Brevet FR2914414A1 — publié le 20081003

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de détermination du mouvement relatif notamment de la vitesse transversale d'un objet mobile avec une vitesse longitudinale par rapport à la surface du sol d'une surface de référence fixe, par un dispositif de mesure. Etat de la technique Selon le document DE-195 07 957-C 1 on connaît un véhicule équipé d'une installation de détection optique pour détecter les plages latérales de la chaussée. A partir de données fournies par des capteurs, on calcule en continu la distance par rapport aux repères de la voie de circulation et par rapport à l'arête de la bordure de chaussée. De plus on définit la vitesse transversale pour en déduire l'instant au-quel le véhicule dépasse le marquage latéral de la voie de circulation. La détection des contours du bord de la voie de circulation se fait selon le principe de la triangulation. Dans ces conditions, les moyens de calcul nécessaires sont exagérément importants. But de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients du procédé connu et se propose de développer un procédé plus simple pour la détermination du mouvement relatif notamment de la vitesse transversale d'un objet en mouvement. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présent invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que l'objet comporte le dispositif de mesure et on obtient le mouvement relatif notamment la vitesse transversale de l'objet mobile par l'exploitation d'une première image et d'une seconde image postérieure à la première image selon un procédé de correspondance de blocs par corrélation. Le procédé selon l'invention pour déterminer le mouve- ment relatif notamment la vitesse transversale telle que définie ci-dessus a l'avantage que la mise en concordance de blocs ne compare chaque fois que deux images selon un procédé décrit ensuite. Cela per-met par exemple de déterminer la vitesse transversale d'un objet en mouvement sans nécessiter de triangulation demandant beaucoup de calculs. De manière préférentielle, la seconde image comporte au moins un extrait de la première image. Par les extraits des deux images on s'assure qu'à la fois dans la première image et dans la seconde image, on trouve des plages correspondantes. L'expression plages cor- respondantes signifie qu'un point image ou une zone d'image d'un ex-trait de la première image se trouve également dans un extrait de la seconde image. Cela permet de modifier les coordonnées du point image ou de la zone d'image dans l'extrait de la seconde image dans les deux directions de l'espace (direction X, direction Y) de l'image à deux dimensions par rapport aux coordonnées de la première image. En outre, de façon préférentielle, dans un extrait de la première image, pour une recherche de correspondance entre les points, on initialise au moins un point dans l'extrait de la première image. Au moins ce point qui sera appelé ci- après simplement point, est 15 transformé selon une transformation d'image en un extrait de la seconde image. Pour la transformation d'image on utilise de préférence un vecteur de translation et/ ou un angle de rotation entre une recherche de correspondance de point entre la première image et une image antérieure à la première image dans le temps ou entre plusieurs images qui 20 précèdent la première image dans le temps. En conséquence, on aura un vecteur de translation antérieur et/ou un angle de rotation antérieur dans le temps pour la transformation du point de l'extrait de la seconde image. Cela permet de déterminer d'une manière non compliquée, la position approximative du point dans la seconde image car pour un 25 taux de prise d'image relativement important on peut supposer que les images qui se suivent directement dans le temps ne se distinguent pas trop fortement l'une de l'autre du point de vue du vecteur de translation et/ou de l'angle de rotation (c'est-à-dire pour le mouvement relatif entre la prise de vue des images). Les point dans l'extrait de la première image 30 et le point transformé dans l'extrait de la seconde image constitue une paire de points correspondants. D'une manière particulièrement avantageuse, l'extrait de la première image et l'extrait de la seconde image ont plusieurs paires de points correspondants. Dans ce cas, on a également plusieurs points 35 dans l'extrait de la première image et dans l'extrait de la seconde image. A la fois les points de la première image et ceux de la seconde image constituent ainsi chaque fois une trame de points ; la taille de la trame de points est dépendante du nombre et de la distance des points dans la trame. Plus il y a de paires de points qui se correspondent dans les extraits de la première et de la seconde image et plus on pourra calculer précisément par exemple la vitesse transversale de l'objet en mouvement. On peut toutefois également imaginer de calculer la vitesse transversale d'un objet en mouvement avec seulement une paire de points correspondants dans les extraits