Brevet FR3015660A1 — publié le 20150626

La présente invention se rapporte au domaine des systèmes d'assistance à la conduite d'un véhicule, notamment automobile, et concerne un procédé et un système de calibration d'une caméra d'un véhicule. De nos jours, un véhicule automobile comporte ordinairement un système 5 d'assistance à la conduite connu sous l'acronyme ADAS (« Advanced Driver Assistance System » en langue anglaise). Un tel système comprend de manière connue une caméra montée sur le pare- brise du véhicule permettant, par exemple, d'assister le conducteur dans ses manoeuvres ou de détecter un obstacle ou bien le franchissement d'une ligne blanche. 10 Les informations données par les images capturées par la caméra doivent être suffisamment fiables et pertinentes pour permettre d'assister efficacement le conducteur du véhicule. Il est donc nécessaire de procéder préalablement à une calibration de la caméra qui permet d'en compenser à la fois les défauts de fabrication (paramètres 15 intrinsèques de la caméra) et/ou les défauts de positionnement (paramètres extrinsèques de la caméra). Les paramètres intrinsèques à compenser sont, par exemple, la focale de la caméra, sa distorsion, la position de la lentille par rapport au capteur de la caméra etc. Les paramètres extrinsèques à compenser sont la translation et la rotation de 20 la caméra par rapport aux trois dimensions spatiales (six paramètres), appelés dans la suite valeurs de compensation spatiales. La calibration des paramètres extrinsèques est réalisée une première fois en usine à la fin du processus de fabrication du véhicule puis est ensuite généralement répétée postérieurement, par exemple chez un garagiste ou un concessionnaire lors 25 d'une simple maintenance ou consécutivement à une réparation du pare-brise, afin de compenser uniquement les valeurs des paramètres extrinsèques de la caméra. Une méthode de calibration connue consiste à acquérir, avec la caméra du véhicule, des images d'un support de calibration afin de déterminer les valeurs de compensation des paramètres intrinsèques et/ou extrinsèques de la caméra. 30 Comme illustré à la figure 1, un tel support de calibration 1 comporte une pluralité de repères de calibration 4 disposés côte à côte en deux lignes 2 et deux colonnes 3 de sorte à former un cadre. Chaque repère de calibration 4 se présente de manière classique sous la forme d'un élément géométrique en deux dimensions, par exemple de forme carrée et comprenant deux portions opposées diagonalement colorées 35 en noir, les deux autres portions étant colorées en blanc. De manière connue, dans une première étape, il est nécessaire d'aligner parfaitement le véhicule face au support de calibration 1 afin que leurs référentiels tridimensionnels respectifs soient parallèles de manière à annuler les différences d'angles polaires entre le véhicule et le support de calibration 1. En d'autres termes, l'alignement du véhicule face au support de calibration 1 permet d'annuler les valeurs de rotation et de fixer de manière connue les valeurs de translation dans les trois dimensions spatiales entre le véhicule et le support de calibration 1. Puis, dans une deuxième étape, la caméra capture au moins une image du support de calibration afin de déterminer de manière connue, en utilisant le modèle dit « du sténopé », par exemple décrite dans le document « A Four-step Camera Calibration Procedure with Implicit Image Correction » (Janne Heikkilâ and 011i Silvén, University of Oulu, Finland), les valeurs de compensation en rotation et en translation dans les trois dimensions spatiales entre la caméra et les repères de calibration du support. Enfin, dans une troisième étape, connaissant les valeurs de translation dans les trois dimensions spatiales entre le véhicule et le support de calibration et les valeurs de compensation en rotation et en translation dans les trois dimensions spatiales entre la caméra et les repères de calibration du support, on en déduit les valeurs de compensation en rotation entre la caméra et le véhicule, ou valeurs de calibration, qui sont ensuite stockées par le système d'assistance à la conduite du véhicule afin de compenser en permanence la caméra lors de son utilisation. L'alignement du véhicule face au support de calibration doit cependant être relativement précis, ce qui nécessite du temps et un matériel onéreux tel que des plates-formes d'alignement, des rouleaux, des lasers etc..., ce qui présente un premier inconvénient. De plus, un tel matériel d'alignement n'est pas toujours disponible en dehors de l'usine de fabrication, par exemple chez un garagiste ou un concessionnaire lorsqu'on souhaite recalibrer les paramètres extrinsèques, par exemple suite à une réparation ou lors d'une maintenance, ce qui présente un deuxième inconvénient. Il existe donc un besoin concernant une méthode et un système de calibration 30 simples, fiables et peu onéreux. La présente invention a pour but de remédier au moins en partie à ces inconvénients en proposant un procédé, un support et un système permettant de calibrer aisément une