Brevet FR2901218A1 — publié le 20071123

PROCEDE DE DETECTION DE PLUIE SUR UN PAREBRISE L'invention concerne de manière générale le domaine des véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention s'intéresse aux procédés de détection de pluie sur un pare-brise de véhicule par traitement d'images, notamment en vue de déclencher la commande automatique d'une fonctionnalité du véhicule, notamment celle des essuie-glaces. Des techniques de traitement d'images visant à détecter les gouttes de pluie sur un pare-brise sont déjà connues : elles ont généralement recours à au moins un capteur/au moins une caméra placé(e) à l'intérieur du véhicule, focalisé(s) sur le pare-brise et dédié pour cette application. C'est par exemple le cas du brevet US 6 596 978, qui préconise un système de détection des gouttes de pluie à l'aide de deux détecteurs dédiés. Un inconvénient cle ces techniques est qu'elles nécessitent justement que les détecteurs soient dédiés à la détection de pluie, alors que d'autres fonctionnalités nécessitent aussi des capteurs, pour détecter un véhicule croisant ou un bord de route par exemple. On tend alors à multiplier le nombre de capteurs dans le véhicule, ce qui renchérit leur coût global, rend l'installation de ces différents capteurs plus complexe, et tend à encombrer davantage le véhicule, notamment son habitacle. L'invention a alors pour but de remédier à cet inconvénient, en proposant un procédé amélioré de détection de pluie sur un pare-brise. Elle vise notamment un procédé qui soit au moins aussi fiable que les procédés connus, mais qui, notamment, utilise des moyens plus compacts et/ou moins complexes et/ou plus faciles à monter sur le véhicule et/ou à utiliser. L'invention a tout d'abord pour objet un procédé de détection de gouttes de pluie sur un pare-brise, qui utilise une caméra qui est disposée à l'intérieur du véhicule en regard du pare-brise et qui est focalisée à l'infini. Avantageusement, cette caméra est aussi utilisée dans le véhicule pour d'autres fonctions de détection, notamment pour détecter des véhicules (pour faire commuter les projecteurs du véhicule d'un mode d'éclairage à un autre) et/ou pour détecter les bords de voie de roulage (pour envoyer un avertissement au conducteur s'il quitte sa voie de roulage). On comprend par caméra tout dispositif d'acquisition d'images, de type caméra (notamment de type CCD ou CMOS) ou capteur, par exemple un capteur noir et blanc ou un capteur couleur. Dans l'invention, on utilise donc une caméra déjà disponible, car déjà utilisée dans le véhicule pour capter des images extérieures au véhicule. Cette caméra est donc généralement focalisée à l'infini, afin de pouvoir capter avec suffisamment de clarté des éléments extérieurs au véhicule et situés à au moins 20 mètres de celui-ci. Cette caméra trouve donc une seconde utilisation avec succès, et ceci de façon surprenante : On aurait pu penser qu'une caméra focalisée à l'infini, et non sur le pare-brise, serait complètement inadaptée pour la détection de gouttes sur ledit pare-brise. Utiliser une caméra, au lieu de deux au moins, derrière le pare-brise dans l'habitacle du véhicule permet de proposer un plus grand choix dans le positionnement de cette caméra. Il est cependant recommandé que le champ de la caméra contienne au moins une portion de pare-brise qui soit essuyable par les essuie glace du véhicule considéré, pour que la caméra puisse détecter l'apparition de nouvelles gouttes de pluie quand les essuie-glace sont au repos, et pas des gouttes stagnantes. La caméra selon l'invention peut ainsi être disposée dans un module au niveau du toit intérieur du véhicule ou à sa proximité, ou sur le tableau de bord, dans une casquette , par exemple celle de l'instrumentation de bord ou celle d'un écran de navigation. De préférence, l'invention a également pour objet un procédé de détection de gouttes de pluie sur un pare-brise, et qui comprend : - une étape (a) d'acquisition d'images par une caméra à travers le pare-brise, caméra de préférence focalisée à l'infini, - une étape (b) d'extraction des contours des taches présentes sur les images acquises, - une étape (c) de réalisation de l'histogramme des largeurs de 30 contours des taches. En effet, la caméra va en fait acquérir des images prenant en compte des objets sur et à travers le pare-brise, au loin, images que l'on peut assimiler chacune à un assemblage de taches. Et il s'est avéré que l'on pouvait discriminer une tache correspondant à une goutte d'eau sur le pare- brise par rapport à d'autres taches (correspondant par exemple à un objet du paysage hors du véhicule) grâce à sa largeur de contour, que l'on peut quantifier par un certain nombre de pixels. Les gouttes d'eau sur un pare-brise présentent en effet un contour relativement plus large que d'autres taches. Etablir un histogramme de ces largeurs de contour permet de sélectionner les points de contour correspondant aux gouttes, puis à reconstruire éventuellement ces gouttes dans les images par traitement, pour les caractériser ensuite. Le procédé selon l'invention comprend ainsi avantageusement 10 également : - une étape (d) de seuillage au-delà d'un seuil minimum donné des largeurs de contours des taches, notamment afin de confirmer la présence éventuelle de taches susceptibles de correspondre à des gouttes sur le pare-brise. 