Brevet FR2870355A1 — publié le 20051118

La présente invention concerne un système d'assistance à la conduite d'un véhicule automobile par détection de l'environnement, dans le but de connaître en temps réel des informations sur sa position et sa vitesse relative par rapport à des obstacles devant lui tels que d'autres véhicules, ainsi que sur la trajectoire possible de ces autres véhicules. Les informations doivent de plus être connues avec une fiabilité, une précision et une résolution de niveau élevé. Il existe actuellement des systèmes qui utilisent des technologies de type RADAR, ou LIDAR, ou bien vidéo, séparément ou en combinaison, mais qui ne permettent pas de réaliser des prestations innovantes d'assistance à la conduite telles que Stop and Go ou le maintien de la distance de sécurité, ou bien de sécurité active telles que l'assistance au freinage ou l'évitement d'obstacle, ou bien encore de sécurité passive telles que les pré-crash de différents niveaux en choc frontal, latéral et arrière, et cela pour l'ensemble des environnements et des contextes propres à la conduite automobile c'est-à-dire urbain, routier, autoroutier... Concernant les systèmes de détection de l'environnement basés sur les RADAR, ils présentent l'inconvénient de ne pas détecter correctement un obstacle arrêté, en particulier un véhicule, de ne pas avoir un champ d'onde d'ouverture réduite avec une antenne de taille compatible avec une intégration sur véhicule et de ne pas présenter une grande fiabilité lorsque le milieu analysé devient dense, en particulier en zone urbaine. De plus, un radar mesure des distances et des vitesses radiales dans une gamme de mesures déterminées, de sorte que les RADAR ACC actuels conçus pour fonctionner sur des distances de plusieurs dizaines de mètres, ne sont pas performants quand la distance inter-véhicule baisse à quelques mètres, pas plus qu'ils ne peuvent mesurer la vitesse relative des véhicules qui arrivent en sens opposé. La composante latérale de la position des véhicules n'est pas précise et celle de la vitesse intervéhicules est actuellement inaccessible, ainsi que la taille et la géométrie de l'objet détecté. Concernant les systèmes de détection de l'environnement basés sur les LIDAR, qu'ils soient à faisceaux fixes multiples ou à balayage, l'énergie infrarouge qu'ils produisent ne se réfléchit bien que sur quelques surfaces spécifiques du véhicule, de dimensions relativement réduites, telles que les catadioptres ou la plaque d'immatriculation, et facilement salies en cours de roulage par temps de pluie ou brouillard. De plus, leur portée est limitée car d'une part le niveau de puissance émis ne doit pas dépasser un seuil à la fois technique et sécuritaire pour les yeux des usagers de la route et d'autre part la puissance reçue est généralement inversement proportionnelle à la puissance quatre de la distance. Une solution actuelle pour améliorer le rapport signal sur bruit du LIDAR est de limiter l'angle d'émission du faisceau, qui limite par conséquent la zone verticale de l'espace exploré, ce qui peut entraîner des pertes momentanées de cibles à cause des mouvements de roulis du véhicule émetteur et/ou du véhicule cible. Les systèmes à LIDAR à faisceaux multiples fixes donnent une information sur la distance relative longitudinale et non latérale, et ne donnent pas d'informations précises sur la taille et la géométrie de l'objet détecté. Quant aux systèmes à LIDAR à balayage, ils donnent une information sur les composantes longitudinale et latérale de la distance à la cible, mais son acquisition est lente, ainsi que celle de la vitesse obtenue par dérivation. A propos des systèmes de détection de l'environnement basés sur le traitement d'images vidéo sur des scènes ouvertes, c'est-à-dire des scènes du monde réel dont la variabilité infinie ne peut pas être décrite par des algorithmres, on ne peut garantir la fiabilité des algorithmes qui réalisent l'assemblage des composantes élémentaires de l'image qui sont extraites, comme les points, segments, courbes, régions homogènes suivant des critères donnés, pour conclure sur la nature de l'objet détecté. Les systèmes vidéo présentent un autre inconvénient, celui de nécessiter un niveau de contraste suffisant entre les différents objets de l'image à détecter, qui n'est pas toujours garanti par la combinatoire entre les caractéristiques spectrales et géométriques des sources d'éclairage