Brevet FR3079614A1 — publié le 20191004

« Procédé et dispositif de mesure des conditions de visibilité » La présente invention concerne un procédé pour mesurer les conditions de visibilité d'une scène, éclairée ou non éclairée, pouvant être perturbée par la présence d'éléments comme du brouillard, de la fumée, de la pluie, de la neige ou tout autre élément perturbant, interposé entre la. scène et l'observateur. Elle concerne également un dispositif mettant en oeuvre ledit procédé. L'invention concerne en particulier la mesure des conditions de visibilité d'une scene observée à partir du poste de pilotage d'un véhicule. Ce véhicule peut être piloté par un conducteur, être en mode de conduite assistée par un automatisme, ou être complètement. autonome. Ce véhicule peut être de type terrestre Lu (camion, automobile, autocar, tracteur, train...) ou aérien (avion, drone...). L'invention permet de mesurer les conditions de visibilité d'une scène, et ainsi d'adapter aux conditions de visibilité, de manière automatique ou non, la. conduite, le comportement du. véhicule, la. 25 distance de sécurité avec d'autres véhicules, ou d'activer des équipements comme des phares antibrouillards. L'invention peut être utilisée pour améliorer la performance des dispositifs de reconnaissance de 30 l'environnement routier. En effet, le procédé selon l'invention fournit une information sur la diffusion de la lumière entre l'objet observé et la caméra. Les dispositifs d'analyse d'image disposant de cette information pourront l'utiliser afin d'jdentifier les 35 objets de l'environnement ainsi que les véhicules environnants et d'évaluer leur éloignement avec une précision et un. niveau de confiance accrus. 2 L'invention concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé, et enfin un véhicule comportant un tel dispositif. La mesure des conditions de visibilité présente un 5 intérêt pour les dispositifs de pilotage de véhicules automobiles car elle permet d'adapter les conditions de pilotage et le niveau d'automatisation de la conduite du véhicule en fonction de la. visibilité de la. scène de route située à l'avant du véhicule. 10 L'invention trouve donc des applications dans le domaine des véhicules terrestres et aériens, et vise plus particulièrement le pilotage automatique de ces véhicules (véhicule autonome ou drone). Elle peut aussi avoir des applications dans le domaine de la vidéosurveillance et 15 dans tout domaine basé sur l'exploitation de données visuelles pouvant être perturbées par le brouillard, la pluie, la neige ou la fumée. Il existe actuellement des dispositifs permettant de détecter la présence dans l'atmosphère d'éléments 20 perturbant la visibilité. A. Certains de ces dispositifs de détection d'éléments perturbant la visibilité utilisent des dispositifs de type LIDAR (Light Détection and Ranging) qui permettent de mesurer la rétrodiffusion d'un faisceau 25 laser et d'en déduire la presence d'éléments perturbant la visibilité. Or, les LIDARs sont des dispositifs relativement coûteux. L'introduction d' un LIDAR sur un véhicule automobile personnel de grande série, à la seule fin de détecter la présence de brouillard, ne semble pas 3 (D réaliste d'un point de vue économique. De plus certains LIDARs comportent des pièces mobiles ce qui limite leur performance dans un environnement automobile du fait des vibrations transmises par le véhicule. L'identification de dispositifs robustes et moins coûteux est donc un 35 enjeu majeur pour le développement et la commercialisation de véhicules automobiles personnels autonomes. B. Un autre dispositif, proposé par le document US6853453, utilise un procédé basé sur des cibles disposées dans la scène dont on veut déterminer la visibilité pour détecter la présence d'un élément 5 perturbant. Ce procédé nécessite de disposer des cibles dans la scene, ce qui limite fortement les applications envisageables. C. Un autre dispositif, proposé par le document JP11278182, utilise un procédé de reconnaissance et 10 d'analyse du halo lumineux apparaissant autour d'une source lumineuse apparaissant dans la scène étudiée. Ce procédé nécessite Qu'une source lumineuse externe et locale soit présente, et ne couvre donc pas les cas où aucune source lumineuse locale n'est présente. Or