Brevet FR2920879A1 — publié le 20090313

PROCECE DE DETERMINATION D'UNE DIRECTION DE DEPLACEMENT, APPLICATION, ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE. L'invention concerne, de façon générale, la métrologie. Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier de ses aspects, un procédé de détermination de la 10 direction de déplacement d'un repère lié à un mobile par rapport à une surface de référence présentant des hétérogénéités locales. Bien qu'il soit déjà connu aujourd'hui de mesurer par 15 exemple l'angle de dérive d'un véhicule terrestre, tel qu'une moto de compétition sur un circuit, les techniques existantes requièrent un matériel relativement sophistiqué e_ une mise en oeuvre complexe. 20 L'invention, qui se situe dans ce contexte, a pour but de proposer un procédé de détermination de la direction d'un déplacement qui soit essentiellement exempt de ces contraintes. 25 A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes consistant à : - lier au mobile un appareil de prise de vues disposé 30 pour observer les hétérogénéités locales et pour produire des images dont chacune présente une orientation connue dans ledit repère; - former, au moyen de l'appareil de prise de vues, au moins une image instantanée des hétérogénéités locales 35 avec une vitesse de défilement optique supérieure à la vitesse de résolution de l'appareil de prise de vues,5 chaque hétérogénéité n'étant ainsi visible, sur chaque image instantanée, que sous la forme d'une trace allongée; - déterminer, sur chaque image, un premier angle formé entre la direction de la trace d'au moins une hétérogénéité et l'orientation connue de cette image; et - déduire au moins de ce premier angle la direction du déplacement c.0 repère lié au mobile par rapport à la surface de référence. avantageusement une étape à déterminer l'inclinaison du 15 repère lié au mobile par rapport à la surface de référence. Le procédé de l'invention peut alors comprendre une étape de correction consistant à corriger, en fonction de 20 l'inclinaison du repère par rapport à la surface de référence, la direction de déplacement déduite du premier angle. L'étape de détermination du premier angle comprend par 25 exemple une opération consistant à réaliser un spectre de chaque image instantanée en appliquant à cette image une transformée de Fourier bidimensionnelle et à prendre, en tant que premier angle, l'angle formé entre une orientation prédéterminée du spectre et une trace 30 collective des hétérogénéités révélée par le spectre. L'étape de détermination du premier angle peut comprendre en complément une opération de recherche de maximum d'intensité, permettant de localiser l'axe central de la 35 trace collective. Dans le cas rapport à l'invention supplémentaire où le mobile n'a pas une inclinaison fixe par la surface comprend consistant de référence, le procédé de Le procédé de l'invention est idéalement applicable à la détermination de la dérive d'un véhicule à au moins deux roues par rapport à une voie de circulation constituant ladite surface de référence. L'invention concerne encore un dispositif pour mettre en oeuvre sur un mobile un procédé tel que précédemment décrit, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un appareil de prise de vues conçu pour pouvoir être monté sur le mobile avec une orientation déterminée par rapport à un axe d'avancement de ce mobile et tournée vers une surface localement hétérogène servant de référence au mouvement du mobile, une mémoire fonctionnellement reliée à l'appareil de prise de vues et propre à enregistrer une pluralité d'images instantanées prises par cet appareil, et une unité de traitement de signaux fonctionnellement reliée à la mémoire et propre à déterminer ledit premier angle. Ce dispositif peut avantageusement comprendre un laser conçu pour pouvoir être monté sur le mobile à distance de la surface de référence et pour émettre en fonctionnement:, vers cette surface de référence, un pinceau de lumière orienté suivant une direction non parallèle à l'axe d'avancement du mobile, ce pinceau de lumière produisant une trace supplémentaire à la fois visible sur le spectre et variant avec l'inclinaison du mobile par rapport à la surface de référence. Dans un mode de réalisation facile à mettre en oeuvre, l'appareil de prise de vues comprend une caméra numérique, ou est constitué par une telle caméra. Dans ce cas, il est judicieux de prévoir que cette caméra 35 présente une direction de balayage formant avec l'axe d'avancement du mobile un angle compris entre 15 et 75 degrés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une image instantanée d'une surface de 10 référence, produite dans le cadre du procédé de l'invention; - la figure 2 est un spectre obtenu à partir de l'image de la figure 1; 15 - la figure 3 est un diagramme représentant, en ordonnée, la somme cumulée