Brevet FR2790721A1 — publié le 20000915

Procédé d'aide à la vision autour du véhicule. La présente invention se rapporte au domaine technique des systèmes d'aide à la vision autour d'un véhicule. Plus précisément, elle concerne un procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile équipé de capteurs orientés de façon à saisir chacun une image d'au moins une partie de la chaussée. La sécurité du conducteur d'un véhicule automobile est grandement améliorée lorsque celui ci dispose d'une vision convenable de l'ensemble du trafic autour de son véhicule, en particulier pour toute la partie située derrière son véhicule. Habituellement, les zones, qui ne sont pas directement visibles par le conducteur, lui sont restituées au moyen de rétroviseurs. Toutefois, avec ces systèmes, il subsiste généralement toujours des angles morts. Il est possible d'augmenter le champ de vision de ses rétroviseurs en utilisant des miroirs courbes ou asphériques. Ils présentent alors l'inconvénient de donner une mauvaise perception de la distance séparant le véhicule des différents obstacles. Afm d'améliorer la vision du conducteur autour de son véhicule, il est aussi possible d'utiliser des caméras de rétrovision, disposées sur le véhicule, et qui saisissent, chacune, une image en perspective d'une partie du trafic. Les images obtenues sont directement restituées au conducteur, par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs écrans. La publication US005670935 décrit un dispositif de trois caméras disposées de telle façon que les images obtenues sont accolées les unes aux autres, et restituées au conducteur sur un ou plusieurs écrans, de façon à obtenir, par exemple, une large vue arrière. Toutefois, ce dispositif ne permet pas d'élargir suffisamment le champ de vision du conducteur vers l'arrière. En effet, dès que ce champ devient trop important, des contraintes apparaissent, sur la taille ou le nombre d'écrans nécessaires à la restitution des images, qui sont incompatibles avec une utilisation du dispositif dans un véhicule automobile. En outre, la restitution directe de prises de vue en perspective du trafic sur des écrans ne permet pas au conducteur d'avoir une bonne perception de la distance séparant son véhicule des obstacles. La présente invention vise à améliorer la vision du conducteur autour de son véhicule tout lui offrant une perception précise de la distance de son véhicule aux obstacles. Dans ce but, elle propose un procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile équipé de capteurs orientés de façon à saisir, chacun, des images d'au moins une partie de la chaussée, dans lequel les images issues de chaque capteur sont réorganisées et assemblées, dans une unité de traitement embarquée, de façon à restituer au conducteur une image unique correspondant à une vue de dessus du véhicule La transformation appliquée à chaque image issue d'un capteur , chaque capteur étant doté d'un point focal et d'un nombre de pixel déterminé, comporte : - la détermination, pour chaque pixel du capteur, du point de la chaussée correspondant à l'intersection de la droite passant par le pixel et le point focal du capteur, et la chaussée, - la réalisation d'une image, dont la valeur attribuée à chaque point, correspondant à un point de la chaussée, est celle du pixel associé à ce point de la chaussée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente, de façon schématique, un véhicule automobile et le repère associé à ce véhicule, ainsi qu'un capteur et le repère associé à ce capteur, - la figure 2 représente un schéma du dispositif selon l'invention, - la figure 3 représente, de façon schématique, les angles de rotation du repère du capteur par rapport au repère du véhicule, - la figure 4 représente, de façon schématique, un capteur, avec les angles permettant de repérer la position d'un pixel dans le repère de la caméra. Un véhicule automobile, représenté de façon schématique sur la figure 1, est équipé de capteurs 2, dont un seul est représenté sur cette figure. Chacun de ces capteurs restitue normalement une image en perspective de la scène routière. Typiquement, le nombre de capteur peut varier de un à six. Il s'agit de préférence de caméras. Avec quatre caméras 2, il est possible de couvrir l'ensemble de la scène routière autour du véhicule. Avec seulement deux caméras, on peut obtenir une large vue arrière. Les images saisies par les capteurs 2 sont envoyées à une unité de traitement 3 (figure 2) qui traite les différentes images de façon à obtenir une vue unique qui est restituée au conducteur par un écran 3. Le traitement effectué est tel que la vue finale obtenue représente sensiblement une vue de dessus. Si les capteurs 2 sont montés sur le véhicule 1 suffisamment inclinés vers le sol, les images qu'ils restituent peuvent être considérées comme des vues de dessus. Néanmoins, d'une façon générale, les capteurs 2 ne sont pas suffisamment inclinés et il est nécessaire que l'unité de traitement 3 applique à chaque image une transformation mathématique permettant de restituer une vue de dessus. Cette transformation consiste en une réorganisation de l'image. Par la suite, nous