ou détails de la première et la seconde image. On prendra par exemple un angle de rotation égal à zéro ou on acceptera d'autres hypothèses pour déterminer la vitesse transversale. Le nombre de paires de points correspondants dépend principalement de la taille de l'extrait des deux images, du nombre de prises de vues, de la taille des trames des points et de la vitesse relative de l'objet. Plus les extraits sont grands et plus le nombre de prises de vues est important pour une même vitesse relative et plus on aura de points initialisés dans un extrait de la première image et dans un extrait de la seconde image transformés par la transformation des images mal-gré une vitesse relative élevée de l'objet. Pour un petit extrait des images et un nombre réduit de prises de vues, toutes les autres conditions étant par ailleurs les mêmes que celles déjà décrites, il serait par exemple possible que plusieurs points de l'extrait de la première image possèdent un partenaire situé à l'extérieur de l'extrait de la seconde image. Ainsi ces points ne constituent pas les paires de points correspondants et ne peuvent servir à calculer par exemple la vitesse transversale. Le nombre de prises de vues ou vitesse de prises de vues est le nombre d'images prises par seconde. De façon préférentielle, on utilise une du-rée d'exposition dépendant de la vitesse, de l'ordre de 10 s ou moins pour une prise de vues. Cela permet ainsi de prendre 100000 images par seconde. Pour une image de l'objet par exemple de 0,25 m, l'extrait de la première image aura seulement pour une vitesse de déplacement d'environ 25000 m/s plus aucune paire de points correspondants à l'extrait de la seconde image. De manière préférentielle, partant des coordonnées asso- ciées du point dans l'extrait de la seconde image, on forme une région de recherche. Dans cette région de recherche on effectue de manière préférentielle une évaluation de translation du point transformé. Par l'évaluation du coulissement on détermine les coordonnées effectives du point dans l'extrait de la seconde image si le point transformé était éga- lement déplacé par le mouvement de l'objet. Si le coulissement effectif du point dans l'extrait de la seconde image est connu on peut indiquer pour les points images de l'extrait de la seconde image, le coulissement par rapport à la position des points images de l'extrait de la première image. La taille de la région de recherche peut être formée de manière quelconque. En outre on peut avoir le point transformé au centre de la région de recherche ou le point transformé excentré dans la région de recherche ou encore avoir une région de recherche à l'extérieur du point transformé (par exemple entre deux ou plusieurs points transformés). De manière particulièrement préférentielle, l'évaluation du coulissement d'un point dans l'extrait de la seconde image se fait par une comparaison des états de contraste dans une région de recherche à proximité du point de la première image et de la région de recherche à proximité du point (point correspondant) de la seconde image. De façon préférentielle, à l'aide d'au moins une corres- pondance de points, obtenue, on détermine un vecteur de coulissement, un vecteur de translation et/ ou un angle de rotation pour le point dans la seconde image. Le vecteur de translation et/ou le vecteur de rotation ainsi obtenus sont utilisés de manière préférentielle pour transformer un point qui se trouve dans la seconde image en une image à la suite de la seconde image. On peut également envisager que le point transformé se trouve dans l'image qui fait suite dans le temps à la seconde image et doit être transformée en une image qui fait suite à l'image dans laquelle se trouve le point initialisé. De manière préférentielle, le procédé selon l'invention permet de déterminer le vecteur d'accélération, le vecteur de secousse, la vitesse angulaire et/ou l'accélération angulaire de l'objet. Le calcul des valeurs indiquées ci-dessus se fait par une dérivation en fonction du temps du vecteur de translation. En outre, le procédé permet de dé-terminer de manière préférentielle l'existence d'une ligne de voie de cir- culation sur la chaussée et/ou le fait de quitter cette voie de circulation. L'extrait de la première et de la seconde image peuvent être analysés pour déterminer la présence d'une ligne de guidage de voie. Lorsqu'on détecte une ligne de guidage de voie dans l'extrait on peut calculer le décalage relatif de l'objet par rapport à la ligne de guidage de voie. Comme en général on a un fort contraste entre la ligne de voie blanche ou jaune ou d'une autre couleur, fortement réfléchissante et la chaussée, le procédé s'applique particulièrement bien et de façon précise. L'invention concerne également un dispositif de mesure mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. Le dispositif de mesure comporte à cet effet une source lumineuse à diodes et un système optique. La source lumineuse à diodes est constituée de préférence par une diode LED ou plusieurs