des points du spectre le long d'une droite tournant autour du point origine de ce spectre, en fonction de l'angle a représenté en abscisse et formé 20 entre cette droite et un axe de référence d'orientation Wl du spectre; - la figure 4 est un diagramme représentant, à plus large échelle, le détail référencé IV sur la figure 3, et 25 illustre une opération d'ajustement polynomiale utilisable dans le procédé de l'invention; - la figure 5 est une vue schématique de dessus d'une surface de référence par rapport à laquelle se déplace un 30 mobile lié à un repère dont l'axe vertical est perpendiculaire à la surface de référence; - la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une surface de référence par rapport à laquelle se 35 déplace un mobile lié à un repère dont l'axe vertical est orienté de façon oblique par rapport à la surface de référence; - la figure 7 est une image, formée conformément à 5 l'invention, d'une surface de référence par rapport à laquelle se déplace un mobile équipé d'un laser et lié à un repère dont l'axe vertical est perpendiculaire à cette surface de référence; - la figure 8 est une image, formée conformément à l'invention, d'une surface de référence par rapport à laquelle se déplace un mobile équipé d'un laser et lié à un repère dont l'axe vertical est orienté de façon oblique par rapport à cette surface de référence; - la figure 9 est un spectre formé à partir de l'image de la figure 7; et - la figure 10 est un spectre formé à partir de l'image 20 de la figure 8. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé permettant de déterminer la direction de déplacement, par rapport à une surface de référence S, 25 d'un repère XcYoZo (figure 5) lié à un mobile MOB. En fait, le procédé de l'invention suppose que la surface ne soit pas parfaitement lisse, c'est-à-dire qu'elle présente des hétérogénéités locales, cette condition 30 étant toutefois satisfaite dans l'immense majorité des cas pratiques. Dans un exemple d'application privilégiée de l'invention, le mobile MOB est un véhicule à roues, par exemple une 35 moto ou une voiture, l'axe Xo du repère orthonormé XoYoZo étant constitué par l'axe longitudinal du véhicule, pointant dans sa direction d'avancement en ligne droite, l'axe Zo du repère XoYoZo étant constitué par l'axe vertical du véhicule, par exemple l'axe perpendiculaire au plancher dans le cas d'une voiture, et l'axe Yo du repère XoYoZo étant perpendiculaire aux deux premiers axes Xo et Zo. La surface de référence S, qui joue dans ce cas particulier la fonction de voie de circulation du véhicule MOB, est elle-même susceptible d'être considérée comme liée à un repère orthonormé XYZ dans lequel elle s'étend. Le procédé de l'invention comprend une première étape qui est en fait une étape préliminaire et qui consiste à lier un appareil de prise de vues K au mobile MOB dans une position déterminée permettant à cet appareil d'observer les hétérogénéités locales de la surface S. L'appareil K, qui est de préférence constitué par une caméra numérique, peut ainsi produire de la surface S des images présentant une orientation connue Wo dans le repère XoYoZo lié au véhicule MOB. La deuxième étape du procédé de l'invention consiste à former, au moyen de l'appareil de prise de vues K monté sur le mobile en mouvement, une ou plusieurs images instantanées, telles que 10, 11 et 12, des hétérogénéités locales de la surface S, en prenant soin de faire en sorte que la vitesse de défilement optique de ces hétérogénéités par rapport au capteur de l'appareil de prise de vues K soit supérieure à la vitesse de résolution de ce capteur. De cette façon, et comme le montrent les figures 1, 7 et 8, chaque hétérogénéité de la surface S n'est visible, 7 sur chacune des images instantanées 10, 11 et 12, que sous la forme d'une trace allongée. L'étape suivante consiste à déterminer, sur chacune des images 10, 11 et 12 ainsi obtenues, l'angle amax formé (figure 1) entre la direction DT de la trace d'au moins une hétérogénéité, et l'orientation connue Wo de l'image 10, 11, ou 12 concernée. Comme l'orientation Wo de chaque image est connue dans le repère XoYoZo, il est alors possible de déduire de cet angle amax la direction D (figure 5) dans laquelle le repère XoYoZo lié au mobile MOB se déplace par rapport à la surface de référence S ou, en d'autres termes, par rapport au repère XYZ lié à la surface S. Il est possible, comme le montre la figure 1, de déterminer directement l'angle amax sur les images instantanées telles que 10. Néanmoins, cet angle amax peut être déterminé de façon plus précise sur la base d'un spectre, tel que 20, de chaque image instantanée 10 ou d'un ensemble d'images instantanées successives, obtenu en appliquant une transformée de Fourier bidimensionnelle à cette image ou à ces images. Comme le montre la figure 2, un tel spectre présente une