Brevet FR2979301A1 — publié le 20130301

Titre Dispositif pour véhicule d'affichage temps réel sur un écran panoramique à partir d'une prise d'image, par une caméra associée à un miroir à anamorphose conique. Domaine technique auquel se rapproche l'invention : La présente invention concerne un système d'affichage panoramique en temps réel dans un poste de pilotage. Cette technologie est destinée au secteur automobile, dans le but d'améliorer la conduite. Mais on peut imaginer, dans une version modifiée, une application pour le pilotage d'engins marins ou sous-marins, à ceci près qu'il ne s'agira plus d'ondes électromagnétiques mais d'ondes sonores. Etat de la technique antérieure : Il existe aujourd'hui plusieurs brevets utilisant des technologies associant caméra et écran d'affichage pour aider le conducteur. L'invention présentée diffère fondamentalement de toutes les autres inventions précédemment brevetées du secteur des transports par l'utilisation d'un miroir à anamorphose conique. L'utilisation de ce dispositif permet de résoudre deux paradoxes portant sur l'association de plusieurs caméras et sur les angles couverts par celles-ci. Le premier paradoxe est celui provoqué par l'association de plusieurs caméras ayant des angles qui se recoupent. En effet, lorsque qu'un objet se trouve couvert par les angles d'observations de plusieurs caméras, celui-ci ce trouve sur les images générées par ces caméras. A ce stade, soit on affiche toutes les images, et on a alors l'objet sur plusieurs écrans ; et il devient rapidement très difficile d'interpréter la série d'images : l'objet est-il loin ? ou près ? à quel angle exact se trouve-t-il par rapport au véhicule ? Soit on n'affiche qu'une seule image sur un écran, mais cette technique induit nécessairement un contrôle automatisé, et trouve ses limites avec l'arrivée de plusieurs objets à prendre en compte. Le paradoxe est que, plus on ajoute de caméras et moins le message que l'on envoie au conducteur est facile à interpréter. Le deuxième paradoxe est l'utilisation de caméras ayant des angles d'observation qui ne se recoupent pas. Or, il est impossible de positionner parfaitement au même endroit plusieurs caméras, pour minimiser les angles morts induits. On obtient le paradoxe où un système de caméra devant lutter contre les angles morts, comporte, lui-même, des angles morts. 1 Ces paradoxes sont résolus par l'utilisation d'une seule caméra, mais celle ci est couplée avec un dispositif à anamorphose conique. Une telle technologie induit l'utilisation d'un processus de traitement d'image et d'un écran spécifique. Voici deux brevets caractéristiques des technologies existantes, leurs limites et les solutions apportées par la nouvelle invention : Le brevet CN 201395104 propose de faire un assemblage de 3 caméras et d'afficher les images de celles ci de façon distincte devant l'utilisateur. Or, on peut rapidement se rendre compte que les angles des caméras se coupent. Le défaut réside dans le fait que, lorsqu'un autre véhicule se trouvera dans les angles d'ouverture de 2 caméras, il sera affiché 2 fois, sur 2 écrans. Cet état de fait rend difficile l'interprétation des écrans lors de la conduite. C'est dans un cas comme celui ci que la présente invention, celle-ci dotée d'un système anamorphose conique, apporte un véritable plus, car l'écran est unifié sur tous les angles, ce qui améliore grandement la clarté des informations, tout en diminuant le coût d'un tel dispositif. Le brevet JP 2007158642 propose quant à lui, de disposer plusieurs caméras autour du véhicule et d'afficher sur un seul écran l'image de la caméra qui sera la plus utile au conducteur. Cette invention présente aussi un défaut mais d'une autre nature. En effet, lorsque le besoin de connaître le positionnement de tous les autres véhicules est nécessaire, ce système ne permet d'en afficher qu'un seul. Ce système trouve donc ses limites lorsque la circulation augmente, c'est-à-dire précisément au moment où le système serait le plus utile. Là encore, la présente invention, en affichant en continu les informations tout autour du véhicule, améliore la vision du pilote lors de la conduite, et facilite sa prise de décision, quel que soit l'encombrement des voies de circulation. But de l'invention Le but de la présente invention est d'améliorer la clarté des informations dont dispose le pilote et ainsi