c'est 15 souvent le cas pour un véhicule automobile circulant de jour par temps de brouillard. D. Un. autre dispositif, proposé par le document US2008/0007429, utilise un procédé de détection et de mesure de la diffusion lumineuse résultant de la présence d'une source lumineuse éclairant la scène à partir du point d'observation, comme par exemple les feux du véhicule muni du dispositif concerné. Cependant ce système dépend. fortement de la scène observée, en particulier de l'arrière-plan et de la luminosité ambiante. En particulier il est peu efficace lorsque la scene est bien éclairée par des sources extérieures, comme par exemple en plein jour. E. Un autre dispositif, proposé par le document WO 2012042171 A3, combine les deux procédés précédents C et D afin de tirer parti du halo lumineux de sources extérieures lorsque celles-ci sont présentes et de la rétrodiffusion lumineuse résultant de la présence d'une source lumineuse éclairant la scène a partir du point d'observation. Cependant ce procédé reste peu efficace 35 lorsque la scène est éclairée par une lumière diffuse, comme par exemple par temps de brouillard en plein jour, et qu'aucune source lumineuse locale n'est présente dans la scène. 4 Ainsi plusieurs types de dispositifs ont été proposés pour permettre d'évaluer les conditions de visibilité d'une scène. Cependant, aucun de ces dispositifs n' est réellement satisfaisant. En effet, soit ces dispositifs 5 sont. trop couteux, soit ils ne sont efficaces que dans des conditions d'utilisation. limitées, et s'avèrent insuffisants dans d'autres conditions d'utilisation. Les objectifs de l'invention sont donc de remédier aux inconvénients des procédés et des dispositifs existants, 10 et de proposer un procédé et un dispositif associé pour mesurer les conditions de visibilité d'une scène pouvant être perturbée par du brouillard, de la pluie, de la neige ou de la fumée, de jour comme de nuit. Ces objectifs se décomposent comme suit 15 Objectif I : définir un. procédé qui permet de mesurer la visibjlité d'une scène dans différentes conditions d'éclairement, que ce soit de jour comme de nuit, avec une lumière directe, une lumière diffuse, avec ou sans sources lumineuses directes présentes dans la scène. 20 Objectif 2 : concevoir un dispositif exploitant le procédé qui soit utilisable dans un environnement automobile. De plus le coût de réalisation doit être suffisamment faible pour envisager une production en grande série et une utilisation sur la majeure partie 25 voire sur la totalité des véhicules produits. Objectif 3 : concevoir un dispositif qui permet un étalonnage de la mesure effectuée en s'affranchissant des dérives des composants utilisés, en particulier de la (des) source (s) lumineuse (s) . Objectif 4 : concevoir un dispositif qui permet de caractériser la précision de la mesure effectuée, tout au long de la durée de vie du système, et de détecter, le cas échéant, une panne éventuelle de l'un des constituants. Le procédé selon l'invention utilise : Une source (S) de lumière visible ou invisible (infrarouge ou ultraviolet) émettant un faisceau collimaté 5 Un dispositif d'acquisition. d'image (c.) permettant d'acquérir des images pour ce même type de lumière ; Des moyens de calculs (M) qui permettent de traiter les informatinns. On notera que : 10 La source lumineuse peut être une source classique comme une lampe ou une diode dont le faisceau est collimaté par une lentille optique ou un laser dont le faisceau est naturellement peu divergent. Le dispositif d'acquisition d'image peut tout aussi 15 bien être une caméra monochrome sensible à une longueur d'onde visible ou invisible (infrarouge ou ultraviolet) ou une caméra couleur sensible à plusieurs longueurs d'onde, pourvu que la source lumineuse émette une lumière à laquelle la caméra est sensible. Les moyens de calculs peuvent être dédiés au procédé mis en oeuvre ou partagés avec d'autres procédés ou dispositifs. En présence de brouillard, de fumée ou de pluie, une 25 partie de la lumière d'un faisceau lumineux collimaté est diffusée. Lorsque la luminosité ambiante est faible, en présence de brouillard ou de fumée, et si le faisceau collimaté est suffisamment intense, le dit faisceau devient, clairement visible pour un observateur depuis 3 ') tout point de vue autours du faisceau. Le faisceau collimaté apparait comme un rayon lumineux qui se superpose dl la scène. Une caméra peut clans Ce cas enregistrer des images sur lesquelles le faisceau lumineux apparait clairement. Il existe des seujis 35 d'intensité, dits « seuils de sécurité, optique » en dessous desquels un laser peut être utilisé sans danger. Au-delà de ces seuils, un laser peut occasionner des dommages à l'oeil. Dans l'obscurité, en présence de brouillard, un faisceau laser dont l'intensité est bien 6 inférieure aux seuils de sécurité optique est observable depuis tout point de vue autours du faisceau. Cependant lorsque la luminosité ambiante est plus importante, comme dans le cas d'un brouillard en plein 5 jour, la lumière diffusée s'additionne à. la luminosité ambiante. Dans le brouillard, un faisceau lumineux de faible intensité n'est pas perceptible en. plein jour à partir d'un. point de vue écarté du faisceau, comme le point de vue représenté sur la figure 1. 10 Toutefois la luminosité apparente du faisceau dépend de l'angle d'observation, car la lumière n'est pas diffusée de la même façon dans toutes les directions. En particulier, lorsque le point de vue (V1) est voisin de la source lumineuse (S), et est parallèle au faisceau 15 collimaté, la luminosité apparente du faisceau est plus importante. Le faisceau collimaté apparait comme un rayon lumineux qui se superpose à la scène, ainsi qu'il est illustré dans la figure 2. Ainsi on peut observer le faisceau à l'aide d'un dispositif d'acquisition d'image 20 positionné au voisinage du faisceau et qui pointe dans la même direction que ce dernier. Dans cette configuration colinéaire, le faisceau lumineux devient visible par temps de brouillard, même en plein jour, pour une intensité lumineuse qui reste en deçà du seuil de 25 sécurité optique. Le procédé selon l'invention exploite ce phénomène. La luminosité , faisceau dépend directement de deux paramètres * D'une part la densité de l'élément perturbant la visibilité (densité de brouillard, fumée, 3 poussière...) D'autre part de l'intensité de la source lumineuse utilisée pour la mesure La configuration du dispositif permet que le faisceau (F) soit observable par un dispositif d'acquisition. d'image 35 (C). Les moyens de calcul (M) peuvent reconnaitre la présence du rayon lumineux sur l'image. A partir de cette reconnaissance, les moyens de calcul peuvent extraire l'information de la luminosité du faisceau. La luminosité du faisceau (F) divisée par l'intensité de la. source lumineuse utilisée (S) caractérise la densité de l'élément perturbant la visibilité (densité de brouillard). En connaissant l'intensité de la source lumineuse collimatée utilisée, les moyens de calcul (1\1) 5 permettent de calculer un indice de visibilité de la scène. On notera que le dispositif d'acquisition d'images utilisé, pour obtenir des images de la scène pourra être une camera déjà utilisée pour acquérir des images 10 destinées à réaliser des fonctions d'assistance à la. conduite ou de pilotage automatique du véhicule. Il est possible d'utiliser une source de lumière collimatée dont l'intensité est étalonnée lors de la fabrication. du dispositif afin que les moyens de calcul 15 (M) déterminent la mesure de visibilité de la scene. Cependant cette intensité peut être soumise à des variations du fait du viellissement de ses composants. En effet, les sources lumineuses comme des lasers présentent au cours de leur vie des variations 20 d'intensité dépendant de leur utilisation. Il est donc intéressant de proposer un dispositif qui permet un étalonnage permanent ou régulier de _La source lumineuse. Certains dispositifs expérimentaux à base de lasers utilisent des obturateurs de réflectance calibrée. Dans 25 ces dispositifs, une zone opaque dont les caractéristiques optiques sont connues vient temporairement occulter le faisceau. Cette zone opaque est mesurée lorsqu'elle est éclairée par le faisceau et on en déduit l'intensité de la source du faisceau 30 lumineux. Cependant ces dispositifs comportent des pièces mobiles afin. d'occulter temporairement le faisceau. Ces pièces mobiles sont sensibles aux vibrations et peuvent se dégrader avec le temps. De plus elles contribuent au coût global du dispositif. Ces