naturelles et artificielles et les propriétés optiques et géométriques des différents objets d'une scène routière. Ces trois types de systèmes de détection peuvent être combinés, comme dans le brevet US 6 370 471 au nom de Robert BOSCH GmbH, qui décrit une stratégie d'assistance à la conduite de type Stop and Go dans un bouchon, avec suivi de la ligne blanche médiane, grâce à la combinaison d'un radar ACC ou courte portée avec une caméra vidéo. Il existe aussi des solutions de détection basées sur la communication entre véhicules, avec échange des informations sur la position et la vitesse relatives, mais 35 qui nécessitent obligatoirement l'utilisation d'un GPS différentiel (Global Positioning System) afin de délivrer ces informations avec une précision suffisante. Enfin, il existe des solutions basées sur la communication entre véhicules et infrastructures, telles que décrites dans le brevet européen EP 0 561 353 au nom de ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, qui concerne l'échange d'informations entre véhicules par communication optique dans le proche infrarouge, avec relais et transmission d'informations par l'infrastructure. Une telle solution nécessite d'une part, de gros investissements pour la réalisation et l'entretien de ces infrastructures de sorte qu'elles ne seront pas installées sur tout le réseau routier, et d'autre part, de définir des normes communes pour l'ensemble des pays concernés. On constate donc que les problèmes non résolus par les systèmes actuels sont dus essentiellement aux limites de détection et de perception des capteurs utilisés. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un système d'assistance à la conduite d'un véhicule automobile par détection de l'environnement, comprenant un dispositif émetteur de lumière embarqué sur une cible à détecter et un dispositif récepteur vidéo embarqué sur le véhicule assisté, caractérisé en ce que: - le dispositif émetteur comprend au moins une source lumineuse pulsée, émettant à une fréquence fixe déterminée, selon une séquence périodique déterminée, un rayonnement dans le domaine visible et/ou infrarouge, le dispositif récepteur comprend une caméra vidéo sensible au rayonnement visible et/ou proche infrarouge, dont la fréquence d'acquisition des images est supérieure à la fréquence d'émission des sources pulsées portées par la cible, ladite caméra étant associée à des moyens de traitement d'images destinés à délivrer l'information optique produite par la cible. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif émetteur comprend plusieurs sources lumineuses élémentaires pulsées, disposées suivant un motif géométrique déterminé et émettant un rayonnement simultané selon un motif temporel également déterminé selon le type de cible répertorié et selon la position des sources. Selon une autre caractéristique de l'invention, les sources lumineuses 35 élémentaires sont constituées d'une part des feux de signalisation équipant obligatoirement un véhicule automobile, comme les phares ou les codes, et d'autre part de nouvelles sources pulsées émettant à la même fréquence fixe que les feux de signalisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de plusieurs exemples de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui sont: figure 1 a et 1 b quatre exemples de motifs de sources lumineuses pulsées 10 selon l'invention, placés respectivement sur un véhicule et sur un piéton; figure 2: un exemple de vue d'ensemble du système d'assistance à la conduite selon l'invention; figure 3a: un exemple de scène routière devant un véhicule assisté ; - figures 3b et 3c: les images N et N+1 de la scène routière acquises par la 15 caméra vidéo du dispositif de détection selon l'invention; figure 3d: l'image obtenue par différence entre les images N et N+1; figure 4a: le chronogramme d'émission des sources lumineuses pulsées d'une cible, selon l'invention; - figures 4b et figure 4d: le chronogramme de l'émission du signal lumineux pulsé et de l'acquisition des images dans le cas d'une synchronisation, respectivement sans synchronisation, entre l'émission et l'acquisition; figure 4, et 4e: le résultat de la soustraction des images prises deux à deux consécutives, dans le cas d'une synchronisation, respectivement sans synchronisation, selon le système de l'invention; figure 5: les étapes du procédé Stop and Go en bouchon, utilisant un système d'assistance selon