Brevet FR2681458A1 — publié le 19930319

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé de reconnaissance automatique de panneaux de signalisation routière. Elle vise également un dispositif comportant application de ce procédé. On sait qu'actuellement des recherches sont activement menées en ce qui concerne la conduite automatique des véhicules, c'est-à-dire réduisant les interventions du conducteur et suppléant éventuellement aux défaillances de celui-ci en cas de danger par exemple. Par ailleurs, on a déjà proposé des systèmes de reconnaissance automatique de formes d'objets, grâce auxquels on réalise une corrélation entre l'image de l'objet et une image de référence susceptible de correspondre à l'image de l'objet pour délivrer un signal lorsque les deux images sont sensiblement identiques. La présente invention est basée sur le concept ci-dessus et permet avantageusement une grande rapidité de traitement des informations, à tout le moins supérieure à celle obtenue avec des caméras vidéo habituelles, permet de réduire notablement la consommation de courant, et constitue une technologie peu encombrante et facile à installer sur un véhicule automobile par exemple. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de reconnaissance automatique de formes d'objets du type consistant à réaliser une corrélation entre l'image de l'objet et une image de référence susceptible de correspondre à l'image dudit objet pour délivrer un signal lorsque les deux images sont sensiblement identiques, caractérisé en ce qu'on polarise suivant une direction un faisceau laser qui d'une part capte des images de référence et d'autre part capte l'image d'un panneau de signalisation routière, on réunit ensuite les deux faisceaux transportant respectivement les images de référence et l'image du panneau et on les transforme pour qu'elles interférent et produisent un spectre inscrit dans une mémoire qui enregistre une information spécifique correspondant à la coïncidence de l'image du panneau et d'une image de référence identique, puis on polarise suivant une autre direction ledit faisceau laser pour qu'il frappe ladite mémoire et transfère optiquement l'information contenue dans la mémoire à un système de détection susceptible d'émettre un signal de commande résultant de la coïncidence précitée. Suivant une autre caractéristique de ce procédé, on prélève l'image du panneau dans une zone déterminée faisant partie d'une image plus vaste. L'invention vise encore un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé répondant aux caractéristiques ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend: une source laser émettant un faisceau unique; un commutateur de polarisation dudit faisceau; un moyen séparateur et polarisant de ce faisceau pour qu'il atteigne d'une part un support d'images de référence et d'autre part un modulateur de lumière spatial électriquement adressable (EASLM) auquel est associée une caméra vidéo; une optique de recombinaison et de transformation des deux faisceaux provenant respectivement du support d'images de référence et du modulateur; un modulateur de lumière spatial optiquement adressable (OASLM) susceptible de mémoriser une information spécifique résultant d'une correspondance entre les images transportées par les deux faisceaux précédemment recombinés et transformés; et une caméra susceptible de transformer en un signal de commande ladite information spécifique qui lui est transmise par le modulateur cité en dernier lieu lorsqu'il est frappé par le faisceau laser. Suivant une autre caractéristique de ce dispositif, on prévoit un bloc optique réfléchissant ou transmettant le faisceau laser en fonction de la direction de polarisation, lequel bloc est agencé en aval du commutateur de polarisation et en amont du modulateur précité (OASLM) et du moyen séparateur précité. Ce dispositif est encore caractérisé en ce que le support d'images de référence est une diapositive disposée parallèlement à un miroir. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, entre le moyen séparateur et le bloc optique précités est interposée une lame demi-onde, entre ledit moyen séparateur et l'optique précitée de recombinaison est interposée une lame demi-onde, et entre ledit moyen séparateur et la diapositive précitée est interposée une lame quart d'onde. Selon encore une autre caractéristique de ce dispositif, la diapositive précitée comporte la représentation d'une pluralité de panneaux de signalisation routière susceptibles d'être reconnus par le dispositif. