Brevet FR3129019A1 — publié le 20230512

L'invention concerne un procédé d’estimation dynamique du tangage et du roulis d’un véhicule automobile (10) au moyen d’au moins un capteur (12) d’acquisition d’images qui est embarqué sur ledit véhicule automobile (10), procédé qui comprend au moins une étape d’estimation d’un angle d'inclinaison extrinsèque absolu dudit capteur (12), par une équation qui comprend un coefficient d’anti-divergence qui dépend en partie de l’accélération subie par le capteur (12) d’acquisition d’images au cours du déplacement du véhicule automobile (10). Figure pour l’abrégé : Fig ure 1 Procédé d’estimation dynamique du tangage et du roulis d’un véhicule automobile au moyen d’au moins un capteur d’acquisition d’images La présente demande de brevet se rapporte au domaine des systèmes d’aide à la conduite par un capteur d’acquisition d’images du type caméra vidéo, et plus particulièrement à l’optimisation de l’acquisition d’informations relatives à l’environnement d’un véhicule automobile par un procédé d’estimation dynamique du tangage et du roulis d’un véhicule automobile au moyen d’au moins un capteur d’acquisition d’images qui est embarqué sur le véhicule. Les systèmes d'aide à la conduite automobile, connu sous l’acronyme ADAS, de l'anglais « Advanced Driver Assistance Systems », sont de plus en plus répandus dans les véhicules automobiles. Ils offrent un nombre croissant de fonctionnalités avec pour objectif d'améliorer le confort et la sécurité des utilisateurs de véhicules. A terme, il est envisageable de produire des véhicules à conduite autonome. Nombre de fonctionnalités offertes par de tels systèmes s'appuient sur une analyse en temps réel de l'environnement immédiat du véhicule dans lequel ils sont embarqués. Qu'il s'agisse, par exemple, d'aider au freinage d'urgence ou d'améliorer le contrôle de trajectoire d'une voiture, la prise en compte à chaque instant de caractéristiques de l'environnement du véhicule est nécessaire pour assurer les fonctionnalités des systèmes d'aide à la conduite. Dans ce contexte, une des possibilités pour l'acquisition d'informations relatives à l'environnement immédiat d'un véhicule automobile est d'utiliser des moyens d'acquisition et d'analyse d'images. Un véhicule peut ainsi être équipé d'une ou plusieurs caméras vidéo destinées à observer son environnement, à chaque instant, dans une ou plusieurs directions d'observation. Les images recueillies par les caméras sont alors traitées par le système d'aide à la conduite et celui-ci peut les utiliser pour potentiellement déclencher une action d'aide à la conduite, par exemple déclencher une alerte sonore et/ou visuelle, voire déclencher un freinage ou un changement de trajectoire du véhicule automobile. Ce type de fonctionnement suppose que les images recueillies par la ou les caméras permettent de déduire d'une manière fiable les informations pertinentes souhaitées sur l'environnement du véhicule, et avec un coût de calcul aussi réduit que possible. Cela implique notamment que les images acquises soient effectivement représentatives de la réalité observée et sans dégradations susceptibles de fausser la perception de l'environnement par le système d'aide à la conduite. Cela implique aussi, pour certaines fonctionnalités, qu'il soit possible pour le système d'aide à la conduite, à partir des images acquises par la caméra, de localiser correctement les divers objets présents dans l'espace tridimensionnel dans lequel le véhicule évolue. C'est le cas, par exemple, dans la situation classique où le système d'aide à la conduite exploite les images acquises par une caméra montée sur le pare-brise avant d'un véhicule, au niveau de son rétroviseur central. Cette exploitation présuppose en effet, pour certaines fonctionnalités, de connaître la relation entre les coordonnées spatiales d'un point de l'espace avec le point correspondant dans l'image acquise par la caméra qui suppose donc de connaître la relation spatiale unissant la caméra et le véhicule. Pour s'assurer de la bonne connaissance de ces relations, il est connu de procéder, plus ou moins régulièrement, à un calibrage de la caméra. Ce calibrage a pour but de déterminer des paramètres, dits paramètres intrinsèques et paramètres extrinsèques, de la caméra. Les paramètres intrinsèques sont liés aux caractéristiques techniques propres de la caméra, comme par exemple, sa focale, la position de son centre optique ou son modèle de distorsion. Leur calibrage permet d’estimer ces paramètres et il est donc réalisé en usine en fin de chaîne de production de la caméra. Les paramètres extrinsèques correspondent, quant à eux, au positionnement et à l'orientation de la caméra par rapport à un repère monde et supposé, sous réserve d'une éventuelle inclinaison du véhicule par rapport à la route sur laquelle