ES2306271T3 - Sistema de alerta anticolision para vehiculo marino y procedimiento de analisis anticolision. - Google Patents
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Abstract
Sistema de alerta anticolisión para vehículo marino (12), que comprende: - al menos un transductor (10) que cubre al menos parcialmente el horizonte del vehículo marino, y que proporciona imágenes, - medios de tratamiento de imagen (IMP) para buscar en tiempo real en cada imagen proporcionada por el transductor óptico grupos de píxeles adyacentes en función de la intensidad luminosa de cada píxel de la imagen, para evaluar en tiempo real la persistencia de cada grupo de píxeles en imágenes sucesivas, para determinar en tiempo real grupos que constituyen objetos visibles en la superficie del mar, en función de su persistencia, y para determinar en tiempo real informaciones de posición y de dimensión de al menos uno de los objetos visibles, - medios de análisis anticolisión (ACOL) para calcular periódicamente la evolución de las informaciones de posición y de dimensión de al menos un objeto visible, y para evaluar un riesgo de colisión del vehículo marino con el objeto visible en función de la evolución de las informaciones de posición y de dimensión del objeto visible.
Description
Sistema de alerta anticolisión para vehículo
marino y procedimiento de análisis anticolisión.
\global\parskip0.950000\baselineskip
La invención se refiere a un sistema de alerta
anticolisión para vehículo marino y a un procedimiento de análisis
anticolisión mediante tratamiento de imágenes procedentes de un
transductor óptico omnidireccional instalado a bordo de un vehículo
marino.
La invención se aplica particularmente pero no
exclusivamente, a los barcos así como a los sistemas de vigilancia
a distancia navales (drones navals).
En lo que sigue de la descripción, el vehículo
marino considerado a título de ejemplo es un barco.
El riesgo de colisión que está mal dominado en
el mar, proviene en gran parte de una insuficiencia de los medios
de vigía óptica. En el ámbito del transporte marítimo, se producen
por término medio 600 colisiones por año. Las consecuencias de estas
colisiones son a menudo graves para el entorno cuando se trata de
petroleros o de barcos que transportan productos químicos.
En el ámbito del transporte marítimo de
pasajeros, los barcos (ferry, cargueros, ...) presentan una
vulnerabilidad elevada.
En el ámbito de la pesca, se producen
aproximadamente 3000 colisiones por año. El número de víctimas es
elevado debido a las pequeñas dimensiones de los barcos.
En el ámbito del recreo, las colisiones son
igualmente bastante frecuentes.
Las colisiones en el mar resultan principalmente
de un defecto de vigilancia. Un fallo humano es el origen de un 70
a un 90% de los accidentes, bien sea por vigilancia insuficiente, o
negligencia del personal de vigilancia, o por rutina y falsa
apreciación del riesgo. La falta de vigilancia se observa a menudo
cuando el barco se encuentra en situación "prioritaria", en
condiciones de buena visibilidad. Los accidentes pueden también
producirse por una falta de cualificación, un desconocimiento de las
normas, incluso por una total incompetencia del personal de
vigilancia. Resulta igualmente frecuente que el efectivo del
personal de vigilancia sea insuficiente debido a una reducción de la
tripulación (maniobras, mantenimiento, actividades comerciales,
etc.), con por consecuencia una sobrecarga de trabajo y por
consiguiente una fatiga incrementada del personal de vigilancia.
Estos accidentes pueden igualmente resultar de una mala utilización
del sistema de radar.
En el momento actual, la mayoría de los barcos
comerciales disponen como equipo anticolisión un sistema de radar.
Este sistema proporciona una información precisa y fiable, pero
necesita aplicar rigurosamente un procedimiento de regulación para
ser utilizable de forma eficaz como sistema anticolisión. Ahora bien
este procedimiento es a menudo mal aplicado.
Existen igualmente sistemas de tipo ARPA
("Automatic Radar Plotting Aid") que analizan las señales
proporcionadas por un radar. Estos sistemas presentan un porcentaje
de falsas alarmas elevado. Sucede que el dispositivo de alarma
asociado al sistema se encuentra frecuentemente desactivado.
Se ha puesto igualmente a punto un sistema de
identificación automática AIS ("Automatic identification
System") que debe equipar todos los barcos con riesgo elevado
(transporte de pasajeros, transportes de mercancías peligrosas) a
partir de 2010. Este sistema se muestra muy eficaz cuando se asocia
con un sistema de posicionamiento preciso tal como un sistema GPS
("Global Positioning System"). Sin embargo, el sistema AIS no
tiene en cuenta la circulación de los barcos, mucho más numerosos,
que no están equipados con este sistema.
Hoy en día, solo el radar es verdaderamente
tenido en cuenta para tratar el riesgo de colisión. Este equipo
presenta una insuficiencia de redundancia.
La invención tiene por objeto paliar estos
inconvenientes proponiendo un sistema de alerta anticolisión
completamente automatizado y un procedimiento de análisis
anticolisión.
La invención se refiere a un sistema de alerta
anticolisión instalado a bordo de un vehículo marino, y que
proporciona:
- -
- al menos un transductor óptico que cubre al menos parcialmente el horizonte del vehículo marino, y que proporciona imágenes,
\global\parskip1.000000\baselineskip
- -
- medios de tratamiento de la imagen para buscar en tiempo real en cada imagen proporcionada por el transductor óptico grupos de píxeles adyacentes en función de la intensidad luminosa de cada píxel de la imagen, para evaluar en tiempo real la persistencia de cada grupo de píxeles en imágenes sucesivas, para determinar en tiempo real grupos que constituyen objetos visibles en la superficie del mar, en función de su persistencia, y para determinar en tiempo real informaciones de posición y de dimensión de al menos uno de los objetos visibles,
- -
- medios de análisis anticolisión, para calcular periódicamente la evolución de las informaciones de posición y de dimensión del objeto visible, y para evaluar un riesgo de colisión del vehículo marino con el objeto visible en función de la evolución de las informaciones de posición y de dimensión del objeto visible.
Según un modo de realización de la invención, el
transductor óptico comprende al menos una cámara fija con relación
al vehículo marino y cubre al menos una parte sustancial del
horizonte de forma permanente.
Según un modo de realización de la invención, el
transductor óptico comprende al menos una cámara cuyo campo óptico
es orientable para cubrir el horizonte por rotación.
