Brevet FR2661248A1 — publié le 19911025

Procédé et dispositif de mesure en continu et à lumière ambiante de la rétroréflexion d'un marquage routier et du contraste. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure en continu et à lumière ambiante de la rétroréflexion d'un marquage routier et du contraste de jour et de nuit. Jusqu'à présent , on effectuait des mesures de la lumière réfléchie par les marquages routiers, de manière ponctuelle et de jour au moyen de rétroréflectomètres et de colorimètres. Les rétroréflectomètres traditionnels simulent à échelle réduite les conditions de visibilité nocturne des produits de marquage rencontrées par un automobiliste roulant en feux de croisement avec un certain angle d'éclairage entre le faisceau lumineux émis par le phare et la surface de la chaussée et une inclinaison entre la direction d'observation et la surface de la chaussée appelé "angle d'observation" . Ce rétroréflectomètre comporte une optique d'émission projetant sur la bande à mesurer un rectangle lumineux de surface déterminée sous l'incidence choisie et une optique de réception munie d'une cellule de mesure. Les essais sont effectués à l'abri de la lumière ambiante : l'appareil étant posé sur la surface testée et le boîtier servant de cache. Pourtant, cet appareil ne permet d'effectuer que des mesures ponctuelles en statique car les difficultés d'une mesure en continu résident notamment dans le fait qu'on ne peut plus s'affranchir de la lumière ambiante par un cache comme pour les mesures statiques. Or, sur la surface auscultée, la lumière ambiante se superpose à la lumière émise par la source de telle sorte qu'il est impossible d'analyser la réflexion du faisceau incident appelée aussi rétroréflexion. De plus, avec les dispositifs traditionnels qui sont posés sur la surface testée, il est impossible d'effectuer des mesures sous pluies. La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes techniques pour la premiere fois et de manière satisfaisante et de quantifier la visibilité de jour dans une géométrie réaliste d'éclairage et d'observations. Ce but est atteint au moyen d'un procédé de mesure en continu et à lumière ambiante de la retroréflexion d'un marquage et du contraste de jour et de nuit , comprenant l'émission et la projection sur une surface d'un faisceau lumineux incident, l'acquisition par des éléments optoelectroniques du faisceau réfléchi sur ladite surface, puis l'amplification et le traitement du signal délivré par lesdits éléments optoélectroniques, caractérisé en ce que on module le faisceau incident pour obtenir un faisceau réfléchi module transformé par lesdits éléments optoélectroniques en un signal modulé que l'on soumet à un double filtrage comprenant d'une part un filtrage centré sur la fréquence de modulation du faisceau incident pour sélectionner et analyser le signal produit par le faisceau réfléchi engendré par le faisceau modulé incident en vue de mesurer la rétroréflexion et d'autre part un filtrage basse fréquence pour sélectionner et analyser le signal généré par la lumière ambiante en vue de mesurer le contraste de jour et de nuit. Selon une caractéristique du procédé de l'invention, on mesure le contraste de nuit en comparant les niveaux des signaux relatifs à la rétroréflexion du faisceau incident respectivement sur le marquage et sur le revêtement. Selon une autre caractéristique, on mesure le contraste de jour en comparant les niveaux des signaux relatifs à la réflexion de la lumière ambiante respectivement sur le marquage et sur le revêtement Selon encore une autre caractéristique, on mesure la rétroréflexion par calcul direct suivant une loi proportionnelle à partir du signal modulé. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on réalise la modulation du faisceau incident en interposant sur son trajet un disque muni d'orifices tournant à vitesse constante. Un autre objet de l'invention est un dispositif mobile de mesure en continu et à lumière ambiante de la rétroréflexion d'un marquage et du contraste du type qui comprend un véhicule porteur, des moyens d'émission d'un faisceau lumineux incident projeté sur une surface , des moyens de réception d'un faisceau rétroréfléchi par ladite surface, associés à des moyens de contrôle de la lumière ambiante et du flux lumineux incident et comprenant des éléments optoélectroniques transformant les flux lumineux en signaux électriques, des moyens de traitement des signaux électriques, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de modulation du faisceau incident et en ce que lesdits moyens de traitement comportent des circuits de filtrage passe-bande travaillant à une fréquence centrée sur la fréquence de modulation du faisceau incident et des circuits de filtrage passe-bas. Selon une autre caractéristique de l'invention le dispositif comprend également un calculateur pour exploiter les résultats du traitement du signal pendant des cycles de mesure déterminés et un générateur d'impulsions dont les fonctions sont d'une part d'assister la gestion des périodes d'exploitation en commandant les cycles de mesure du calculateur et d'autre part de lui fournir des informations cinématiques relatives au déplacement du véhicule porteur. Selon encore une autre caractéristique du dispositif, le véhicule porteur est équipé de moyens de visualisation des résultats de la mesure comprenant des indicateurs lumineux montés sur le tableau de bord. Le procédé de l'invention est indépendant de la longueur d'onde de la lumière utilisée et permet donc une mesure continue en lumière blanche dans des conditions très proches des conditions réelles de circulation. Le dispositif de l'invention permet le contrôle simultané de la visibilité de jour et de nuit et la mesure des contrastes de luminance. Il offre également la possibilité au conducteur du véhicule porteur de situer avec précision sa position au moment de la mesure grâce aux indicateurs lumineux embarqués. De plus, la mise en place d'un capteur de déplacement sur un véhicule permet de suivre en continu la hauteur du dispositif de l'invention par rapport à la surface de la chaussée et d'en tenir compte pour la géométrie de mesure et d'y apporter une éventuelle correction. Un autre avantage de l'invention réside dans la possibilité d'effectuer des mesures de la rétroréflexion sous pluies puisque le dispositif de l'invention n'a aucun contact direct avec le marquage. De plus, la surface de zone de circulation qui peut faire l'objet de la mesure est plus large qu'avec les dispositifs de l'art antérieur, ce qui permet de couvrir au moins une série de motifs dans le cas d'un marquage routier du type profilé (comportant des surépaisseurs). L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre accompagnée des dessins annexés sur lesquels La figure 1 représente un véhicule équipé du dispositif de mesure de l'invention. La figure 2 représente les graphes du signal (tension) en fonction du temps. Les figures 3 et 3a (vues de détail) représentent des schémas de principe du dispositif de l'invention. Le véhicule représenté sur la figure 1 comporte des moyens d'émission 1 d'un flux ou faisceau lumineux du type illuminant A (lampe à incandescence) travaillant en continu et associés à des moyens de focalisation 2 dudit faisceau. Le dispositif de mesure de l'invention tel qu'il est monté sur le véhicule comprend également des moyens de modulation 3 à fréquence variable. Ces moyens de modulation 3 sont constitués principalement d'un modulateur opticomécanique réalisé sous la forme d'un disque rotatif comportant dix orifices en forme de fentes réparties de façon uniforme sur sa surface. Le faisceau lumineux est ainsi interrompu sur son trajet par la surface pleine du disque comprise entre deux fentes successives. L'ouverture angulaire du faisceau à la source est d'environ 130 et le faisceau est projeté sur une surface de la zone de circulation à une distance d'environ 3 m sur l'avant du véhicule en ajustant son trajet pour le centrer sur chacune des fentes du modulateur 3. Après réflexion sur le revêtement de circulation ou sur les bandes de marquage, le trajet du faisceau est inversé, le faisceau est rétroréfléchi et aboutit à des moyens de réception 4 qui sont synchrones avec les moyens d'émission 1. Les moyens de réception 4 comprennent des éléments optoélectroniques constitués de quatorze cellules photoélectriques (C1-Cl4) destinées à l'acquisition du flux lumineux réfléchi. Les moyens de réception 4 sont associés à des moyens de contrôle 4a comprenant une cellule photoélectrique (C15) montée de