15 Le procédé selon l'invention comprend également de préférence : - une étape (e) de reconstruction des gouttes à partir des largeurs de contour seuillées. - au moins une étape (f) de caractérisation des taches reconstruites, comprenant au moins une des mesures suivantes : mesure de la variation 20 du niveau de gris dans les taches, mesure de flou desdites taches, mesure de la forme desdites taches, comptage du nombre de taches. En effet, l'étude de la morphologie des gouttes sur des pare-brise a montré que des gouttes déposées sur une surface comme un pare-brise avaient la particularité de présenter une forte variation de niveau de gris, 25 avec une transition zone sombre/zone claire détectable à l'intérieur des contours de la tache. II a été aussi observé que la forme du contour de la goutte, approximativement ronde, était aussi une caractéristique détectable et particulière aux gouttes. Il a été aussi remarqué que la présence d'une goutte dans le champ de vision de la caméra créait un flou que la caméra 30 pouvait également repérer. Le comptage des gouttes est également utile, pour pouvoir, notamment, distinguer une très faible pluie (ne nécessitant pas de déclencher le fonctionnement des essuie-glace) d'une pluie significative. Cette ou ces étapes (e) et (f) restent optionnelles, l'étape de repérage de la présence de goutte par seuillage des largeurs de contours étant la plus 35 discriminante, et suffisante. Ces étapes de recontruction et de caractérisation permettent cependant de fiabiliser encore plus les résultats de la détection, en validant par exemple les résultats obtenus par l'étape de seuillage. Elles permettent aussi d'affiner la façon dont on va exploiter la détection d'eau sur le pare-brise. Par exemple, si la détection de pluie a pour objectif de déclencher les essuie glace, une simple détection par seuillage des largeurs de contour suffit pour permettre le déclenclement en tout ou rien des essuie glace. Par contre, si le procédé permet aussi de connaitre, par exemple, la quantité et la forme des gouttes, on peut déclenche de façon plus modulée le fonctionnement des essuie glace, notamment en sélectionnant la vitesse la plus appropriée de balayage, en modifiant la vitesse de balayage si les conditions changent (forte ou faible pluie). Le procédé selon l'invention comporte aussi, de préférence : - une étape (g) de participation au déclenchement automatique ou de modification automatique d'une fonctionnalité du véhicule, notamment l'actionnement des essuie-glaces, une fois la détection des gouttes d'eau sur le pare-brise faite/validée. Naturellement, l'invention s'intéresse aussi à la commande automatique d'arrêt des essuie-glace), commande qui peut se déclencher quand le procédé de détection de pluie selon l'invention montre qu'il n'y a plus (ou plus suffisamment) de gouttes de pluie sur le pare-brise (car elles ont été essuyées par les balais d'essuie-glace, la pluie ayant cessé). L'invention peut permettre aussi, notamment grâce à l'étape (f) de comptage des gouttes de déclencher de façon modulée les essuie-glace selon que la pluie est considérée comme faible (peu de gouttes, fréquence de balayage des essuie-glace modérée), ou forte (beaucoup de gouttes, pluie forte, augmentation de la fréquence de balayage des essuie-glace). La détection de la présence de pluie sur le pare-brise selon l'invention peut aussi être prise en compte dans un autre traitement d'images acquises par la même caméra dans un autre but. Il peut s'agir notamment de la détection d'images de véhicules roulant sur la même voie de roulage ou sur la voie opposée, en vue de la commande automatique des projecteurs permettant de faire évoluer automatiquement les projecteurs d'un mode de fonctionnement à un autre. Il peut s'agir, comme déjà évoqué, par exemple de la commutation automatique des projecteurs d'un véhicule d'un état d'éclairage de type feux de route vers un état d'éclairage feux de croisement/code . Il peut aussi s'agir de la détection des bords des voies de roulage, en vue d'avertir le conducteur d'une sortie de voie involontaire (en anglais, une fonction appelée LDWS pour Lane Departure Warning Signal ). Pour augmenter la fiabilité de la détection des gouttes de pluie, il