l'invention. Le système d'assistance à la conduite d'un véhicule par détection de l'environnement, selon l'invention, comprend d'une part un dispositif émetteur de lumière situé sur une cible à détecter, telle qu'un mobile, un cycliste, un piéton, une partie de l'infrastructure routière comme un arbre ou une pile de pont notamment, et d'autre part un dispositif récepteur vidéo embarqué sur ledit véhicule assisté. Le dispositif émetteur est composé d'au moins une source lumineuse pulsée, 35 émettant un rayonnement dans le spectre visible et/ou infrarouge, à une fréquence déterminée, selon une séquence périodique déterminée. En particulier, il peut comprendre plusieurs sources lumineuses élémentaires pulsées, disposées suivant un motif géométrique établi selon le type de cible répertorié et selon leur position sur la cible. De plus, ces sources doivent émettrent une énergie lumineuse simultanément. Ces sources lumineuses sont soit des sources existantes, déjà montées sur la cible, telles que les feux de signalisation, codes, phares équipant les véhicules automobiles ou les cycles par exemple, soit des sources nouvelles ajoutées spécialement, soit encore une combinaison de ces deux types de sources à condition d'émettre la même séquence à la même fréquence. Lorsque les feux arrière du véhicule sont constitués d'un assemblage de diodes électroluminescentes, il est aisé d'y intégrer un motif de LED, dont l'électronique de gestion doit être dotée d'un module de détection des dysfonctionnements des sources lumineuses. Dans le cas d'une détection d'un tel dysfonctionnement, le conducteur du véhicule doit en être informé, visuellement par exemple. L'intégration des motifs à partir de plusieurs LED doit être réalisée de façon à minimiser l'exposition de l'optique des LED à la pluie et aux éclaboussures envoyées par les autres véhicules sur routes mouillées. Dans le cas de sources placées sur des véhicules automobiles, qui seront des cibles pour les véhicules assistés, ces sources supplémentaires peuvent être situées à l'intérieur des optiques déjà existantes comme à l'extérieur, sur la carrosserie ou au bord du toit, et peuvent émettre préférentiellement un signal proche infrarouge. Ce sont par exemple des diodes électroluminescentes ou des diodes laser. Dans le cas de plusieurs sources émettrices formant un motif géométrique, ce dernier peut être caractéristique de la cible elle-même, un piéton ou un véhicule par exemple, différent selon son positionnement sur la cible, à l'avant ou à l'arrière ou sur les ailes d'un véhicule, et même posséder un sous-motif pour mieux caractériser le véhicule, par sa masse, sa raideur ou sa gamme de vitesses, par exemple entre 0 et 30 Km/h, ou entre 30 et 60 Km/h... La figure 1a est un exemple de motifs, M,, M2 et M3 respectivement, de sources lumineuses, différents selon qu'ils sont positionnés sur un véhicule à l'avant, à l'arrière ou latéralement. La figure 1 b est un autre exemple de motif M4, placé sur un piéton. Il est envisageable de créer des motifs lumineux différents selon le type de panneau de signalisation mobile, dans le cas d'un véhicule en panne, d'un accident de la route, de travaux sur la voie, par exemple ou selon la partie de l'infrastructure, une pile de pont, un tunnel, un arbre notamment. Toutes ces sources lumineuses doivent émettre un même rayonnement simultané, dont l'intensité varie selon une fonction périodique du temps avec une fréquence et une durée d'émission déterminées selon les applications et les contraintes technologiques, et identiques pour des raisons de simplification et de robustesse du système. La fréquence d'émission peut se superposer à un signal lumineux de fréquence inférieure ou remplacer un signal lumineux initialement continu puisque, au-dessus de 25 Hz environ, l'oeil humain ne détecte plus les oscillations du signal et perçoit un signal continu. Le dispositif récepteur, embarqué sur le véhicule assisté, comprend une caméra vidéo sensible au rayonnement visible et/ou infrarouge, dont la fréquence d'acquisition des images est supérieure à la fréquence d'émission des sources pulsées portées par la cible. La caméra forme, avec un rapport signal sur bruit suffisant, une image en deux dimensions des sources émettrices, qui doivent être détectées et localisées avec la précision demandée par l'application concernée et jusqu'aux distances souhaitées, grâce à la sensibilité et la résolution de la