Brevet FR2674198A1 — publié le 19920925

PROCEDE ET DISPOSITIF D'AMELIORATION DE LA VISION AUTOMOBILE DE NUIT La présente invention se rapporte au domaine technique de l'éclairage nocturne de la chaussée par les véhicules automobiles Elle vise à améliorer la vision de chaque conducteur en conduite de nuit, sans gêner les autres usagers. On sait que même dans des conditions météorologiques normales, c'est-àdire des conditions de visibilité nocturne optimales, la portée réduite des projecteurs de croisement (environ 30 m) est à l'origine d'une part importante des accidents automobiles survenant la nuit Etant donné qu'il est inconcevable d'augmenter la portée des feux de croisement ou de conseiller aux automobilistes de conserver en permanence leurs feux de route, les constructeurs ont cherché à réaliser des ensembles d'éclairage susceptibles d'améliorer la vison nocturne en feux de croisement sans éblouir les autres conducteurs. Une première solution, développée sur certains dispositifs connus consiste à éclairer la chaussée avec des rayons ultraviolets Cette solution est illustrée notamment par la publication FR 2 648 541, qui se rapporte à un projecteur améliorant l'éclairement des panneaux de signalisation grâce à l'émission de rayons ultraviolets sur une grande portée Selon ce type de dispositif, les longueurs d'onde inférieures à 300 nm, dangereuses pour l'homme sont heureusement arrêtées naturellement par le verre des projecteurs Les rayons ultraviolets peuvent par exemple être produits par des lampes à vapeur de mercure ionisée grâce à des arcs électriques créés par un dispositif d'allumage de "type balast" Ces rayons rencontrent notamment la chaussée, les bandes de signalisation horizontales, les panneaux, les piétons, etc En fonction de -2- la nature des objets rencontrés, un glissement de longueur d'onde réfléchie à environ 500 nm permet à l'oeil humain de voir les objets éclairés sous ultraviolets Ce phénomène est spectaculaire dans le cas o les objets comportent une couche de peinture fluorescente. Malheureusement, l'infrastructure ou la signalisation routière ne comportent pas toujours de surfaces réfléchissantes De plus, l'éclairage par ultraviolets n'est efficace que vis-à-vis d'un nombre limité d'objets: lignes blanches de signalisation horizontale, panneaux de signalisation fluorescents Concernant les piétons, des expériences ont mis en évidence que certains vêtements, les vêtements en cuir par exemple réfléchissent mieux les ultraviolets que les vêtements en coton, tels que des pantalons en tissu "jeans" La portée de vision directe obtenue avec ce type d'éclairage est actuellement de l'ordre de 50 m. Une seconde solution, exploitable en vue d'améliorer la vision nocturne des conducteurs, réside dans l'utilisation d'éclairage impulsionnel du type flash, associé à une reprise d'image par une caméra CCD ("charge coupled device", en français "dispositif à transfert de charges") Les éclairs peuvent par exemple être obtenus au moyen d'un laser à impulsions En jouant sur le temps d'intégration de la caméra CCD, on peut reconstituer une image correspondant à une scène située à une certaine distance de celle-ci. Le balayage de la chaussée par un faisceau laser de longueur d'onde 900 nm (proche infrarouge), combiné à une reprise d'image par une caméra CCD sensible dans le domaine du proche infrarouge, offre un autre type de solution au problème de la vision de nuit. -3- On connaît encore d'autres systèmes pouvant être mis en oeuvre sur un véhicule pour améliorer ou compléter la vision de nuit. Le système d'éclairage et de visualisation pour véhicule, faisant l'objet du dépôt de brevet N O 90-04195 de la demanderesse, non publié à ce jour, consiste notamment à éclairer la route par un faisceau longue portée dans le domaine du proche infrarouge L'image de la chaussée est alors reprise par une caméra CCD, sensible dans le proche infrarouge. Les dispositifs connus ne procurant qu'une amélioration limitée de la vision de nuit, notamment en raison de la nature variée des objets éclairés, l'invention propose un procédé et des dispositifs spécialement conçus pour sa mise en oeuvre, résolvant de façon simple l'ensemble des