Brevet FR3039736A1 — publié le 20170203

Système de détection de distance par mesure de temps de vol pour véhicule automobile. L'invention a pour domaine technique la mesure de distances, et plus particulièrement la mesure de distance par temps de vol dans un véhicule automobile. Les principaux désavantages des écrans tactiles dans le domaine automobile sont l'impossibilité d'interagir avec des écrans tactiles alors que le conducteur se concentre sur différentes taches, le grand nombre d'actions requises pour réaliser une tache, et la taille réduite des icônes. Pour résoudre les problèmes liés à ces désavantages, et rendre les écrans tactiles plus compatibles avec la conduite d'un véhicule automobile et pour faciliter leur utilisation, il a été proposé d'ajouter la détection de l'approche de la main et de la gestuelle aux écrans tactiles. L'illumination infra-rouge et les caméras associées permettent de réaliser une telle détection. Parmi ces technologies, la caméra temps de vol (acronyme anglais TOF pour « Time of Flight ») permet de déterminer avec précision la position des objets en mouvement, ce qui la rend tout particulièrement intéressante pour les applications visées. Par ailleurs, une telle technologie permet de réaliser d'autres applications telles que la classification des occupants, la détection de clignement d'yeux et le suivi de mouvement de tête. Toutefois, le champ de vue (acronyme anglais FOV pour « Field of View ») d'une caméra à temps de vol est restreint ce qui en limite l'utilisation dans l'habitacle d'un véhicule, ou nécessite l'intégration de plusieurs cameras afin de répondre à toutes les prestations citées ci-dessous. Il existe donc un besoin pour une amélioration du champ de vue, ou résolution latérale d'une caméra temps de vol pour être apte à couvrir plusieurs zones d'intérêt de l'habitacle d'un véhicule avec une seule caméra installée à l'intérieur. 3039736 2 De l'état de la technique antérieure, on connaît les documents US 2011-0215915 et US 8803967 en relation avec des caméras temps de vol. Les applications décrites sont limitées à une seule application parmi la classification des occupants, la détection de mouvement et le 5 suivi de mouvement de tête pour un seul passager. L'invention a pour objet un système de détection de distance par mesure de temps de vol pour véhicule automobile, comprenant une caméra munie d'une source d'illumination modulée, une lentille, des moyens de calcul et d'interface, la source d'illumination modulée étant 10 apte à illuminer une scène comprenant au moins un objet dont la distance à la caméra est à déterminer, la lentille étant apte à focaliser l'illumination réfléchie par les objets de la scène sur un capteur d'image disposé dans son plan focal, les moyens de calcul et d'interface étant aptes à déterminer la distance entre la caméra et les 15 objets de la scène en fonction du déphasage entre l'illumination modulée et l'illumination réfléchie. La lentille ou un ensemble comprenant lentille et capteur d'image est orientable de sorte à modifier la direction de focalisation de la caméra. La caméra étant disposée dans un châssis solidaire d'un moyen de déplacement entre 20 différentes positions. Le moyen de déplacement de la caméra peut comprendre un entraînement par courroie. Le moyen de déplacement de la caméra peut comprendre un entraînement à vis. 25 La source d'illumination peut être infra-rouge. La caméra peut être munie d'un filtre optique passe-bande qui laisse uniquement transiter la lumière présentant une fréquence sensiblement proche de la fréquence de la source d'illumination. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre la relation liant le champ de vue et la résolution de la caméra, 3039736 3 - la figure 2 illustre les principaux éléments d'un système de détection de distance selon l'invention, et - la figure 3 illustre les principaux éléments permettant la rotation de la caméra du système de détection de distance. 5 L'imagerie temps de vol consiste à mesurer la profondeur d'une scène en réalisant les étapes suivantes. On illumine la scène avec une source de lumière modulée, typiquement en modulation sinusoïdale ou carrée. On détermine le décalage de phase des ondes réfléchies par 10 rapport à la phase de l'onde émise par la source. On convertit le décalage en distance par l'intermédiaire de la vitesse de propagation de la lumière. Le système correspondant, de détection de profondeur par mesure de temps de vol, comprend une source d'illumination, une 15 lentille, un capteur d'image, une électronique de contrôle et des moyens de calcul et d'interface. La source d'illumination est généralement infra-rouge pour ne pas être visible par des personnes rentrant dans le champ de la caméra. La lentille collecte la lumière réfléchie et forme une image sur 20 le capteur d'image disposé dans le plan focal de la lentille. Un filtre optique passe-bande ne laisse transiter que la lumière présentant une fréquence sensiblement proche de la fréquence de la lumière émise par la source d'illumination, permettant de supprimer les lumières non pertinentes et de réduire le bruit. La lentille est intégrée devant le 25 capteur d'image. Le capteur d'image est suffisamment réactif pour détecter les variations d'image. Il permet indirectement de déterminer le temps entre l'illumination d'un objet et la réception de la lumière réfléchie par celui-ci. 30 L'électronique de contrôle permet de coordonner les différents systèmes de sorte qu'ils coopèrent efficacement malgré la grande vitesse d'acquisition requise. Les moyens de calcul et d'interface déterminent la distance en fonction du déphasage entre la lumière émise et réfléchie. 