Según un modo de realización de la invención, el
transductor óptico comprende:
- -
- una cámara que comprende un objetivo con un eje óptico orientado sustancialmente de forma vertical,
- -
- un conjunto giratorio movido por un motor y que lleva un espejo dispuesto en el campo óptico del objetivo y orientado sustancialmente a 45º con relación al eje óptico del objetivo, y
- -
- un dispositivo de medición de la posición angular del conjunto giratorio.
Según un modo de realización de la invención, el
sistema comprende:
- -
- una caja constituida por una base que sirve de soporte, y
- -
- una cuba estabilizada montada en un dispositivo de estabilización, y que sirve de soporte al transductor óptico.
\vskip1.000000\baselineskip
Según un modo de realización de la invención, el
dispositivo de estabilización comprende una suspensión cardán y un
volante giroscópico.
Según un modo de realización de la invención, el
captador comprende una cámara mono-línea accionada
en rotación alrededor de un eje vertical.
Según un modo de realización de la invención, el
sistema comprende:
- -
- una caja,
- -
- una conjunto giratorio contenido en la caja y movido por un motor de eje vertical,
- -
- una caperuza de protección del conjunto giratorio provisto de una abertura,
- -
- una cámara digital fijada al conjunto giratorio, y que comprende un sensor mono-línea,
- -
- un objetivo cuyo eje óptico es apto para barrer el horizonte por rotación del conjunto giratorio.
\vskip1.000000\baselineskip
Según un modo de realización de la invención, el
transductor comprende un cristal de protección ventilado con la
ayuda de un ventilador de extracción para proteger el objetivo.
Según un modo de realización de la invención,
tarjetas electrónicas de tratamiento de imagen son solidarias del
conjunto giratorio.
Según un modo de realización de la invención, el
sistema comprende un dispositivo de medición de la posición angular
del conjunto giratorio.
Según un modo de realización de la invención,
los datos digitales de salida del transductor óptico son
transmitidos por mediación de contactos giratorios que aseguran
igualmente el contacto de la alimentación de los órganos del
conjunto giratorio.
Según un modo de realización de la invención, el
sistema comprende medios de interfaz con un compás.
Según un modo de realización de la invención, el
sistema comprende medios de interfaz con otros transductores y
medios de análisis que realizan un análisis de coherencia con
informaciones proporcionadas por los otros transductores.
Según un modo de realización de la invención, el
sistema comprende medios de señalización para señalar que un objeto
peligroso ha sido detectado.
Según un modo de realización de la invención,
las informaciones de posición de cada objeto visible comprenden un
acimut del objeto.
La invención se refiere igualmente a un
procedimiento de alerta anticolisión en un sistema de alerta
anticolisión para vehículo marino que comprende al menos un
transductor óptico que cubre al menos parcialmente el horizonte del
vehículo marino. Según la invención, el procedimiento comprende las
etapas que consisten en:
- -
- adquirir del transductor óptico imágenes que incluyen una parte del horizonte del vehículo marino,
- -
- buscar en tiempo real en cada imagen adquirida grupos de píxeles adyacentes en función de la intensidad luminosa de cada píxel de la imagen,
- -
- evaluar en tiempo real la persistencia de cada grupo de píxeles en imágenes adquiridas sucesivas,
- -
- determinar en tiempo real grupos que constituyen objetos visibles en la superficie del mar, en función de su persistencia,
- -
- determinar en tiempo real informaciones de posición y de dimensión de al menos uno de los objetos visibles,
- -
- calcular periódicamente la evolución de las informaciones de posición y de dimensión del objeto visible, y
- -
- evaluar un riesgo de colisión del vehículo marino con el objeto visible en función de la evolución de las informaciones de posición y de dimensión del objeto visible, considerándose un objeto visible como peligroso si existe un riesgo de colisión del vehículo marino con el objeto visible.
Según un modo de realización de la invención, el
procedimiento comprende etapas de representación de informaciones
relativas a cada objeto peligroso, y de emisión de una señal de
alarma una vez que un nuevo objeto peligroso se ha detectado.
Según un modo de realización de la invención, la
búsqueda en cada imagen de grupos de píxeles adyacentes comprende
las etapas que consisten en:
- a)
- encuadrar la parte útil de la imagen proporcionada por el transductor óptico,
- b)
- medir la intensidad luminosa media de los píxeles sobre al menos la parte útil de la imagen,
- c)
- comparar cada píxel de la parte útil de la imagen con la intensidad luminosa media, y atribuir un valor binario al píxel en función del resultado de la comparación,
- d)
- buscar píxeles con un valor binario dado formando grupos de píxeles adyacentes.
Según un modo de realización de la invención, el
encuadramiento de la parte útil comprende una detección automática
de la línea de horizonte.
Según un modo de realización de la invención,
las etapas de determinación de las informaciones de posición y de
dimensión, de cálculo periódico de la evolución de las informaciones
de posición y de dimensión, y de evaluación de un riesgo de colisión
son realizadas para cada imagen.
\vskip1.000000\baselineskip
Estos objetos, características y ventajas así
como otras de la presente invención se expondrán con más detalle en
la descripción siguiente de modos de realización de la invención,
realizada a título no limitativo con relación a las figuras
adjuntas, en las cuales:
- La figura 1, ilustra un sistema de la
invención instalado en un barco.
- La figura 2, ilustra en forma de bloques las
funciones del sistema de la invención.
- Las figuras 3A y 3B, ilustran un primer modo
de realización del sistema de la invención.
- Las figuras 4A y 4B, ilustran un segundo modo
de realización del sistema de la invención.
- Las figuras 5A y 5B, ilustran un tercer modo
de realización del sistema de la invención.
- Las figuras 6A y 6B, ilustran un principio de
análisis de riesgo de colisión aplicado por el procedimiento según
la invención.
Como se ha ilustrado en la figura 1, el sistema
de la invención comprende:
- -
- un conjunto de transductores ópticos 10, dispuesto aquí en las superestructuras de un barco 12, y
- -
- un calculador 13 implantado en el puente de mando del barco.
Como se ha ilustrado en la figura 2, el sistema
de la invención comprende, en el plano funcional, dos segmentos, a
saber un segmento óptico SO y un segmento táctico ST.
