
test comprend
- un test 411 du programme chargé pour exécution dans la mémoire vive
interne du processeur pour exécution,
- un test 412 des données de configuration du système, qui consiste à vérifier
les données de configuration contenues dans la mémoire 23, et
- un test 413 de contrôle des données de référence contenues dans la mémoire
23.
Ces tests consistent à calculer une signature portant sur le contenu de la
mémoire à vérifier et de comparer la signature calculée avec une signature de
référence mémorisée dans une mémoire prédéfmie.
A (étape 42, le processeur lit le nombre de caméras 5 à 9 actives dans la
mémoire 23 des données de configuration, pour charger un indice de boucle n,
puis commande le multiplexeur 26 pour sélectionner le canal vidéo
correspondant à la caméra n. A (étape 43 suivante, il attend que le contrôleur
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lui envoie un signal d'arnvée d'une image dans la mémoire de trame 24.
L'arrivée d'un tel signal déclenche le traitement 44 de la nouvelle image et
l'acquisition en mémoire de trame de (image transmise par la caméra n-1
suivante. Le traitement d'image est basé sur une analyse d'histogrammes
déterminés sur des fenêtres d'analyse prédéfmies. La détection de personnes ou
d'objets est effectuée à partir d'une comparaison entre les histogrammes
obtenus
sur (image reçue et des histogrammes de référence obtenus sur les mêmes
fenêtres d'analyse appliquées à une image de référence prise en l'absence de
personnes ou d'objets. Ce traitement détermine également si (image présente
une qualité suffisante pour fournir un résultat de détection fiable.
A (étape 45 suivante, le processeur 21 lit (état des disposïtifs de
commutation
1 i, 12, par exemple constitués par des relais, et élabore une commande à
appliquer à ces relais en fonction de (état de ceux-ci, du résultat du
traitement
d'image, et de résultats de tests effectués précédemment.
Avant d'appliquer Ia commande ainsi déterminée aux relais, le processeur 21
exécute une séquence de tests 46 comprenant les tests de contrôle 411 de
chargement du programme, de contrôle 412 des données de configuration, et de
contrôle 413 des données de référence, ainsi que des tests de contrôle 464 des
mémoires 23, 24 et de la mémoire vive interne au processeur 21, et des tests
de
contrôle 465 des positions des caméras 5 à 9.
Le test de contrôle de la mémoire interne du processeur consiste à
sélectionner
une première cellule d'une plage de mémoire à tester et de calculer une
signature sur toutes les autres cellules de la plage considérée. La valeur de
la
cellule sélectionnée est ensuite inversée et on calcule à nouveau la signature
de
toutes Ies autres cellules de la plage considérée. Puis la valeur de la
cellule
sélectionnée est rétablie à sa valeur initiale et une troisième signature est
calculée sur les cellules restantes de la plage. On procède ainsi pour toutes
les
cellules de la plage considérée. Si une différence est constatée dans les
signatures calculées sur les mêmes plages mémoire, un message de défaillance
est produit.
Un test analogue est appliqué à la mémoire de données 23.
Le test de contrôle de la mémoire de trame 24 consiste tout d'abord à
initialiser
une plage mémoire de la mémoire 24 par un train binaire uniforme, par exemple
de valeur 0x5555 (en hexadécimal). La valeur de la première cellule est
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inversée (pour prendre la valeur OxAAAA dans cet exemple) et les autres
cellules de la plage zone mémoire sont contrôlées pour vérifier que leur
contenu
n'a pas été modifié à la suite de la modification de la première plage.
Ensuite, la
valeur de la première cellule est à nouveau inversée pour retrouver sa valeur
initiale, puis cette procédure est répétée pour chacune des cellules de la
plage
considérëe. Si une différence est constatée, un message de défaillance est
produit.
Le test de la position de chaque caméra consiste â analyser des zones
spécifiques prédéfinies dans les images fournies par la caméra pour déterminer
si ces zones présentent des caractéristiques prédéterminées, et si ces zones
ne
présentent pas lesdites caractéristiques prédéterminées, la caméra est
considérée
en défaut du fait qu'elle a été déplacée. Ce test est basé sur 1a définition
de
plusieurs fenêtres de contrôle dans les images fournies par la caméra. Ces
fenêtres de contrôle permettent de définir la position de la caméra par
rapport à
(escalier mécanique 1. Elles contiennent des images fixes d'objets spécifiques
pris comme référence, de (escalier ou de son environnement.
Si cette analyse révèle la présence significative des objets de référence,
dans par
exemple au moins deux fenêtres, la position de la caméra est considérée
correcte. Par contre, si la caméra a été déplacée ou son orientation modifiée,
les
fenêtres de contrôle ne sont plus centrées sur les objets de référence. Par
conséquent, le test sera négatif et la caméra sera considérée en défaut.