problèmes évoqués. L'invention concerne un procédé d'amélioration de la vision automobile de nuit consistant à éclairer la route et les objets qui s'y trouvent à l'aide de deux projecteurs émettant des rayons lumineux de longueur d'ondes déterminés, et à capter une image de la chaussée éclairée par ces rayons, au moyen d'un système de prise de vue Ce procédé est caractérisé en ce que les deux projecteurs longue portée éclairent respectivement dans les domaines du proche infrarouge et de l'ultraviolet, en ce que la prise de vue est également effectuée à l'intérieur de deux bandes spectrales distinctes situées respectivement dans le proche infrarouge et dans l'ultraviolet, et en ce que limage de nuit combinée résultant de cette double prise de vue est restituée au conducteur, dans ou à proximité de son champ de vision habituel de conduite. Selon un mode de réalisation de l'invention, la prise de vue dans le domaine du proche infrarouge est effectuée par une caméra du type CCD (charge coupled device), et la prise de vue dans le domaine de l'ultraviolet est effectuée à l'aide d'une caméra CID (charge injection device). -4- Selon un mode de réalisation de l'invention, les signaux captés par chaque caméra sont transmis à un séparateur de trame isolant les lignes impaires issues de la caméra C I D, et les lignes paires issues de la caméra C C D, de façon à conserver une première demi-image de la chaussée dans le domaine de l'ultraviolet, et une seconde demi-image de la chaussée dans le domaine du proche infrarouge. Selon un mode de réalisation de l'invention, les signaux sélectionnés par le séparateur de trame sont traités par un mélangeur synchrone permettant de délivrer en temps réel une trame complète reconstituée à partir des lignes impaires issues de la caméra C I D et des lignes paires issues de la caméra C.C D. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte une caméra spéciale regroupant un objectif de réception, une lame séparatrice de rayons infrarouges et ultraviolets, un capteur C.I D sensible aux ultraviolets, un capteur C C D sensible aux infrarouges et un mélangeur synchrone permettant de délivrer en temps réel une trame complète reconstituée à partir des lignes impaires issues du capteur CI D et des lignes paires issues du capteur C C D. Selon un mode de réalisation de l'invention, la lame séparatrice de signaux est située entre l'objectif de réception et les capteurs; cette lame est traversée en direction du capteur C.C D par les rayons de longueur d'onde supérieur à 0,7 Au et réfléchit les rayons appartenant à la bande 0,3 0,4 f A-d en direction du capteur C I D. Selon un mode de réalisation de l'invention, ce dispositif comporte un filtre spectral, disposé entre la lame séparatrice -5- et le capteur C C D, de façon à ne laisser passer que les rayons compris entre 0,7 et 1,2 >mxl L'invention concerne également un dispositif spécialement conçu pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention; ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte une caméra unique du type C.I D à large bande spectrale couvrant l'infrarouge et l'ultraviolet. Selon un mode de réalisation de l'invention, la caméra à large bande spectrale est précédée de deux filtres transparents respectivement aux ultraviolets et aux proches infrarouges. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'image de la chaussée est restituée au conducteur sur un moniteur vidéo intégré dans le tableau de bord du véhicule. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'image de la chaussée est restituée au conducteur à l'aide d'un système de visualisation tête haute ou tête moyenne (en anglais Head Up Display lHUDl). L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention en liaison, avec les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement un premier dispositif conforme à l'invention, la figure 2 illustre graphiquement la formation d'une image composée, reconstituée par le mélangeur synchrone. la figure 3 se rapporte à une première variante de l'invention, selon laquelle la caméra comporte un capteur C.I D et un capteur C C D, 6- la figure 4 se rapporte à une seconde variante de l'invention, selon laquelle on utilise