caméra d'un système d'assistance à la conduite d'un véhicule. A cette fin, l'invention concerne tout d'abord un procédé de calibration d'une 35 caméra d'un véhicule à partir d'un support de calibration comprenant au moins un premier repère de calibration, ledit procédé étant remarquable en ce que, le support de calibration comprenant un miroir et le véhicule comprenant au moins un deuxième repère de calibration, il comprend : - une première étape de détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra et le premier repère de calibration, - une deuxième étape de détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra et l'image du deuxième repère de calibration à travers le miroir, - une troisième étape de détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra et le deuxième repère de calibration à partir des valeurs de compensation spatiale déterminées lors de la première étape et de la deuxième étape, - une quatrième étape de détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra et le véhicule à partir des valeurs de compensation spatiale entre le véhicule et le deuxième repère de calibration. De préférence, le procédé comprend une étape préliminaire de détermination des valeurs de compensation spatiale entre le véhicule et le deuxième repère de calibration. La position du deuxième repère de calibration sur le véhicule, c'est-à-dire la position du deuxième repère de calibration dans un référentiel associé au véhicule, étant connue, ces valeurs sont aisées à déterminer dans la mesure où elles correspondent aux trois rotations et aux trois translations nécessaires pour passer du centre dudit référentiel associé au véhicule au centre du deuxième repère de calibration. Les valeurs de compensation spatiale entre la caméra et le premier repère de calibration correspondent aux trois rotations et aux trois translations nécessaires pour 25 passer du centre d'un référentiel associé à la caméra au centre du premier repère de calibration. De même, les valeurs de compensation spatiale entre la caméra et l'image du deuxième repère de calibration à travers le miroir correspondent aux trois rotations et aux trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel associé à la caméra au 30 centre de l'image du deuxième repère de calibration réfléchi par le miroir. Les valeurs de compensation entre la caméra et le deuxième repère de calibration correspondent aux trois rotations et aux trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel associé à la caméra au centre du deuxième repère de calibration. 35 Connaissant ainsi les trois rotations et les trois translations nécessaires pour passer du centre d'un référentiel associé à la caméra au centre du premier repère de calibration, d'une part, et les trois rotations et les trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel associé à la caméra au centre de l'image du deuxième repère de calibration réfléchi par le miroir, d'autre part, on en déduit les trois rotations et les trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel associé à la caméra au centre du deuxième repère de calibration, celui-ci étant l'image inverse de l'image du deuxième repère de calibration à travers le miroir qui est lui-même associé au premier repère de calibration. Enfin, connaissant préalablement les trois rotations et les trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel associé au véhicule au centre du deuxième repère de calibration, on en déduit aisément les trois rotations et les trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel associé à la caméra au centre du référentiel associé au véhicule, c'est-à-dire les valeurs de calibration de la caméra. Le procédé selon l'invention comprend donc simplement une première étape de détermination des valeurs de compensation entre la caméra et le support de calibration et une deuxième étape de détermination des valeurs de compensation entre la caméra et le véhicule à partir des valeurs de compensation entre la caméra et le support de calibration préalablement déterminées et du deuxième repère de calibration, dont la position sur le véhicule est connue. Il n'est donc plus nécessaire d'aligner parfaitement le véhicule pour effectuer 20 la calibration de la caméra qui est ainsi rapide tout en étant à la fois aisée et fiable. Ce procédé est en outre avantageusement peu onéreux dans la mesure où il suffit d'ajouter un miroir sur le support de calibration et un ou plusieurs repères de calibration sur le véhicule. Selon un aspect de l'invention, le support de calibration comprend une 25 pluralité de premiers repères et la détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra et la pluralité de premiers repères de calibration est réalisée en déterminant les coefficients d'un système non-linéaire à six variables dont les coefficients représentent chacun une valeur de rotation ou de translation dans les trois dimensions spatiales, le coefficient associé à chaque variable du système non-linéaire étant 30 déterminé en associant les coordonnées spatiales du centre de chaque repère de calibration aux coordonnées dudit