dispositifs ne sont donc 'D 17. pas bien adaptés pour une utilisation dans un véhicule automobile. Dans un perfectionnement du dispositif selon l'invention, le faisceau de lumière collimatée traverse une zone faiblement dispersive située dans le champ du dispositif d'acquisition d'image. Il peut s'agir, par exemple, d'une paroi transparente sur laquelle ont été 8 gravés des points qui assurent cette dispersion. Il peut aussi s'agir d'une paroi transparente qui contient des inclusions qui diffusent la lumière. Lorsque le faisceau lumineux traverse cette zone, il diffuse une partie de sa 5 lumière. Cette zone se trouvant dans le champ du dispositif d'acquisition d'image, la. zone traversée par le faisceau créera une zone lumineuse sur l'image, à l'intersection entre le faisceau et la paroi. La luminosité de cette zone de l'image dépend directement de 10 l'intensité de la source du faisceau lumineux. Les moyens de calcul permettent de mesurer la luminosité de cette zone et ainsi de déterminer l'intensité de la source du faisceau lumineux et de l'utiliser pour de calculer un indice de visibilité de la scène. 15 L'objectif 1 est atteint grâce au fait que le procédé selon l'invention utilise avantageusement le phénomène de diffusion de la lumière d'un faisceau faiblement divergent qui pointe dans la même direction que le dispositif d'acquisition d'image. Un faisceau lumineux 20 d'intensité inférieure au seuil de sécurité optique apparait ainsi sur les images enregistrées par temps de brouillard, même lorsque la luminosité ambiante correspond à celle que l'on observe en plein jour. la présence d'un. élément perturbant comme du brouillard ou 25 de la fumée provoque l'apparition du faisceau sur les images. Plus le faisceau apparait clairement sur l'image, plus la visibilité est perturbée. Le procédé permet ainsi d'acquérir de l'information sur les conditions de visibilité. 30 L'objectif 1 est atteint grâce au fait que le procédé comporte en outre les étapes suivantes a) Eclairage de la scène par une source de lumière collimatée (S) ; b) Capture d'au moins une image ri de la scène par un 35 dispositif d'enregistrement d'images ; c) Traitement de l'image par des moyens de calcul (1\1) afin d'identifier la présence sur l'image du. faisceau lumineux provenant de la. source (S) ; d) Détermination de l'intensité du faisceau lumineux 15 e) Détermination de 7a visibilité à partir des caractéristiques du faisceau lumineux. Plus le faisceau lumineux est intense, plus la visibilité de la scène est perturbée par un élément présent dans l'atmosphère. La mesure de visibilité fournie par le dispositif selon l'invention peut être binaire (Bonne ou mauvaise) ou être numérique, comme par exemple un indice compris entre 1 et 10 ou un pourcentage compris dans une plage entre 0% et 100%. L'objectif 2 est atteint. grâce au fait que le dispositif selon l'invention. comporte : Une source de lumière collimatée, par exemple un laser, robuste, produit en grande série à bas coût ; Un dispositif d'acquisition d'image, qui peut être une caméra déjà utilisée pour réaliser des fonctions d'assistance à la conduite, et qui ne génère donc pas de surcoût ; Des moyens de calcul qui peuvent être un calculateur électronique déjà utilisé fonctions d'assistance à la génère donc pas de surcoût. pour réaliser des conduite, et 0:111 ne On notera que le faisceau lumineux peut être permanent ou intermittent. On prendra soin de sélectionner les 25 conditions d'allumage de la source de lumière collimatée pour optimiser la durée de vie de composants qui la constituent. Les moyens de calcul (M) peuvent être en outre utilisés pour piloter l'allumage de la source de lumière collimatée. 30 L'oblectif 3 est atteint grâce au fait que, dans une variante, le dispositif selon l'invention comporte une paroi transparente légèrement dispersive traversée par le faisceau lumineux et positionné dans le champ du dispositif d'acquisition d'image. L'image acquise par le 35 dispositif d'acquisition d'image lorsque la source de lumière est active fait apparaitre sur l'image la zone de la paroi traversée par le faisceau lumineux. L'intensité de cette zone lumineuse sur l'image caractérise 1 0 l'intensité de la source lumineuse. Les moyens de calcul (M) utilisent cette information pour étalonner la mesure de visibilité de la scene. Dans une réalisation du procédé, la paroi faiblement 5 dispersive est réalisée par gravure de motifs sur une paroi transparente ; Dans une variante de réalisation du. procédé la paroi faiblement dispersive est réalisée par inclusion d'éléments dispersifs dans une paroi transparente. 