préférence sur le toit du véhicule et destinée à capter le flux lumineux ambiant et une autre cellule photoélectrique (C16) destinée à contrôler le flux lumineux de la source des moyens d'émission 1. Les quatorze cellules (C1-C14) en relation avec le flux lumineux réfléchi sont adaptées et montées sur le véhicule de sorte qu'au moins l'une d'entre-elles soit toujours complètement exposée au flux lumineux sur le trajet du faisceau réfléchi à partir de le bande de marquage. Comme la source lumineuse fonctionne en continu, la modulation provoque des interruptions du faisceau incident qui sont mises à profit par les moyens de réception 4 pour mesurer la réflexion due à la lumière ambiante. Les moyens d'émission 1 et les moyens de réception 4 sont montés de préférence de façon latérale et du même côté à l'extérieur du véhicule porteur afin d'effectuer les mesures dans des conditions normales de circulation. Selon une variante de réalisation, un capteur de déplacement monté sur le véhicule permet de suivre la hauteur du dispositif de mesure par rapport à la zone testée. On contrôle ainsi en continu l'angle d'éclairage et l'angle d'observation ou d'acquisition compris respectivement entre les faisceaux incident et réfléchi et la surface testée ce qui permet éventuellement de corriger la géométrie de la mesure. La mesure du déplacement peut être réalisée au moyen de différents capteurs. Ainsi, on peut utiliser un capteur sans contact monté dans le boîtier contenant les moyens d'émission 1 et les moyens de réception 4, et utilisant soit un système à ultra-sons, soit une diode laser ou une LED modulée, travaillant par échantillonnage. On peut aussi utiliser un capteur de déplacement linéaire à transformateur différentiel (LVDT) monté derrière la roue du véhicule en parallèle sur la suspension, le corps du capteur étant solidaire de l'axe de la roue supposé fixe par rapport à la chaussée (à l'écrasement près du pneumatique) et le noyau lié à la caisse du véhicule, suivant donc ses déplacements. La mesure est alors continue. On peut encore utiliser un capteur de proximité sans contact, monté derrière la roue du véhicule, solidaire de l'axe de la roue et mesurant en continu la distance entre sa tête de mesure et une cible métallique liée à la caisse. Les seize cellules photoélectriques transforment les divers flux lumineux en signaux électriques qui sont amplifiés par des systèmes de préamplification 6 puis envoyés vers des moyens de traitement 5 du signal. La difficulté d'une mesure en continu réside dans le fait qu'on ne peut s'affranchir de la lumière ambiante par un cache. Or sur la surface auscultée, la lumière ambiante se superpose à la lumière émise par la source. Le signal délivré par les moyens de réception 4 contient donc deux types d'informations qu'il convient de distinguer - la lumière due aux réflexions ambiantes, - la lumière due à la source et correspondant à la rétroréflexion. Leur séparation pourra être faite si la lumière émise est modulée. En effet - sans lumière additionnelle (lumière ambiante uniquement), les éléments optoélectroniques (capteurs) délivreront dans le temps un signal (tension Na) continu ou peu fluctuant pendant la mesure (voir figure 2 courbe Ta), - la source ajoutera au premier signal, un signal (TR) représentatif de la rétroréflexion. Si de plus, la lumière émise par cette source est modulée, le signal précédent sera également modulé. Un filtrage centré sur la fréquence de modulation éliminera le signal (Ta) continu, de telle sorte qu'il ne subsistera que l'information relative à la rétroréflexion (signal TR). Un filtrage basse fréquence restituera le signal (Ta) dû à la lumière ambiante. Le procédé de l'invention permet, den plus de la rétroréflexion, de mesurer le contraste de jour des bandes de marquage. En effet, les courbes représentées sur la figure 2 peuvent être obtenues sur la bande mais aussi sur la chaussée. Les moyens de traitement 5 du signal comprennent notamment un premier circuit de filtrage 5a travaillant à une fréquence centrée sur la fréquence de modulation (qui est de préférence de 900 Hz) pour sélectionner et analyser le signal produit par le faisceau réfléchi engendré par le faisceau modulé incident en vue de mesurer la rétroréflexion et un second circuit de filtrage 5b