Brevet FR2755228A1 — publié le 19980430

La présente invention concerne un système d'aide à la navigation pour véhicule automobile. Plus particulièrement, la présente invention concerne un système d'aide à la navigation d'un véhicule, qui comporte un calculateur d'aide à la navigation associé à une base de données cartographiques et adapté pour délivrer des informations de guidage du véhicule. L'introduction des systèmes électroniques dans les véhicules automobiles permet d'apporter des services de plus en plus efficaces et de plus en plus diversifiés aux conducteurs de ceux-ci. Cette évolution s'accompagne d'une complexité croissante, aussi bien au niveau de la conception de l'équipement lui-même que de son utilisation par le conducteur. Par leur richesse de services, les systèmes de navigation embarqués à bord de ces véhicules illustrent bien cette complexité. De plus, la connexion des différents systèmes embarqués à bord des véhicules à travers un réseau de transmission de données se traduit par de nouvelles difficultés au niveau de la présentation synthétique des informations utiles, c'est-à-dire celles appropriées au contexte courant à l'utilisateur. Cette centralisation des informations est généralement réalisée grâce à un afficheur ou un écran embarqué et nécessite un soin tout particulier pour le dialogue entre l'utilisateur et le reste du système. Les solutions adoptées actuellement cherchent la plupart du temps à être comprises de manière intuitive par tout utilisateur potentiel. Une des premières fonctions des systèmes de navigation embarqués à bord des véhicules automobiles est d'assurer le guidage du conducteur vers une destination sélectionnée. Cette opération consiste à présenter en fonction de l'évolution du véhicule, des informations permettant au conducteur de choisir parmi les différentes possibilités de chemins qui s'offrent à lui. Les informations de guidage délivrées au conducteur peuvent être à la fois audibles et visuelles, les seules informations audibles n'étant souvent pas suffisantes dans des cas de carrefours complexes ou d'enchaînements rapides de chemins. I1 est donc généralement nécessaire de présenter en temps réel une information graphique permettant à l'utilisateur de reconnaître la configuration de la route ou du carrefour qu'il perçoit et de distinguer la voie à emprunter. Pour une sécurité optimale du conducteur, cette information doit être la plus explicite possible tout en limitant au maximum lteffort que doit faire celui-ci pour établir un lien entre l'image informatique délivrée par le système et le monde réel dans lequel il évolue. On connait déjà dans l'état de la technique, différentes solutions pour présenter ces informations. C'est ainsi par exemple que l'on peut utiliser une représentation des voies par un graphe filaire avec visualisation du chemin à emprunter par des flèches ou utilisation de couleurs, un affichage sous forme symbolique des carrefours, des images de type fond de carte et une présentation en deux dimensions ou en trois dimensions, etc. De plus, il peut arriver pour une raison ou pour une autre que la localisation du véhicule dans l'environnement par un calculateur de navigation soit décalée en raison des dérives de fonctionnement de ce système. Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes en proposant un système d'aide à la navigation dont l'interface utilisateur soit simple et fiable. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'aide à la navigation pour véhicule automobile, du type comportant un calculateur d'aide à la navigation associé à une base de données cartographiques et adapté pour délivrer des informations de guidage du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de relevé d'images de l'environnement vers l'avant du véhicule, des moyens d'analyse de ces images et des moyens de présentation des informations de guidage à l'utilisateur comprenant des moyens d'affichage d'informations, embarqués à bord du véhicule et reliés à la sortie de moyens de superposition des informations de guidage et de données d'images délivrées par les moyens de relevé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé qui représente un schéma synoptique illustrant la structure générale d'un exemple de réalisation d'un système d'aide à la navigation de véhicule automobile, selon l'invention. On reconnait en effet sur cette figure, un système d'aide à la navigation pour véhicule automobile, désigné par la référence générale 1, qui comporte un calculateur d'aide à la navigation désigné par la référence générale 2, associé à une base de données cartographiques désignée par la référence générale 3. La structure et le fonctionnement de ce calculateur et de cette base de données cartographiques étant bien connus dans l'état de la technique, on ne les décrira pas plus en détail par la suite. On notera simplement que le calculateur est adapté pour délivrer des informations de guidage du véhicule et reçoit un certain nombre d'informations permettant de déterminer la position de celui-ci dans l'environnement, à partir de différents capteurs implantés sur le véhicule. Le système d'aide à la navigation selon l'invention est associé en outre à des moyens 4 de relevé d'images de l'environnement vers l'avant du