centre dans l'image capturée. L'invention concerne aussi un support de calibration comprenant au moins un premier repère de calibration et un miroir. De préférence, le miroir est un miroir plan. En effet, un tel miroir est un 35 stigmatique rigoureux ce qui permet à une image réfléchie dans le miroir de conserver ainsi sa netteté. De préférence encore, le support de calibration est fixe lors de la calibration de la caméra de sorte que les images réfléchies par le miroir et capturées par la caméra soient nettes. Avantageusement, le support de calibration comprend une pluralité de 5 premiers repères de calibration, de préférence au moins trois. Dans une forme de réalisation du système selon l'invention, les premiers repères de calibration sont disposés autour du miroir, de préférence consécutivement. Le support de calibration peut se présenter sous la forme d'un mur ou d'un panneau sur lequel sont disposés le ou les premiers repères et sur lequel est fixé le 10 miroir. L'invention concerne aussi un système de calibration d'une caméra d'un véhicule, ledit système comprenant un support de calibration tel que présenté précédemment et un véhicule, notamment automobile, comprenant au moins une caméra à calibrer et au moins un deuxième repère de calibration. 15 Selon une caractéristique de l'invention, le véhicule comprend un pare-brise sur lequel est montée la caméra. Avantageusement, un deuxième repère de calibration est disposé sur le pare-brise du véhicule, par exemple en-dessous ou au-dessus de la caméra. Selon une autre caractéristique de l'invention, le véhicule comprend une 20 pluralité de deuxièmes repères de calibration, de préférence au moins trois, de sorte à améliorer la qualité de la calibration. Le ou les premiers repères de calibration et le ou les deuxièmes repères de calibration peuvent être de formes et de couleurs diverses. Selon un aspect de l'invention, le premier repère de calibration et le deuxième 25 repère de calibration se présentent sous la forme d'éléments géométriques de forme ronde ou carrée, de préférence divisés en quatre portions dont deux sont de couleur sombre, par exemple noir, et les deux autres de couleur claire, par exemple blanc, ou bien sous la forme d'un point noir entouré d'un disque blanc. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la 30 description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. La figure 1 (déjà commentée) illustre un support de calibration de l'art antérieur. La figure 2 illustre schématiquement une forme de réalisation d'un système de 35 calibration selon l'invention. La figure 3 est une vue latérale du système de la figure 2. La figure 4 illustre le procédé selon l'invention. Les figures 2 et 3 illustrent une forme de réalisation du système 10 selon l'invention. Le système 10 selon l'invention permet la calibration d'une caméra 32 monté dans un véhicule 30. Dans cet exemple, le système de calibration 10 est illustré avec un véhicule automobile 30. Toutefois, une telle illustration n'est bien entendu pas limitative de la portée de la présente invention, le système 10 selon l'invention pouvant comprendre tout type de véhicule équipé d'une caméra à calibrer. Par souci de clarté, les références de la figure 2 concernant le véhicule sont renseignées par rapport à l'image du véhicule 30 à travers le miroir 26 du support de calibration 20. Comme illustré aux figures 2 et 3, le système 10 comprend un support de calibration 20 et un véhicule automobile 30. Dans cet exemple, comme illustré à la figure 3, le support de calibration 20 se présente sous la forme d'un panneau. Toutefois, il va soi que tout support adapté peut être utilisé pour effectuer la calibration de la caméra 32, tel que, par exemple, un mur. Dans l'exemple illustré à la figure 2, le support de calibration 20 comprend une 20 pluralité de premiers repères de calibration 24 disposés côte à côte en deux lignes 22 et deux colonnes 23 de sorte à former un cadre. Toujours dans cet exemple, chaque repère de calibration 24 se présente sous la forme d'un damier comprenant deux portions opposées diagonalement colorées en noir, les deux autres portions étant colorées en blanc. 25 Il va de soi que les repères de calibration 24 peuvent se présenter sous toute forme adéquate, par exemple un point noir entouré d'un disque blanc ou autre. Selon l'invention, le support de calibration 20 comprend un miroir 26, de préférence plan, dans lequel se réfléchit l'image du véhicule 30. Dans cet exemple, toujours en référence à la figure 2, le miroir 26 est 30 rectangulaire et s'étend au centre du cadre formé par les deux lignes 22 et les deux colonnes 23 de premiers repères de calibration 24. L'image du deuxième repère de calibration à travers le miroir est située à une distance égale au double de la distance séparant la caméra du premier repère de calibration, et est connue par rapport au support de calibration. 