El segmento óptico comprende:
- -
- uno o varios transductores ópticos 10 que cubren al menos parcialmente el horizonte del vehículo marino,
- -
- medios de interfaz IFC de los transductores con el calculador, que aseguran la adquisición de las imágenes proporcionadas por el transductor y el pilotaje de los transductores, y
- -
- medios de tratamiento de la imagen IMP que aseguran la extracción de las informaciones de posición de objetos.
El segmento táctico ST comprende:
- -
- medios de análisis anticolisión ACOL que efectúan un cálculo periódico de la evolución de las informaciones de posición de cada objeto visible, y evalúan un riesgo de colisión del vehículo marino con cada objeto visible, y
- -
- una interfaz hombre/máquina IHM, que puede integrarse en el puesto de control del vehículo marino, o desplazada a distancia, y que incluye medios de señalización para señalar que un objeto peligroso ha sido detectado.
El conjunto de los captadores ópticos 10 cubre
ventajosamente la totalidad del horizonte, en 360º, o una porción
significativa de este. Según la configuración del barco, y
particularmente las dimensiones de sus superestructuras, puede ser
preferible disponer de un solo transductor o varios transductores.
Idealmente, en un gran barco de carga, tres captadores, de los
cuales uno en la proa del barco y uno en cada lado de las
superestructuras, permiten cubrir todo el horizonte, comprendidos
los sectores próximos que son ocultados por las superestructuras
para un observador situado en el puente de mando del barco.
En un primer modo de realización de la
invención, cada transductor comprende una cámara cuyo campo óptico
puede orientarse para cubrir el horizonte por rotación. En un
segundo modo de realización de la invención, cada transductor
comprende una cámara monolínea orientable montada sobre un soporte
fijo. En un tercer modo de realización de la invención, cada
transductor comprende una o varias cámaras fijas con relación al
vehículo marino y que cubren al menos una parte sustancial del
horizonte de forma permanente.
Habida cuenta de los movimientos del barco
portador, se trata de encontrar el mejor compromiso entre la
resolución de la cámara y la exigencia de estabilidad. Se pueden
considerar dos soluciones:
- -
- bien sea montar la cámara sobre una plataforma estabilizada para centrar la imagen en la zona útil alrededor del horizonte,
- -
- o bien utilizar una información sobre el comportamiento del barco (ángulos de balanceo y de cabeceo) para tratar solo la parte útil de la imagen (puntos situados a una cierta distancia en píxeles por encima o por debajo de la línea del horizonte). Esta información puede provenir bien sea de un transductor externo (central de comportamiento), o de un tratamiento de imagen (detección de la línea de horizonte) cuando el horizonte es visible.
En el primer modo de realización ilustrado en
las figuras 3A y 3B, el transductor óptico 10 comprende una cámara
cuyo campo óptico es orientable para cubrir el horizonte por
rotación. La cámara está montada sobre una plataforma estabilizada
por un giroscopio. El transductor 10 comprende:
- -
- una caja 21 constituida por una base 22 que sirve de soporte y una cúpula de protección transparente 23,
- -
- una cuba estabilizada 24 montada sobre un dispositivo de estabilización compuesto por una suspensión de cardan 25 y por un volante giroscópico 26 accionado por un motor eléctrico 27,
- -
- una cámara 28 fijada a la cuba estabilizada y que lleva un objetivo 29 orientado al cenit,
- -
- un conjunto giratorio 30 montado en la cuba estabilizada, movido por un motor de rotación 31 de eje vertical situado en la parte baja de la cuba estabilizada, y que lleva en su parte superior un espejo 32 y un quitasol 33, permitiendo la disposición del espejo, orientado a 45º del eje óptico del espejo, barrer un plano horizontal por la rotación del conjunto giratorio 30, reflejándose los rayos por el espejo 32 con el fin de alcanzar el objetivo de la cámara, accionando el motor 31 el conjunto giratorio por mediación de un reductor de engranajes, y
- -
- un dispositivo de medición de la posición angular del conjunto giratorio, o revolver 34, eventualmente integrado en el motor 30 si la tecnología de éste lo permite (motor paso a paso).
Según los materiales utilizados (aleaciones y/o
compuestos), el conjunto de caja 21 puede tener una masa total
inferior a 2 kg y un volumen inferior a 2 litros.
Ensayos en prototipo con una velocidad de
rotación del volante giroscópico 26 de 9900 rpm han permitido
asegurar una estabilidad caracterizada por una velocidad angular de
la cuba inferior a 60 mrad/s (mili-radianes por
segundo) en un 99% de los casos. El dispositivo de estabilización
proporciona, con un tiempo de integración de 1/1000 de segundo, un
"desplazamiento" inferior a 1/8 de píxel, para una tolerancia
de balanceo/cabeceo del barco de +/-25º. Un rendimiento de este tipo
puede ser aún mejorado con un producto de factura industrial
(mecanizados, ajustes, y tolerancia de los rodamientos) y una
velocidad de rotación del volante giroscópico de 15000 rpm.
La cámara 28 presenta por ejemplo las
características siguientes:
- -
- una célula CCD 1/3'' que permite una explotación en tiempo real en un formato estándar (JPEG),
- -
- un formato de vídeo de alta resolución XGA (1024 x 768 píxeles) que ofrece el mejor compromiso entre la apertura angular del objetivo 29 (36º en diagonal) y la resolución angular buscada, y
- -
- un objetivo 29 focal de 9 mm.
En un segundo modo de realización ilustrado en
las figuras 4A y 4B, el transductor óptico 10 comprende una cámara
mono-línea orientable montada sobre un soporte
fijo.
Más precisamente, el transductor óptico
comprende:
- -
- una caja cilíndrica 41 fijada al mástil del barco,
- -
- un conjunto giratorio 42 soportado en la caja 41 por rodamientos de bolas 43 y es movido por un motor de rotación 44 de eje vertical situado en la parte baja de la caja, comprendiendo la parte superior del conjunto giratorio una caperuza de protección cilíndrica 45 provista de una ventana rectangular 49 que permite a los rayos ópticos atravesar la caperuza para alcanzar el objetivo,
- -
- una cámara digital 46 fijada al conjunto giratorio 42 y cuyo sensor mono línea 47 está desplazado por encima del cuerpo de la cámara; el sensor comprende típicamente de 512 a 8192 células elementales foto sensibles dispuestas en una línea vertical,
- -
- un objetivo 48, con una apertura angular típicamente de 30 a 55º, dispuesto de tal manera que su eje óptico barra el horizonte con la rotación del conjunto giratorio 42, y
- -
- una persiana dispuesta con el fin de obturar la apertura rectangular 49 cuando el sistema se encuentra desactivado con el fin de proteger el interior del transductor de las salpicaduras de las olas y de la lluvia; el desplazamiento de la persiana se realiza con la ayuda de un control magnético 51.