travaillant à basse fréquence pour sélectionner et analyser le signal généré par la lumière ambiante en vue de mesurer le contraste. Chaque signal délivré par les quatorze cellules photoélectriques (C1-Cl4) est traité séparément par les moyens de traitement 5 puis envoyé vers un calculateur embarqué 7. Les signaux relatifs à la lumière ambiante et à la source sont envoyés directement vers le calculateur 7. Les premier et second circuits de filtrage sont montés en parallèle comme représentés sur les figures 3 et 3a. Le premier circuit de filtrage 5a comprend un filtre passe-bande Va monté en série avec un redresseur double-alternance Vb et avec un filtre passe-bas Vc (Bessel - travaillant à une fréquence de 450 Hz). Le second circuit de filtrage 5b comprend un filtre passe-bas Vd (travaillant de préférence à 500 Hz). Entre les deux circuits de filtrage (5a, 5b) est placé un atténuateur Ve. Le calculateur embarqué 7 (de préférence du type microordinateur) est destiné à l'exploitation des résultats du traitement et est couplé à un générateur d'impulsions 8 dont les fonctions sont, d'une part, d'assister la gestion des périodes d'exploitation du calculateur et, d'autre part, de lui fournir des informations cinématique relatives au déplacement du véhicule porteur (position au moment de la mesure, vitesse ....). Le générateur d'impulsions 8 a un cycle de fonctionnement qui correspond à la vitesse de rotation d'une roue du véhicule. Il est réglé pour délivrer un nombre prédéterminé d'impulsions par tour de roue. De façon avantageuse, il génère une impulsion chaque fois que le véhicule a parcouru une distance de 20 cm ou de 40 cm. Le calculateur compte les impulsions reçues et déclenche un cycle de mesure en exploitant alors les signaux délivrés par les cellules pendant une durée correspondant à une certaine quantité d'impulsions. Le dispositif de l'invention comprend des moyens d'analyse et de visualisation des résultats de la mesure par l'opérateur. Ces moyens s'appliquent, d'une part, à la détermination de la position de la mesure par rapport à l'origine du trajet du véhicule porteur et par rapport à l'axe longitudinal ou à l'axe des marquages de la zone de circulation (calage latéral) et, d'autre part, aux niveaux des signaux délivrés par les cellules. Les moyens d'analyse et de visualisation comprennent notamment des indicateurs lumineux 9 disposés à la vue des opérateurs en étant placés à l'intérieur du véhicule, par exemple sur le tableau de bord. Les indicateurs lumineux sont constitués de manière avantageuse par des séries de diodes 10 disposées en colonnes chaque colonne correspondant par exemple à une cellule déterminée et chaque diode dans la colonne correspondant à un niveau déterminé de signal. Le dispositif de l'invention est alimenté par un générateur embarqué 11 comprenant par exemple une batterie couplée à un ondulateur ; ladite batterie pouvant être celle du véhicule. Après étalonnage du dispositif et contrôle du flux lumineux de la source, on peut mesurer en continu et à lumière ambiante la rétroréflexion du marquage et le contraste de jour ou de nuit. Les résultats de la mesure sont indépendants de la longueur d'onde de la lumière émise par la source, mais on utilise de préférence une lumière blanche dont les caractéristiques sont proches de celles des dispositifs d'éclairage traditionnels. La mesure de la rétroréflexion s'effectue en calculant la luminance (L) des bandes de marquage et le coefficient de luminance rétroréfléchie (RL) qui obéissent à une loi proportionnelle du type L RL = K E où E est l'éclairement reçu par la surface de mesure et K une constante. Cette mesure est appliquée aussi bien au revêtement de circulation qu'aux bandes de marquage. Le calculateur détermine le contraste de nuit en comparant les niveaux des signaux relatifs à la réflexion du faisceau incident respectivement sur le marquage et sur le revêtement. Parallèlement, il peut déterminer également le contraste de jour en comparant les niveaux des signaux relatifs à la réflexion de la lumière ambiante respectivement sur le marquage et sur le revêtement REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure en continu et à lumière ambiante de la rétroréflexion d'un marquage et du contraste comprenant l'émission et la