une seule caméra à large bande spectrale, la figure 5 représente les bandes spectrales de sensibilité des différents types de capteur ou de caméra utilisables dans le cadre de l'invention, la figure 6 illustre les courbes de transmission des filtres ultraviolet et infrarouge mis en oeuvre dans la seconde variante de l'invention. L'invention a pour point de départ l'observation selon laquelle certaines matières, tels que les tissus synthétiques et certains cotons réfléchissent mieux les rayons lumineux du proche infrarouge ( 0,7 jtrnv 1,2 _Tm) que les rayons lumineux situés dans le spectre ultraviolet C non dangereux pour l'homme ( 300 à 400 nm) A -l'inverse, d'autres matériaux, tels que le cuir, réfléchissent mieux les ultraviolets C que les rayons infrarouges. La solution proposée par l'invention repose essentiellement sur la reprise simultanée d'une image de la chaussée, dans deux bandes spectrales distinctes Avantageusement, cette double prise de vue peut être effectuée par deux caméras vidéo synchronisées Cette solution est illustrée par la figure 1 La première caméra 1 pourra par exemple relever de la technologie C C D et avoir une bande spectrale de sensibilité comprise entre 0,4 Art et 1,2,y M, de façon à capter une première image de la chaussée dans le proche infrarouge La seconde caméra 2 sera alors du type C I D, de façon à capter une seconde image de la chaussée dans le spectre des ultraviolets C ( 0,3 Jum 0,4,}M). -7- Conformément à l'invention les deux caméras 1, 2 sont associées à un séparateur de trame 6 apparaissant également sur la figure 1 Ce séparateur 6 a la charge de sélectionner les lignes paires 7 de l'image vidéo captée par la première caméra 1, et les lignes impaires 8 de rimage vidéo captée par la seconde caméra 2 L'ensemble des lignes 7, 8 sélectionnées par le séparateur de trame 6 est transmis à un mélangeur synchrone 9, capable de fournir en temps réel une image composite de la chaussée composée des lignes impaires 8, captées dans l'ultraviolet, alternées avec des lignes paires 7 captées dans le proche infrarouge Cette image vidéo reconstituée sera disponible au conducteur, soit sur un moniteur vidéo 12 intégré à son tableau de bord, soit à l'aide d'un système de visualisation tête haute laissant apparaître celle-ci sur le pare-brise. Sur la figure 1 on a également représenté schématiquement le premier projecteur 3 éclairant la chaussée avec des rayons infrarouges, et le second projecteur 4 éclairant la chaussée avec des rayons ultraviolets, ainsi que le circuit de synchronisation 5 des caméras I et 2 Le mélangeur synchrone 9 comporte d'une part un commutateur 10 recevant directement les deux signaux vidéo 7 ', 8 ' provenant respectivement de la première et de la seconde caméra, ainsi qu'un signal de commande 6 ' issu du séparateur de trame 6 et d'autre part un sommateur i 1 assurant la sommation de signaux de synchronisation communs 6 " issus du séparateur de trame 6 et du signal 10 ' délivré par le commutateur 10. Le signal final 9 ' émis par le mélangeur 9 est un signal vidéo composite qui est ensuite transmis à un moniteur 12 de type CRT ("Cathode Ray Tube, soit en français écran à tube cathodique)ou du type LCD (liquid cristal device), ou encore à un système de projection tête haute HUD (head up display) Dans tous les cas, le dispositif de l'invention assure la visualisation de 8- l'ensemble des lignes d'une image complète à la cadence vidéo-télévision. La figure 2 illustre de façon schématique la formation d'une image composée formée simultanément dans les spectres ultraviolet et infrarouge Sur ce schéma, relatif à une image vidéo standard répondant à la norme 'C C I R " (Comité Consultatif International de Radio-communication), on a représenté en traits interrompus les lignes paires 7 issues de la caméra C C D 1, reproduisant une demi-image de la route dans le spectre du proche infrarouge, et en traits pleins les lignes impaires 8 issues de la caméra C I D 2 reproduisant une demi-image de la route captée dans l'ultraviolet. La figure 3 se rapporte à une première variante de l'invention, selon laquelle on met en oeuvre une lame séparatrice infrarouge et ultraviolet 13, disposée à la sortie