véhicule, des moyens d'analyse 5 de ces images et des moyens 6 de corrélation des informations de sortie de ces moyens d'analyse et des données cartographiques de la base, pour améliorer la localisation du véhicule dans l'environnement, par mise en correspondance de ces informations et données. Les moyens de relevé d'images de l'environnement vers l'avant du véhicule peuvent comporter une caméra vidéographique de type classique, dont la sortie est reliée aux moyens d'analyse 5 qui se présentent par exemple sous la forme de moyens d'extraction de contours de ces images, permettant aux moyens de corrélation 6 comprenant par exemple tout calculateur approprié, de mettre en correspondance ces informations délivrées par les moyens d'analyse et les données de la base de données cartographiques, pour permettre une meilleure localisation du véhicule dans l'environnement, par mise en correspondance de ces informations et de ces données. La structure et le fonctionnement de ces moyens étant également bien connus dans l'état de la technique, on ne les décrira pas plus en détail par la suite. Par ailleurs, le système selon l'invention comporte également des moyens de présentation des informations de guidage à l'utilisateur. Ces moyens sont désignés par la référence générale 7 sur cette figure et peuvent par exemple comporter un écran d'affichage de type approprié, désigné par la référence générale 8 sur cette figure et permettant d'afficher les informations de guidage. Dans ce cas, il est également prévu, en association avec ces moyens d'affichage 8, des moyens de superpo sition des informations de guidage sur les images délivrées par les moyens d'analyse 5 par exemple. Sur cette figure, ces moyens de superposition sont désignés par la référence générale 9 et sont donc reliés à la sortie du calculateur de navigation 2, à la sortie des moyens d'analyse 5 et à la sortie des moyens de corrélation 6. Dans ce cas, les informations présentées à l'utilisateur sur les moyens d'affichage 8 comportent donc un fond constitué par exemple par les contours de l'image de l'environnement dans lequel se déplace le véhicule, vers l'avant de celui-ci, sur lequel sont superposées les informations de guidage issues du calculateur d'aide à la navigation. Il va de soi bien entendu que d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. C'est ainsi par exemple que les moyens de superposition peuvent également être reliés directement à la sortie des moyens de relevé d'images 4 pour permettre l'affichage d'informations de guidage directement par superposition sur des images vidéographiques issues de ces moyens de relevé. On conçoit que les solutions évoquées dans l'état de la technique, à propos de l'affichage des informations de guidage, posent le problème de transposer le monde réel non connu par le système informatique en une représentation graphique élaborée à partir de données numériques. L'utilisateur quant-à-lui doit faire la démarche exactement inverse, c'est-à-dire faire correspondre ce qui est visualisé sur les moyens d'affichage à ce qu'il voit devant lui. Bien que souvent simple à identifier, une telle analogie peut parfois demander un certain temps de réflexion dans le cas d'un guidage complexe. Par ailleurs, on a constaté qu'un des moyens les plus simples et souvent utilisé en dernier recours pour décrire le chemin à suivre dans un cas complexe qui ne peut pas être satisfait par des informations audibles et visuelles simples, consiste à pointer, par exemple du doigt, la voie à emprunter. Il est donc intéressant de pouvoir référencer les informations de guidage par rapport à ce que distingue effectivement le conducteur du véhicule. Cette association des mondes informatique et réel est alors possible de façon très simple grâce au système selon l'invention, par l'intermédiaire des moyens de relevé d'images par exemple vidéographiques. En considérant que ces moyens de relevé ont pour but de manipuler des images constituant une représentation du monde réel perçu par le conducteur du véhicule, il devient alors possible d'imaginer qu'ils peuvent contribuer largement à établir un lien entre le monde informatique du système de navigation embarqué et l'environnement perçu par l'utilisateur. I1 est en effet possible de réaliser facilement un mélange des images vidéographiques issues de tels moyens avec des informations provenant d'autres sources, telles que des images engendrées par ordinateur. Une telle fusion d'informations peut permettre de synthétiser des éléments de plusieurs provenances et donc de faciliter la compréhension des liens entre des domaines de natures différentes. En exploitant ce potentiel dans un système de navigation, on peut améliorer l'interface de la fonction de guidage. Ainsi, en superposant à l'image représentant la même scène que celle vue par le conducteur du véhicule, des informations supplémentaires de guidage, il est possible de contourner la phase implicite d'établissement de la correspondance entre l'image présentée sur les moyens d'affichage et celle du monde réel. Comme on l'a indiqué précédemment, la réalisation d'un tel système ne pose pas de problèmes techniques majeurs, dans la mesure où les différents éléments constitutifs de celui-ci sont déjà bien connus dans l'état