10 L'objectif 3 est atteint grâce au fait que le procédé comporte en outre les étapes suivantes : a) Eciairage par le faisceau lumineux d'une zone transparente légèrement dispersive placée dans l'angle de vue du dispositif d'acquisition d'image. 15 b) Capture d'au moins une image incluant au moins une partie de l'image de la zone transparente légèrement dispersive par un dispositif d'enregistrement d'images. c)Analyse de l'image à l'aide de moyens informatiques 20 afin de déterminer l'intensité de la luminosité de la zone transparente légèrement dispersive. d.) Détermination de l'intensité du faisceau lumineux à partir de cette intensité. e) Utilisation. de cet étalonnage pour établir une 25 mesure de visibilité de la scene Cette réalisation permet en outre la correction des biais éventuels dus à des variations de l'intensité de la source de lumière. 30 L'objectif 4 est atteint grâce au fait que le procédé selon l'invention utilise avantageusement la chaîne constituée par la source lumineuse, la paroi faiblement dispersive et le dispositif d' acquisition d'image afin de réaliser un diagnostic de la chaîne complète et de 35 vérifier qu'elle est opérationnelle. En particulier, la chaine ne sera considérée comme opérationnelle que si la zone faiblement dispersive possède effectivement une luminosité détectable. Par exemple, si la source de lumière ou sa chaîne de pilotage est. défaillante, la zone faiblement. dispersive 5 apparait sombre sur l'image. Les moyens de calcul (M) détectent alors la défaillance. Cette défaillance ne peut pas être confondue avec la situation où le véhicule est positionné dans un environnement obscur puisque, dans ce cas, au moins une zone de l'image devrait être au moins 10 partiellement éclairée. L'invention concerne également un véhicule, notamment un véhicule terrestre, disposant de fonctions d'assistance à la conduite exploitant un logiciel de reconnaissance d'images utilisant une information de conditions de 15 visibilité issue du procédé selon. l'invention ou fournie par un dispositif selon l'invention. L'invention concerne enfin un véhicule, notamment un véhicule terrestre, disposant de fonctions d'assistance à la conduite dont la performance est adaptée à la 20 visibilité de la scène observée depuis le poste de pilotage, cette visibilité étant mesurée à l'aide du dispositif selon. l'invention_ La liste suivante présente de façon non limitative des actions d'adaptation des fonctions d'assistance à la conduite qui peuvent être 25 mises en oeuvre suivant la mesure de visibilité de la scene : Réduction ou limitation de la vitesse de circulation Arrêt et mise en sécurité du véhicule ; 3 (D Augmentation de la distance séparant le véhicule du véhicule précédant - Activation d'équipements comme des phares antibrouillards ou les essuie-vitres - Alerte au conducteur via un message visuel et/ou 35 sonore ; Transmission d'une information sur la visibilité à d'autres véhicules ; - Transmission d'une information sur la visibilité à des éléments de 1' infrastructure routière ; 12 Demande de reprise de contrôle du véhicule par le conducteur. Un tel véhicule se caractérise en ce qu'il intègre un dispositif tel que décrit précédemment. 5 T.'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture des dessins annexés, sur lesquels - la figure I représente un faisceau de lumière collimaté 10 (F) émds par une source (S) et traversant une nappe de brouillard (TB). La lumière du faisceau est diffusée par le brouillard. Dans l'obscurité et en présence de brouillard ou de fumée, le faisceau devient, visible depuis les points de vue V1 et V2 pour une faible 15 intensité lumineuse de la source, nettement inférieure au seuil de sécurité optique. En plein jour, un faisceau de faible intensité n'est pas visible par un observateur qui se place selon le point de vue V2 car sa luminosité est masquée par la luminosité, ambiante. En revanche, la 20 luminosité