les prises de décisions, de diminuer en conséquence le nombre des accidents de la circulation et enfin de sauver des vies. Dans le secteur des transports, et tout particulièrement de l'automobile, il s'agit d'abord de supprimer l'existence des angles morts, d'éliminer la possibilité de collision avec les rétroviseurs, et de ne plus être ébloui par la réflexion des phares. Cette invention pourrait également fournir une 2 assistance au moment du stationnement mais aussi, améliorer le confort de conduite, l'ergonomie, en ayant déjà un système adapté pour tous les utilisateurs. Enfin, elle ouvrira de nouvelles possibilités au design automobile. En effet, la morphologie des véhicules pourrait être modifiée considérablement avec la suppression des rétroviseurs latéraux et l'angle dégagé à l'arrière pour le rétroviseur central. Présentation de l'essence de l'invention L'idée est d'avoir, sur tout ou une partie de la longueur de la plage avant du véhicule, juste après le volant de direction, un écran affichant l'intégralité des angles couverts par les rétroviseurs et les angles morts, et ceci de manière continue. Pour réaliser cette image, un dispositif de caméra munie d'un miroir à anamorphose conique, sera fixé sur le dessus du véhicule et filmera sur 360° autour du véhicule. Description La présente invention concerne un système d'affichage panoramique en temps réel dans un poste de pilotage. Pour réaliser cette image panoramique, un système couplant un miroir anamorphose conique et une caméra sera disposé de préférence sur le toit. L'image prise, ensuite retraitée en continu, sera envoyée à l'écran d'affichage. Comme décrit dans le schéma Figure 1 cette invention se décompose en 3 parties : Premier module : Le miroir à anamorphose conique et la caméra Description du module : Ce sous-système est la partie capteur de l'invention (Figure 3) Les rayons lumineux (3.A), tout autour du véhicule, arrivent sur le miroir à anamorphose conique (3.2), celui-ci ayant une courbe incurvée pour envoyer parallèlement les rayons lumineux sur l'objectif de la caméra (3.4). La courbe du miroir est calculée selon deux critères principaux : tout d'abord il faut veiller à ce que les rayons lumineux soient envoyés parallèlement sur l'objectif de la caméra. Mais aussi il faut évaluer soigneusement les angles couverts par ce miroir en fonction de la géométrie du véhicule et de la hauteur où il est positionné. Il est possible d'utiliser plusieurs courbes pour le miroir conique. On calcule celles ci suivant un 3ème critère afin de maximiser la surface de réflexion des angles utiles à la conduite. On obtiendra ainsi 3 d'optimiser la quantité d'informations envoyées à la caméra, comme il est d'usage dans le traitement du signal pour les dispositifs optiques. La partie miroir sera entourée d'une coque transparente (3.1) permettant de protéger celui-ci de la poussière et des intempéries, en minimisant sa résistance à l'eau. Il est à prévoir que cette coque de protection servira aussi de filtre polarisé pour minimiser l'apparition d'images fantôme, et bloquer les rayons lumineux directs provenant d'une source lumineuse forte, comme les phares d'un autre véhicule, ou le soleil. La caméra numérique sera positionnée juste en dessous du miroir à anamorphose conique et enverra l'image reçue au module de contrôle et traitement d'image, en format MPEG4. Le miroir à anamorphose sera maintenu au dessus de la caméra avec une tige qui sert de support (3.3). Il faut ajouter qu'une caméra numérique n'envoie pas 24 images par seconde. Elle en envoie beaucoup moins. Pour réaliser néanmoins un affichage de 24 images par seconde, une caméra numérique envoie juste les éléments d'images qui ont changé avec les coordonnées de ces changements, sachant qu'au final il faudra faire une correction de distorsion avant l'envoi sur l'écran. Le fait de devoir également appliquer les corrections de distorsion sur les éléments d'images envoyés par la caméra, a une incidence sur le développement du système qu'il faut prendre en compte. La caméra numérique fonctionnera lorsque le véhicule se déplace le jour, mais aussi la nuit, il faut donc prévoir un contrôle automatisé de sa sensibilité lumineuse. La plupart des caméras numériques intègrent un sous-module de communication pour l'envoi des données. Positionnement et intégration du système : Une fois l'invention réalisée