diodes LED. Toutefois on peut également utiliser comme source lumineuse à diodes des diodes OLED ou une seule diode OLED. La source lumineuse projette une surface éclairée sur la surface de référence stationnaire qui est par exemple la surface de la chaussée. Le système optique se compose par exemple dans le cas le plus simple d'une lentille collectrice. On peut également combiner des lentilles collectrices et des lentilles de dispersion ou autres systèmes de lentilles en un nombre quelconque. Le système optique donne une image de la surface éclairée sur une puce. En outre de façon préférentielle, le dispositif de mesure équipe l'objet mobile. Le dispositif de me-sure est avantageusement installé sur le rétroviseur extérieur d'un véhicule. Une unité de calcul est associée de préférence au dispositif de mesure. L'unité de calcul fait que de manière préférentielle au moins en partie le procédé selon l'invention permet de déterminer la vitesse transversale. De façon préférentielle, le dispositif de mesure a une caméra CMOS et/ou un processeur de signal numérique sous la forme d'une puce et/ ou d'une carte de circuit intégré sous forme de plaque de circuit. La caméra CMOS permet avantageusement une prise de vue élevée car le nombre d'images prises par seconde est très élevé. Le processeur de signal permet de calculer des flux continus importants de nombres ce qui permet de rechercher également des extraits d'images importants pour trouver des points correspondants. Selon un autre développement de l'invention, celle-ci concerne un véhicule équipé d'un dispositif de mesure selon l'invention. Le dispositif de mesure peut déterminer la vitesse transversale, le vecteur d'accélération, le vecteur de secousses, la vitesse angulaire et/ou l'accélération angulaire du véhicule mobile ou immobile par rapport à la surface de la chaussée. En outre, de manière préférentielle, on détecte un signal lorsque le véhicule s'écarte ou se rapproche de la trace de la voie de circulation. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un véhicule équipé d'un dispo- sitif de mesure ; - la figure 2 montre schématiquement un véhicule équipé d'un système de coordination ; - la figure 3 montre schématiquement le dispositif de mesure ; - la figure 4 montre schématiquement une première image et une se- conde image d'une surface ; - la figure 5 montre schématiquement un extrait de la première image avec l'initialisation de la trame de points ; - la figure 6 montre schématiquement un extrait d'une seconde image avec une trame de points transformée. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 présente schématiquement un véhicule 1 constituant un objet mobile. Un dispositif de mesure 2 équipe le rétroviseur côté gauche du véhicule 1 selon la direction de circulation. Le dis-positif de mesure 2 comporte une source lumineuse à diode 3 (non représentée à la figure 1) qui éclaire une zone partielle 4 d'une chaussée. Sur la chaussée, il y a une trace de voie de circulation 5 qui est couverte au moins partiellement par la plage partielle 4. La figure 2 montre schématiquement un véhicule 1 dans un système de coordonnées X, Y, Z. L'axe X décrit la direction de la vitesse longitudinale ou de l'accélération longitudinale ou de la décéléra-tion longitudinale du véhicule 1. La flèche 8 qui tourne autour de l'axe X décrit l'angle de roulis du véhicule 1. L'axe Y passe par le point S et donne la direction de la vitesse transversale ou de l'accélération transversale du véhicule 1. La flèche 7 indique schématiquement l'angle de tangage du véhicule 1. L'axe Z est l'axe vertical du véhicule autour du-quel tourne le véhicule par un mouvement de lacet. La flèche 10 représente schématiquement l'angle de flottement du véhicule. La figure 3 montre schématiquement le dispositif de me-sure 2. Dans l'exemple de réalisation, le dispositif de mesure 2 corn-porte un boîtier 11 équipé d'une caméra CMOS 12 avec un processeur de signal numérique (non représenté) sous la forme d'une puce. Le dis-positif de mesure 2 a de préférence une plaquette de circuit imprimé 13 comme plaquette de circuit et un système optique 14. La source lumineuse à diodes 3 de l'exemple de réalisation se trouve dans le boîtier 11 15 et peut être par exemple une diode LED fonctionnant avec une longueur d'onde de 800 m. La source lumineuse à diodes 3 peut également être installée à l'extérieur du boîtier 11 sur le véhicule 1. La source lumineuse à diodes 3 éclaire la zone partielle 4 qui est par exemple une partie d'une chaussée. La lumière est réfléchie par la surface de la zone 20 partielle 4 pour être envoyée par le système optique 14 sur la puce de la caméra CMOS 12. La figure 4 montre schématiquement une première image b 1 et une seconde image b2 de la zone partielle 4. La seconde image b2 est décalée de l'angle a par rapport à la première image b 1. L'angle a 25 représente l'angle de rotation entre la première image b 1 et la seconde image b2. Le décalage de la seconde image b2 de l'angle a par rapport à la première