allons envisager la transformation effectuée par l'unité de traitement 3 sur une image issue d'un capteur 2, sachant que l'unité de traitement effectue les mêmes calculs pour chaque capteur 1, s'il y en a plusieurs. Le repère orthogonal (O,Ox,Oy,Oz), appelé repère R (représenté à la figure 1), est le repère associé au véhicule automobile. Classiquement, ce repère a pour origine le centre de gravité du véhicule. Le plan xOz est plan de symétrie du véhicule, le plan xOy est parallèle à la base du véhicule. L'axe Ox est orienté vers l'arrière, l'axe Oz vers le haut. Chaque capteur possède un point focal F de coordonnées (Xc,Yc,Zc) dans le repère R. A chaque capteur est associé un repère orthogonal (F,Fx',Fy',Fz'), appelé repère R', dont l'orientation est définie par les trois angles suivants : - l'angle a est l'angle entre le plan xOz et la droite Fx', - l'angle (3 est l'angle entre le plan xOy et la droite Fx', - l'angle # est l'angle qui correspondrait à une rotation autour de l'axe Fx', il est considéré, par la suite, comme nul. Par exemple, il est possible d'utiliser un capteur dont les cordonnées du point focal sont, dans le repère R, F(0.6,0.9,0.7), et les angles d'orientations a=-30 et ss=16 Chaque capteur peut être représentée (figure 3) par un point focal et une surface de réception de capteur. Cette surface est contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe Fx', et situé à une abscisse (-f), f représentant la focale du capteur. Cette surface est un rectangle dont les extrémités ont pour coordonnées dans le repère R' (-f, -w/2,-h/2), (-f,-w/2,h/2), (-f, w/2, h/2), (-f, w/2,h/2), l'axe Fx' passant par le centre F' de la surface. Cette surface contient un nombre fini de pixel P. Chaque pixel P est localisé par ses coordonnées qui, dans le repère R', sont P(-f,a,b). Chaque pixel P peut aussi être défini par les deux angles suivants : - l'angle y entre la droite FP et le plan x'Fz', - l'angle # entre la droite FP et le plan x'Fy'. L'expression de ces angles en fonction des coordonnées d'un pixel sont données par les expressions suivantes : Les coordonnées, dans le repère R', d'un vecteur #, unitaire, d'origine P et pointant vers F, et, en utilisant les angles y et #, sont : Afin d'obtenir les coordonnées de ce vecteur # dans le repère R, il faut utiliser la matrice de rotation qui permet de passer du repère R' au repère R. Cette matrice peut être exprimée en fonction des angles a et ss définis précédemment. Elle a alors pour expression : L'expression du vecteur # dans le repère R est donc : La chaussée est considérée comme étant un plan parallèle au plan xOy, situé à un niveau Zsol connu. Chaque pixel représente un point de la chaussée. Pour construire une image représentant une vue de dessus du véhicule, l'unité de traitement 3 détermine, pour chaque pixel, le point de la chaussée correspondant. Pour ce faire, on considère que le point de la chaussée associé à un pixel est le point d'intersection entre la droite passant par le pixel P et le point focal F, et la chaussée. Cette droite a pour vecteur directeur # et passe par le point F, de coordonnées F (Xc,Yc,Zc) le repère R, et un point du sol M, de coordonnées M(Xsol,Ysol,Zsol) dans le même repère. Les coordonnées de M seront donc données par la résolution du système de trois équations à trois inconnues suivant : Xsol = Xc+#*Ux Ysol = Yc+#*Uy Zsol = Zc+#*Uz La coordonnée Zsol est connue, ainsi que Zc. De plus, pour un pixel considéré, # est connu. La troisième équation permet donc de déterminer ,. Connaissant #, on détermine Ysol et Xsol grâce aux deux premières équations. A chaque pixel P peut donc être associé un couple (Xsol,Ysol). L'unité de traitement reconstitue maintenant une image, dite vue de dessus, de la façon suivante. A chaque point de l'image de coordonnées (Xi,Yi) correspond un point du sol (Xsol,Ysol) par une simple relation d'homothétie. Lorsqu'une valeur d'un Pixel P est déterminée, elle est attribué au point de coordonnées (Xi, Yi) correspondant au point (Xsol,Ysol) associé au pixel P déterminé. L'image obtenue est donc une image où se retrouvent toutes les valeurs des pixels du capteur mais réorganisées de façon à suggérer une vue de dessus. Il est possible d'envisager d'autres transformations mathématiques proposant une réorganisation différente des valeurs des pixels du capteur qui puisse toujours suggérer une vue de dessus. Par ce principe, il est possible de former une image unique, dite vue de dessus, à partir de plusieurs images de capteurs. En effet, si l'on applique la transformation décrite ci-dessus à chacune des images issue de chaque capteur, on aura plusieurs vues de dessus. Connaissant les différents paramètres de chacun des capteurs, l'unité de traitement 3 peut positionner chacune de ces vues par rapport au véhicule. Il devient alors possible de les rassembler en une seule image de façon à offrir au conducteur une vue unique de l'environnement autour de son véhicule. Toutefois, avec seulement deux capteurs 2, il est déjà possible de restituer au conducteur une large vue arrière de son véhicule et, notamment, la distance aux obstacles au sol. L'écran 4 peut être un écran spécifique