dans sa partie technique, se pose une série de défis pour positionner et intégrer de manière concrète le dispositif dans un véhicule. En effet, les dispositifs de lentille à anamorphose conique associés à une caméra existent déjà mais seulement pour des applications photographiques. D'autre part, leur taille se situe aux alentours de 17 centimètres de haut pour un diamètre circulaire de 11 centimètres. Appliqués au secteur automobile, ces dispositifs ne conviennent pas du tout, car ils sont trop volumineux et poseraient de nombreux problèmes d'encombrement, d'aérodynamisme et de design. Ce module doit être le plus petit possible pour des raisons d'aérodynamisme et le plus haut possible pour avoir des angles plongeants sur les bords du toit du véhicule. Une solution d'intégration du module a été trouvée en le miniaturisant, et en le positionnant sur une antenne fixe sur le toit (3.5 et 3.6). 4 Il faut ajouter que ce module fixé sur une antenne sera particulièrement soumis aux vibrations du véhicule mais aussi à celles de l'air. Or, une partie de la qualité des images affichées sur l'écran principal dépendra de la stabilité de la caméra sur la voie de circulation. Il faudra prévoir une antenne la plus rigide possible comportant un revêtement capable d'absorber les vibrations venant de la circulation sur la voie, du moteur. De même qu'une étude sur l'aérodynamisme du dispositif permettra de diminuer considérablement les vibrations issues de la circulation de l'air sur l'antenne. Second module : Contrôle et Traitement d'image Description du module : Ce module est la partie contrôle informatique de l'invention, et il est lui-même composé de plusieurs sous-modules : communication, décompression, régulation de la sensibilité lumineuse, sélection et découpage de l'image, correction de la distorsion, ainsi qu'un sous-module convolution et lissage (Figure 2). A une fréquence identique à celle de l'envoi du module caméra et miroir à anamorphose conique, les informations relatives aux images envoyées, sont mémorisées localement, puis suivent un traitement en pipeline. Le sous-module de communication est le module chargé de réceptionner les données 20 numériques. Le sous-module décompression est chargé de calculer et d'interpréter les images reçues, et de les stocker localement. Pour un usage civil, il est à prévoir, éventuellement, que les images seront successivement enregistrées sur un même espace mémoire, afin d'effacer les images anciennes. L'invention devra filmer en continu la voie publique, et avec l'aide de cette précaution il n'y aura pas 25 d'infraction contre la vie privée. Néanmoins la prévision de 30 secondes ou 1 minute de mémoire, peut s'avérer utile, et faire office de boîte noire sur les véhicules. Ce qui permettra, par exemple, de lutter contre les délits de fuite. Le sous-module régulation de la sensibilité évalue la luminosité de l'image, et peut envoyer un ordre de réajustement de la sensibilité lumineuse de la caméra. 30 Le sous-module de découpage et sélection de l'image est un module plus complexe (Figure 4), Tout d'abord, il y a la partie sélection de l'image. En effet, comme l'image de la caméra est amenée à bouger, et ceci même à l'arrêt, à cause des vibrations, on utilise alors une marge sur l'image, en choisissant de ne pas afficher la totalité. Cela permet de vérifier tout d'abord si un faible recalage d'une partie ou de la totalité de l'image est suffisant pour assurer une continuité des prises d'images. Si c'est 35 possible, on effectue alors un recalage. Si ce n'est pas possible, on attend alors la prochaine image complète pour réinitialiser la vidéo numérique. Ce module est aussi chargé de découper l'image, car, à 5 ce stade, on a encore une image circulaire sur 360° (4.2), provenant des rayons lumineux tout autour du véhicule (4.1), sauf ceux cachés par le toit (4.3). Le conducteur voit très bien vers l'avant (4.B) et il n'est pas tout à fait nécessaire d'avoir l'intégralité des angles. L'angle exact découpé dépend de la morphologie du véhicule, de la position de la caméra et de l'angle de vision du pilote. On peut néanmoins affirmer que dans la plupart des véhicules, le pilote verra clairement sur un angle de 90° sur l'avant, et donc on ne gardera que 270° (4.A) sur les 360° initiaux. Le sous-module correction de distorsion (Figure 5) est chargé de traiter une image ou un bloc