Cuando el sistema se encuentra en
funcionamiento, la protección del objetivo 48 contra las
proyecciones de lluvia que pasan por la abertura rectangular 49 está
asegurada por un cristal de protección 52, ventilada con la ayuda de
un ventilador de extracción 53 que insufla por una boquilla de
secado 54 aire calentado por las diferentes fuentes de calor del
conjunto giratorio y de la caja (motor de rotación, electrónica y
cámara).
Las tarjetas electrónicas 56 que integran el
calculador y los circuitos asociados del sistema de alerta
anticolisión son solidarios del conjunto giratorio 42.
El conjunto giratorio 42 lleva igualmente un
codificador de dirección del rumbo 57 que mide la posición angular
del conjunto giratorio.
Los datos numéricos de salida del sistema de
alerta anticolisión son transmitidos por mediación de un contactor
giratorio 58 que asegura igualmente la transferencia hacia el
calculador de datos procedentes del compás del barco, así como el
contacto de la alimentación de los órganos del conjunto giratorio
42.
En el segundo modo de realización, la imagen
panorámica del mar en 360º alrededor del transductor 10 se realiza
mediante el barrido del haz óptico determinado por la rotación del
transductor mono-línea. La apertura angular vertical
de este haz es elegida de forma que cubra la zona útil de
orientación en el emplazamiento mismo con movimientos de
balanceo/cabeceo.
La resolución angular de la imagen depende de
las resoluciones angulares horizontal y vertical.
La resolución angular horizontal de la imagen es
función de la velocidad de rotación y de la frecuencia de lectura de
línea. Las cámaras lineales existentes tienen frecuencias de lectura
de línea que van típicamente de 6 a 87 kHz. En la práctica, el
límite de la frecuencia de lectura depende de las condiciones de
iluminación y de la sensibilidad luminosa. Para una velocidad de
rotación que va típicamente de 0,12 a 2 vueltas por segundo, la
resolución horizontal se encuentra comprendida entre 0,01 y 2
mrad/píxel (milirradianes por píxel).
La resolución angular vertical está determinada
por el número de píxeles del transductor y la apertura angular del
objetivo. Para un número de píxeles que va de 512 a 8192 y una
abertura angular vertical comprendida entre 4 y 45º, la resolución
vertical está comprendida entre 0,01 y 1,5 mrad/píxel.
En un tercer modo de realización ilustrado en
las figuras 5A y 5B, el transductor óptico 10 comprende un conjunto
de cámaras fijas. Más precisamente, el transductor óptico
comprende:
- -
- una caja 61 fijada a la superestructura del barco y que comprende una abertura acristalada 62,
- -
- una o varias cámaras digitales 63 (típicamente cuatro) fijadas a la caja 61,
- -
- un objetivo 64 para cada cámara 63, estando el conjunto de objetivos dispuesto de tal manera que los sectores que barren cubran una porción sustancial del horizonte (típicamente de 187º), y
- -
- un dispositivo de conexión y de multiplexado 65 que permite tratar simultáneamente las imágenes procedentes de todas las cámaras. Este dispositivo puede integrar una tarjeta electrónica que realiza una parte del tratamiento de imagen.
\vskip1.000000\baselineskip
En este tercer modo de realización, la
resolución de las imágenes está relacionada con los movimientos de
la plataforma del barco portador. Típicamente, en un barco grande
con un balanceo limitado a +/-10º, la utilización de cámaras con una
definición de 1280 x 1024 píxeles y objetivos de 8 a 12 mm permite
obtener la resolución necesaria, en todas las condiciones de
iluminación, para un alcance de detección que llega hasta los 10 000
metros.
La interfaz con los transductores ópticos
(tarjeta y circuito electrónico, y/o logicial, y/o conexiones con
cable, y/o conexiones sin cable) entre los transductores ópticos y
el calculador asociado, se adapta a la arquitectura retenida. Esta
interfaz puede por consiguiente comprender:
- -
- una interfaz integrada en el calculador,
- -
- una interfaz integrada en los transductores,
- -
- una interfaz contenida en una caja intermedia.
\vskip1.000000\baselineskip
La interfaz con los transductores ópticos
asegura dos funciones:
- -
- la adquisición de imágenes y, en el caso en que los transductores comprendan un conjunto giratorio, la adquisición de la medición de orientación, y
- -
- el pilotaje de los transductores, es decir el control de las cámaras y, en el caso en que los transductores comprendan un conjunto giratorio, el control de los motores de orientación.
\vskip1.000000\baselineskip
En el primer modo de realización descrito más
arriba e ilustrado en las figuras 3A y 3B, donde el transductor
óptico 10 comprende una cámara cuyo campo óptico es orientable para
cubrir el horizonte por rotación, la interfaz IFC es un circuito
electrónico integrado en el calculador.
En el segundo modo de realización descrito más
arriba e ilustrado en las figuras 4A y 4B, donde el transductor
óptico 10 utiliza una cámara mono-línea giratoria,
la interfaz IFC es un circuito integrado en las tarjetas
electrónicas 56 montadas en el conjunto giratorio 42.
En el tercer modo de realización descrito más
arriba e ilustrado en las figuras 5A y 5B, donde el transductor
óptico 10 comprende un conjunto de cámaras fijas, la interfaz IFC es
un circuito integrado en las tarjetas electrónicas del dispositivo
de conexión y de multiplexado 65.
El procedimiento de tratamiento de imagen
utilizado por los medios de tratamiento de imagen IMP permite
extraer en tiempo real, de cada imagen proporcionada por el
transductor óptico (10) informaciones de posición de objetos
visibles en la superficie del mar, eliminando las olas y la
espuma.