caméra. La caméra est associée à des moyens de traitement d'images destinés à délivrer l'information optique produite par la cible porteuse des sources émettrices. Les moyens de traitement utilisent un algorithme basé sur les différences d'images acquises par la caméra à une fréquence Fa qui est supérieure à la fréquence Fe d'émission des signaux lumineux produits par les obstacles à détecter. Les moyens de traitement réalisent une soustraction d'images consécutives, acquises dans un intervalle de temps relativement court pour éliminer l'information complexe, redondante et inutile de la scène vue par la caméra pour ne garder que l'information nouvelle entre les images N et N+1 par exemple, c'est-à-dire l'information optique produite réellement par les sources lumineuses de la cible. La figure 2 est un exemple de vue d'ensemble du système d'assistance à la 35 conduite comprenant un dispositif émetteur Ev positionné sur un véhicule cible Vc ou sur un piéton cible Pc et un dispositif récepteur R placé à l'avant du véhicule assisté VA, en haut du pare-brise par exemple, soit au niveau du pied du rétroviseur central soit au niveau de la casquette sur la planche de bord, face au conducteur. La figure 3a est un exemple de scène routière se produisant devant un véhicule assisté, et comprenant des cibles équipées de sources lumineuses pulsées Lp selon l'invention. Ce sont par exemple des véhicules Vc, ou un piéton Pc. La figure 3b représente l'image N acquise par la caméra vidéo du dispositif de détection monté sur le véhicule assisté. Les sources lumineuses Lp actives lors de l'acquisition de cette image N sont noircies contrairement à celles qui sont éteintes. Sur la figure 3,, représentant l'image suivante N+1 acquise, les sources Lp précédemment actives sont éteintes et celles précédemment éteintes sont allumées. La figure 3d est l'image obtenue par différence entre ces deux images consécutives N et N+1, c'est-à-dire l'information nouvelle entre ces deux images soit les sources lumineuses pulsées Lp équipant des cibles, sans l'information complexe de la scène existant sur ces deux images. La figure 4a est le chronogramme d'émission des sources lumineuses pulsées d'une cible. Le signal est périodique, de fréquence d'émission Fei de durée d'émission De déterminée et donc de durée de silence Ds déterminée. La figure 4b est le chronogramme de l'émission du signal lumineux Se pulsé et de l'acquisition des images Sa dans le cas d'une synchronisation entre l'émission et l'acquisition dont la fréquence est égale au double de celle de l'émission. La figure 4c est le résultat de la soustraction des images prises deux à deux consécutives. Lorsqu'à l'image N, la source n'émet pas de lumière et qu'à l'image N+1 elle est allumée, le résultat est un pulse positif P+. Par contre, si à l'image suivante N+2, la source est à nouveau éteinte, le résultat est un pulse négatif P_. Dans le cas où l'acquisition, qui a lieu avec une fréquence égale au double de celle d'émission de lumière, n'est pas synchronisée avec l'émission, comme le montre la figure 4d, le résultat de la soustraction de deux images consécutives se présente sous la forme de deux pulses d'énergie diminuée de moitié par rapport au cas de la synchronisation entre émission et acquisition (figure 4e), référencés p+ ou p_ selon que la source émet ou non de la lumière à l'image N. Dans le cas où la lumière pulsée, émise en plus des phares équipant le véhicule, provient de plusieurs sources élémentaires formant un motif géométrique, ces derniers permettent, par des calculs géométriques simples à partir des images recueillies, d'obtenir directement le vecteur distance entre le véhicule assisté et la cible à détecter, et d'en déduire un vecteur vitesse avec une très bonne précision. Grâce à de telles informations, robustes et précises obtenues à une fréquence suffisante, il est possible de calculer et de prédire la trajectoire relative entre le véhicule détecteur et l'objet détecté. Un tel système d'assistance à la conduite par détection de l'environnement peut être avantageusement utilisé pour réaliser la prestation répertoriée sous le nom de Stop and Go en situation de bouchon dans le trafic routier, c'est-à-dire de démarrages fréquents en cas de trafic intense à faible vitesse de circulation. Le procédé de Stop and Go en bouchon comporte alors les étapes suivantes, représentées sur la figure 5. Une fois initialisé le