orientation Wl liée à l'orientation Wo de l'image ou des images dont il est issu, et révèle la trace collective TC des hétérogénéités directement visibles sur l'image 10 ou les images d'origine. La détermination de l'angle amax peut ainsi consister 35 (figure 2) à prendre, pour valeur de cet angle, la valeur de l'angle formé entre l'orientation Wl de ce spectre 20 et la trace collective TC des hétérogénéités de la surface de référence S. Cette opération peut elle-même être effectuée avec une précision optimale en balayant le spectre 20 au moyen d'une droite (en blanc sur la figure 2) tournant autour du point origine 0 de ce spectre en formant un angle a variable avec l'orientation Wl connue du spectre 20, en représentant (figure 3) la somme E des points du spectre 20 pour chaque valeur de l'angle a, et en donnant à l'angle amax la valeur que prend l'angle a lorsque la somme E est maximale. La valeur maximale de la somme E peut par exemple être déterminée (figure 4) en recherchant une fonction, par exemple polynômiale, qui soit une fonction continue de l'angle a et qui passe au plus près des points représentant la somme E au voisinage de son sommet, et en recherchant la valeur amax de la variable a pour laquelle la dérivée de cette fonction est nulle. Dans tous les cas, il est souhaitable de faire en sorte que la direction du balayage utilisée par la caméra K pour former les images telles que 10 ne soit confondue ou pratiquement confondue ni avec l'axe d'avancement Xo du mobile MOB, ni avec l'axe transversal Yo, de manière à réduire les artefacts liés à la formation de l'image sous forme de lignes de pixels. Par exemple, la direction de balayage de la caméra K peut former avec l'axe d'avancement Xo du mobile MOB un angle voisin de 45 degrés et en tout cas de préférence compris entre 15 et 75 degrés. La figure 5 illustre de façon très schématique un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé précédemment décrit. Outre l'appareil de prise de vues K, qui est monté sur le véhicule MOB, un tel dispositif comprend au moins une mémoire MEM et une unité de traitement TT, la mémoire et / ou l'unité de traitement pouvant aussi bien être embarquées sur le véhicule MOB qu'installées à distance. En revanche, la mémoire MEM, qui est conçue pour enregistrer les images instantanées prises par l'appareil K de prise de vues, doit être fonctionnellement reliée à cet appareil, que ce soit par un lien physique ou par une liaison à distance telle qu'une liaison radio, et l'unité TT de traitement de signaux, qui est conçue pour déterminer la valeur de l'angle amax, doit elle-même être fonctionnellement reliée à la mémoire MEM par un lien physique ou une liaison à distance. En toute rigueur cependant, l'information obtenue, conformément au procédé précédemment décrit, à partir de la seule détermination de l'angle amax n'est rigoureusement: exacte que si l'axe vertical Zo, qui est lié au véhicule MOB et qui constitue par exemple l'axe optique de l'appareil K, reste parallèle à l'axe vertical Z lié à la surface de référence. Si tel n'est pas le cas, et si par exemple l'axe vertical Zo lié au véicule MOB présente, par rapport à l'axe vertical Z lié à la surface de référence, un angle d'inclinaison 0, encore appelé "angle de carrossage" dans le cas d'un véhicule, dont la valeur est inconnue et incontrôlée, les hypothèses concernant la géométrie de formation des images telles que 10 ne sont plus valides, de sorte que l'exploitation de ces pilages est faussée. Aussi est-il judicieux, dans le cas où l'inclinaison (3 prend ou risque de prendre une valeur non négligeable, de déterminer la valeur de cette inclinaison (3 de manière à pouvoir corriger, en fonction de cette valeur, la direction de déplacement D déduite de l'angle amax. A cette fin, il est possible d'obtenir, par des moyens de mesure séparés connus en eux-mêmes, la valeur de cet angle de carrossage (3, puis d'utiliser cette valeur pour corriger la valeur de l'angle amax sur la base de relations trigonométriques connues ou immédiatement accessibles à l'homme du métier. Néanmoins, il est également possible d'utiliser un procédé intégré et purement optique, dont la mise en oeuvre est illustrée aux figures 5 à 10. Pour ce faire, un laser L est monté sur le véhicule MOB à distance de la surface de référence S, ce laser étant conçu pour émettre en fonctionnement, vers cette surface de référence S, un pinceau de lumière PL orienté suivant une direction non parallèle à l'axe Xo d'avancement du mobile MOB. Dans ces conditions, le pinceau de lumière PL produit une trace supplémentaire, visible sur les images 11 et 12 formées par la caméra K, ainsi que sur les spectres 21 et 22 obtenus par application d'une transformée de Fourier bidimensionnelle sur ces images. Or, comme le montre une simple comparaison visuelle des figures 7 et 8, qui représentent des