est préférable que les étapes a- d'acquisition, b-d'extraction, c- de réalisation de l'histogramme au moins soient répétées plusieurs fois, et que leurs résultats soient comparés avant de déclencher, en cas de concordance suffisante, l'étape g- de commande, par exemple au moins dix fois. L'invention concerne aussi le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé décrit plus haut, avec tous les moyens adaptés à réaliser toutes les étapes de celui-ci. Elle concerne notamment un dispositif de détection de gouttes de pluie sur un pare-brise, dispositif comprenant une caméra disposée à l'intérieur du véhicule qui est en regard du pare-brise et qui est focalisée à l'infini. Elle concerne également un dispositif de détection de gouttes de pluie sur un pare-brise, notamment selon la revendication précédente, qui 20 comprend - des moyens d'acquisition d'images par une caméra à travers le pare-brise, caméra notamment focalisée à l'infini, - des moyens d'extraction des contours des taches présentes sur les images acquises, 25 - des moyens de réalisation de l'histogramme des largeurs de contours des taches, - des moyens de seuillage au-delà d'un seuil minimum donné des largeurs de contours des taches, afin de confirmer la présence éventuelle de taches susceptibles de correspondre à des gouttes sur le pare-brise, 30 - éventuellement des moyens de reconstruction / caractérisation des taches à partir des largeurs de contour seuillées, comprenant au moins un moyen de mesure de l'un des paramètres suivants : mesure de la variation du niveau de gris dans les taches, mesure de flou desdites taches, mesure de la forme desdites taches, comptage desdites taches. - des moyens de commande de déclenchement automatique ou de modification automatique d'une fonctionnalité du véhicule, notamment l'actionnement des essuie-glaces. Avantageusement, la caméra utilisée par le dispositif selon l'invention est partagée avec au moins un autre dispositif équipant ledit véhicule. L'invention concerne aussi tout moyen de stockage d'information, mémorisant un ou plusieurs programmes dont l'exécution autorise une mise en oeuvre du procédé décrit plus haut. Elle concerne également tout programme d'ordinateur sur un moyen de stockage d'information, comportant une ou plusieurs séquences d'instructions exécutables par un microprocesseur et/ou un ordinateur, l'exécution desdites séquences d'instructions autorisant une mise en oeuvre du procédé décrit plus haut. D'autres aspects et avantages de la présente l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation particulier non limitatif, qui concerne la commande automatique des essuie-glace par détection de gouttes de pluie sur le pare-brise, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 représente la structure générale schématique d'un dispositif de commande d'essuie-glace utilisant le procédé de détection de pluie selon l'invention, - La figure 2 représente un algorithme d'une mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, - La figure 3a à 3e représente les étapes successives de traitement d'une image acquise par la caméra 10 selon le procédé de l'invention. Ces figures sont extrêmement schématiques afin d'en conserver la clarté. En référence à la figure 1, le dispositif de commande automatique des essuie-glaces commande le déclenchement des essuie-glaces du véhicule 13 quand sont détectées des gouttes de pluie sur le parebrise d'un véhicule. Il comprend essentiellement une caméra 10, une unité de traitement 11 et un circuit de commande 12. La caméra 10 est installée dans l'habitacle du véhicule, en regard d'une zone essuyable du pare-brise 14, c'est-à-dire une zone qui est essuyée par un des balais d'essuie-glace quand il est en fonctionnement. La caméra est disposée par exemple sur le tableau de bord à environ 30 cm du pare-brise. La caméra prend des scènes de route successives depuis l'avant du véhicule à travers le pare-brise. Elle présente un angle d'ouverture horizontale d'environ 40 et un angle d'ouverture verticale d'environ 30 . Bien sûr, le positionnement et les ouvertures angualires de la caméra sont donnés ici à simple titre d'illustration. De préférence, elle est configurée de façon à avoir un champ de vision du pare-brise d'au moins 20 à 30 cm2, ce qui constitue une surface suffisamment représentatitve de l'ensemble du pare brise. La caméra 10 délivre des images IM à l'unité de traitement 11, notamment en vue de déclencher la commutation automatique des projecteurs du véhicule d'un mode route à un mode croisement . Elle va aussi servir, pour l'invention, à détecter la présence éventuelle de pluie sur le pare-brise. Dans l'exemple décrit ici, la caméra 10 utilise un capteur noir et blanc, de dynamique et de sensibilité appropriées. (On rappelle que la sensibilité