le véhicule circule, parallèle à ladite route. Ces paramètres comprennent les trois translations et les trois rotations nécessaires pour passer des coordonnées d'un point, exprimées dans un repère défini ci-dessus et appelé « repère monde », aux coordonnées de ce point exprimées dans un repère lié à la caméra appelé « repère caméra ». Le calibrage de ces paramètres (six au total) permet alors d’estimer le positionnement et l'orientation de la caméra par rapport à la route. De plus, s'agissant de paramètres amenés à varier plus fréquemment que les paramètres intrinsèques, par exemple en cas d’un changement de charge de charge du véhicule, le calibrage des paramètres extrinsèques peut être opéré relativement régulièrement afin d'ajuster en permanence leurs valeurs à la situation constatée. La notion de « calibrage » porte souvent sur une variable qui varie peu et qui détermine un angle « absolu » entre la caméra et le repère monde. C’est une moyenne, ou une valeur « nominale », qui ne prend pas en compte les oscillations de la caméra. On distingue le calibrage en fin de chaîne de production du véhicule, qui utilise une mire de production, et le calibrage dit « en ligne » qui s’appuie sur le flux optique de la caméra. Finalement, le calibrage de la caméra a pour objectif de faciliter l'exploitation des images acquises par la caméra afin d'améliorer la localisation dans l'espace des divers objets observés. Malgré cela, quelle que soit la régularité avec laquelle le calibrage peut être opéré, il ne permet pas de suivre le tangage et le roulis dynamique qui engendrent des changements d'orientation dynamiques importants de la caméra. On entend par tangage de la caméra, un mouvement angulaire de la caméra autour d’un axe transversal perpendiculaire à la trajectoire longitudinale du véhicule automobile, et on entend par roulis un mouvement angulaire de la caméra autour d’un axe longitudinal parallèle à la trajectoire longitudinale du véhicule automobile, leur valeur est estimée à l’aide du flux optique de la caméra. La notion de tangage et de roulis dynamique représente la même grandeur physique que le calibrage, c’est-à-dire l’angle de la caméra par rapport à un repère, généralement le repère « monde ». Cependant, le tangage et le roulis dynamique ne représentent pas une moyenne ou des valeurs nominales mais une valeur instantanée qui oscille autour de la valeur de calibrage. Typiquement, dans des situations telles que le franchissement d'un dos d'âne, une accélération ou une décélération importante, ou un changement de pente soudain, la valeur du tangage instantané peut temporairement s'écarter, de façon significative, de sa valeur calibrée. De même, lorsque le véhicule roule sur un coussin berlinois ou un nid de poule de manière « asymétrique », autrement dit lorsque seules les roues se trouvant d'un côté du véhicule franchissent le coussin berlinois ou le nid de poule, ou dans le cas d’un fort virage, la valeur du roulis instantané peut temporairement s'écarter, de façon significative, de sa valeur calibrée. Or la bonne connaissance de l'angle correspondant au tangage et de l'angle correspondant au roulis, a un impact déterminant sur la localisation dans l'espace des objets observés par la caméra d'un véhicule automobile. Dès lors, sa mauvaise appréciation, même temporaire, est susceptible d'affecter la bonne détermination de la position des objets environnant le véhicule et donc de limiter voire de bloquer certaines fonctionnalités du système d'aide à la conduite qui reposent sur cette détermination. Pour estimer le tangage instantané, que l'on désignera simplement par tangage dans la suite, et le roulis instantané que l'on désignera simplement par roulis dans la suite, d'une caméra embarquée dans un véhicule de façon dynamique, c'est-à-dire de manière à apprécier les variations rapides liées à des changements ponctuels d'environnement de conduite, on connaît déjà l'utilisation de la méthode de cartographie et localisation simultanées ou SLAM de l'anglais « Simultaneous Localization And Mapping ». Cette méthode consiste, en premier lieu, à construire simultanément la cartographie d'un lieu et à s'y localiser. Elle peut par ailleurs permettre d'estimer le tangage et le roulis de la caméra en s'appuyant notamment sur le suivi, dans l'image, de certains objets remarquables et de leur déplacement d'une image à l'autre. Elle est toutefois largement sujette au bruit de détection et est relativement limitée en terme de réactivité à laquelle la valeur du tangage et la valeur du roulis peuvent être effectivement actualisées dès lors qu'une estimation robuste est l'objectif visé. Par ailleurs, une autre méthode connue consiste à traiter les images acquises par la caméra embarquée d'un véhicule pour y reconnaître, dans chaque image, la position des lignes de marquage