images respectivement obtenues à inclinaison (3 nulle et à inclinaison (3 non nulle, la trace formée par le pinceau de lumière PL varie avec l'angle j.1 d'inclinaison du mobile MOB par rapport à la surface de référence S, la même observation pouvant être faite par comparaison des spectres correspondants 21 et 22 (figures 9 et 10). Il est ainsi possible, par application des techniques décrites en référence aux figures 2 à 4 et de relations trigonométriques connues ou immédiatement accessibles à l'homme du métier, de déterminer, par exploitation directe des spectres tels que 21 et 22, la valeur de l'angle de carrossage (3 et la valeur correcte de l'angle de dérive amax, même dans le cas où l'angle de carrossage n'est pas nul.15 REVENDICATIONS . 1. Procédé de détermination de la direction de déplacement d'un repère (XoYoZo) lié à un mobile (MOB) par rapport à une surface de référence (S) présentant des hétérogénéités locales, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes consistant à : - lier au mobile (MOB) un appareil de prise de vues (K) disposé pour observer les hétérogénéités locales et pour produire des images dont chacune présente une orientation connue (Wo) dans ledit repère (XoYoZo); - former, au moyen de l'appareil de prise de vues (K), au moins une image instantanée (10-12) des hétérogénéités locales avec une vitesse de défilement optique supérieure à la vitesse de résolution de l'appareil de prise de vues, chaque hétérogénéité n'étant ainsi visible, sur chaque image instantanée (10-12), que sous la forme d'une trace allongée; - déterminer, sur chaque image (10-12), un premier angle (amax) formé entre la direction (DT) de la trace d'au moins une hétérogénéité et l'orientation connue (Wo) de cette image (10-12); et -déduire au moins de ce premier angle (amax) la 25 direction du déplacement (D) du repère (XoYoZo) lié au mobile (MOB) par rapport à la surface de référence (S). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire consistant à 30 déterminer une inclinaison ((3) du repère (XoYoZo) par rapport à la surface de référence (S). 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de correction 35 consistant à corriger, en fonction de l'inclinaison ((3) du repère (XoYoZo) par rapport à la surface de référence 13 (S), la direction de déplacement (D) déduite du premier angle (amax)• 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que l'étape de détermination du premier angle (amax) comprend une opération consistant à réaliser un spectre (20-22) de chaque image instantanée (10-12) en appliquant à cette image (10-12) une transformée de Fourier bidimensionnelle 10 et à prendre, en tant que premier angle (amax), l'angle formé entre une orientation prédéterminée (W1) du spectre (20-22) et une trace collective (TC) des hétérogénéités révélée par le spectre (20-22). 15 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de détermination du premier angle (amax) comprend en outre une opération de recherche de maximum d'intensité, permettant de localiser l'axe central de la trace collective. à enregistrer une pluralité U2920879 20 6. Application d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes à la détermination de la dérive d'un véhicule (MOB) à au moins deux roues par rapport à une voie de circulation constituant ladite surface de référence (S). 7. Dispositif pour mettre en oeuvre sur un mobile un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil de prise de vues (K) conçu pour pouvoir être monté sur le mobile (MOB) avec une orientation déterminée (Wo) par rapport à un axe (Xo) d'avancement de ce mobile (MOB) et tournée vers une surface (S) localement hétérogène servant de référence au mouvement du mobile (MOB), une mémoire (MEM) fonctionnellement reliée à l'appareil de prise de vues (u) t ropr l l d'images instantanées (10--12) prises par cet appareil (K), et une unité (TT) de traitement de signaux fonctionnellement reliée à la mémoire (MEM) et propre à déterminer ledit premier angle (amax) 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un laser (L) conçu pour pouvoir être monté sur le mobile (MOB) à distance de la surface de référence (S) et pour émettre en fonctionnement, vers cette surface de référence (S), un pinceau de lumière (PL) orienté suivant une direction non parallèle à l'axe (Xo) d'avancement du mobile (MOB), ce pinceau de lumière (PL) produisant une trace supplémentaire à la fois visible sur le spectre (21-22) et variant avec l'inclinaison ([3) du mobile (MOB) par rapport à la surface de référence (S). 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'appareil 20 de prise de vues (K) comprend une caméra numérique. 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la caméra numérique (K) présente une direction de balayage formant avec l'axe d'avancement (Xo) du 25 mobile (MOB) un angle compris entre 15 et 75 degrés. 30