image b1 résulte ainsi du mouvement relatif de l'objet mobile par rapport à la surface de référence stationnaire. Par exemple l'image b 1 et l'image b2 peuvent correspondre à des zones partielles 30 d'une surface de chaussée ; la surface de chaussée constitue la surface de référence stationnaire par rapport à l'objet mobile tel qu'un véhicule. Les deux images b1, b2 ont néanmoins des zones d'images encore communes avec des points images communs. La figure 5 montre schématiquement la première image 35 b l ou un extrait de la première image b l. Dans la première image b l ou dans l'extrait de la première image b 1 on a initialisé une trame de points régulière. Les points initialisés ont ainsi des coordonnées fixes dans l'extrait de la première image b 1. Comme la seconde image b2 est décalée par rapport à la première image b 1 il faut également que la trame de points de la seconde image b2 soit décalée par rapport à la trame de points de la première image b 1. Une corrélation croisée de l'ensemble de la première image b l et de l'ensemble de la seconde image b2 pour déterminer le décalage peut demander beaucoup de calculs en fonction de la taille de l'image. C'est pourquoi le procédé selon l'invention se limite de manière préférentielle à des extraits de la première image b 1 et de la seconde image b2. Ces extraits sont de préférence traités de façon à avoir une résolution plus petite par exemple d'un coefficient 104 par rapport aux autres zones des images b1, b2. Ainsi on réduit les calculs à effectuer pour déterminer le décalage et le temps nécessaire au calcul. Pour toutes les images prises par le dispositif de mesure 2, comme la vitesse de prise de vue est très importante, l'angle de rotation entre deux images qui se suivent directement dans le temps est très petit et en première approximation on peut supposer qu'il est égal à zéro. Pour la recherche de la correspondance des points, dans une première étape on utilise un vecteur de translation à partir d'une paire de points correspondants déjà déterminés ; au moins l'un des points de la perte de points se trouve dans une image prise antérieure-ment. Ce vecteur de translation (qui se détermine avec au moins une image antérieure) sera alors utilisé comme valeur évaluée dans la transformation d'images pour transformer un point vers une image postérieure. La transformation d'un point par exemple de la première image b 1 dans la seconde image b2 se fait en conséquence par une transformation d'image tenant compte d'un vecteur de translation antérieur. De façon avantageuse, on peut ainsi en première approximation et de manière simple donner la position d'un point dans l'extrait de la seconde image. La position de la trame de points dans l'extrait de la seconde image b2 correspond toutefois seulement en première approximation à la position que prendrait la trame de points si elle avait effectivement été décalée. Le vecteur de translation n'a été pris en compte que comme valeur évaluée dans le calcul de la transformation d'image. La position effective de la trame de points qui dépend du mouvement de l'objet peut avoir des différences de transformation par rapport à l'image fondée sur une évaluation car le mouvement de l'objet peut avoir changé par rap- port au mouvement de l'objet pris en compte en dernier lieu. A la figure 5 on a en outre représenté une région de recherche 15. La région de recherche 15 de l'exemple de réalisation a été choisie avec une forme car-rée et se situe entre quatre points de la trame points. Mais on peut également envisager d'autres géométries pour la région de recherche 15 ainsi que d'autres positions de la région de recherche 15 dans la trame de points. La figure 6 montre schématiquement la trame de points à transformer dans l'extrait de la seconde image b2. Les points de la trame de points sont associés après la transformation d'images en coor- données de l'extrait de la seconde image. Les coordonnées associées ne sont toutefois précises qu'en première approximation comme exposé à cause de la transformation d'images. Les points délimités dans la première région A ne sont pas utilisés pour la recherche de points correspondants car ils se trouvent soit à l'extérieur de l'extrait de la seconde image b2 soit proche de la zone du bord de l'extrait. Plus on pourra utiliser de points de la trame de points dans l'extrait de la première image b 1 et dans l'extrait de la seconde image b2 pour la recherche de points correspondants et plus précise sera alors la vitesse transversale de l'objet en mouvement. Dans l'étape suivante on compare dans une ré- gion de recherche 15' les états de contraste qui existent avec les états de contraste de la région de recherche 15 de l'extrait de la première image b 1. Les points de la trame de points de la seconde image b2 prennent alors les coordonnées X, Y de l'extrait de la seconde image b2 et les régions de recherche 15, 15' ayant pour l'essentiel les mêmes zo- nes d'images dans la première image b l et dans la seconde image b2. Sur