d'un objectif de réception d'image 14 Selon cette première variante, la prise de vue est assurée par deux capteurs vidéo 16, 17 de technologies respectives C I D et C C D Ces deux capteurs 16, 17, l'objectif 14 et la lame séparatrice 13 seront avantageusement regroupés dans un ensemble de caméra qui n'est pas mis en évidence sur ce schéma pour des raisons de clarté La lame séparatrice 13 peut par exemple assurer une réflexion totale dans la bande 0,3 0,4 ,t-n, et totalement réfléchissante aux ultraviolets. Ce schéma, mentionne également la présence des modules de pilotage et de traitement 1 ' et 2 des signaux issus des capteurs matriciels 16 et 17. On peut également envisager l'utilisation d'une lame séparatrice 13 totalement réfléchissante dans le proche infrarouge et transparente entre 0,3 _ nm et 0,4 j En Dans ce cas l'emplacement des capteurs 16 et 17 sera inversé. Sur la figure 3 on retrouve le mélangeur synchrone 9 destinataire d'un signal vidéo ultraviolet 7 ' en provenance du capteur C I D 16, et d'un signal vidéo infrarouge 8 ' en provenance du capteur C C D 17 Le mélangeur synchrone délivre un signal vidéo CCIR 9 'dont la visualisation est assurée par le moniteur 12 Le fonctionnement de ce dispositif est le même que celui du dispositif de la figure 3, puisque les capteurs 16 et 17 captent deux images superposables de la route, éclairées respectivement dans l'ultraviolet et le proche infrarouge La sélection des lignes impaires 8 et paires 7 dans les images captées respectivement par le premier et le second capteur, la synchronisation des deux capteurs 1 ', 2 ' grâce au signal 5, et le mélange des deux demi-images fournissent une image vidéo composite mixte, comme dans l'exemple précédent. Une seconde variante de l'invention, illustrée par la figure 4 consiste à éclairer la chaussée à l'aide de projecteurs longue portée 3, 4, rayonnant respectivement dans le domaine du proche infrarouge ( 0,7 j u 1,2,"m) et de l'ultraviolet ( 0,3)n L -0,4 um), et à capter une image de la chaussée ainsi éclairée au moyen d'une caméra C I D unique 18 à très large bande spectrale de sensibilité: 0,23 um 1,2)Un L'ensemble des détails réfléchissant dans le proche infrarouge et l'ultraviolet sont sélectionnés grâce à la disposition des filtres ultraviolet 19 et infrarouge 20 de façon à être captés par la caméra unique 18 - et à être envoyés sur un moniteur 12 intégré au tableau de bord, ou projetés en vision tête haute sur le pare-brise. A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 5 A la bande spectrale de sensibilité d'un capteur C C D, sur la figure 5 B celle d'un capteur C I D, et sur la figure 5 C celle d'un capteur C.I D large bande, ces trois capteurs étant utilisables conformément à l'invention. A titre d'exemple également, les graphes des figures 6 A et 6 B reproduisent les courbes de transmission de filtres ultraviolets et infrarouges utilisables conformément à la première variante de linvention. Selon les trois exemples de réalisation décrits, l'image perçue par le conducteur comporte des détails captés grâce à l'éclairage ultraviolet, ainsi que des détails captés grâce à l'éclairage infrarouge Le procédé de l'invention est relativement simple à mettre en application et les coûts s'annoncent raisonnables pour l'amélioration de la vision de nuit obtenue On peut noter à ce sujet que les techniques de traitement d'images multispectracles mises en oeuvre dans les domaines militaires et spatiaux sont beaucoup plus lourds à mettre en oeuvre, car ils nécessitent l'adaptation d'un matériel informatique plus conséquent. il - REVENDIC TIONS l 1 l Procédé d'amélioration de la vision automobile de nuit consistant à éclairer la route et les objets qui s'y trouvent à l'aide de deux projecteurs longue portée ( 3, 4) émettant des rayons lumineux de longueurs d'ondes déterminées, et à capter une image de la chaussée éclairée par ces rayons au moyen d'un système de prise de vue, caractérisé en ce que les deux projecteurs ( 3, 4) éclairent respectivement dans les domaines du proche infrarouge et de l'ultraviolet, en ce que la prise de vue est également effectuée à l'intérieur de deux bandes spectrales distinctes situées respectivement dans