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels la figure 1 illustre le champ de vision d'une caméra vidéo embarquée sur un véhicule, et dans lequel champ est matérialisée une zone contenant un panneau à reconnaître; la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention dont le fonctionnement est illustré pour ce qui concerne la phase reconnaissance et mémorisation de la combinaison image-panneau et image-référence; la figure 3 est une vue identique à la figure 2, mais illustrant le fonctionnement du dispositif dans sa phase ultérieure de lecture et de délivrance d'un signal de commande; et la figure 4 est une vue schématique et en plan d'une diapositive représentant un certain nombre de panneaux de signalisation routière. En se reportant notamment aux figures 2 et 3, on voit qu'un dispositif conforme aux principes de l'invention comprend tout d'abord une caméra vidéo 1 embarquée sur un véhicule (non représenté), de même qu'un laser 2 Hélium-Néon par exemple dont le faisceau émis a été matérialisé en 3. Sur le trajet du faisceau 3 renvoyé par deux miroirs M 1, M 2 est placé un commutateur 4 de polarisation du faisceau laser 3. A la suite de ce commutateur 4, est prévu un filtre spatial illustré schématiquement en 5 à la sortie duquel le faisceau laser 3 est renvoyé par un miroir M 3. Une lentille L 1 et un diaphragme D sont prévus en aval du miroir M 3. On a montré en 6 un bloc optique susceptible de réfléchir le faisceau laser en 3 a (figure 2) ou de transmettre le faisceau laser en 3 b (figure 3), et cela en fonction de la direction de polarisation imposée par le commutateur 4. Sur le trajet du faisceau laser 3 a est interposée une lame demi-onde 7 à laquelle fait suite un moyen optique 8 séparateur et polarisant du faisceau 3 a. Ainsi, le faisceau 3 a est divisé en un faisceau 3 h sur lequel est interposée une lame quart d'onde 9 et qui traverse un moyen supportant une ou plusieurs images de référence, tel que par exemple une diapositive 10 derrière laquelle est agencé un miroir M 4, et en un faisceau 3 c passant au travers d'un bloc optique semi-réfléchissant 11 et aboutissant à un modulateur de lumière spatial électriquement adressable 12, appelé communément EASLM et en liaison fonctionnelle avec la caméra vidéo 1. La partie 3 h du faisceau laser réfléchie par le miroir M 4 repasse par le moyen séparateur 8 pour former une autre partie 3 d du faisceau laser qui passe au travers d'une lame demi-onde 13. La partie 3 c du faisceau laser aboutit dans le modulateur 12 sur un miroir montré schématiquement en M 5 et réfléchissant ladite partie du faisceau laser 3 c qui repasse par la lame semi-réfléchissante 11 pour former un autre faisceau montré en 3 e. Les deux faisceaux 3 d et 3 e sont réunis dans une optique appropriée 14 pour réaliser un faisceau unique 3 f qui, passant par une lentille de Fourier L 2 et un miroir M 6, est focalisé dans un modulateur de lumière spatial optiquement adressable 15, appelé communément OASLM et susceptible de mémoriser une information spécifique résultant d'une correspondance entre les images transportées respectivement par les deux faisceaux recombinés 3 d et 3 e. On a montré en 16 une caméra constituant un dispositif à transfert de charge (DTC) qui peut recevoir, comme on le voit mieux sur la figure 3, le faisceau laser 3 g, renvoyé par un miroir M 7 vers ladite caméra Ce faisceau 3 g résulte d'un changement de direction de la polarisation du faisceau laser 3 par le commutateur 4, de sorte que ledit faisceau traversera le bloc optique 6 et le modulateur 15, pour aboutir à la caméra 16 via le système optique 14, comme matérialisé par des flèches sur la figure 3. On a montré en S un signal délivré par la caméra 16 et susceptible de commander un moyen quelconque représenté très schématiquement en 17 et appartenant par exemple à un véhicule automobile. En se reportant à la figure 4, on voit à plus grande échelle la diapositive 10 comportant un certain nombre d'images de panneaux de signalisation 18, soit, suivant