de la route sur laquelle le véhicule circule, et, pour en déduire, en temps réel, un ou des angles d'inclinaison de la caméra. Cette méthode peut permettre d'estimer dynamiquement le tangage mais suppose de circuler sur une route ayant des lignes marquées parallèles et reconnaissables. De plus, dans le cas des deux méthodes évoquées jusqu'ici, l'estimation de la valeur de tangage et de la valeur de roulis n'est performante que dans des cas où celles-ci restent suffisamment proches de valeurs attendues. Autrement dit, dès que l'amplitude de la variation du tangage est très grande, comme c'est le cas par exemple pour le franchissement d'un dos d'âne ou pour une forte accélération, ou que l'amplitude de la variation du roulis est très grande, comme c'est le cas par exemple pour le franchissement d'un coussin berlinois pour d'un nid de poule, les deux méthodes mentionnées précédemment peuvent ne pas réussir à suivre les changements d’angle de la caméra. Pour pallier les inconvénients des deux méthodes évoquées, on connaît un procédé d’estimation dynamique du tangage et du roulis d’un véhicule automobile qui est décrit et représenté dans le document EP3579191B1. Le procédé décrit dans le document EP3579191B1 comporte une première étape de calcul d’un angle d’inclinaison extrinsèque d’une caméra estimé par intégration du mouvement relatif de la caméra à un instant t courant, et une seconde étape d’estimation d’un angle d’inclinaison extrinsèque de la caméra avec correction de divergence. On entend par « angle d’inclinaison » aussi bien un angle de tangage qu’un angle de roulis, c’est à dire l’angle entre le repère caméra et le repère monde. La première étape de calcul détermine l’angle d’inclinaison par l’équation suivante : avec l’angle d’inclinaison extrinsèque absolu de la caméra à un instant précédent t-1, et l’angle d’inclinaison relatif de la caméra à l’instant t courant qui exprime l’angle d’inclinaison du capteur entre ledit instant précédent t-1 et l’instant t courant. La seconde étape estime l’angle d’inclinaison de la caméra par l’équation suivante : avec l’angle d’inclinaison extrinsèque absolu de la caméra, à l’instant t courant, l’angle d’inclinaison extrinsèque de la caméra estimé par intégration du mouvement relatif de la caméra au cours de la première étape de calcul précédente, à l’instant t courant, un coefficient d’anti-divergence compris entre zéro et un, à l’instant t courant, et l’angle d'inclinaison extrinsèque de calibrage à l’instant t courant, qui est connu à chaque instant et qui correspond à la valeur nominale de l’angle d’inclinaison de la caméra en l’absence de dynamique du véhicule automobile. Le coefficient d’anti-divergence est aussi connu sous la dénomination anglaise « Drift Avoiding Coefficient » pour l’acronyme DAC. Avantageusement, le procédé décrit dans le document EP3579191B1 prend en compte le mouvement de la caméra et la multitude des scénarios de la route sans pour autant diverger, par l’emploi du coefficient d’anti-divergence. Toutefois, le coefficient d’anti-divergence ne dépend que du mouvement de la caméra, de sorte que lorsque le mouvement inter-image est élevé, le coefficient d’anti-divergence tend vers zéro et l’estimé de l’angle d’inclinaison se rapproche de l’angle d'inclinaison extrinsèque de la caméra estimé par intégration du mouvement relatif de la caméra . A l’inverse, lorsque le mouvement inter-image est faible, le coefficient d’anti-divergence tend vers sa valeur maximale et l’estimé de l’angle d'inclinaison se rapproche de sa valeur de référence . Or, on constate que le véhicule automobile peut présenter une inclinaison prolongée dans certaines conditions. Par exemple, dans le cas d’un véhicule automobile du type camion équipé d’une cabine suspendue, la cabine peut rester inclinée suivant un angle constant pendant plusieurs secondes, dû à la force d'inertie subie par la cabine. Ainsi, dans le cas d’un freinage d’urgence ou dans le cas d’un long virage, la cabine du véhicule automobile et la caméra montée sur la cabine peuvent conserver un angle de tangage et un angle de roulis respectivement, pendant plusieurs secondes. Par conséquent, dans certaines conditions, le procédé décrit dans le document EP3579191B1 ne permet pas d’estimer les angles de roulis et de tangage de manière fiable, ce qui peut engendrer une perte de l’objet suivi ou un estimé de distance avec l’objet suivi erroné. La présente invention a notamment pour but de résoudre les inconvénients de l'art antérieur précités. On atteint cet objectif, ainsi que d’autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui suit, avec un procédé d’estimation dynamique du tangage et du roulis d’un véhicule automobile au moyen d’au moins un capteur d’acquisition d’images qui est embarqué sur ledit véhicule automobile, procédé qui comprend au