Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Une petite question sur votre TIPE...

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Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Message par Oie Futée » 15 oct. 2022 15:49

Bonjour,

Dans le thème de la ville, j'ai décidé d'orienter mon TIPE vers le domaine de l'éclairage public et pour être plus précis, sur les moyens de rendre un lampadaire intelligent.

J'ai donc décidé de me pencher sur les capteurs de détection de présence infrarouges.

L'idée est de détecter un homme avançant vers le capteur mais de faire en sorte que le lampadaire ne s'allume pas s'il s'agit d'un animal : il faut donc distinguer l'homme de l'animal.

J'ai déjà commencé mes recherches mais je suis confronté à de nombreuses difficultés.

La première est très simple mais est liée à la deuxième.


1) Quel capteur choisir ?

Je souhaiterai utiliser un capteur infrarouge car cela semble être le meilleur compromis entre résultats possibles par rapport à mon cahier des charges et une difficulté qui n'est pas trop élevée. Mais je ne suis pas fermé à l'idée d'utiliser d'autres types de capteurs si cela m'est accessible.

J'ai déjà repéré quelques type de capteur qui pourrait convenir les type volumétriques (infrarouge), hyper-fréquence (micro-ondes) ou bi-volumétriques (micro-ondes + infrarouge). Cependant, il m'est impossible de trancher, surtout à cause de mon deuxième problème.

2) Comment distinguer un homme d'un animal ?

C'est là qu'il y aura le plus de travail à fournir, c'est bien de faire un capteur simple de détection de mouvement, mais c'est simple. Parvenir à distinguer un homme d'un animal me donnerait une réelle plus-value.

- J'ai pensé à utiliser l'angle d'arrivée des rayons dans le capteur afin de déterminer la position de l'individu considéré et de le discriminer par rapport à sa taille (en dessous de 50cm, c'est un animal).
Évidemment, c'est très peu précis mais il semblerait que ce soit la méthode la plus abordable. Il semblerait dans ce cas qu'un capteur à hyper-fréquence convienne.

-Mon professeur de physique m'a également parlé d'étude du rayonnement des corps en fonction des rayons de courbures ou d'une étude par stéradian.
Cependant, la difficulté est immense, je ne trouve aucune documentation et cela me semble difficilement envisageable avec mes propres capacités.

-J'ai trouvé que de nombreuses entreprises utilisent la bi-volumétrie (Bi-Technologie) afin d'améliorer la précision. Mais en plus de ne pas m'avancer sur la méthode de distinction, cela augmente la difficulté de la tâche.

-Enfin, j'ai pensé à une étude de la puissance émise selon les corps considérés (donc utilisation d'un capteur infrarouge). Cependant, je doute que la différence entre un animal et un homme soit assez grande pour pouvoir être exploitée. Je n'ai donc aucunes pistes.


3) Code

Ce problème n'est pas encore le plus important puisqu'il dépend des 2 problèmes précédents.

Je n'ai cependant que très peu de pistes quant au choix du micro-contrôleur (Arduino, Raspberry,…) et donc également de la langue à choisir et s'il m'est vraiment possible de coder une pareille aventure.



Conclusion :
Je ne sais pas vers qu'elle piste m'orienter pour la méthode de distinction homme/animal sachant qu'elle influera mon choix de capteur.


Merci à ceux qui ont pris le temps de me lire entièrement.
Merci d'avance à ceux qui vont prendre le temps de m'orienter :D

Bonne après-midi,

Ocelot

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Re: Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Message par H2Fooko » 16 oct. 2022 08:00

Bonjour Oie Futée alias Ocelot,

En lisant ton post, cela m'a fait penser au "contrôle d'accès" que l'on rencontre en milieu industriel.
Parmi toute la liste de pistes 😏 il y a un domaine que tu n'as pas mentionné : les RF qui répondrait à
Oie Futée a écrit :
15 oct. 2022 15:49
2) Comment distinguer un homme d'un animal ? .../...
Conclusion : Je ne sais pas vers qu'elle piste m'orienter pour la méthode de distinction homme/animal sachant qu'elle influera mon choix de capteur.
Sans avoir d'intérêt dans cette entreprise, je te conseille de creuser la page 11 de ce prospectus : on y voit 2 conducteurs souterrains un transmetteur & un récepteur couplé à une détection de seuil...

Il y a aussi la réflexion radio WIFI, où en est l'équipe du MIT dont parle cet article ?