Este tratamiento de imagen comprende las etapas
que consisten en:
- -
- encuadrar la parte útil de la imagen proporcionada por el transductor óptico (10),
- -
- medir la intensidad luminosa media en al menos una parte de la imagen,
- -
- comparar cada píxel con la intensidad luminosa media, y atribuir un valor binario a cada píxel según la diferencia se encuentre por encima o por debajo de un umbral de intensidad luminosa,
- -
- buscar píxeles con un valor dado que forman grupos de píxeles adyacentes, constituyendo cada grupo de píxeles adyacentes un objeto visible, y
- -
- medir una posición y dimensiones de los objetos visibles.
\vskip1.000000\baselineskip
El encuadramiento de la parte útil puede
comprender una detección automática de la línea de horizonte. Puede
incluir igualmente un enderezamiento de la imagen para que la línea
de horizonte permanezca paralela por el borde inferior de la
imagen.
La parte útil de la imagen puede en si misma ser
escindida en varias partes, por ejemplo en función de la distancia
entre cada píxel y la línea de horizonte; que determina a groso modo
el alejamiento del punto correspondiente con relación al barco
portador.
La medición de la intensidad luminosa puede
realizarse, según el tipo de cámara utilizado, sobre la luminancia
solamente, y/o sobre uno o varios de los tres componentes cromáticos
(rojo, azul, amarillo).
La comparación de cada píxel con la intensidad
luminosa media puede ser realizada simultáneamente con varios
parámetros (umbral, color).
La detección de los objetos visibles puede
comprender una etapa de evaluación de la persistencia de cada grupo
de píxeles en imágenes sucesivas. Con este fin, las informaciones de
posición de todos los grupos de píxeles de cada imagen son
registrados en una base de datos. La comparación de las bases de
datos sucesivas que corresponden a la sucesión de imágenes de un
mismo sector permite determinar grupos que constituyen objetos
visibles en función de su persistencia, es decir en función del
porcentaje de aparición de estos grupos en una cierto número de
imágenes. Este procedimiento permite eliminar los objetos "no
persistentes": olas, reflejos, espuma, y conservar solo los
objetos que corresponden a barcos o a objetos que flotan en la
superficie.
En el primer modo de realización donde el
transductor óptico 10 comprende una cámara cuyo campo óptico es
orientable para cubrir el horizonte por rotación, el tratamiento de
imagen se realiza sobre cada imagen, o sea típicamente cada 1/15 de
segundo. Este tratamiento comprende las etapas siguientes:
- -
- detección automática de la línea de horizonte,
- -
- rectificación de la imagen para que la línea de horizonte permanezca paralela al borde inferior de la imagen,
- -
- medición de la intensidad luminosa media sobre al menos una parte de la imagen centrada sobre el horizonte,
- -
- comparación de cada píxel con un umbral de intensidad luminosa función de la intensidad luminosa media, y atribución de un valor binario a cada píxel según la diferencia se encuentre por encima o por debajo del umbral de intensidad luminosa,
- -
- búsqueda de los píxeles con un valor dado que forman grupos de píxeles adyacentes,
- -
- registro de las informaciones de posición de todos los grupos de píxeles en una base de datos de grupos detectados BDG,
- -
- comparación de las bases de datos de grupos detectados constituidas sucesivamente en cada imagen proporcionado por el transductor óptico, y
- -
- determinación de los grupos que constituyen objetos visibles en función de su persistencia en varias bases de datos de grupos detectados.
En el segundo modo de realización, el
tratamiento de imagen por los medios de tratamiento de imagen IMP
se realiza primeramente sobre cada imagen elemental correspondiente
a una línea vertical, o típicamente cada 1/3000 de segundo. Este
tratamiento comprende las etapas siguientes:
- -
- detección automática de la línea de horizonte,
- -
- reposición de la imagen para que la línea de horizonte permanezca a una distancia constante, en número de píxeles, del borde inferior de la imagen,
- -
- medición de la intensidad luminosa media sobre al menos una parte de la imagen centrada sobre el horizonte,
- -
- comparación de cada píxel con la intensidad luminosa media, y atribución de un valor binario a cada píxel según la diferencia se encuentre por encima o por debajo de un umbral de intensidad luminosa, y
- -
- reconstitución de una imagen formada por la sucesión de líneas verticales.
En cada imagen así reconstituida, o típicamente
cada segundo, el tratamiento de imagen comprende las etapas
siguientes:
- -
- búsqueda de los píxeles con un valor dado que forman grupos de píxeles adyacentes,
- -
- registro de las informaciones de posición de todos los grupos de píxeles en una base de datos de grupos detectados BDG,
- -
- comparación de las bases de datos de grupos detectados constituidas en cada imagen sucesiva reconstituida (comparación realizada típicamente de 3 a 10 imágenes), y
- -
- determinación de los grupos que constituyen objetos visibles en función de su persistencia en varias bases de datos de grupos detectados.
En el tercer modo de realización, el tratamiento
de imagen se realiza por los medios de tratamiento de imagen IMP en
cada imagen, o sea típicamente cada segundo. Este tratamiento
comprende las etapas siguientes:
- -
- detección automática de la línea de horizonte,
- -
- enderezamiento de la imagen para que la línea de horizonte permanezca paralela al borde inferior de la imagen,
- -
- medición de la intensidad luminosa media sobre al menos una parte de la imagen centrada sobre el horizonte,
- -
- comparación de cada píxel con la intensidad luminosa media, y asignación de un valor binario a cada píxel según la diferencia se encuentre por encima o por debajo de un umbral de intensidad luminosa,
- -
- búsqueda de píxeles con un valor dado que forman grupos de píxeles adyacentes,
- -
- registro de las informaciones de posición de todos los grupos de píxeles en una base de datos de grupos detectados BDG,
- -
- comparación de las bases de datos de grupos detectados constituidas en cada imagen sucesiva (típicamente de 3 a 10 imágenes), y
- -
- determinación de los grupos que constituyen objetos visibles en función de su persistencia en varias bases de datos de grupos detectados.
Las características de los objetos visibles se
memorizan en una base de datos de objetos visibles BDOV.
De una manera general, el transductor óptico
asociado con el tratamiento de imagen presenta las características
siguientes:
- -
- proporciona informaciones de detección, a saber la presencia de un objeto, su acimut, y en el caso de un sistema de varios transductores, la distancia del objeto.