d'images ayant une forme circulaire (5.A), et d'obtenir une nouvelle image plane prête à être affichée sur l'écran (5.B). Le sous-module de convolution et lissage est une partie nécessaire du traitement d'image appliqué à son utilisation pour un véhicule. En effet, tout le monde a remarqué que lorsqu'on se trouve dans une voiture, et que l'on regarde par l'une des vitres latérales, on ne peut pas voir les détails de la route. Pour la caméra numérique, c'est à peu près pareil : dès que la vitesse sera supérieure à 30km/h, le fond d'images que celle ci va filmer sur les parties latérales donnera beaucoup de défauts numériques d'affichage, et il faudra les lisser pour obtenir une image nette. D'autre part, sur les parties latérales, les véhicules à l'arrêt seront fondus dans le paysage, mais ce n'est pas grave car, tout véhicule à l'arrêt se trouvant depuis plusieurs secondes dans l'angle d'observation avant du conducteur sur 90° et qui n'a pas donné lieu a une manoeuvre particulière, ne constitue pas en soi un danger. Par contre, les véhicules ayant un mouvement proche de notre véhicule et se trouvant sur les parties latérales seront, eux, affichés, car, du fait de la relative stabilité de leur image, ils seront détectés par la caméra numérique, contrairement au fond d'écran défilant rapidement. Ce sous-module effectuera alors une opération de convolution numérique pour que ces véhicules se déplaçant sur les parties latérales soient mis en relief. Positionnement et intégration du système : Il n'y a pas d'exigence particulière pour le positionnement de ce module. On peut néanmoins envisager de l'installer juste derrière l'écran d'affichage, pour bénéficier de l'amélioration récente sur l'encombrement des écrans plats. Il y a aussi un autre avantage pour cet emplacement, c'est de pouvoir câbler directement le module de contrôle et traitement au module d'écran d'affichage. En effet, les exigences de temps d'exécution peuvent ainsi être réduites du fait d'une connectique directe vers l'affichage. Il faut noter que les dernières technologies d'écran numérique se sont développées ces dernières années. Et ces écrans sont munis d'une capacité de calcul de plus en plus grande. On peut espérer que dans le futur, on pourra directement intégrer le module entier de contrôle et traitement d'image à l'intérieur même de l'écran numérique. 6 Troisième module : Ecran d'affichage Description du module : Ce sous-système est composé d'un module de communication et d'un écran d'affichage numérique Celui-ci sera chargé d'afficher en temps réel les images autour du véhicule sur un écran panoramique. Il faut y ajouter l'affichage des différents degrés et de repères visuels pour situer rapidement la distance et l'angle où se trouvent les différents objets affichés. La figure 6 montre un exemple d'application de l'invention, en prenant le cas d'un autre véhicule dépassant par la gauche.la partie 6.A est un schéma de ce qu'affichera l'écran panoramique et 6.B un schéma du positionnement des véhicules. Positionnement et intégration du système : Plusieurs questions ce posent sur la taille de l'écran. Notamment, est-il utile d'avoir un écran sur l'intégralité de la plage avant du véhicule ? Est-ce qu'un écran d'affichage conséquent mais de taille plus modeste juste devant le conducteur ne serait pas tout aussi efficace ? La réponse n'est pas simple à trouver, cela dépendra surtout des premiers résultats des tests des prototypes, et aussi de ceux relevés par les autorités légiférant sur les standards en matière de sécurité routière de chaque nation. Idéalement, on peut préférer un écran sur l'intégralité de la plage avant du véhicule, ce qui permettrait d'évaluer plus précisément la distance avec les véhicules. Mais un écran plus petit peut s'avérer tout aussi efficace et bien moins coûteux, ce qui peut favoriser la possibilité d'une industrialisation en grande série. Cette question n'est pas à négliger car si le produit est réalisé pour une grande série, il est alors possible d'effectuer des économies d'échelle et permettre à tous les véhicules nouvellement produits de bénéficier de cette technologie. Il est aussi à prévoir, en étudiant un encombrement minimum de l'écran, l'affichage en sur brillance des compteurs du tableau de bord, ainsi qu'éventuellement le système d'aide à la conduite GPS. 7 REVENDICATIONS1. Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule, comportant au moins une caméra numérique associée à un miroir à anamorphose conique, un dispositif électronique et informatique de contrôle et de traitement d'image, et un système électronique d'affichage panoramique (Figure 1). 2. Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système optique associe un miroir anamorphose de forme conique (3.1) disposé au-dessus de l'objectif d'une caméra pour rediriger parallèlement les rayons lumineux venant de tout autour du véhicule sur l'objectif de la caméra numérique (Figure 3). 3. Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système optique, indépendamment de son encombrement ou de sa position au-dessus du véhicule, aura une coque de protection, pour limiter les images parasites et protéger la partie extérieure du système contre les poussières et les intempéries. 4. Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la caméra numérique transmettant un flux vidéo compressé au module de contrôle et de traitement, et devant disposer d'un système de réglage de sa sensibilité lumineuse contrôlable, pour permettre son utilisation pendant la nuit, ou lors des périodes à luminosité réduite. 5. Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le Module de contrôle et traitement numérique a plusieurs fonctionnalités, dont celle du sous-module de communication, du sous-module décompression vidéo, du sous-module contrôle de la sensibilité lumineuse de la caméra numérique, du sous-module sélection et découpage de l'image, du sous-module de correction de distorsion, et du sous-module convolution et lissage numérique (Figure 2). 6. Procédé utilisé dans le Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que le sous-module sélection et découpage numérique, dans une première étape, prend en compte les vibrations potentielles entre plusieurs prises de vue pour les décalages éventuels des blocs d'image et pour les images complètes, ainsi l'image prise initialement est redécoupée à cette étape pour fournir une image stable puis, dans une deuxième étape, le sous-module effectue la sélection parmi les 360° filmés de l'angle uniquement nécessaire à l'information sur la circulation arrière et latérale, soit autour de 270° suivant la géométrie du véhicule et la position relative du pilote (Figure 4). 7. Procédé utilisé dans le Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon les revendications 5 et 6, caractérisé par une étape de correction de distorsion exécutée par un sous module de correction de distorsion d'image anamorphique, réalisant une distorsion numérique des 8images vidéo et des blocs images relatifs à leur position, pour produire une image plane facilement interprétable pour l'utilisateur lors de l'affichage sur l'écran (Figure 5). 8. Procédé utilisé dans le Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon les revendications 5, 6 et 7, caractérisé par le fait que le sous-module convolution et lissage numérique met en relief les éléments d'image correspondant à d'autres véhicules avec un filtre matriciel passe haut et lisse le fond d'image avec un filtre matriciel passe bas, suivant l'intensité de l'exposition lumineuse, pour mettre en relief les véhicules et éviter des défauts d'image numérique lors des déplacements rapides de la caméra. 9. Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon les revendications 5, 6, 7 et 8 caractérisé en ce que le Module de contrôle et traitement numérique fait une mise en mémoire du flux, qui permettra d'avoir une fonctionnalité de boîte noire. 10. Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon les revendications caractérisé en ce que l'écran panoramique sera un écran plat pour réduire au maximum l'encombrement, et qu'il aura la possibilité d'afficher l'ensemble des angles arrières et latéraux du véhicules y compris les angles morts, et que l'écran du fait de sa taille pourra éventuellement servir pour l'affichage des données de l'ordinateur de bord du véhicule, y compris celles d'un tableau de bord et celles des aides à la conduite GPS (Figure 6). 11. Dispositif d'affichage panoramique pour véhicule selon les revendications caractérisé en ce que l'écran panoramique sera doté de repères spatiaux affichés pour situer à la fois les principaux angles et les lignes parallèles, afin d'aider le pilote à situer les différents objets visibles par rapport au véhicule. 9