Another teaser: https://youtu.be/7LTr02cJkiA

Et une dernière idée : comme les humains ont des téléphones portables et pas les animaux (en général 😅), imagine un couplage avec une détection du tel (wifi, Bluetooth etc ...)
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Re: Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Message par Hibiscus » 16 oct. 2022 09:12

Oie Futée a écrit :
15 oct. 2022 15:49
-Mon professeur de physique m'a également parlé d'étude du rayonnement des corps en fonction des rayons de courbures ou d'une étude par stéradian.
Cependant, la difficulté est immense, je ne trouve aucune documentation et cela me semble difficilement envisageable avec mes propres capacités.
Pouquoi immense ? Tu n'as pas besoin d'être précis à l'arcseconde comme certains produits de sécurité, tu veux juste faire une discrimination basique, et comme tu n'es pas censé concevoir un produit commercial, si ça marche une fois sur deux, c'est amplement suffisant pour un TIPE.
En outre, un moyen "simple" de torpiller cette difficulté, c'est de prendre deux senseurs fixes, d'orientations différentes. (au lieu d'aller chercher des trucs compliqués, comme des variations sub-pixels, des étalements de PSF, etc.) Deux senseurs qui regardent la même chose depuis un angle différent auront des signaux (LSB) différents, et avec un critère judicieux, tu pourras choisir s'ils sont cohérents ou non.

(pour info, c'est un des nombreux cas, on va dire "classiques", même si peu connus du public, de la détection de débris / intrus / objets en orbite. Entre une µ météorite et un satellite russe qui se rapprochent, si les deux ressemblent au départ à un point brillant, il faut savoir discriminer rapidement..)
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Re: Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Message par Oie Futée » 18 oct. 2022 17:17

Bonjour H2Fooko et Hibiscus,

Tout d’abord, merci beaucoup vos réponses !
Je vais tous les deux vous répondre.

H2Fooko :

Futée ou Finaud, je suis démasquée !

J’avais pensé à un capteur à hyper-fréquence surtout qu’il pourrait permettre une bien meilleure précision. Si j’ai bien compris, l’idée est vraiment de coupler l’IR et le RF mais je crains que ça soit trop élaboré pour mon projet.

Merci pour votre partage des travaux de l’équipe du MIT, c’est vraiment incroyable ce qu’ils ont réussi à faire !

Le domaine d’ondes qu’ils utilisent semble très intéressant, surtout par rapport à la position de l’individu. J’ai trouvé un de leur article détaillant leur travail : http://witrack.csail.mit.edu/witrack-paper.pdf

Je vais le lire pour voir si cela peut m’avancer dans mes recherches.
Après, je ne vais pas m’aventurer dans des chemins sinueux, il faut que cela reste quand même assez simple pour que je puisse être en mesure de réaliser une expérience avec mon niveau (je ne suis qu’en Maths spé et mon temps accordé au TIPE est fini).

Pour finir, je n’avais absolument pas pensé au couplage de détection wifi – Bluetooth qui est très astucieux !

Cela pourrait être une très bonne méthode et un moyen très habile pour répondre à la problématique sans forcément passer par la solution qui semblerait évidente (user d’un capteur). Je pourrais éventuellement exploiter le Bluetooth Low Energy s’il est assez puissant car dans le cas contraire, il faudrait que chaque smartphone ait le Bluetooth activé…

Après cela soulève aussi la nécessité de devoir discriminer les ondes Bluetooth des habitations aux alentours, parce que si les mouvements d’un habitant sur son téléphone dans son appartement allument le lampadaire, les voisins risquent de ne pas apprécier le spectacle de lumière !
(Mais en ne considérant que des lampadaires à la campagne, cela retirait le problème)
Coupler ce mode de détection avec celui d’un capteur serait surement très efficace.

Merci beaucoup pour votre réponse, je vais travailler les sujets que vous avez abordé et je vais également discuter de cela avec mes professeurs.

Bonne journée,
Oie

Hibiscus :

Il est vrai que j’y suis allé fort sur mon adjectif, en toute honnêteté je trouve cela compliqué parce que les explications de mon prof de physiques sur ce sujet ont été trop partielles.

Vous avez complètement raison sur le point des mesures et de leur réussite, je ne cherche absolument pas à créer un produit ou une expérience parfaite (dans le cas contraire, je n’hésiterai pas à vous offrir quelques actions de ma future entreprise de détection de corps célestes !).

J’aime bien l’idée d’associer deux capteurs afin de traiter des signaux différents selon l’angle. L’idée est donc de déterminer la position/taille de l’individu en usant de triangulation ?

Par rapport à cela, je pense que je comprends mal le type d’information que délivre un capteur infrarouge. Je sais que dans le cas d’un thermomètre infrarouge, le capteur peut délivrer la température du corps étudié.
Mais dans le cas du capteur de détection infrarouge, nous délivre-t-il une réponse que l’on pourrait user afin de déterminer les angles d’arrivé des rayons ?