le proche infrarouge et dans l'ultraviolet, et en ce que l'image de nuit combinée résultant de cette double prise de vue est restituée au conducteur dans ou à proximité de son champ de vision habituel de conduite. l 2 l Procédé d'amélioration de la vision de nuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que la prise de vue dans le domaine du proche infrarouge est assurée par une première caméra de technologie CC D ( 1) (charge coupled device), et en ce que la prise de vue dans le domaine de l'ultraviolet est assurée par une seconde caméra de technologie C I D. ( 2) (charge injection device). l 3 l Procédé d'amélioration de la vision de nuit selon la revendication 2, caractérisée en ce que les signaux ( 7, 8 ') captés par chaque caméra ( 1, 2) sont transmis à un séparateur de trame ( 6) isolant les lignes impaires ( 7) issues de la caméra C C D ( 1) et les lignes paires ( 8) issues de la caméra C I D ( 2), de façon à conserver une première demi-image de la chaussée dans le domaine de l'ultraviolet, et une seconde demi-image de la chaussée dans le domaine du proche infrarouge. 12 - l 4 l Procédé d'amélioration de la vision de nuit selon la revendication 3 caractérisé en ce que les signaux ( 7 ', 8 ') sélectionnés par le séparateur de trame ( 6) sont traités par un mélangeur synchrone ( 9) permettant de délivrer en temps réel une trame complète ( 7, 8) reconstituée à partir des lignes impaires ( 7) issues de la caméra C C D ( 1) et des lignes paires ( 8) issues de la caméra C ID ( 2). l 5 l Dispositif d'amélioration de la vision de nuit spécialement conçu pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une caméra spéciale regroupant un objectif de réception ( 14), une lame séparatrice de rayons infrarouges et ultraviolet ( 13), un capteur C I D ( 16), sensible aux ultraviolets, un capteur C.C D ( 17) sensible aux infrarouges, et un mélangeur synchrone ( 9), capable de reconstituer en temps réel une trame complète à partir des lignes impaires ( 7) issues de capteur C I D ( 16) et des lignes paires ( 8) issues du capteur C C D ( 17). l 6 l Dispositif d'amélioration de la vision de nuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la lame séparatrice des signaux est située entre l'objectif de réception ( 14) et les capteurs ( 16, 17), en ce qu'elle est traversée en direction du capteur C C D ( 17) par les rayons de longueur d'onde supérieure à 0,7,,u, et en ce qu'elle réfléchit les rayons de longueur d'onde comprise entre 0,3 yxm et 0, 4 qun en direction du capteur CID. l 7 l Dispositif d'amélioration de la vision de nuit selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre spectral ( 15) disposé entre la lame séparatrice ( 13) et le capteur C C D ( 17) de façon à ne laisser passer que les rayons compris entre 0,7 et l,24 M - 13 - l 81 Dispositif d'amélioration de la vision de nuit spécialement conçu pour la mise en oeuvre du procédé conforme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une caméra unique ( 18) du type C LD à large bande spectrale sensible à l'infrarouge et à rultraviolet. l 9 l Dispositif d'amélioration de la vision de nuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que la caméra C I D à large bande spectrale ( 18) est précédée de deux filtres ( 19, 20) respectivement transparents aux ultraviolets et aux proches infrarouges. l 10 l Dispositif d'amélioration de la vision de nuit selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que l'image de la chaussée est restituée au conducteur sur un moniteur vidéo ( 12) intégré au tableau de bord du véhicule. l 11 l Dispositif d'amélioration de la vision de nuit selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que l'image de la chaussée est restituée au conducteur à laide d'un système de visualisation tête haute. l 12 l Procédé d'amélioration de la vision de nuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'image de la chaussée est restituée au conducteur sur un moniteur vidéo ( 12) intégré au tableau de bord du véhicule. l 13 l Procédé d'amélioration de la vision de nuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'image de la route est restituée au conducteur à l'aide d'un système de visualisation tête haute.