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
- -
- permite una detección en lo visible, en las mismas condiciones de visibilidad que el ojo humano, de día como de noche; con captadores apropiados (por ejemplo sensibles a los infrarrojos), puede operar en condiciones más severas,
- -
- de noche, el sistema puede comprender un dispositivo de iluminación infrarroja, sabiendo que la distancia de detección de obstáculos no iluminados puede llegar hasta los 2000 metros,
- -
- presenta una distancia de detección que puede llegar, según la configuración del sistema y la cinemática del vehículo marino portador, hasta 10 000 metros, detectando los objetos más próximos,
- -
- permite señalar objetos no detectados por el radar, como las pequeñas embarcaciones y los restos flotantes de un naufragio,
- -
- el tratamiento de la imagen puede ser realizado tanto en color como en negro y blanco,
- -
- puede funcionar con movimientos de plataforma siguientes: balanceo (+/-35º). periodo de 5 a 15 segundos, cabeceo (+/-15º), velocidad angular inferior a 10º/seg.
- -
- se acondiciona de una forma adaptada al medio marino en términos de estanqueidad, de protección mecánica y eléctrica, y de resistencia al sol, a las salpicaduras de las olas y a las vibraciones.
El procedimiento de análisis anticolisión
empleado por los medios de análisis anticolisión ACOL comprende las
etapas siguientes:
- -
- determinación de informaciones de posición de cada objeto visible en la base de datos BDOV, en función de su posición en las imágenes proporcionadas por el transductor óptico.
- -
- cálculo periódico de la evolución de las informaciones de posición de cada objeto visible,
- -
- evaluación del riesgo de colisión del vehículo marino con cada objeto visible en función de la evolución de las informaciones de posición del objeto visible.
Las informaciones de posición de un objeto
visible incluyen su acimut, su emplazamiento (distancia angular con
relación a la línea del horizonte), y eventualmente su distancia
cuando ésta puede ser calculada (en el caso de un sistema que
comprende varios transductores). Estas informaciones se completan
mediante una indicación de las dimensiones aparentes del objeto en
la imagen: altura y/o anchura en número de píxeles.
El principio de análisis del riesgo de colisión
aplicado por la invención está basado en la evolución del acimut de
un objeto visible, y en la evolución de sus dimensiones y
eventualmente de su distancia cuando ésta se ha calculado.
Más precisamente, el procedimiento de análisis
anticolisión comprende las etapas siguientes:
- -
- cálculo periódico de la evolución de las informaciones de posición y de dimensión de cada objeto visible mediante análisis de la base de datos de los objetos visibles cada 30 segundos, en un histórico que llega hasta los 20 minutos,
- -
- extracción de los objetos cuya variación de acimut es inferior a 1,5º/min (grados por minuto),
- -
- extracción de los objetos cuya dimensión aumenta y/o cuya distancia (cuando se ha calculado) disminuye, y
- -
- constitución de una base de datos de objetos peligrosos BDOD que asemejan las características de los objetos visibles extraídos en las dos etapas precedentes.
El análisis de la evolución del acimut de un
objeto visible puede servir de base para una estimación de un
riesgo de colisión, como se ha ilustrado en las figuras 6A y 6B.
Estas figuras representan la trayectoria 1 del barco y la
trayectoria estimada 2 de un objeto visible. Los puntos formados en
las trayectorias 1, 2 muestran las posiciones respectivas del barco
y del objeto en unos instantes t1 a t9.
La figura 6A ilustra el caso de un objeto
visible estimado peligroso. Se puede observar en esta figura que el
acimut del objeto visible es constante con relación al acimut del
barco.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La figura 6B ilustra el caso de un objeto
visible estimado no peligroso. En este caso, el acimut del objeto
visible con relación al barco no es constante.
La variación del tamaño de cada objeto visible
constituye igualmente una información a considerar para estimar un
riesgo de colisión. En efecto, si el barco y el objeto visible
siguen trayectorias paralelas y a la misma velocidad, el acimut del
objeto es constante con relación al del barco aunque el objeto no
represente una amenaza para el barco. Además, si el tamaño aparente
de un objeto visible aumenta, eso significa que se aproxima al
barco.
Si el barco está equipado con un autómata ARPA
acoplado con un sistema de radar, puede además estar previsto
adquirir acimutes y distancias ecos de radar tomados en cuenta por
el autómata "ARPA" y pistas "AIS". Las posiciones de los
ecos radar y de las pistas AIS pueden seguidamente ser comparadas
con la base de datos de los objetos peligrosos BDOD, para relacionar
cada pista externa con un objeto peligroso y a la inversa. La base
de datos de los objetos peligrosos puede así agrupar todos los
objetos peligrosos detectados por el sistema según la invención y
por los otros equipos del barco, estando cada objeto peligroso
asociado en la base de datos con una información que indica por qué
medio(s) cada objeto ha sido detectado.
Las bases de datos de objetos visibles BDOV y de
objetos peligrosos BDOD se codifican en ANSI bajo un formato de
trama compatible con los logicales corrientemente utilizados en los
sistemas de tratamiento de datos a bordo de los barcos, típicamente
el formato NMEA (National Maritime Electronic Association) o el
formato XML (Extended Markup Language). Los atributos asociados con
cada objeto en estas bases de datos incluyen ventajosamente:
- -
- la hora de la primera detección,
- -
- el acimut
- -
- el ancho angular,
- -
- la distancia respecto al barco cuando la misma está calculada,
- -
- la precisión sobre la distancia con respecto al barco,
- -
- la persistencia, y
- -
- el contraste.
\vskip1.000000\baselineskip
La interfaz hombre/máquina IHM asegura las
funciones de información de la tripulación y de control del
sistema. La función de información de la tripulación comprende:
- -
- la emisión de una señal de alerta, que puede ser sonora y/o visual y/o adaptada a una necesidad específica (por ejemplo voz sintética, o vibración en una caja soportada), una vez que la base de datos de objetos peligrosos contienen un nuevo elemento,
- -
- la representación de las informaciones de posición de un objeto peligroso, y particularmente de su acimut, y de una indicación de la urgencia de la situación (por ejemplo una distancia o un tiempo antes de la colisión), y
- -
- registro de un histórico de las bases de datos de los objetos visibles y de los objetos peligrosos.