Car dans le cas contraire, pourquoi ne pas utiliser un simple capteur de distances ? (Ultrason par ex)
En le mettant à une certaine hauteur (au moins 1m), il pourrait détecter les variations de distance dans l’espace…

Encore merci pour votre réponse, je vais continuer mes recherches.
Bonne journée,
Oie

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Re: Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Message par Hibiscus » 18 oct. 2022 17:32

Pour moi, tu cherches à avoir un appareil photo, c'est ça que j'entends par détecteur.
On va mettre de côté tout ce qui est "haut niveau", i.e. InGaAs ou Germanium, mais l'idée derrière, c'est que (avec les mains) :
- ta cible est chaude ; elle émet, disons des Watts/ m² / µm / stéradians
- tu prends ton détecteur, c'est à dire une petite surface posée quelque part, et elle reçoit des photons / secondes
- un détecteur, infrarouge ou pas, prend ces photons / seconde, les convertit en électrons (parce que sinon on peut pas travailler) pendant un certain temps (temps d'exposition, temps d'intégration,temps d'ouverture, appelle ça comme tu veux), et compte ces électrons (= numérise le signal)
- pour arriver à des LSB (bits) ou si tu préfères des entiers dans chaque pixel.

Donc un détecteur te donne une image, une matrice de pixels, avec des entiers dedans.
Des fabriquants, ou toi-même, font une calibration (ils mettent une source ponctuelle de 4000K et regardent le nombre dans un pixel, puis de 40000K et regardent le nouveau nombre, et trouvent la loi.) En pratique, c'est linéaire dans la grosse majorité de la gamme de fonctionnement (la non-linéarité se trouve vers la saturation)

Tu ne trouveras pas les angles d'arrivée des "rayons", tu trouveras une seconde forme.
Si un humain c'est un boudin ellipsoide. Quand tu prends une photo sur un angle, c'est une ovale, un autre angle, une ovale relativement similaire.
Si tu prends un cheval, et que tu le prends de face, tu auras un ovale identique à celui d'un humain, mais avec l'information de l'autre angle, tu auras une forme qui matche pas l'ovale.

Quels seront les animaux, les formes qui pourront faire échouer le bazar, même aussi primaire ;
quelle sensibilité, quel angle a le plus de chance de marcher, etc.
ça, c'est pas "trivial", il faut bricoler un peu pour essayer d'avoir une idée.
(un "vrai" système commercial aura par exemple en mémoire beaucoup d'images d'humains et d'animaux pour comparer, avec un % de confiance, etc..)

Pourquoi pas ultrasons, parce que ça dérange les animaux ?
Et que la connaissance de distance est pas terrible, par rapport à une image.
Je ne sais pas..
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Re: Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Message par H2Fooko » 19 oct. 2022 12:07

Tu as raison le bluetooth n'est pas 'top' si le voisin se déplace avec son téléphone dans sa maison, le tout est de discriminer la présence avec d'autres techniques de détection.
Les câbles souterrains du prospectus ce n'est pas l'idéal non plus : au prix du cuivre actuellement !
Tu peux aussi détecter une variation de position...


Et comme dit Hibiscus pourquoi pas l'ultrason ?

Par curiosité j'ai démonté un télémètre de bricoleur 😜 comme celui ci :
Image
et si le laser est là pour pointer / viser l'endroit où on effectue la mesure, c'est bien par ultrasons que ce télémètre fonctionne, tu apercevras le guide d'onde cylindrique gris sur la gauche:
Image
ça se trouve dans les magasins de bricolage (entre 10 et 200 € suivant la / les technologie(s)),

mais il y a mieux c'est d'utiliser un smartphone et l'appli Phyphox. (là encore je n'ai rien à vendre mais je trouvais l'appli sympa, par contre pas sûr de pouvoir faire des ultrasons avec)

Quoique, on trouve des video de tutos : https://www.youtube.com/watch?v=Ko0DTujrNGY (à partir de la 8ème mn pour phyphox) mais attention à la bande passante des instruments utilisés ... qui semble plus large sur tablette que sur smartphone. (Pauv' Chat)

Have fun
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Re: Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Message par Oie Futée » 28 oct. 2022 01:12

Bonsoir Hibiscus et H2Fooko,

Pardonnez-moi pour cette réponse tardive.

Hibiscus :

Merci pour cette explication que je trouve très claire, je comprends mieux l'utilité d'un tel capteur et comment il peut être conçu. C'est une bonne idée que d'exploiter les "boudins". Si j'ai bien compris, il s'agit de prendre le signal de sortie, d'analyser les "chiffres" pour faire apparaître les formes et ensuite les comparer pour déterminer les différences et ainsi les discriminer.

