Brevet FR2986358A1 — publié le 20130802

L'invention concerne un procédé de calibration des caractéristiques extrinsèques d'une caméra solidaire d'un pare-brise de véhicule automobile en vue de saisir, dans un plan image, des scènes se déroulant au niveau du sol à l'avant du dit véhicule. On rappelle que les caméras présentent en effet des caractéristiques intrinsèques et extrinsèques. Les caractéristiques intrinsèques sont constituées, par exemple, par la focale de la caméra, le zoom ... Les caractéristiques extrinsèques sont quant à elles liées à la position de la caméra par rapport au véhicule et / ou par rapport au sol. Ces caractéristiques extrinsèques s'expriment sous la forme de rotations / translations par rapport à une position idéale de la caméra. Le procédé actuel de calibration de telles caméras consiste : - à positionner devant le véhicule une mire sur laquelle sont matérialisés et repérés n points cibles, avec n supérieur ou égal à trois (n - et à saisir chacun des points cibles repérés sur la mire et à calculer, par la résolution d'un système d'équations non linéaires à six inconnues consistant en trois composantes de translation et trois composantes de rotation, les relations permettant de calculer le positionnement à l'avant du véhicule d'un point de coordonnées données dans le plan image de la caméra. De plus, de façon usuelle, les mires utilisées comportent au moins trois points cibles non alignés. La projection sur le plan image de la caméra de trois points cibles ainsi disposés de façon non linéaire permet, en effet, d'obtenir, par exemple par la mise en oeuvre d'une méthode dite de « Carceroni », un système de six équations non linéaires à six inconnues, (trois translations et trois rotations), présentant une solution unique. Pour des raisons diverses telles que principalement maintien de l'utilisation de mires possédant un nombre réduit d'informations spatiales utilisées antérieurement pour des calibrations moins performantes, certains constructeurs souhaitent, par contre, imposer l'utilisation de mires dont les points cibles sont alignés le long d'un même axe. Toutefois, lorsque les points cibles sont disposés de façon linéaire, les équations du système d'équations ne sont plus indépendantes et la résolution de ce système d'équations par les méthodes connues devient impossible. En fait, aucune méthode ne permet actuellement de procéder à la calibration de caméra au moyen de telles mires, sauf à positionner systématiquement chaque véhicule équipé d'une telle caméra de façon très précise (hauteur, distance, alignement) relativement à la mire. De telles contraintes s'avèrent toutefois conduire à des coûts de mise en oeuvre des procédures de calibration inacceptables dans le domaine automobile. La présente invention vise à pallier ce problème en fournissant un procédé permettant, sans ajout de contrainte coûteuse de mise en oeuvre, la calibration d'une caméra au moyen d'une mire dotée de points cibles alignés. A cet effet, l'invention vise un procédé de calibration des caractéristiques 5 extrinsèques d'une caméra solidaire d'un pare-brise de véhicule automobile, selon lequel : - on positionne devant le véhicule une mire sur laquelle sont matérialisés et repérés n points cibles, (avec n - et on saisit chacun des points cibles repérés sur la mire et on calcule, par la résolution d'un système d'équations non linéaires à six inconnues consistant en 10 trois composantes de translation et trois composantes de rotation, les relations permettant de calculer le positionnement à l'avant du véhicule d'un point de coordonnées données dans le plan image de la caméra. Selon l'invention, ce procédé de calibration consiste à : - utiliser une mire dont les points cibles sont positionnés, chacun, à une hauteur 15 prédéterminée par rapport au sol, et sont alignés le long d'un axe (d), - fixer la caméra sur le pare-brise du véhicule de façon que la dite caméra présente un centre optique s'étendant à une hauteur (hc) déterminée par rapport à la génératrice inférieure des pneumatiques du véhicule reposant sur le sol, - et à déterminer une des composantes de translation à partir de la valeur de la 20 hauteur de chaque point cible et de la hauteur (hc) de la caméra, en vue de la résolution du système d'équations non linéaires. A titre de contrainte, l'invention impose donc simplement de fixer la caméra sur la face intérieure du pare-brise avec une précision permettant de garantir la valeur de la hauteur du centre optique de cette caméra par rapport au sol (dans la pratique une 25 tolérance d'environ ± 2 cm est admise). Or une telle exigence s'avère peu contraignante dans la pratique du fait que : - le montage de la caméra a lieu sur la chaîne de production des véhicules, et peut être effectué avec une grande précision, - la calibration est effectuée en sortie de chaîne de production sur des véhicules 30 dont la pression des pneumatiques est identique pour les différents véhicules, et dont la hauteur des dits pneumatiques est donc parfaitement déterminée. Le procédé selon l'invention permet, moyennant d'exprimer les valeurs des hauteurs des points cibles et du centre optique de la caméra dans un même repère géométrique, de déterminer une des composantes de translation du système d'équations 35 et d'obtenir un système de cinq équations non linéaires à cinq inconnues (deux translations et trois rotations), présentant une solution unique. Le procédé selon l'invention peut, en outre, être mis en oeuvre en utilisant une mire dont les points cibles sont alignés le long d'un axe incliné par rapport à l'horizontale. Toutefois, on utilise avantageusement selon l'invention une mire dont les points cibles sont alignés le long d'un axe (d) au moins sensiblement horizontal. Une telle disposition conduit à positionner les différents points cibles à une même hauteur par rapport au sol, et permet de déduire la valeur de la composante de translation directement de la différence entre la hauteur des points cibles et la hauteur du centre optique de la caméra. Selon un autre mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention, on 10 positionne la mire de façon qu'elle libère une zone de hauteur et largeur adaptées pour autoriser l'évacuation des véhicules équipés d'une caméra calibrée, sans heurter la mire lors de leur passage. Par ailleurs, on applique avantageusement selon l'invention la méthode dite de « Carceroni » en vue de l'obtention du système d'équations non linéaires. 