Brevet FR2815136A1 — publié le 20020412

La présente invention concerne un procédé de détermination de la position tridimensionnelle d'un, ou de plusieurs, point (s) lumineux issu (s) de la réflexion sur une scène d'un ou de plusieurs faisceau (x) lumineux. Un tel procédé trouve une application par exemple dans la détermination de l'occupation de l'habitacle d'un véhicule automobile par un dispositif opto-électronique. L'usage de coussins gonflables de sécurité, connus sous la marque déposée airbag est de plus en plus répandu. Avant de déclencher le gonflage d'un tel coussin de sécurité, il est préférable de savoir s'il ne se trouve pas quelqu'un juste devant ce coussin. En effet, le coussin est gonflé très rapidement et il faut éviter un choc avec le coussin lors de son gonflage. Pour obtenir une image d'une scène, par exemple à l'intérieur d'un véhicule automobile, il est connu de projeter des faisceaux lumineux (ou motifs lumineux) à partir d'un illuminateur vers la scène à observer. Un dispositif, par exemple une matrice de photodétecteurs, dont la position est connue et fixe vis à vis de l'illuminateur, fournit une image de la scène. Cette image est constituée de pixels sombres dont la valeur est faible, et de pixels clairs dont la valeur est élevée, un pixel étant un point élémentaire de la matrice d'une image numérisée. Les pixels clairs sont créés par les points lumineux résultant de l'impact des faisceaux sur la scène à observer. Les systèmes de traitement d'images et de reconnaissance de formes requièrent une puissance de calcul relativement importante. Le traitement de l'image obtenue, qui est une matrice de pixels clairs et sombres, afin de déterminer pour les pixels clairs à quels faisceaux lumineux ils correspondent et aussi pour déterminer alors la position tridimensionnelle d'un point d'impact, est une opération nécessitant de nombreux calculs. Pour une application dans le domaine automobile, il est nécessaire d'une part de limiter le volume d'un dispositif embarqué et d'autre part de limiter le coût de ce dispositif. Pour le calcul de la position tridimensionnelle d'un point d'impact de faisceau, on sait qu'à chaque faisceau est associé un groupe de pixels clairs connexes dont la position centrale se trouve toujours sur une ligne dite ligne épipolaire. Pour un faisceau donné, l'équation de la ligne épipolaire correspondante est connue. Cette équation peut être déterminée par le calcul. La présente invention a pour but de fournir un procédé permettant de déterminer rapidement la position tridimensionnelle d'un, ou de plusieurs, point (s) lumineux issu (s) de la réflexion sur une scène d'un ou plusieurs faisceau (x) lumineux. Pour obtenir une détermination rapide, le nombre d'opérations nécessaires pour déterminer la position d'un point d'impact devrait être minimisé, permettant ainsi d'effectuer le positionnement tridimensionnel d'un point avec des moyens de calcul moins puissants que ceux actuellement nécessaires pour obtenir un résultat dans un même temps donné. A cet effet, le procédé qu'elle propose est un procédé de détermination de la position tridimensionnelle d'un point lumineux issu de la réflexion d'un faisceau lumineux sur une scène, dans lequel une image, comportant des pixels formant une matrice, obtenue par un dispositif de photodétection, est analysée de manière à déterminer en fonction du positionnement de pixels clairs la position tridimensionnelle du point lumineux, l'équation de la ligne épipolaire correspondant au faisceau lumineux ayant été calculée et mémorisée au préalable, et la ligne épipolaire d'un faisceau étant la ligne théorique le long de laquelle se déplace sur l'image un point de réflexion correspondant à ce faisceau. Selon l'invention, le dispositif de photodétection est à lecture directe et la lecture et l'analyse de la matrice de pixels sont limitées à la lecture et l'analyse d'une zone de largeur prédéterminée autour de la ligne épipolaire. De cette manière, il est possible de limiter considérablement le nombre d'opérations à réaliser pour trouver la position du point lumineux sur l'image. En effet, la recherche est limitée à une zone autour de la ligne épipolaire au lieu d'être faite sur toute l'image. La présente invention propose aussi, sur le même concept inventif, un procédé de détermination de la position tridimensionnelle de points lumineux issus chacun de la réflexion d'un faisceau lumineux sur une scène, dans lequel une image, comportant des pixels formant une matrice, obtenue par un dispositif de photodétection, est analysée de manière à déterminer en fonction du positionnement de pixels clairs la position tridimensionnelle des points lumineux, les équations des lignes