\vskip1.000000\baselineskip
Se puede igualmente prever que la interfaz
hombre/máquina IHM ofrezca la posibilidad de representar la imagen
en tiempo real de un objeto a la vista, a petición del operador.
Cuando el barco comprende varios medios de
detección, la interfaz hombre/máquina IHM puede igualmente
representar una indicación del o de los medios de detección de cada
objeto. Cuando el barco está equipado con un dispositivo ARPA de
ayuda en la anticolisión asociado con un radar, la interfaz
hombre/máquina permite ventajosamente superponer en forma gráfica
las informaciones procedentes de las bases de datos de objetos
visibles y de objetos peligrosos con la representación ARPA. Si el
barco está equipado con un dispositivo de cartografía digital, por
ejemplo según la norma ECDIS (Electronic Chart Display and
Information System), la interfaz hombre/máquina puede superponer en
forma gráfica las informaciones procedentes de las bases de datos
de objetos visibles y de objetos peligrosos con representación
ECDIS.
La función de control del sistema comprende
controles de gestión corriente del funcionamiento del sistema, y
controles que permiten asegurar el mantenimiento del sistema
anticolisión.
Los controles de gestión corriente comprenden un
control de puesta en funcionamiento y de parada del sistema, y
llegado el caso, controles que permiten seleccionar otros medios de
detección a tomar en cuenta.
Los controles de mantenimiento del sistema
comprenden controles de puesta en funcionamiento, de parada y de
ajuste de cada cámara, controles que permiten realizar ajustes
internos del calculador (umbrales, parámetros), y controles de
lanzamiento de procedimientos automáticos de calibración y de
ensayos internos del sistema.
La interfaz hombre/máquina IHM está conectada a
la entrada a la base de datos de objetos visibles BDOV, así como a
la base de datos de objetos peligrosos DBOD. La misma puede
integrarse en el puesto de control del vehículo marino, o
desplazarse a distancia.
En un modo de realización del sistema según la
invención, la interfaz hombre/máquina IHM está integrada en un
sistema de navegación exterior. Las funciones de alerta, de
representación y de control enriquecen las interfaces existentes del
sistema de navegación exterior para la explotación de medios de
visualización ARPA ó ECDIS.
Los medios de visualización ARPA representan en
una pantalla de visualización una zona circular alrededor del barco.
La visualización ARPA se centra permanentemente sobre el barco. La
señalización se facilita por un trazo radial calado sobre el norte o
relativo al eje del barco, y por una serie de anillos de
distancia.
Los medios de visualización ECDIS representan en
una pantalla de visualización un mapa geográfico rectangular que
respeta una norma internacional. Este mapa se caracteriza por la
posición geográfica de su centro, su escala, el tipo de proyección
(en general Mercator) y su orientación (lo más a menudo al norte o
según el eje del barco). La señalización sobre este mapa se facilita
por una cuadrícula que representa las latitudes y longitudes
constantes.
Estos dos tipos de medios de visualización
representan en forma de símbolos específicos los objetos visibles y
los objetos peligrosos. De esta manera, el riesgo de colisión puede
ser evaluado visualmente.
Al intervenir el operador, una imagen de un
objeto visible puede presentarse en una ventana representada en la
pantalla de visualización. Esta imagen se representa típicamente
cada segundo para permitir una apreciación visual en tiempo real de
la evolución de un barco detectado.
Cuando el sistema según la invención recibe
informaciones de varios captadores, puede igualmente realizar para
cada objeto una medición de la distancia angular de los acimutes del
objeto proporcionados por los diferentes captadores, así como un
cálculo de la distancia del objeto.
Gracias a estas disposiciones, el sistema
anticolisión según la invención puede ofrecer una cierta
redundancia con los medios existentes. Así, ofrece una señalización
fiable con un porcentaje de falsas alarmas relativamente bajo.
Gracias a estas características, el sistema de
la invención encuentra aplicaciones en numerosos ámbitos, y
particularmente:
- -
- en el ámbito de los barcos armados por profesionales (comercio, pesca, de crucero, barcos de ámbito público),
- -
- en el ámbito de los barcos de crucero, por su contribución a la seguridad y a la comodidad de la tripulación, especialmente en ausencia de radar,
- -
- en el ámbito de los canales de navegación costeros (boyas, faros, balizas, escolleras, etc.), por una vigilancia y un control del tráfico y una redundancia de la seguridad anticolisión en las zonas más peligrosas,
- -
- en el ámbito de los sistemas de vigilancia a distancia navales (drone), por la posibilidad de garantizar un control permanente de la seguridad anticolisión, incluso cuando la zona de despliegue de dicho sistema no se encuentre bajo el control visual del puesto de mando.
Además, en todo vehículo marino, el sistema de
la invención permite realizar automáticamente un registro de todas
las detecciones de objetos visibles, capaces de enriquecer los
datos registrados automáticamente en una "caja negra", o VDR
(Voyage Data Recorder).
Aparecerá claramente al experto en la materia
que el sistema según la presente invención es susceptible de
diversas otras variantes de realización y aplicaciones. Así, la
invención no se limita a un sistema en el cual el transductor óptico
cubre el conjunto del horizonte del vehículo marino. La zona
vigilada por el transductor óptico puede en efecto estar limitada
por un sector de proa del vehículo marino. Tampoco es indispensable
que el sistema tenga acceso a informaciones de posición tales como
el acimut, del vehículo marino, o a informaciones proporcionadas por
otros sistemas que equipan el vehículo marino. En efecto, la
posición de los objetos detectados puede determinarse con relación
al vehículo marino y a su rumbo. Por otro lado, el sistema según la
invención puede no comprender interfaz hombre/máquina, y
simplemente enviar las informaciones relativas a la detección de
objetos peligrosos a otro sistema del vehículo marino, que comprenda
una interfaz hombre/máquina.