à l'aide à la vision autour du véhicule, mais il peut aussi servir pour d'autres fonctions disponibles sur le véhicule. Lorsqu'un véhicule ou un obstacle se trouve dans le champ de vision du capteur, il peut apparaître de façon plus ou moins déformé sur l'image reconstituée. En effet, le traitement, réalisé par l'unité 3, associe la valeur d'un pixel au point de la chaussée (Xsol,Ysol) qui se trouve sur la droite passant par le pixel P et le point focal F du capteur, et ce, qu'il y ait ou non un obstacle entre le pixel P et le point de la chaussée correspondant. En conséquence, s'il y a effectivement un obstacle, la valeur prise par le pixel sera liée, sur l'image reconstituée, à un point de la chaussée qui pourra être, en réalité, très différent du point de la chaussée se trouvant à la verticale du point de l'obstacle capté par le pixel, et ce d'autant plus que le point de l'obstacle, capté par le pixel, sera haut. Les obstacles apparaîtront donc de façon étirée sur l'image reconstituée. Par contre, la position des roues, et d'une manière générale, la partie basse de n'importe quel obstacle, qui est à proximité du sol, ne sera pas déformée sur l'image reconstituée. Le conducteur aura donc une idée précise de la position des différents véhicules, par rapport au sien. Pour toutefois ne pas désorienter le conducteur par les parties déformées des obstacles qui peuvent apparaître sur la vue reconstituée, l'unité de traitement 3 peut restituer les obstacles en zones schématiques et masquer les zones excessivement déformées, et celles se trouvant derrière les obstacles et qui ne sont donc pas vues par la caméra. Cette opération peut être obtenue par un nettoyage d'image réalisé en comparant deux images obtenues à des instants légèrement différents, ou par toute autre technique de traitement d'image permettant d'identifier des obstacles. En conclusion, la présente invention permet au conducteur de disposer, sur un écran unique, d'une information claire et précise, sur l'environnement autour de son véhicule. L'utilisation d'un écran unique est particulièrement adaptée aux contraintes d'ergonomie présente dans un véhicule automobile. REVENDICATIONS 1. Procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile équipé de capteurs (1) orientés de façon à saisir, chacun, des images d'au moins une partie de la chaussée, caractérisé en ce que les images issues de chaque capteur sont réorganisées et assemblées, dans une unité de traitement embarquée, de façon à restituer au conducteur une image unique correspondant à une vue de dessus du véhicule. 2.Procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que, chaque capteur étant doté d'un point focal et d'un nombre de pixel déterminé, la transformation appliquée à chaque image issue d'un capteur comporte : - la détermination, pour chaque pixel du capteur, du point de la chaussée correspondant à l'intersection de la droite passant par le pixel et le point focal du capteur, et la chaussée, - la réalisation d'une image, dont la valeur attribuée à chaque point, correspondant à un point de la chaussée, est celle du pixel associé à ce point de la chaussée. 3.Procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première étape de ladite transformation est réalisée par : - la détermination, pour chaque pixel du capteur, du vecteur ayant pour origine le pixel, pour extrémité ledit point de la chaussée correspondant à l'intersection de la droite passant par le pixel et le point focal du capteur, et la chaussée ; - la détermination, pour chaque pixel du capteur, à partir dudit vecteur et du pixel, du point de la chaussé correspondant l'intersection de la droite passant par le pixel et le point focal du capteur, et la chaussée. 4.Procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile selon la revendication 3, caractérisé en ce que la détermination pour chaque pixel dudit vecteur est réalisée par : - la détermination, pour chaque pixel du capteur, des coordonnées, exprimées dans le repère associé au capteur, d'un vecteur unitaire ayant pour origine le pixel considéré et pointant vers le point focal dudit capteur, - l'expression des coordonnées du vecteur unitaire dans le repère associé au véhicule automobile, - la détermination du vecteur ayant pour origine le pixel et pour extrémité ledit point de la chaussée correspondant à l'intersection de la droite passant par le pixel et le point focal du capteur, et la chaussée par le calcul du facteur multiplicatif par lequel doit être multiplié le vecteur unitaire pour être égal audit vecteur. 5.Procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'image unique obtenue subit, avant restitution au conducteur du véhicule, un traitement dans lequel au moins une partie de l'image est remplacée par au moins un symbole prédéterminé. 6.Procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie de l'image unique remplacée par au moins un symbole déterminé est celle représentant au moins un véhicule automobile. 7.Procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les capteurs 2 utilisés sont des caméras. 8.Procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que quatre caméras sont utilisées.