procédé (étape a), le conducteur peut définir les paramètres du système (étape b), soit: la distance de suivi; le mode de détection des cibles; le mode de contrôle du véhicule assisté ; le seuil de vitesse pour désactiver le procédé. La distance de suivi entre le véhicule assisté et une cible placée devant lui peut être définie par le conducteur ou bien le système utilise par défaut le paramétrage avec les dernières valeurs mémorisées. Le mode de détection des cibles peut notamment utiliser le système d'assistance selon l'invention avec source lumineuse pulsée ASL. Une interface Homme-Machine appropriée informera le conducteur de véhicule de la présence d'un obstacle détecté. Ce mode de détection assurera une plus grande fiabilité à la détection que si celle-ci était réalisée sans source lumineuse SSL. Le contrôle automatique du véhicule, longitudinal et latéral, suppose une détection des marquages au sol, dont la ligne blanche continue, et peut être choisi par le conducteur. Sans un procédé de détection des marquages au sol, la détection seule des cibles placées devant le véhicule, par le système de sources lumineuses pulsées, permet le contrôle de l'avancement longitudinal du véhicule par pilotage de l'accélération et du freinage pendant que le conducteur s'occupe du déplacement latéral du véhicule par l'intermédiaire du volant. Le conducteur fixe enfin un seuil de vitesse au-delà duquel le procédé d'aide à 10 la conduite est désactivé, par émission d'un message au conducteur qui reprend la main sur l'avancement du véhicule. Lorsque le procédé est activé à l'étape c) par le conducteur, au moyen de tout type de commande manuelle, vocale, automatique, en situation de bouchon ou de circulation fortement ralentie, la détection des cibles a lieu par le système selon l'invention à partir de sources lumineuses pulsées (étape d). Un capteur vidéo tel que défini précédemment va acquérir une succession d'images à une fréquence supérieure à la fréquence d'émission des sources lumineuses et les envoyer à un algorithme ASIC par exemple qui va, en temps réel, faire la différence entre deux images consécutives N et N+1 afin d'en extraire les images seules des sources pulsées. La position et les contours des sources lumineuses détectées sont transmises à une unité centrale, gérant l'ensemble de ces sources, pour identifier les motifs prédéfinis des sources suivant le type de cible véhicule vu par sa face arrière, ou latérale, ou avant, piéton, cyclistes, etc... L'unité centrale suit de plus leurs évolutions dans le temps tracking et prédit leurs positions futures prédiction -. Lorsque les motifs lumineux détectés font partie des motifs prédéfinis mémorisés dans l'unité centrale, les informations sont directement transférées vers les calculateurs qui gèrent l'interface Homme-Machine et le contrôle longitudinal du véhicule. Par contre, si ces motifs lumineux ne sont pas reconnus par l'unité centrale, un message est envoyé au conducteur, qui peut ou non valider la détection, de sorte que le nouveau motif lumineux est alors mémorisé dans la base des motifs de sources lumineuses. Si le conducteur invalide cette détection, il reprend la main sur le système d'aide à la conduite. Si de plus, le véhicule est équipé de moyens de détection des marquages au sol (étape e) et que la détection d'une cible est validée à l'étape f), le mode de contrôle automatique d'avancement du véhicule est mis en route, avec une aide longitudinale et latérale (étape g). Dans le cas où la détection des cibles a lieu classiquement par un système sans source lumineuse pulsée, la détection d'un obstacle doit être validée à l'étape h). Dans le cas où le véhicule n'est pas équipé de moyens de détection de ligne blanche au sol, le mode de contrôle latéral du véhicule n'est pas assuré, seul le contrôle longitudinal est mis en oeuvre (étape i). Ainsi, grâce au système d'assistance à la conduite selon l'invention, utilisant des sources lumineuses pulsées dont le signal est capté par une caméra vidéo, le procédé suit le véhicule cible en gardant la consigne de distance prédéfinie par le 10 conducteur. Il existe plusieurs situations de sortie du contrôle du véhicule en mode automatique, qui sont définies notamment par la perte ou la dégradation de la détection des sources lumineuses, ne permettant plus d'apprécier les distances inter- véhicules dans le cas d'une détection par sources lumineuses pulsées, ou