d'un capteur correspond à sa capacité à détecter de faibles variations d'intensité lumineuse, et que sa dynamique correspond à sa capacité à détecter sur une grande plage d'intensités lumineuses). L'image IM fournit par la caméra 10 est numérisée par un convertisseur analogique-numérique (non représenté) implanté dans l'unité de traitement 11. Dans la forme de réalisation représentée à la Fig.1, l'image IM numérisée est fournie à des modules logiciels de traitement 110 et 111. Le module logiciel de traitement 110 est dédié, dans l'unité de traitement 11, au fonctionnement du dispositif de commande des essuie- glaces selon l'invention. Conformément à l'invention, le module logiciel de traitement 110 est apte à traiter l'image IM1 et à en extraire une information CP pour la commande des essuie-glaces 12. L'élément référencé 111 représente schématiquement différents autres modules logiciels de traitement implantés dans l'unité de traitement 11 et qui remplissent des fonctions de traitement autres que celles requises par le dispositif de commande de commutation automatique des essuie-glace selon l'invention. Les modules logiciels 111 appartiennent à d'autres dispositifs qui sont embarqués dans le véhicule et qui partagent les images IM et l'unité de traitement 11 avec le dispositif de commande de des essuie- glace selon l'invention. Ces autres dispositifs sont par exemple un système d'aide à la navigation sur route et/ou un dispositif de détection de virage pour la commande des projecteurs dans les virages ( bending light en anglais) et/ou un système de commande de commutation des projecteurs du mode route vers le mode croisement . Outre l'information de commande CP, le circuit de commutation 12 reçoit également une information de commande manuelle CM. L'information de commande manuelle CM est représentative d'un actionnement manuel des essuie-glaces par le conducteur du véhicule. Cet actionnement manuel CM par le conducteur est prioritaire par rapport à la commande automatique CP des essuie-glaces. II n'est pas nécessaire ici de décrire en détails l'architecture de l'unité de traitement, qui comprend notamment une unité centrale de traitement telle qu'un microprocesseur, une mémoire morte, une mémoire vive, une mémoire de stockage, des interfaces et un bus de communication interne. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'unité de traitement 11 est également équipée d'un moyen de communication homme-machine, tel qu'un clavier, à travers lequel le conducteur peut sélectionner différents modes de fonctionnement. On notera également que l'unité de traitement 11 peut prendre la forme d'un appareil programmé, Cet appareil programmé contient alors le code exécutable des programmes sous une forme figé dans un circuit intégré à application spécifique (ASIC). La figure 2 décrit maintenant un algorithme complet d'un procédé de selon l'invention. L'algorithme se décompose de la façon suivante : - étape (a) d'acquisition d'une image par la caméra à travers le pare-brise. C'est l'étape d'obtention d'une image initiale, comme montré en figure 3a. - étape (b) d'extraction des contours des taches présentes sur l'image initiale, et de mesure de largeur desdits contours, opération faite avec un opérateur de contours permettant de caractériser la largeur des contours (la déclivité par exemple). C'est l'étape de la détermination des contours, comme montré à la figure 3b, - étape (c) de réalisation de l'histogramme des largeurs de contours des taches. C'est l'étape qui va permettre de discriminer les taches correspondant à des gouttes de pluie sur le pare-brise des autres taches de l'image. La figure 3c représente un tel histogramme (en abscisse, la largeur de contour en nombre de pixels, en ordonnées le nombre de pixels ayant la largeur considérée). On considère généralement qu'on a affaire à un contour net quand la largeur de contour est de 1 pixel, et que le contour est significativement flou au-delà de 5 pixels, entre 5 et 10 pixels par exemple. On remarque de la figure 3c un nombre très important de taches ayant une largeur de contour inférieur à 2 pixels, et une faible minorité de taches ayant une largeur de contour d'au moins 5 pixels. - étape (d) de seuillage des taches de contour de largeur d'au moins 5 pixels. On identifie ainsi le nombre de taches correspondant à des gouttes de pluie sur le pare-brise. (ou de taches susceptible de correspondre à des gouttes de pluie, si on prévoit des étapes supplémentaires de validation) - étape (e) de reconstruction des gouttes (optionnelle) : il s'agit ici d'étiquetter les gouttes repérées par leur largeur de contout lors de l'étape (d) de seuillage : on obtient une image traitée comme représenté en figure 3d, ne contenant plus que la représentation des gouttes, gouttes que l'on