épipolaires correspondant à chaque faisceau lumineux ayant été calculées et mémorisées au préalable, et la ligne épipolaire d'un faisceau étant la ligne théorique le long de laquelle se déplace sur l'image un point de réflexion correspondant à ce faisceau. Selon l'invention, le dispositif de photodétection est à lecture directe et les faisceaux lumineux éclairant simultanément la scène sont choisis de telle sorte que les lignes épipolaires de ces faisceaux sont espacées l'une de l'autre d'une distance minimale prédéterminée et l'analyse de la matrice de pixels est limitée à l'analyse d'une zone de largeur prédéterminée autour de chaque ligne épipolaire, la distance minimale séparant deux lignes épipolaires étant supérieure à la largeur maximale de la zone analysée autour des lignes épipolaires. On retrouve ici la même idée que pour la recherche d'un point lumineux, mais adaptée à plusieurs points lumineux se trouvant sur une même image. Pour limiter encore le nombre d'opérations à réaliser pour déterminer la position d'un ou de plusieurs point (s) lumineux, on peut prévoir que la largeur de la zone analysée autour d'une ligne épipolaire tend vers zéro, de telle sorte que la zone analysée est restreinte à une ligne de pixels alignés les uns à la suite des autres. Dans le procédé de détermination selon l'invention, l'analyse de la zone autour de chaque ligne épipolaire est par exemple utilisée pour déterminer le profil des niveaux de gris de la ligne épipolaire correspondante. Pour analyser chaque zone autour d'une ligne épipolaire, plusieurs stratégies de balayage peuvent être envisagées. Une forme de réalisation prévoit un balayage complet de la zone, d'une extrémité à l'autre, afin de réaliser une analyse globale des niveaux de gris de la ligne épipolaire. Une autre forme de réalisation prévoit un balayage local de la zone. Dans ce cas, l'analyse de la zone autour de chaque ligne épipolaire est réalisée par exemple par balayage en partant de la position du point lumineux trouvée lors de l'analyse précédente et en observant l'évolution des niveaux de gris autour de cette position, le balayage s'arrêtant une fois que la position centrale de la nouvelle zone lumineuse a été trouvée. Une autre stratégie de balayage peut prévoir que l'analyse de la zone autour de chaque ligne épipolaire est réalisée par balayage, en partant d'une position déterminée à partir des positions des points lumineux trouvées lors d'analyses précédentes et en observant l'évolution des niveaux de gris autour de cette position, le balayage s'arrêtant une fois que la position centrale de la nouvelle zone lumineuse a été trouvée. Pour ne pas être gêné par la lumière ambiante, naturelle ou artificielle, le faisceau lumineux utilisé est avantageusement un faisceau laser, émis de préférence par une source laser de type VCSEL. Ce type de source lumineuse présente également l'avantage de pouvoir fournir une image avec un temps d'allumage très court de la source lumineuse. La source laser est avantageusement intégrée à une matrice de sources lasers pour laquelle il est possible d'allumer chaque source indépendamment les unes des autres. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront par ailleurs de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel : Figure 1 est une image fournie par une matrice de photodétecteurs, Figure 2 représente le profil lumineux d'une ligne épilolaire, et Figure 3 est une vue illustrant une application d'un procédé selon l'invention. La description d'un procédé selon l'invention est faite ci-après en référence à une application dans laquelle on essaie de déterminer l'occupation d'un habitacle de véhicule automobile. Ici, le véhicule automobile est équipé d'un dispositif opto-électronique 2. Ce dernier intègre un illuminateur, une matrice de photodétecteurs à lecture directe et une unité électronique de pilotage. L'illuminateur comporte des sources lumineuses, de préférence des micro lasers. Il s'agit par exemple de micro lasers de type VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Chacun des micro lasers est équipé d'une lentille convergente et de déflexion. L'illuminateur peut ainsi envoyer des faisceaux lumineux 4 dans toute une zone de l'habitacle du véhicule. Le dispositif opto-électronique 2 est destiné à surveiller l'espace environnant d'un siège 6 destiné à recevoir un conducteur ou un passager 8. Lorsque les faisceaux lumineux sont émis par l'illuminateur, ils viennent se réfléchir à la surface du siège 6, du passager 8, ou de tout autre objet de l'habitacle. On obtient ainsi un point d'impact 10 pour chaque faisceau lumineux. La matrice de photodétecteurs est prévue pour détecter les points d'impact 10 issus de la réflexion