35 Le véhicule 30 comprend donc une caméra 32 à calibrer montée au niveau du milieu du bord supérieur du pare-brise 33 du véhicule 30. Selon l'invention, le véhicule 30 comprend au moins un deuxième repère de calibration 34, de préférence au moins trois deuxièmes repères de calibration 34 non alignés. Dans cet exemple, comme illustré à la figure 2, le véhicule 30 comprend un 5 deuxième repère de calibration 34 disposé sur le pare-brise 33, sous la caméra 32 et deux autres deuxièmes repères de calibration 34 disposés de part et d'autre du véhicule 30, au niveau de ses rétroviseurs extérieurs 38, par exemple. Le support de calibration 20 reste fixe pendant la durée de la calibration de la caméra 32. 10 En référence aux figures 3 et 4, on détermine de manière connue, dans une étape préliminaire E0, les valeurs de compensation spatiale entre le véhicule 30 et les deuxièmes repères de calibration 34. Ces valeurs correspondent aux trois rotations et aux trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel V associé au véhicule 30 au centre de 15 chacun des deuxièmes repères de calibration 34. En référence à la figure 4, une première étape El permet de déterminer les valeurs de compensation spatiale entre la caméra 32 et les premiers repères de calibration 24. Ces valeurs de compensation spatiale correspondent aux trois translations et 20 aux trois rotations nécessaires pour passer du centre d'un référentiel C associé à la caméra 32 au centre de chacun des premiers repères de calibration 24 du support de calibration 20. Ces valeurs de compensation spatiale sont déterminées de manière connue en utilisant le modèle du « sténopé » ou « pin-hole model » en langue anglaise. 25 Dans cette méthode, on détermine tout d'abord une courbe représentant les coordonnées spatiales des centres des premiers repères de calibration 24 en fonction de leur position dans le ou les images du support de calibration acquises par la caméra 32. L'équation définissant ladite courbe comprend notamment six variables dont les coefficients correspondent aux trois translations et aux trois rotations nécessaires pour 30 passer de la position du centre de chaque repère à sa position correspondante sur une image acquise par la caméra. Cette méthode d'identification paramétrique d'un système non-linéaire étant bien connue de l'homme du métier, elle ne sera pas détaillée davantage ici. La calibration de la caméra 32 est réalisée à partir des valeurs de 35 compensation spatiale entre la caméra 32 et le véhicule 30. Afin de déterminer ces valeurs, en référence aux figures 3 et 4, le procédé selon l'invention comprend une deuxième étape E2 de détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra 32 et les images IM des deuxièmes repères de calibration 34 à travers le miroir 26 du support de calibration 20. Par souci de clarté, une seule image IM d'un deuxième repère de calibration 34 a été représentée à la figure 3. Ces valeurs de compensation spatiale entre la caméra 32 et l'image IM des deuxièmes repères de calibration 34 à travers le miroir 26 correspondent aux trois rotations et aux trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel C associé à la caméra 32 au centre de l'image IM du deuxième repère de calibration 34 réfléchi par le miroir 26. Ces valeurs sont déterminées, toujours de manière connue, en utilisant le 10 modèle du sténopé. Puis, dans une troisième étape E3, on déduit par une transformée géométrique connue de l'homme du métier (rotation et translation entre deux systèmes de coordonnées) les valeurs de compensation entre la caméra 32 et les deuxièmes repères de calibration 34 à partir des valeurs de compensation déterminées lors de la première 15 étape El et la deuxième étape E2. Ces valeurs de compensation correspondent aux trois rotations et aux trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel C associé à la caméra 32 au centre du deuxième repère de calibration 34. Plus précisément, connaissant ainsi les trois rotations et les trois translations 20 nécessaires pour passer du centre d'un référentiel C associé à la caméra 32 au centre du premier repère de calibration 24 (première étape E1) du support de calibration 20, d'une part, et les trois rotations et les trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel C associé à la caméra 32 au centre de l'image IM du deuxième repère de calibration 34 réfléchi par le miroir 26 (deuxième étape E2), d'autre part, on en déduit, par 25 un calcul géométrique connu de l'homme du métier (coordonnées d'un point réfléchi par un miroir), les trois rotations et les trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel C associé à la caméra 32 au centre de chacun des deuxièmes repères de calibration 34, ceux-ci étant chacun l'image inverse de l'image IM du deuxième repère de calibration 34 correspondant à travers le miroir 26 qui est lui-même associé aux premiers 30 repères de calibration 34. Enfin, la position des deuxièmes repères de calibration 34 dans le référentiel V du véhicule 30 étant connue, on en déduit alors dans une quatrième étape E4 les valeurs de compensation spatiale entre la caméra 32 et le véhicule 30, par une transformée géométrique connue de l'homme du métier, comme expliqué ci-après. 