3039736 4 Chaque caméra temps de vol présente un champ de vue FOV différent. En effet, la résolution de la caméra est fixe et liée au capteur. Si le champ de vue augmente, la résolution de la caméra 5 décroît. La figure 1 illustre cette situation. L'équation suivante traduit la relation entre les différents paramètres de la caméra et de la scène. b r - = (Eq. 1) z f Avec : f : la focale, 10 b : la largeur de l'objet z : la distance de l'objet r : le nombre de pixels représentant la largeur de l'objet sur l'image 15 Cette équation peut être reformulée de la façon suivante : - r - b f (Eq. 2) Le tableau suivant montre les variations de résolution spatiale pour un pixel de l'image. On a posé que la distance entre la caméra et 20 l'objet est fixé à lm pour tous les cas de champs de vue FOV. Champ de vue (FOV) Longueur focale Largeur b de l'objet 90° x 70° 4 mm 4 cm 61° x 48° 6 mm 6cm 46° x 37° 8 mm 8cm Pour disposer d'une bonne résolution avec un champ de vue FOV plus large, l'orientation de la caméra temps de vol doit être changée par des systèmes de guidage. Sur la figure 2, on peut voir que 25 la lentille ou un ensemble comprenant la lentille et le capteur est assemblé sur un support rotatif motorisé permettant sa rotation autour d'un axe z L'axe z porte la référence 11 sur la figure 3. Les angles de rotation dépendent du cas d'usage visé comme expliqué ci-dessous. 3039736 5 En effet, une caméra intégrée au niveau du rétroviseur ne permet pas de couvrir simultanément la zone d'intérêt de détection de mouvement située devant l'écran tactile et la zone de suivi de mouvement de tête. 5 Le meilleur endroit pour intégrer la caméra est le toit de l'habitacle. Toutefois, même à cet endroit, la position de la caméra dépend de la zone d'intérêt à couvrir. Une première position correspond à la détection des mouvements à proximité de l'écran tactile ou de n'importe quel afficheur. La distance définissant ces 10 mouvements de proximité variant de 0cm à 20cm de la surface d'affichage ou de la surface d'activation de l'écran tactile. Une deuxième position correspond à la surveillance du passager et du conducteur, notamment la détection de mouvement et le suivi de mouvement de tête. Cette position correspond à une rotation 15 approximative de 50° de la camera par rapport à sa première position. Une troisième position correspond à une translation linéaire de 240mm de la caméra par rapport à la première position. Cette troisième position permet de surveiller les sièges arrière. D'autres positions spécifiques pourraient être éventuellement définies. 20 Afin de pouvoir assumer l'une quelconque des positions, le système de détection de distance comprend une caméra temps de vol telle que décrite dans l'art antérieur munie d'une lentille ou d'un ensemble orientable comprenant lentille et capteur d'image et un moyen de déplacement de la camera entre les différentes positions. La 25 figure 2 illustre un tel système de détection de distance. Le moyen de déplacement 2 de la caméra comprend un entraînement 3,4 par courroie, la camera 6 étant disposée dans un châssis 5 solidaire de la courroie. La courroie 3 est disposée en tension entre deux poulies 4 et peut présenter quelque forme possible, 30 notamment plate, ronde, en V... Alternativement, l'entraînement par courroie 3,4 peut être replacé par un entraînement à vis. La camera 6 peut être fixée en rotation sur le châssis 5, de sorte qu'elle puisse être orientée autour d'un axe 11 perpendiculaire à la direction de déplacement par le moyen de déplacement. L'axe de 3039736 6 rotation peut être mis en rotation par un moteur pas à pas. La figure 3 illustre l'ensemble formé par l'axe 11 et la caméra 6. Le système de détection de distance est recouvert d'un matériau transparent aux rayons infra-rouge de sorte à en masquer et 5 protéger les composants tout en ne gênant pas le fonctionnement de la caméra temps de vol. Le système de détection de distance est commandé de sorte à passer d'une position à l'autre en fonction des conditions d'utilisation du véhicule. Par exemple, la quatrième position permet de déterminer 10 si des passagers sont présents sur les sièges arrière. Cela permet de déterminer lors de l'arrêt du moteur du véhicule si des enfants ont été oubliés à l'arrière et le signaler au conducteur. La deuxième position permet d'assurer un suivi des yeux du conducteur afin de confirmer la détection d'un assoupissement de ce 15 dernier par les capteurs intégrés dans le siège. En marge d'une commande automatisée, le système de détection de distance peut être commandé par une commande manuelle située au volant ou dans la planche de bord, permettant de basculer le système entre les différentes positions et modes de détection. REVENDICATIONS1. Système de détection de distance par mesure de temps de vol pour véhicule automobile, comprenant une caméra munie d'une source d'illumination modulée, une lentille, des moyens de calcul et d'interface, la source d'illumination modulée étant apte à illuminer une scène comprenant au moins un objet dont la distance à la caméra est à déterminer, la lentille étant apte à focaliser l'illumination réfléchie par les objets de la scène sur un capteur d'image disposé dans son plan focal, les moyens de calcul et d'interface étant aptes à déterminer la distance entre la caméra et les objets de la scène en fonction du déphasage entre l'illumination modulée et l'illumination réfléchie, caractérisé par le fait que la lentille ou un ensemble comprenant lentille et capteur d'image est orientable de sorte à modifier la direction de focalisation de la caméra, la caméra étant disposée dans un châssis (5) solidaire d'un moyen de déplacement (2) entre différentes positions. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le moyen de déplacement (2) de la caméra comprend un entraînement (3,4) par courroie. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel le moyen de déplacement (2) de la caméra comprend un entraînement à vis. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source d'illumination est infra-rouge. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la caméra est munie d'un filtre optique passe-bande laisse uniquement transiter la lumière présentant une fréquence sensiblement proche de la fréquence de la source d'illumination.