des faisceaux lumineux 4. Chaque photodétecteur est un élément photosensible. En fonction de la lumière reçue par un photodétecteur, celui-ci transmet un signal qui est analysé pour former un pixel. On obtient ainsi une image qui est une matrice de pixels, chaque pixel correspondant à un photodétecteur. L'unité électronique de pilotage commande l'allumage des micro lasers et donc la génération de faisceaux 4. Avantageusement, dans le cas présent, cette unité électronique peut commander individuellement l'allumage de chaque source micro laser. Avantageusement aussi, à chaque source micro laser correspond un seul faisceau lumineux 4. Il serait éventuellement possible d'envisager d'équiper des sources micro lasers de moyens telle une grille de Damann, pour obtenir plusieurs faisceaux lumineux 4 associés à une même source micro laser. L'unité électronique de pilotage assure aussi la synchronisation entre l'illuminateur et la matrice de photodétecteurs. Ainsi, quand une image est détectée par la matrice de photodétecteurs, on sait très précisément à quel allumage de source micro laser correspond l'image observée. L'image fournie par la matrice de photodétecteurs est constituée de pixels sombres dont la valeur est faible ainsi que de pixels clairs dont la valeur est élevée. A chaque point d'impact 10 correspond un ensemble de pixels clairs regroupés autour d'une position centrale. Toutes les nuances de gris existent entre les pixels noirs (très sombres) et les pixels blancs (très clairs). On sait que pour un faisceau 4 donné, la matrice de photodétecteur étant fixe par rapport à l'illuminateur, est associée une ligne appelée ligne épipolaire 12. Comme indiqué plus haut, un point de réflexion 10 associé à un faisceau lumineux 4 provoque une tache claire 14 sur une image enregistrée par la matrice de photodétecteurs. Lorsque le point de réflexion 10 se déplace le long du faisceau lumineux 4, la position centrale de la tache lumineuse 14 détectée par la matrice de photodétecteurs se déplace le long de la ligne épipolaire 12, dénommée ci-après en abrégé épipolaire 12. A chaque faisceau lumineux 4 correspond donc une épipolaire 12. L'équation de cette épipolaire dans le plan de l'image fournie par la matrice de photodétecteurs peut être calculée. Cette équation dépend principalement des caractéristiques géométriques de la matrice de photodétecteurs, du système optique du dispositif opto-électronique 2 (micro lentille évoquée ci-dessus mais aussi lentille de focalisation associée éventuellement à la matrice de photodétecteurs), des positions et orientations relatives de la matrice de photodétecteurs par rapport à l'illuminateur et de l'équation des faisceaux 4 issus de l'illuminateur dans un repère lié à la matrice de photodétecteurs. L'ensemble des équations des épipolaires 12 est stocké dans la mémoire d'un processeur. La figure 1 représente schématiquement une image fournie par une matrice de photodétecteurs. On reconnaît sur cette image deux épipolaires 12, une tache lumineuse 14 correspondant à un point de réflexion d'un faisceau 4 ainsi qu'un cadre 16 limitant les contours de l'image. Une zone hachurée 18 à été représentée de part et d'autre d'une épipolaire 12. La largeur de cette zone 18, centrée sur l'épipolaire 12, est appelée 1. La figure 2 représente schématiquement un profil lumineux le long d'une épipolaire 12. L'axe des abscisses représente l'ordonnée s le long de l'épipolaire 12 tandis que l'axe des ordonnées représente le niveau de gris des pixels rencontrés le long de cette épipolaire 12. Le nombre 0 est associé à des pixels noirs tandis que le nombre 1 est associé à des pixels blancs. On retrouve ici une courbe rappelant la forme d'une cloche de Gauss. Le sommet de cette courbe correspond à la position centrale de la tache 14 correspondant à un point de réflexion 10. Pour connaître la position tridimensionnelle d'un point de réflexion 10 dans l'espace surveillé par le dispositif opto-électronique 2, il faut d'une part connaître la position centrale de la tache 14 correspondante et d'autre part savoir à quel faisceau lumineux 4 correspond ce point de réflexion 10. Le procédé de détermination selon l'invention de la position centrale d'une tache 14, prévoit de lire uniquement les pixels de l'image obtenus par la matrice de photodétecteurs se trouvant sur l'épipolaire 12 du faisceau concerné. Dans un premier cas, l'image obtenue par la matrice de photodétecteurs correspond à l'allumage d'un unique faisceau lumineux 14. On obtient donc une seule tache lumineuse 14. En outre, le faisceau qui a été allumé pour obtenir cette image est connu. Son épipolaire 12 est donc également connue. L'analyse de l'image obtenue se réduit alors à