C'est une bonne piste du coup, je vais essayer de voir ce que ça pourrait donner.

Sinon, j'avais pensé, dans l'idée de réaliser une expérience simple, à utiliser une plaque avec des ouvertures en damier et à analyser l'image selon la position de l'individu face au damier. Ainsi, si c'est un adulte, la dernière ligne du damier sera "rempli" par l'adulte tandis que dans le cas d'un enfant / animal, à partir du certaine ligne, il n'y aura rien.
Cela restreint l'application du capteur parce qu'il n'est plus alors question de le mettre dans la rue et d'analyser la forme de l'individu mais plutôt de discriminer par rapport au critère de la grille. Mais en terme d'expérience, c'est tout de suite plus concret et plus simple.

Pour le capteur de distance à ultrason, je garde cette idée si jamais c'est la page blanche pour le capteur infrarouge, j'aimerai vraiment rester sur mon idée de départ, je n'ai pas envie (pour le moment :) ) de me décourager et de changer mon idée de base, je pense que c'est faisable avec de l'infrarouge

Merci en tout cas pour votre superbe explication du capteur infrarouge, cela va grandement m'aider dans la suite de mon projet.




H2Fooko

Comme dis à Hibiscus, je pense réserver l'idée de l'ultrason si jamais je n'arrive vraiment pas à avancer avec l'idée de l'infrarouge.

Bonne idée d'avoir démonté le télémètre, c'est toujours utile de démonter quelque chose que l'on ne comprend pas (je le fais souvent :) ).

C'est bon à savoir que ce genre d'appareil existe et est facilement trouvable, ça pourra me donner des idées si jamais je suis l'idée des ultrasons.

J'avais déjà l'application Phyphox (d'ailleurs tout le monde devrait l'avoir) qui est vraiment passionnante tant on a tendance à oublier la quantité d'appareils de mesures dans notre téléphone et sa capacité de traitement des informations formidable.

Merci pour vos idées,




Je vais continuer à réfléchir à tout cela, il va également falloir que je commence à chercher du matériel.

Merci beaucoup à vous deux pour votre investissement et à vos explications très pédagogues.

Bonne soirée,

Oie

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Re: Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Message par H2Fooko » 28 oct. 2022 08:04

Oie Futée a écrit :
28 oct. 2022 01:12
.../...
Bonne idée d'avoir démonté le télémètre, c'est toujours utile de démonter quelque chose que l'on ne comprend pas (je le fais souvent :) ).
.../...
C'est juste qu'il faisait un bruit anormal 😲 : certains constructeurs ont pris l'habitude de coller certains composants comme la bobine et qu'au bout d'un certain temps ça se décolle. Ah l'obsolescence programmée !
J'ai remis un point de colle 😎

Oie Futée a écrit :
28 oct. 2022 01:12
.../... Sinon, j'avais pensé, dans l'idée de réaliser une expérience simple, à utiliser une plaque avec des ouvertures en damier et à analyser l'image selon la position de l'individu face au damier. Ainsi, si c'est un adulte, la dernière ligne du damier sera "rempli" par l'adulte tandis que dans le cas d'un enfant / animal, à partir du certaine ligne, il n'y aura rien.
Cela restreint l'application du capteur parce qu'il n'est plus alors question de le mettre dans la rue et d'analyser la forme de l'individu mais plutôt de discriminer par rapport au critère de la grille. Mais en terme d'expérience, c'est tout de suite plus concret et plus simple. .../...
Commence par le plus simple, par expérience c'est souvent ce qui marche le mieux (et même dans la vie pro 😋).
Et puis rien ne t'empêche de complexifier la chose petit à petit.
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Re: Capteur Infrarouge pour Lampadaire

Message par Oie Futée » 28 oct. 2022 17:43

H2Fooko a écrit :
28 oct. 2022 08:04
C'est juste qu'il faisait un bruit anormal 😲 : certains constructeurs ont pris l'habitude de coller certains composants comme la bobine et qu'au bout d'un certain temps ça se décolle. Ah l'obsolescence programmée !
J'ai remis un point de colle 😎
Oui, c'est insupportable ! Je pourrais parler des heures de la bêtise qu'est l'obsolescence programmée (sauf du point de vue économique du coup :? ).

H2Fooko a écrit :
28 oct. 2022 08:04
Commence par le plus simple, par expérience c'est souvent ce qui marche le mieux (et même dans la vie pro 😋).
Et puis rien ne t'empêche de complexifier la chose petit à petit.
C'est vrai, si jamais je vois que c'est (trop) facile, je compliquerai ma tâche :)

Bonne soirée,
Oie

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