bien par la perte ou la dégradation de la qualité de la détection du véhicule cible par des moyens classiques comme de la qualité de la détection des marquages au sol. Ce peut être également quand la vitesse du véhicule suivi dépasse la vitesse de seuil prédéfinie, quand le traitement de l'image de surveillance inter-véhicule détecte un mouvement d'objet entre le véhicule occupé et le véhicule cible ou bien encore quand une portière ou le coffre du véhicule est ouvert. Si tel est le cas, le conducteur doit reprendre le contrôle du véhicule et valider cette reprise en mains par tout moyen tactile, vocal, commande de l'accélération ou du freinage, etc... L'avantage du système d'assistance selon l'invention est de garantir une grande fiabilité à la prestation de Stop and Go car les sources pulsées sont associées à un algorithme simple et robuste de détection d'une cible, de son identification en tant que véhicule grâce à leurs motifs spécifiques et de calcul de la distance inter-véhicule grâce à l'écartement standard entre les sources lumineuses élémentaires à l'arrière du véhicule cible. De plus, la perte de détection partielle ou complète des sources lumineuses pulsées par la caméra vidéo permet de détecter rapidement et de façon fiable l'insertion d'un objet, tel qu'une moto, un piéton... dans l'espace entre le véhicule et la cible. REVENDICATIONS, 1. Système d'assistance à la conduite d'un véhicule automobile par détection de l'environnement, comprenant un dispositif émetteur de lumière embarqué sur une 5 cible à détecter et un dispositif récepteur vidéo embarqué sur le véhicule assisté, caractérisé en ce que: - le dispositif émetteur comprend au moins une source lumineuse pulsée, émettant à une fréquence fixe déterminée, selon une séquence périodique déterminée, un rayonnement dans le domaine visible et/ou infrarouge, le dispositif récepteur comprend une caméra vidéo sensible au rayonnement visible et/ou proche infrarouge, dont la fréquence d'acquisition des images est supérieure à la fréquence d'émission des sources pulsées portées par la cible, ladite caméra étant associée à des moyens de traitement d'images destinés à délivrer l'information optique produite par la cible. 2. Système d'assistance à la conduite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif émetteur comprend plusieurs sources lumineuses élémentaires pulsées, disposées suivant un motif géométrique déterminé et émettant un rayonnement simultané selon un motif temporel également déterminé selon le type de cible répertorié et selon la position des sources sur ladite cible. 3. Système d'assistance à la conduite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources lumineuses élémentaires sont constituées d'une part des feux de signalisation équipant obligatoirement un véhicule automobile, comme les phares ou les codes, et d'autre part de nouvelles sources pulsées émettant à la même fréquence fixe que les feux de signalisation. 4. Système d'assistance à la conduite selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas où les feux arrière du véhicule cible sont constitués d'un assemblage de diodes électroluminescentes, les sources lumineuses élémentaires sont constituées d'un motif de diodes électroluminescentes intégré aux feux arrière et dont l'électronique de gestion est dotée d'un module de détection des dysfonctionnements des sources lumineuses. 5. Système d'assistance à la conduite selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'intensité du rayonnement des sources lumineuses pulsées varie selon une fonction périodique du temps, avec une fréquence et une durée d'émission déterminées identiques. 6. Système d'assistance à la conduite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de traitement des images acquises par la caméra vidéo embarquée sur le véhicule assisté réalisent une soustraction d'images consécutives, acquises dans un intervalle de temps relativement court, destinée à délivrer l'information optique nouvelle entre deux images consécutives produite par les sources lumineuses de la cible détectée. 7. Système d'assistance à la conduite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de traitement des images acquises calculent, à partir de l'information optique produite seulement par la cible détectée, la distance entre le véhicule assisté et la cible détectée ainsi que leurs vitesses relatives, et prédisent la trajectoire relative entre eux.