l'analyse des pixels situés sur l'épipolaire 12. Il est ainsi possible de tracer pixel par pixel la courbe représentée schématiquement sur la figure 2. L'analyse du profil ainsi obtenu permet de déterminer la position centrale de la tache 14 correspondant à la réflexion du faisceau 4. Différentes méthodes peuvent être ici employées pour analyser le profil obtenu : calcul du barycentre, barycentre pondéré, maximum du profil, technique de reconnaissance des formes, etc.... Le balayage de l'épipolaire peut être un balayage complet ou bien uniquement un balayage local. Dans le cas d'un balayage complet, on commence l'analyse de l'épipolaire à l'une de ses extrémités et on la continue jusqu'à arriver à l'autre extrémité de cet épipolaire. Dans le cas d'un balayage local, seule une partie de l'épipolaire est balayée. L'analyse commence en un point de l'épipolaire et continue jusqu'à trouver la zone de pixels clairs. Le balayage s'arrête alors lorsque la position centrale de la tache lumineuse 14 a pu être identifiée. Le point de départ du balayage peut être déterminé de plusieurs manières. Deux d'entre elles sont proposées ici mais d'autres peuvent être envisagées. Une première façon de choisir le point de départ est de prendre sur l'épipolaire 12 le point qui correspondait dans l'analyse précédente à la position centrale de la tache 14 précédemment observée. Ce choix est parfait pour l'observation d'une scène statique, ou quasi statique. Au lieu de considérer uniquement la position centrale de la tache précédemment observée, on peut déterminer à partir des taches précédemment observées une position probable de la tache. Ainsi, on peut regarder par exemple l'évolution le long de l'épipolaire 12 des dix dernières positions centrales détectées. En fonction de ces positions, on en extrapole une onzième et le balayage commence au point ainsi extrapolé. Par rapport à la manière précédente, une opération d'extrapolation est nécessaire. Ce choix du point de départ pour le balayage est toutefois bien adapté à l'observation d'une scène dynamique. Pour améliorer la précision de la mesure et la position de la tache lumineuse et pour tenir compte des phénomènes de déformation mécanique, de vieillissement, des imprécisions de calibration, etc... il est possible de ne pas considérer uniquement les pixels se trouvant sur l'épipolaire 12 mais tous les pixels se trouvant dans la zone 18. La largeur 1 de cette zone est alors déterminée en fonction de l'évaluation des incertitudes liées au système. L'analyse de cette zone se conduit de la même manière que l'analyse le long de l'épipolaire 12 telle que décrite ci-avant. La description qui précède considère qu'à chaque allumage d'une source unique correspond l'émission d'un faisceau unique et ainsi à l'obtention d'une image ne comportant qu'une tache lumineuse 14. Il est toutefois possible avec le procédé de détermination selon l'invention d'analyser des images sur lesquelles apparaissent plusieurs taches lumineuses. Pour obtenir des résultats fiables, il est alors préférable que les taches lumineuses 14 d'une même image soient obtenues par réflexion de faisceaux 4 dont les épipolaires 12 ne sont pas sécantes ni trop proches les unes des autres. Si l'analyse est réalisée sur une zone 18 de largeur 1 la distance entre deux épipolaires 12 sera alors de préférence supérieure strictement à 1. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet de déterminer très rapidement la position d'une tache lumineuse sur une image obtenue par une matrice de photodétecteurs tout en sachant à quel faisceau lumineux correspond la tache observée. Ce procédé permet également un filtrage de points parasites. En effet, ceux-ci ont peu de chance de se trouver sur une épipolaire observée et ne sont donc pas analysés. Le procédé décrit ci-dessus permet également de minimiser le temps de lecture en limitant le nombre de photodétecteurs lus. En effet, il suffit de prendre connaissance des photodétecteurs fournissant des informations dans la zone de l'épipolaire concernée, ce qui est rendu possible par le fait que la matrice de photodétecteurs est à lecture directe. Par rapport à des sources lumineuses du type diodes électroluminescentes, les sources lasers sont beaucoup plus lumineuses. Leur utilisation permet de limiter les perturbations dues à la lumière ambiante, qu'elle soit naturelle ou artificielle. De plus, il est possible d'avoir un allumage et une extinction très rapide d'un micro laser, par exemple un micro laser de type VCSEL. La présente invention n'est bien entendue pas limitée aux détails des variantes du procédé qui viennent d'être décrites à titre d'exemples, diverses modifications à la portée de l'homme du métier pouvant