Claims (21)
1. Sistema de alerta anticolisión para vehículo
marino (12), que comprende:
- -
- al menos un transductor (10) que cubre al menos parcialmente el horizonte del vehículo marino, y que proporciona imágenes,
- -
- medios de tratamiento de imagen (IMP) para buscar en tiempo real en cada imagen proporcionada por el transductor óptico grupos de píxeles adyacentes en función de la intensidad luminosa de cada píxel de la imagen, para evaluar en tiempo real la persistencia de cada grupo de píxeles en imágenes sucesivas, para determinar en tiempo real grupos que constituyen objetos visibles en la superficie del mar, en función de su persistencia, y para determinar en tiempo real informaciones de posición y de dimensión de al menos uno de los objetos visibles,
- -
- medios de análisis anticolisión (ACOL) para calcular periódicamente la evolución de las informaciones de posición y de dimensión de al menos un objeto visible, y para evaluar un riesgo de colisión del vehículo marino con el objeto visible en función de la evolución de las informaciones de posición y de dimensión del objeto visible.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el cual
el transductor óptico (10) comprende al menos una cámara fija con
relación al vehículo marino y cubre al menos una parte sustancial
del horizonte de forma permanente.
3. Sistema según la reivindicación 1, en el cual
el transductor óptico (10) comprende al menos una cámara cuyo campo
óptico es orientable para cubrir el horizonte por rotación.
4. Sistema según la reivindicación 3, en el cual
el transductor óptico (10) comprende:
- -
- una cámara (28) que comprende un objetivo (29) que tiene un eje óptico orientado sustancialmente de forma vertical,
- -
- un conjunto giratorio (30) accionado por un motor (31) y que lleva un espejo (32) dispuesto en el campo óptico del objetivo y orientado sustancialmente a 45º con relación al eje óptico del objetivo, y
- -
- un dispositivo (14) de medición de la posición angular del conjunto giratorio (30).
5. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 4, que comprende:
- -
- una caja (21) constituida por una base (22) que sirve de soporte, y
- -
- una cuba estabilizada (24) montada en un dispositivo de estabilización (25, 26), y que sirve de soporte al transductor óptico (10).
6. Sistema según la reivindicación 5, en el cual
el dispositivo de estabilización comprende una suspensión cardán
(25) y un volante giroscópico (26).
7. Sistema según la reivindicación 3, en el cual
el transductor (10) comprende una cámara mono-línea
accionada en rotación alrededor de un eje vertical.
8. Sistema según la reivindicación 7, que
comprende:
- -
- una caja (41),
- -
- un conjunto giratorio (42) contenido en la caja (41) y accionado por un motor (44) de eje vertical,
- -
- una caperuza de protección (45) del conjunto giratorio provisto de una abertura (49),
- -
- una cámara digital (46) fijada al conjunto giratorio, y que comprende un sensor mono-línea (47),
- -
- un objetivo (48) cuyo eje óptico es apto para barrer el horizonte por rotación del conjunto giratorio (42).
9. Sistema según la reivindicación 8, en el cual
el transductor (10) comprende un cristal de protección (52)
ventilado con la ayuda de un ventilador de extracción (53) para
proteger el objetivo (48).
10. Sistema según la reivindicación 8 ó 9, en el
cual tarjetas electrónicas (56) de tratamiento de imagen son
solidarias del conjunto giratorio (42).
\newpage
11. Sistema según una de las reivindicaciones 8
a 10, que comprende un dispositivo de medición (57) de la posición
angular del conjunto giratorio (42).
12. Sistema según una de las reivindicaciones 8
a 11, en el cual los datos digitales de salida del transductor
óptico (10) son transmitidos por mediación de contactos giratorios
(58) que aseguran igualmente el contacto de la alimentación de los
órganos del conjunto giratorio (42).
13. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 12, que comprende medios de interfaz con un compás.
14. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 13, que comprende medios de interfaz con otros transductores y
medios de análisis que realizan un análisis de coherencia con
informaciones proporcionadas por los otros transductores.
15. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 14, que comprende medios de señalización (IHM) para señalar que un
objeto peligroso ha sido detectado.
16. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 15, en el cual las informaciones de posición de cada objeto
visible comprenden un acimut del objeto.
17. Procedimiento de alerta anticolisión en un
sistema de alerta anticolisión para vehículo marino (12) que
comprende al menos un transductor óptico (10) que cubre al menos
parcialmente el horizonte del vehículo marino, caracterizado
porque comprende las etapas que consisten en:
- -
- adquirir del transductor óptico imágenes que incluyen una parte del horizonte del vehículo marino,
- -
- buscar en tiempo real en cada imagen adquirida grupos de píxeles adyacentes en función de la intensidad luminosa de cada píxel de la imagen,
- -
- evaluar en tiempo real la persistencia de cada grupo de píxeles en imágenes adquiridas sucesivas,
- -
- determinar en tiempo real grupos que constituyen objetos visibles en la superficie del mar, en función de su persistencia,
- -
- determinar en tiempo real informaciones de posición y de dimensión de al menos uno de los objetos visibles,
- -
- calcular periódicamente la evolución de las informaciones de posición y de dimensión del objeto visible, y
- -
- evaluar un riesgo de colisión del vehículo marino con el objeto visible en función de la evolución de las informaciones de posición y de dimensión del objeto visible, considerándose un objeto visible como peligroso si existe un riesgo de colisión del vehículo marino con el objeto visible.
18. Procedimiento según la reivindicación 17,
que comprende las etapas de representación de informaciones
relativas a cada objeto peligroso, y de emisión de una señal de
alarma una vez que un nuevo objeto peligroso ha sido detectado.
19. Procedimiento según la reivindicación 17 ó
18, en el cual la búsqueda en cada imagen de grupos de píxeles
adyacentes comprende las etapas que consisten en:
- a)
- encuadrar la parte útil de la imagen proporcionada por el transductor óptico (10),
- b)
- medir la intensidad luminosa media de los píxeles en al menos la parte útil de la imagen,
- c)
- comparar cada píxel de la parte útil de la imagen con la intensidad luminosa media, y atribuir un valor binario al píxel en función del resultado de la comparación,
- d)
- buscar píxeles con un valor binario dado que formen grupos de píxeles adyacentes.
20. Procedimiento según la reivindicación 19, en
el cual el encuadramiento de la parte útil comprende una detección
automática de la línea de horizonte.
21. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 17 a 20, en el cual las etapas de determinación de
las informaciones de posición y de dimensión, de cálculo periódico
de la evolución de las informaciones de posición y de dimensión, y
de evaluación de un riesgo de colisión son realizadas para cada
imagen.
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