peut compter. - étape (f) de caractérisation des gouttes (optionnelle) elle suit car elle exploite les données obtenues à l'étape (e) de reconstruction. Elle consiste à faire au moins une caractérisation, par exemple des transitions claire/sombre et sombre/claire dans les taches, (la présence de ces transitions étant caractéristique de gouttes de pluie), et/ou compter les gouttes. On obtient une image comme représentée à la figure 3e. - étape (g) : déclenchement des essuie-glace si la présence d'un nombre de gouttes suffisant est détectée (et a été validée de préférence par réitération, par exemple au moins 10 fois, du traitement précédent sur plusieurs images successives pour confirmer le résultat). Le capteur est apte à prendre au moins 10 images par seconde. En conclusion, ce type de traitement permet de discriminer aisément et de façon fiable et reproductible, dans une image prise à travers un pare-brise, des gouttes de pluie déposées sur le pare-brise, sans avoir recours à un capteur dédié à la détection de pluie. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de gouttes de pluie sur un pare-brise, caractérisé en ce qu'il utilise une caméra qui est disposée à l'intérieur du véhicule en regard du pare-brise et qui est focalisée à l'infini. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il utilise la caméra qui est également utilisée pour détecter des véhicules et/ou les bords de voie de roulage et/ou pour faire commuter les projecteurs du véhicule d'un mode d'éclairage à un autre. 3. Procédé de détection de gouttes de pluie sur un pare-brise selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape (a) d'acquisition d'images par la caméra à travers le pare-brise, -une étape (b) d'extraction des contours des taches présentes sur les images acquises, - une étape (c) de réalisation de l'histogramme des largeurs de contours des taches. 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape (d) de seuillage au-delà d'un seuil minimum donné des largeurs de contours des taches, notamment afin de confirmer la présence éventuelle de taches susceptibles de correspondre à des gouttes sur le pare-brise. 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape (e) de reconstruction des gouttes à partir des largeurs de contour seuillées. 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une étape (f) de caractérisation des taches reconstruites, comprenant au moins une des mesures suivantes : mesure de la variation duniveau de gris dans les taches, mesure de flou desdites taches, mesure de la forme desdites taches, comptage du nombre de taches. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérise en ce qu'il comprend : - une étape (g) de participation au déclenchement automatique ou de modification automatique d'une fonctionnalité du véhicule, notamment l'actionnement des essuie-glace, une fois la détection des gouttes d'eau sur le pare-brise faite. 8. Dispositif de détection de gouttes de pluie sur un pare-brise caractérisé en ce qu'il comprend une caméra disposée à l'intérieur du véhicule qui est en regard du pare-brise et qui est focalisée à l'infini. 9. Dispositif de détection de gouttes de pluie sur un pare-brise, selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens d'acquisition d'images par la caméra à travers le pare-brise, - des moyens d'extraction des contours des taches présentes sur les images acquises, -des moyens de réalisation de l'histogramme des largeurs de contours des taches, - des moyens de seuillage au-delà d'un seuil minimum donné des largeurs de contours des taches, afin d'identifier la présence éventuelle de taches susceptibles de correspondre à des gouttes sur le pare-brise, -éventuellement des moyens de reconstruction I caractérisation des taches à partir des largeurs de contour seuillées, comprenant au moins un moyen de mesure de l'un des paramètres suivants : mesure de la variation du niveau de gris dans les taches, mesure de flou desdites taches, mesure de la forme desdites taches, comptage desdites taches. - des moyens de commande de déclenchement automatique ou de modification automatique d'une fonctionnalité du véhicule, notamment l'actionnement des essuie-glaces. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la caméra est partagée avec au moins un autre dispositif équipant ledit véhicule. 11. Moyen de stockage d'information, caractérisé en ce qu'il mémorise un ou plusieurs programmes dont l'exécution autorise une mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7. 12. Programme d'ordinateur sur un moyen de stockage d'information, comportant une ou plusieurs séquences d'instructions exécutables par un microprocesseur et/ou un ordinateur, l'exécution desdites séquences d'instructions autorisant une mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7.