être apportées sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications ci-après. Ainsi par exemple l'application du procédé selon l'invention n'est pas limité à l'observation de l'occupation d'un habitacle de véhicule automobile. D'autres scènes pour d'autres applications (reconnaissance de formes et de déplacement d'objets dans l'industrie,...) peuvent être envisagées. Il est également possible d'utiliser un illuminateur et/ou un dispositif détecteur fournissant une image, différents de ceux décrits ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la position tridimensionnelle d'un point lumineux (10) issu de la réflexion d'un faisceau lumineux (4) sur une scène, dans lequel une image, comportant des pixels formant une matrice, obtenue par un dispositif de photodétection, est analysée de manière à déterminer en fonction du positionnement de pixels clairs la position tridimensionnelle du point lumineux, l'équation de la ligne épipolaire (12) correspondant au faisceau lumineux ayant été calculée et mémorisée au préalable, et la ligne épipolaire d'un faisceau étant la ligne théorique le long de laquelle se déplace sur l'image un point de réflexion correspondant à ce faisceau, caractérisé en ce que le dispositif de photodétection est à lecture directe, et en ce que la lecture et l'analyse de la matrice de pixels sont limitées à la lecture et l'analyse d'une zone (18) de largeur prédéterminée autour de la ligne épipolaire (12). 2. Procédé de détermination de la position tridimensionnelle de points lumineux (10) issus chacun de la réflexion d'un faisceau lumineux (4) sur une scène, dans lequel une image, comportant des pixels formant une matrice, obtenue par un dispositif de photodétection, est analysée de manière à déterminer en fonction du positionnement de pixels clairs la position tridimensionnelle des points lumineux, les équations des lignes épipolaires (12) correspondant à chaque faisceau lumineux (4) ayant été calculées et mémorisées au préalable, et la ligne épipolaire d'un faisceau étant la ligne théorique le long de laquelle se déplace sur l'image un point de réflexion correspondant à ce faisceau, caractérisé en ce que le dispositif de photodétection est à lecture directe, et en ce que les faisceaux lumineux (4) éclairant simultanément la scène sont choisis de telle sorte que les lignes épipolaires (12) de ces faisceaux sont espacées l'une de l'autre d'une distance minimale prédéterminée et en ce que l'analyse de la matrice de pixels est limitée à l'analyse d'une zone (18) de largeur prédéterminée autour de chaque ligne épipolaire (12), la distance minimale séparant deux lignes épipolaires étant supérieure à la largeur maximale de la zone analysée autour des lignes épipolaires. 3. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la largeur de la zone analysée autour d'une ligne épipolaire tend vers zéro, de telle sorte que la zone analysée est restreinte à une ligne de pixels alignés les uns à la suite des autres. 4. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'analyse de la zone (18) autour de chaque ligne épipolaire (12) est utilisée pour déterminer le profil des niveaux de gris de la ligne épipolaire correspondante. 5. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour l'analyse de la zone (18) autour de chaque ligne épipolaire (12), un balayage complet de la zone (18), d'une extrémité à l'autre, est réalisé, afin de réaliser une analyse globale des niveaux de gris de la ligne épipolaire. 6. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'analyse de la zone (18) autour de chaque ligne épipolaire (12) est réalisée par balayage en partant de la position du point lumineux trouvée lors de l'analyse précédente et en observant l'évolution des niveaux de gris autour de cette position, le balayage s'arrêtant une fois que la position centrale de la nouvelle zone lumineuse a été trouvée. 7. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'analyse de la zone (18) autour de chaque ligne épipolaire (12) est réalisée par balayage, en partant d'une position déterminée à partir des positions des points lumineux trouvées lors d'analyses précédentes et en observant l'évolution des niveaux de gris autour de cette position, le balayage s'arrêtant une fois que la position centrale de la nouvelle zone lumineuse a été trouvée. 8. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le faisceau lumineux (4) utilisé est un faisceau laser, émis de préférence par une source laser de type VCSEL. 9. Procédé de détermination selon la revendication 8, caractérisé en ce que la source laser est intégrée à une matrice de sources lasers pour laquelle il est possible d'allumer chaque source indépendamment les unes des autres.