projection sur une surface d'un faisceau lumineux incident, l'acquisition par des éléments optoélectroniques du faisceau réfléchi sur ladite surface, puis l'amplification et le traitement du signal délivré par lesdits éléments optoélectroniques, caractérisé en ce que on module le faisceau incident pour obtenir un faisceau réfléchi modulé transformé par lesdits éléments optoélectroniques en un signal modulé que l'on soumet à un double filtrage comprenant d'une part un filtrage centré sur la fréquence de modulation du faisceau incident pour sélectionner et analyser le signal produit par le faisceau réfléchi engendré par le faisceau modulé incident en vue de mesurer la rétroréflexion et d'autre part un filtrage basse fréquence pour sélectionner et analyser le signal généré par la lumière ambiante en vue de mesurer le contraste. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est indépendant de la longueur d'onde de la lumière émise. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise un faisceau incident de lumière blanche. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on mesure le contraste de nuit en comparant les niveaux des signaux relatifs à la rétroréflexion du faisceau incident respectivement sur le marquage et sur le revêtement 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on mesure le contraste de jour en comparant les niveaux des signaux relatifs à la réflexion de la lumière ambiante respectivement sur le marquage et sur le revêtement 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on mesure la rétroréflexion par calcul direct suivant une loi proportionnelle à partir du signal modulé. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise la modulation du faisceau incident en interposant sur son trajet un disque muni d'orifices tournant à vitesse constante. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on visualise en permanence à l'intérieur du véhicule les niveaux des signaux délivrés par les éléments optoélectroniques au moyen d'un indicateur lumineux situé sur le tableau de bord. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments optoélectroniques sont constitués de cellules photoélectriques. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de modulation est de 900 Hz. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'on contrôle en continu l'angle d'éclairage et l'angle d'acquisition compris respectivement entre les faisceaux incident et réfléchi et la surface testée. 12. Dispositif mobile de mesure en continu et à lumière ambiante de la rétroréflexion d'un marquage et du contraste, du type qui comprend un véhicule porteur, des moyens d'émission (1) d'un faisceau lumineux incident projeté sur une surface , des moyens de réception (4) d'un faisceau rétroréfléchi par ladite surface, associés à des moyens de contrôle (4a) de la lumière ambiante et du flux lumineux incident et comprenant des éléments optoélectroniques (C1-C16) transformant les flux lumineux en signaux électriques, des moyens de traitement (5) des signaux électriques, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de modulation (3) du faisceau incident et en ce que lesdits moyens de traitement (5) comportent des circuits de filtrage passe-bande (5a) travaillant à une fréquence centrée sur la fréquence de modulation du faisceau incident et des circuits de filtrage passe-bas (5b). 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de modulation (3) sont constitués d'un disque muni d'orifices tournant à vitesse constante. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits éléments optoélectroniques sont des cellules photoélectriques. 15. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend également un calculateur (7) pour exploiter les résultats du traitement du signal pendant des cycles de mesure déterminés et un générateur d'impulsions (8) dont les fonctions sont d'une part d'assister la gestion des périodes d'exploitation en commandant les cycles de mesure du calculateur (7) et d'autre part de lui fournir des informations cinématiques relatives au déplacement du véhicule porteur. 16. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le véhicule porteur est équipé de moyens de visualisation des résultats de la mesure comprenant des indicateurs lumineux (9) montés sur le tableau de bord.