le fondement des coordonnées du point initialisé dans l'extrait de la première image et des coordonnées X, Y dans l'extrait de la seconde image b2 qui forment une paire de points correspondants, on calcule ensuite un vecteur de coulissement et un vecteur de translation. Le vecteur de translation est utilisé comme valeur éva- luée dans la transformation d'image pour transformer des points ; les points se trouvent dans des images qui se suivent dans le temps et/ ou sont transformés dans des images qui se suivent dans le temps. Le vecteur de coulissement est seulement influencé par la vitesse de prise de vues et le rapport d'images à prendre en compte pour le calcul. Le vecteur de coulissement permet de calculer l'angle de flottement d'un objet mobile. L'angle de flottement est ainsi indépendant du rapport d'images et de la vitesse de prise de vues. 15 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de détermination du mouvement relatif notamment de la vitesse transversale d'un objet mobile avec une vitesse longitudinale par rapport à la surface du sol d'une surface de référence fixe, par un dis- positif de mesure (2), caractérisé en ce que l'objet comporte le dispositif de mesure (2) et on obtient le mouvement relatif notamment la vitesse transversale de l'objet mobile par l'exploitation d'une première image (b 1) et d'une seconde image (b2) postérieure à la première image (b 1) selon un procédé de correspondance de blocs par corrélation. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde image (b2) comprend au moins un extrait de la première image (b 1) . 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on recherche les points correspondants dans l'extrait de la première image (b1) et dans un extrait de la seconde image (b2). 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la recherche de points correspondants on initialise au moins un point avec les coordonnées dans l'extrait de la première image (b 1) et on transforme par une transformation d'images dans l'extrait de la seconde image (b2), le point ayant une coordonnée dans l'extrait de la seconde image (b2), et pour la transformation d'images on utilise un vecteur de transformation et/ou un angle de rotation pour une recherche de points correspondants entre la première image (b 1) et une image antérieure à la première image (b 1) ou entre plusieurs images antérieures à la première image (b 1) . 5 ) Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce qu' à partir des coordonnées associées à au moins un point dans l'extrait de la seconde image (b2) on forme une région de recherche (15') et par cette région de recherche (15'), on évalue le décalage d'au moins un point pour contrôler les coordonnées associées dans l'extrait de la seconde image (b2). 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on évalue le décalage d'au moins un point dans l'extrait de la seconde image (b2) par comparaison des états de contraste dans une région de recherche (15) de la première image (b 1) et d'une région de recherche (15') de la seconde image (b2). 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à l'aide des correspondances de points obtenues, on détermine un vecteur de coulissement, un vecteur de translation et/ou un angle de rotation, le vecteur de translation et/ou l'angle de rotation étant utilisés pour calculer une transformation d'image d'au moins un point, et au moins ce point se trouve dans la seconde image (b2) et on le transforme dans une image qui suit dans le temps la seconde image (b2) ou encore au moins un point se trouve dans une image qui suit dans le temps la seconde image (b2) et est transformée dans une autre image postérieure à la seconde image (b2). 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine le vecteur d'accélération et/ou le vecteur de secousses et/ou la vitesse angulaire et/ou l'accélération angulaire en fonction du vecteur de coulissement et/ou la présence d'une ligne de voie de circulation (5) et/ou le fait de quitter une ligne de voie de circulation (5).9 ) Dispositif de mesure (2) pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 comportant une source lumineuse à diodes (3) et un système optique (14), caractérisé en ce que le dispositif de mesure (2) équipe l'objet en mouvement et le dispositif de mesure (2) comporte une unité de calcul qui détermine le mouvement relatif notamment la vitesse transversale de l'objet en mouvement par un procédé de concordance de blocs par corrélation. 10 ) Dispositif de mesure (2) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (2) comporte une caméra CMOS (12) et/ou un processeur numérique de signaux et/ou une plaque de circuit. 11 ) Véhicule équipé d'un dispositif de mesure (2) selon les revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (2) calcule la vitesse transversale et/ou le vecteur d'accélération et/ou le vecteur de réaction et/ou la vitesse angu- laire et/ou l'accélération angulaire du véhicule et/ou un signal détectant le fait de quitter la ligne de voie de circulation (5).25