l'exemple représenté, l'image d'un panneau stop et de trois panneaux de limitation de vitesse 9, 45 et 11, les nombres 9 et 11 signifiant en réalité 90 et 110 km/h, dans un but de simplification, le chiffre O n'étant pas significatif. Si l'on se reporte maintenant à la figure 1, on voit que le champ capté par la caméra vidéo 1 est celui d'une route sur laquelle roule un camion C, et dans une zone duquel champ figure un encadré E matérialisant une zone sélectionnée par la caméra vidéo 1 et dans laquelle sera nécessairement localisé un panneau de signalisation routière 19 qui, suivant l'exemple de réalisation représenté, est un panneau de limitation de vitesse à km/h. Mais pour une meilleure compréhension de l'invention, on expliquera maintenant brièvement le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit et qui, d'une manière générale, permettra d'établir une corrélation entre l'image du panneau 19 et une image de référence 18 sur la diapositive 10, susceptible de correspondre à l'image du panneau 19, pour délivrer un signal tel que S lorque les deux images sont identiques. On précisera ici qu'on effectue une détection de contour dans la fenêtre ou encadré E, de sorte que seul le panneau dans cette fenêtre pourra être pris en compte par la caméra vidéo 1. En agissant sur le commutateur de polarisation 4, on place tout d'abord le dispositif dans le mode de fonctionnement illustré sur la figure 2 dans lequel le faisceau laser 3 suit les trajets 3 a, 3 h, 3 c, 3 d, 3 e, 3 f, pour réaliser l'écriture et la mémorisation dans le modulateur 15 (OASLM) d'une information correspondant à la coïncidence de l'image du panneau 19 et d'une image de référence identique 18 a. Plus précisément suivant l'exemple présentement envisagé, l'image du panneau 19 et les images 18 de la diapositive 10 sont réunies par le système optique 14, puis, grâce à la lentille de Fourier L 2 réalisant une tranformée de Fourier des images, celles-ci interférent pour donner un spectre mis en mémoire dans le modulateur qui sera apte à fournir une information spécifique résultant de la correspondance entre l'image du panneau 19 et son image identique 18 a sur la diapositive 10 On précisera ici que le modulateur 15, ainsi que le modulateur 12 sont des modulateurs à cristaux liquides ferroélectriques Les deux modulateurs sont des valves optiques non linéaires d'un type connu en soi On précisera encore que le commutateur de polarisation 4 est synchronisé avec la caméra vidéo 1 de façon à séquencer une phase d'écriture, comme on vient de le décrire précédemment, et une phase de lecture qui sera décrite ci-après. La phase de lecture est clairement illustrée sur la figure 3 à laquelle on pourra se reporter Ici, on a agi sur le commutateur de polarisation 4 de sorte que le faisceau laser 3 traversant le bloc optique 6, frappe la mémoire du modulateur 15 pour lire l'information précédemment mémorisée dans ledit modulateur et la transmettre optiquement à la caméra 16 via le système optique 14 et le miroir M 7. La caméra ou dispositif à transfert de charge 16 comporte des zones (non représentées) correspondant aux zones contenant les images 18 des panneaux de signalisation figurant sur la diapositive 10. L'information spécifique (orientation particulière des cristaux liquides) contenue dans la mémoire de la valve optique non linéaire 15 et correspondant ici à la coïncidence de l'image du panneau 19 et de l'image de référence 18 a sera transmise par le faisceau laser 3 g à la caméra 16, plus précisément à la zone de cette caméra corrspondant à la zone de l'image 18 a sur la diapositive 10, ce qui permet d'identifier le panneau 19 L'intensité de l'information ainsi transmise à la caméra 16 sera supérieure à un certain seuil (se situant au dessus du bruit de fond), de sorte que finalement ladite caméra autorisera la délivrance du signal électrique S pouvant être fourni à un moyen 17, sur un véhicule par exemple, pour permettre l'actionnement de ce moyen. On a donc réalisé suivant l'invention un procédé et un dispositif de reconnaissance automatique de panneaux de signalisation routière par exemple, qui présentent l'avantage de n'utiliser qu'un seul appareil laser travaillant de préférence dans le rouge et possédant par exemple une puissance de l'ordre de milliwatts, de ne consommer par conséquent qu'une très faible puissance, ce qui est avantageux pour les véhicules automobiles, d'obtenir une détection et une commande d'un organe de véhicule qui sont très rapides en raison notamment du couplage du commutateur de polarisation 4 avec la caméra vidéo 1, et de constituer au total un ensemble de très faible encombrement aisé à monter et à embarquer sur un véhicule. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que le système optique 14 de recombinaison des deux faisceaux 3 d et 3 e peut revêtir toute forme appropriée quelconque, et autre que celle représentée sur les figures 2 et 3 Dans cet ordre d'idées, l'invention peut s'appliquer à d'autres domaines que celui de la reconnaissance des panneaux de signalisation routière, tels que celui de la reconnaissance d'objets ou de pièces manipulées par des robots. C'est dire que l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de reconnaissance automatique de formes d'objets, du type consistant à réaliser une corrélation entre l'image d'un objet et une image de référence susceptible de correspondre à l'image de l'objet pour délivrer un signal lorsque les deux images sont sensiblement identiques, caractérisé en ce qu'on polarise suivant une direction un faisceau laser qui d'une part capte des images de référence et d'autre part capte l'image d'un panneau de signalisation routière, on réunit ensuite les deux faisceaux transportant respectivement les images de référence et l'image du panneau et on les transforme pour qu'elles interfèrent et produisent un spectre inscrit dans une mémoire qui enregistre une information spécifique correspondant à la coïncidence de l'image du panneau et d'une image de référence identique, puis on polarise suivant une autre direction ledit faisceau laser pour qu'il frappe ladite mémoire et transfère optiquement l'information contenue dans la mémoire à un système de détection susceptible d'émettre un signal de commande résultant de la coïncidence précitée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prélève l'image du panneau dans une zone déterminée faisant partie d'une image plus vaste. 3 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend: une source laser ( 2) émettant un faisceau unique ( 3); un commutateur ( 4) de polarisation dudit faisceau; un moyen séparateur et polarisant ( 8) de ce faisceau pour qu'il atteigne d'une part un support ( 10) d'images de référence et d'autre part un modulateur ( 12) de lumière spatial électriquement adressable (EASLM) auquel est associée une caméra vidéo ( 1); une optique ( 14, L 2) de recombinaison et de transformation des deux faisceaux ( 3 d, 3 e) provenant respectivement du support ( 10) d'images de référence et du modulateur ( 12); un modulateur ( 15) de lumière spatial optiquement adressable (OASLM) susceptible de mémoriser une information spécifique résultant d'une correspondance entre les images transportées par les deux faisceaux ( 3 d, 3 e) précédemment recombinés et transformés; et une caméra ( 16) susceptible de transformer en un signal de commande (S) ladite information spécifique qui lui est transmise par le modulateur ( 15) cité en dernier lieu lorsqu'il est frappé par le faisceau laser ( 3). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par un bloc optique ( 6) réfléchissant ou transmettant le faisceau laser ( 3) en fonction de la direction de polarisation, lequel bloc est agencé en aval du commutateur de polarisation ( 4) et en amont du modulateur ( 15) précité (OASLM) et du moyen séparateur précité ( 8). Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support ( 10) d'images de référence est une diapositive disposée parallèlement à un miroir (M 4). 6 Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'entre le moyen séparateur ( 8) et le bloc optique ( 6) précités est interposée une lame demi-onde ( 7), entre ledit moyen séparateur et l'optique précitée ( 14) de recombinaison est interposée une lame demi-onde ( 13) et entre ledit moyen séparateur et la diapositive précitée ( 10) est interposée une lame quart d'onde ( 9). 7 Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la diapositive précitée ( 10) comporte la représentation d'une pluralité de panneaux de signalisation routière ( 18, 18 a).