35 Par exemple, si A, B et C sont trois points dans l'espace de coordonnées respectives (Xa, Ya, Za), (Xb, Yb, Zb) et (Xc, Yc, Zc), on passe du point A au point C via le point B en trois translations et trois rotations de manière connue de la façon suivante (r étant la rotation sous la représentation d'Euler, t étant la translation euclidienne). Tout d'abord, on passe du point A au point B comme suit : Xa Xb rab11 rab12 rab13 tabx Xb Ya = Hab * = * Yb rab21 rab22 rab23 taby Yb [ Za Zb rab31 rab32 rab33 tabz Zb 1 1 0 0 0 1 1 où rab11, rab12 et rab13 sont les composantes de la matrice de rotation selon l'axe X, rab21, rab22 et rab23 sont les composantes de la matrice de rotation selon l'axe Y, rab31, rab32 et rab33 sont les composantes de la matrice de rotation selon l'axe Z, tabx est la composante de la translation selon l'axe X, taby est la composante de la translation selon l'axe Y et tabz est la composante de la translation selon l'axe Z. Et de même, mutatis mutandis, pour passer du point B au point C : Xb Yb Zb 1 = Hbc * Xc Yc = rbc11 rbe21 rbe31 0 rbe12 rbc22 rbc32 0 rbe13 rbc23 rbc33 0 tbcx tbcy tbcz 1 Xc Yc Zc 1 Zc [ 1 D'ou on en déduit la matrice de rotation et translation pour passer du point A au point C : Xa Xc Xc Ya Yc Yc Za = Hab * Hbc * Zc = Hac * Zc ; Hab * Hbc = Hac 1 1 1 En l'espèce, connaissant préalablement les trois rotations et les trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel V associé au véhicule au centre de chacun des deuxièmes repères de calibration 34, on en déduit aisément les trois rotations et les trois translations nécessaires pour passer du centre du référentiel C associé à la caméra 32 au centre du référentiel V associé au véhicule 30, c'est-à-dire les valeurs de calibration de la caméra 32. La détermination des valeurs de compensation spatiale, c'est-à-dire la calibration des paramètres extrinsèques de la caméra 32 d'un véhicule 30, est ainsi réalisée aisément, rapidement et de manière fiable sans qu'il soit nécessaire d'aligner préalablement parfaitement le véhicule 30 avec le support de calibration 20 comme dans l'art antérieur. Ce procédé est de plus avantageusement peu onéreux dans la mesure où il suffit d'ajouter un miroir 26 sur le support de calibration 20 et un ou plusieurs (deuxièmes) repères de calibration 34 sur le véhicule 30. REVENDICATIONS1. Procédé de calibration d'une caméra (32) d'un véhicule (30) à partir d'un support de calibration (20) comprenant au moins un premier repère de calibration (24), ledit procédé étant caractérise en ce que, le support de calibration (20) comprenant un miroir (26) et le véhicule (30) comprenant au moins un deuxième repère de 5 calibration (34), il comprend : - une première étape (El ) de détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra (32) et le premier repère de calibration (24), - une deuxième étape (E2) de détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra (32) et l'image (IM) du deuxième repère de calibration (34) à 10 travers le miroir (26), - une troisième étape (E3) de détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra (32) et le deuxième repère de calibration (34) à partir des valeurs de compensation spatiale déterminées lors de la première étape (El ) et de la deuxième étape (E2), 15 - une quatrième étape (E4) de détermination des valeurs de compensation spatiale entre la caméra (32) et le véhicule (30) à partir des valeurs de compensation spatiale entre le véhicule (30) et le deuxième repère de calibration (34). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire (E0) de détermination des valeurs de compensation spatiale entre le véhicule 20 (30) et le deuxième repère de calibration (34). 3. Support de calibration (20) d'une caméra (32) d'un véhicule (30) comprenant au moins un premier repère de calibration (24), ledit support (20) étant caractérisé en ce qu'il comprend un miroir (26). 4. Support selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le miroir (26) 25 est plan. 5. Support selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il est fixe lors de la calibration de la caméra (32). 6. Support selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de premiers repères de calibration (24), de préférence au 30 moins trois. 7. Support selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un mur ou d'un panneau (20) sur lequel sont disposés le ou les premiers repères de calibration (24) et sur lequel est fixé le miroir (26). 8. Système de calibration d'une caméra d'un véhicule, ledit système (10) comprenant un support de calibration (20) selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 et un véhicule (30) comprenant au moins une caméra (32) à calibrer et au moins un deuxième repère de calibration (34). 9. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le véhicule (30) comprend un pare-brise (33) sur lequel est montée la caméra (32) et en ce que le deuxième repère de calibration (34) est disposé sur ledit pare-brise (33). 10. Système selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le véhicule (30) comprend une pluralité de deuxièmes repères de calibration (34), de 10 préférence au moins trois.