15 D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique d'un poste de calibration pour la mise en oeuvre du procédé de calibration selon l'invention, 20 - et la figure 2 est une vue frontale d'une mire utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de calibration selon l'invention. Le poste de calibration représenté à titre d'exemple à la figure 1 est conçu pour la calibration des caractéristiques extrinsèques d'une caméra 4 solidaire de la face intérieure du pare-brise 3 d'un véhicule automobile 1 reposant sur le sol S par 25 l'intermédiaire de pneumatiques 2 présentant une pression de gonflage déterminée identique pour tous les véhicules d'un même modèle. De plus, la position de cette caméra 4 est ajustée de façon que le centre optique de cette dernière s'étende, avec une tolérance de l'ordre de ± 2 cm, à une hauteur (hc) déterminée par rapport à la génératrice inférieure des pneumatiques 2 du 30 véhicule 1 reposant sur le sol S. Ce poste de calibration comporte une mire 5 portée par une suspension 13 fixée sous le plafond P du dit poste, et agencée de façon que la dite mire s'étende dans un plan vertical (y, z) formant un repère orthonormé avec un axe (x) parallèle à l'axe de déplacement des véhicules 1. 35 Cette mire 5 comporte trois points cibles 6, 7, 8 (figure 2) alignés le long d'un axe (d) au moins sensiblement horizontal. Chacun de ces points cibles 6-8 constitue le point central d'une cible carrée divisée en quatre secteurs carrés 9-12 de mêmes dimensions alternativement «noirs » (secteurs 9, 10) et blancs (secteurs 11, 12). De plus, la suspension 13 est adaptée pour que la mire 5 s'étende au-dessus d'une zone de hauteur et largeur adaptées pour permettre aux véhicules 1 de sortir du 5 poste de calibration sans heurter la mire. La procédure de calibration des caractéristiques extrinsèques d'une caméra 4, réalisée dans ce poste de calibration, consiste : - à saisir les trois points cibles 6-8 de la mire 5, c'est-à-dire à établir les coordonnées de ces trois points cibles dans le plan de la mire, 10 - à déduire la composante de translation selon l'axe z à partir de la différence (hm - hc) entre les hauteurs respectives des points cibles 6-8 et du centre optique de la caméra 4, - à appliquer la méthode dite de « Carceroni » en vue de l'obtention d'un système de cinq équations non linéaires à cinq inconnues, 15 - et à résoudre le système d'équations en vue de déterminer les caractéristiques extrinsèques de la caméra 4. Il est à noter que, selon l'invention, on entend définir par « méthode de Carceroni », la méthode notamment décrite dans l'article de H.Ara'ujo, R.J Carceroni, et C.M Brown : « A fully projection formulation to improve the accuracy of Lowe's pose 20 estimation algorithm » (Computer Vision and Image Understanding, 70/2 ; 227238, 1998). Le procédé de calibration selon l'invention ci-dessus décrit permet de déterminer les caractéristiques extrinsèques d'une caméra 4 au moyen d'une mire possédant un nombre réduit d'informations spatiales (trois points cibles alignés), sans 25 ajout de contrainte coûteuse de mise en oeuvre du procédé de calibration. REVENDICATIONS1/ Procédé de calibration des caractéristiques extrinsèques d'une caméra (4) solidaire d'un pare-brise (3) de véhicule automobile (1) en vue de saisir, dans un plan image, des scènes se déroulant au niveau du sol à l'avant du dit véhicule, le dit procédé de calibration consistant : - à positionner devant le véhicule (1) une mire (5) sur laquelle sont matérialisés et repérés n points cibles (6-8), avec n - à saisir chacun des points cibles (6-8) repérés sur la mire (5) et à calculer, par la résolution d'un système d'équations non linéaires à six inconnues consistant en trois composantes de translation et trois composantes de rotation, les relations 10 permettant de calculer le positionnement à l'avant du véhicule (1) d'un point de coordonnées données dans le plan image de la caméra (4), et le dit procédé de calibration étant caractérisé en ce que : - on utilise une mire (5) dont les points cibles (6-8) sont positionnés, chacun, à une hauteur prédéterminée par rapport au sol (S), et sont alignés le long d'un axe (d), 15 - on fixe la caméra (4) sur le pare-brise (3) de façon que la dite caméra présente un centre optique s'étendant à une hauteur (hc) déterminée par rapport à la génératrice inférieure des pneumatiques (2) du véhicule (1) reposant sur le sol (S), - et on détermine une des composantes de translation à partir de la valeur de la hauteur de chaque point cible (6-8) et de la hauteur (hc) de la caméra (4), en vue 20 de la résolution du système d'équations non linéaires. 2/ Procédé de calibration selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on utilise une mire (5) dont les points cibles (6-8) sont alignés le long d'un axe (d) au moins sensiblement horizontal. 3/ Procédé de calibration selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce 25 que l'on positionne la mire (5) de façon qu'elle libère une zone de hauteur et largeur adaptées pour autoriser l'évacuation des véhicules (1) équipés d'une caméra (4) calibrée. 4/ Procédé de calibration selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on applique la méthode dite de « Carceroni » en vue de l'obtention du système d'équations non linéaires.