apparente du faisceau observée selon le point de vue (V1) est bien plus importante que celle observée depuis le point de vue (V2). Un faisceau d'intensité inférieure au. seuil de sécurité optique est clairement observable en plein jour par un observateur qui se place 25 à proximité de la source (S) et qui observe la scène selon le point de vue Vl. C'est ce phénomène qui est exploité dans le cadre de l'invention ; - La figure 2 représente une scène observée depuis l'habitacle d'un véhicule et en présence de brouillard 30 lorsqu'une source de lumière collimatée est positionnée à côté du dispositif d'acquisition d'image et pointe dans la même direction que ce dernier. Le faisceau (F) est visible sur I' image sous la forme d'un rayon lumineux. En l'absence de brouillard, le faisceau (F) n'est pas 35 visible. - La figure 3 représente le dispositif selon l'invention : Une source de lumière collimàtée (S) est 13 placée à proximité immédiate d'un dispositif d'acquisition d'image (C). Les axes du faisceau lumineux et du dispositif d'acquisition d'image sont colinéaires. La source de lumière collimatée émet un faisceau en direction de la scène (Sc) observée par le dispositif d'acquisition d'image. Des moyens de calcul (M) pilotent la source de lumière (S) et analysent l'image fournie par le dispositif d'acquisition d'image. - la figure 4 représente le dispositif selon 10 l'invention avec le perfectionnement. concernant l'étalonnage de la source de lumière : le faisceau F traverse une zone dispersive semi-transparente (D) dans le champ du dispositif d'acquisition d'image (C). Les moyens de calcul (M) peuvent alors déterminer l'intensité 15 de la source de lumière (S) et utiliser cette information pour calibrer la détection de brouillard. - La figure 5 représente une scène observée depuis l'habitacle d'un véhicule et en présence de brouillard lorsqu'un faisceau de lumière collimatée traverse une 20 zone dispersive semi-transparente (D) dans le champ du dispositif d'acquisition d'image (C). Le faisceau (F) est visible sur l'image sous la forme d'un rayon lumineux. La zone dispersive semi-transparente (D) est visible sur l'image sous la forme d'une tache lumineuse. 25 - La figure 6 représente une scène observée depuis l'habitacle d'un véhicule et en l'absence de brouillard lorsqu'un faisceau de lumière collimatée traverse une zone dispersive semi-transparente (D) dans le champ du dispositif d'acquisition d'image (C). Le faisceau (F) 30 n'est pas visible sur l'image. La zone dispersive semi- transparente (D) REVENDICATIONSI. Procédé de mesure de visibilité d'une scène, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a. Emission vers un point de la scène d'un faisceau lumineux collimaté, b. Acquisition d'au moins une imag-,, de la scène alors que le faisceau lumineux est dirigé vers elle, c. Analyse de l'image pour détecter la présence 10 éventuelle du faisceau lumineux sur l'image, d. Détermination de l'intensité du faisceau lumineux sur l'image, e. Détermination d'une mesure de visibilité à partir de l'intensité du faisceau lumineux sur l'image, 15 une intensité forte correspondant à une perturbation importante de la visibilité. 2. Dispositif de mesure de la visibilité d'une scène mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1 20 caractérisé en ce qu'il comporte - un moyen d'émission (S) d'un faisceau lumineux collimate, - un dispositif d'acquisition. d'images (C) qui acquiert au moins une image de la scène, 25 - un moyen de calcul (M) qui permet de détecter la présence sur l'image du faisceau lumineux et d'en extraire l'information de visibilité. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en 30 ce que le moyen de calcul (M) pilote la source de lumière collimatée (S) de façon à limiter le temps d'utilisation de la source de lumière (S). 35 4. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte dans le champ du dispositif d'acquisition d'image une zone dispersive semi- transparente traversée par le faisceau lumineux, et que l'intensité lumineuse de cette zone observée sur l'image est utilisée afin d'étalonner l'intensité émise par le moyen d'émission du faisceau lumineux. 5. Véhicule terrestre ou aérien caractérisé en. ce qu'il est équipé d'un dispositif selon l'une des revendications 2 à 4. 10