de la technique. C'est ainsi par exemple qu'une caméra vidéographique dirigée vers l'avant du véhicule, et placée à une hauteur la plus proche possible de celle des yeux du conducteur peut percevoir la même scène sous le même angle que lui, et diffuser le paysage en temps réel sur un écran vidéographique embarqué. Le calculateur de navigation quant à lui dispose de sa propre cartographie et connaît la position du véhicule dans celle-ci à partir de son module de localisation. I1 est donc capable de reconstruire une représentation de l'environnement réel à partir de ces données numériques pour évaluer la configuration du réseau routier et indiquer la route à suivre pour atteindre la destination programmée. Connaissant la position et le cap du véhicule, la représentation numérique de l'environnement, c'est-àdire le réseau routier, les monuments, etc.., aux alentours du véhicule, et l'angle de prise de vue de la scène extérieure, il est tout à fait possible d'élaborer des informations venant se superposer à l'image vidéographique et venant ainsi directement faire référence à des points localisés dans le monde réel pour l'utilisateur. Cet ajout d'informations est particulièrement bien adapté aux systèmes de navigation de véhicules automobiles. Dans le cas d'un guidage, la superposition d'une indication de cheminement, par exemple une flèche de direction à suivre, à la scène réelle, permet de lever toute ambiguïté qui peut exister dans les cas complexes. Pour un meilleur réalisme, la présentation des informations doit prendre en compte les effets de perspective. On sait également que la puissance de calcul disponible sur les microprocesseurs actuels permet d'envisager des fonctions plus évoluées de ces systèmes. Il est en effet possible d'aller plus loin qu'une simple superposition de sources vidéographiques sur un système d'affichage en intervenant sur les images vidéographiques et en les manipulant pour en extraire des informations synthétiques ou exploitables par d'autres systèmes. Les techniques de traitement d'images bien connues dans l'état de la technique permettent en effet par exemple d'extraire simplement les contours des éléments caractéristiques de la scène réelle vue par la caméra, c'est-à-dire par exemple le contour des routes, des monuments, etc.., pour présenter à l'utilisateur une image dépouillée, c 'est-à-dire comprenant uniquement les éléments strictement nécessaires au guidage, ou mettant en relief une information particulière, c'est-à-dire par exemple la présence d'une interdiction de tourner, un obstacle sur la route, etc... Cette technologie se révèle particulièrement intéressante dans le cas d'écrans de faible définition et/ou non adaptés à la diffusion d'images vidéographiques. Selon les gammes de véhicules, les écrans embarqués peuvent être de nature et de qualité totalement différentes. L'extraction des seules informations utiles permet donc d'exploiter pratiquement tous les types d'afficheurs ou d'écrans. Enfin, il est également possible comme cela a été indiqué précédemment, d'utiliser un tel système à des fins d'amélioration du fonctionnement du système de navigation lui-même. En effet, ce système peut remplir le rôle ou assurer la fonction de corrélation cartographique qui consiste pour le système de navigation à mettre en correspondance en permanence, la trajectoire calculée du véhicule et la base de données cartographiques embarquée. A partir de données extraites, c'est-à-dire en fait des contours par exemple, les moyens de corrélation 6 décrits précédemment peuvent estimer la position géographique réelle du véhicule et/ou de la voie elle-même et ainsi affiner la position estimée ou les coordonnées numériques de la base de données. Ce retour d'informations permet donc d'affiner voire de corriger les imperfections de la fonction de localisation du système de navigation. REVENDICATIONS 1. Système d'aide à la navigation pour véhicule automobile, du type comportant un calculateur d'aide à la navigation (2) associé à une base de données cartographiques (3) et adapté pour délivrer des informations de guidage du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (4) de relevé d'images de l'environnement vers l'avant du véhicule, des moyens (5) d'analyse de ces images et des moyens (7) de présentation des informations de guidage à l'utilisateur comprenant des moyens (8) d'affichage d'informations, embarqués à bord du véhicule et reliés à la sortie de moyens de superposition (9) des informations de guidage et de données d'images délivrées par les moyens de relevé (4). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (6) de corrélation des informations de sortie de ces moyens d'analyse et des données cartographiques de la base, pour améliorer la localisation du véhicule dans l'environnement, par mise en correspondance de ces informations et données. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (5) comprennent des moyens d'extraction de contours des images délivrées par les moyens de relevé (4). 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données d'images sont prélevées en sortie des moyens de relevé d'images (4). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les données d'images sont prélevées en sortie des moyens d'analyse (5).