A (issue de chacun de ces contrôles, si un défaut est constaté, il est stocké
dans
un journal de défauts et la commande à appliquer au relais de défaillance 12
est
mise à jour pour signaler une défaillance du dispositif de surveillance 10. Le
journal de défauts peut par la suite être consulté au moyen du micro-
ordinateur
19 de paramétrage et de maintenance.
Si le numéro n de la caméra en cours (étape 47) correspond à celui de la
dernière caméra, alors les commandes des relais 11, 12 déterminées â (étape 45
lors du traitement de f image de chaque caméra et à la suite des tests
précédents,
sont appliquées (étape 48) aux relais au travers du circuit de ports
d'entrêes/sorties 29. Puis on vérifie en lisant (état des relais que la
commande
des relais a été exécutée.
Ensuite, dans tous les cas, le processeur 21 effectue un traitement de
recalage
(étape 49) consistant â mettre à jour les données de référence (histogrammes)
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obtenues à partir de nouvelles images de référence, pour tenir compte
notamment d'une évolution de la luminosité ambiante.
A (étape S0, le processeur lit sur le port d'entrées/sorties 29 si une
commande
de recalage manuel a été appliquée, et si tel est le cas, il mémorise cette
demande pour la traiter lors de (étape de recalage 49 exécutée ultérieurement.
A (étape 51, le processeur exécute un contrôle de (algorithme de traitement
d'image. Cette opération est effectuée sur une configuration virtuelle d'une
caméra de numéro 0. Elle consiste à dérouler les algorithmes pie traitement
d'image sur une mire vidéo stockëe dans la mémoire 22, et à comparer les
résultats obtenus à des valeurs de référence.
Le numéro n de caméra est décrémenté à (étape ~2 et si ce numéro est différent
de 0 (étape 53), on retourne à f étape 43 de traitement de (image provenant de
la
caméra numéro n. Dans le cas contraire, on retourne à (étape 42 où n est
réinitialisé au nombre total de caméras S à 9.
En parallèle de (exécution du traitement illustré sur la figure 4, une
surveillance
temporelle et logique du déroulement du programme est effectuëe à (aide d'une
instruction d'écriture d'un code séquentiel dans un registre prévu dans le
circuit
29, insérée dans chacun des principaux traitements exécutés par le processeur
21. Dans le cas où le contenu de ce registre n'est pas modifié pendant une
certaine durée définie par une temporisation, par exemple de 120 ms, le
circuit
29 désactive le relais de disponibilité 12.
Le traitement d'image 44 qui est détaillé sur la figure 5 consiste à extraire
61 de
(image stockée en mémoire de trame 24 des zones prédéfinies (fenêtres) de
(image, à élaborer des histogrammes à partir des pixels de ces zones, à
vérifier
63 la qualité de (image, et si cette qualité est suffisante (étape 64), â
évaluer 65
à partir des histogrammes des données de détection, à comparer ces données de
détection avec des valeurs obtenues â partir d'images de référence prises en
(absence de personnes ou d'objet, et d'élaborer 67 une décision de commande
en fonction du résultat de la comparaison, indiquant la présence ou non d'une
personne ou d'un obj et sur (image. Dans le cas où la qualité de (image est
insuffisante, ce défaut est stocké 68 dans le journal de défaut et la commande
à
appliquer au relais de défaillance 12 est mise à jour 69 pour signaler ce
défaut
au dispositif de commande 13 de (escalier 1.
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La vérification de la qualité de (image consiste à vérifier si (image n'est
pas
trop noire ou trop blanche en déterminant la luminance moyenne des zones
analysées de f image et à comparer cette luminance moyenne â des seuils haut
et
bas, (image étant considérée de qualité suffisante si la luminance moyenne se
situe entre les seuils haut et bas. On vérifie égaiement fëtalement des
histogrammes.
Tous les contrôles décrits précédemment sont effectués à chaque boucle de
traitement ou avec une périodicité prédéterminée qui peut étre différente du
temps de traitement de la boucle.
D'une manière générale, le dispositif de surveillance 10 exécute des fonctions
de contrôle périodiques de manière à vérifier que tous les éléments qui le
composent ne sont pas défaillants. L'exécution de ces fonctions est répartie
dans
le temps de manière à ne pas nuire au temps de réponse du système pour
commander f escalier 1. La période d'exécution de chaque contrôle est adaptée
en fonction de la criticité de (élément contrôlé et de la probabilité de
défaillance
de (élément.
A 1a suite d'une défaillance, les relais 11 de détection de présence et le
relais 12
de signal d'indisponibilité du dispositif de surveillance 10 sont mis à (état
inactif.