moins : - une première étape de calcul d’au moins un angle d’inclinaison extrinsèque du capteur estimé par intégration du mouvement relatif du capteur à un instant t courant, par l’équation suivante : avec : i. l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur à un instant précédent t-1, ii. l’angle d'inclinaison relatif du capteur à l’instant t courant qui exprime l’angle d'inclinaison du capteur entre ledit instant précédent t-1 et l’instant t courant, - une seconde étape d’estimation d’au moins un angle d'inclinaison extrinsèque absolu dudit capteur, par l’équation suivante : avec : i. l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur, à l’instant t courant, ii. l’angle l’angle d'inclinaison extrinsèque du capteur estimé par intégration du mouvement relatif du capteur au cours de la première étape de calcul précédente, à l’instant t courant, iii. un coefficient d’anti-divergence compris entre zéro et un, à l’instant t courant, iv. l’angle d’inclinaison extrinsèque de calibrage à l’instant t courant, qui est connu à chaque instant et qui correspond à la valeur nominale de l’angle d’inclinaison du capteur en l’absence de dynamique du véhicule automobile, caractérisé en ce que le coefficient d’anti-divergence dépend en partie de l’accélération subie par le capteur d’acquisition d’images au cours du déplacement du véhicule automobile. Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du procédé selon invention, prises seules ou en combinaison : - le coefficient d’anti-divergence dépend en partie du mouvement du capteur entre l’instant courant t et un instant précédent ; - la seconde étape d’estimation comprend le calcul du coefficient d’anti-divergence par l’équation suivante : avec : - un coefficient d’anti-divergence relatif qui dépend du mouvement du capteur et qui est obtenu par l’équation suivante : avec une valeur maximale prédéterminée du coefficient d’anti-divergence relatif , un nombre prédéterminé correspondant à la valeur choisie du nombre d’instants précédents utilisés pour la détermination du coefficient d’anti-divergence relatif , l’angle d'inclinaison relatif du capteur à l’instant t courant, une valeur maximale empirique prédéterminée de l’angle d'inclinaison relatif du capteur à l’instant t courant , - un coefficient d’anti-divergence d’accélération qui dépend de l’accélération subie par le capteur, et qui est obtenu par l’équation suivante : avec une valeur maximale prédéterminée du coefficient d’anti-divergence d’accélération , le nombre prédéterminé correspondant à la valeur choisie du nombre d’instants précédents utilisés pour la détermination du coefficient d’anti-divergence d’accélération , l’accélération du capteur d’acquisition d’images à l’instant t, une valeur maximale empirique prédéterminée de l’accélération du capteur d’acquisition d’images ; - l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur est un angle de roulis qui correspond à un mouvement d’oscillation angulaire du capteur autour d’un axe longitudinal globalement parallèle à la trajectoire longitudinale du véhicule automobile ; - l’accélération du capteur d’acquisition d’images est une accélération centrifuge transversale suivant une direction globalement perpendiculaire à la trajectoire du véhicule automobile ; - l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur est un angle de tangage qui correspond à un mouvement d’oscillation angulaire du capteur autour d’un axe transversal globalement perpendiculaire à la trajectoire longitudinale du véhicule automobile ; - l’accélération du capteur d’acquisition d’images est une accélération longitudinale suivant la trajectoire longitudinale du véhicule automobile ; - le véhicule automobile est équipé d’une cabine de conduite qui est montée oscillante en roulis et en tangage par rapport au châssis dudit véhicule et qui porte le capteur d’acquisition d’images. La présente invention se rapporte également à un dispositif d’estimation dynamique du tangage et du roulis d’un véhicule automobile au moyen d’au moins un capteur d’acquisition d’images qui est embarqué sur ledit véhicule, prévu pour mettre en œuvre le procédé décrit précédemment, le dispositif comportant au moins un capteur d’acquisition d’images qui est monté sur ledit véhicule et une unité de traitement pour déterminer l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : : une vue schématique d’un véhicule automobile équipé d’une cabine suspendue et d’une caméra vidéo qui ne présente pas d’angle d’inclinaison dynamique ; : une vue schématique du véhicule automobile de la en position de freinage dans laquelle la caméra présente un angle de tangage ; : un exemple d’évolution de l’orientation de la caméra relatif à l’angle de tangage ; : une vue schématique du véhicule automobile de la en position de dévers dans laquelle la caméra présente un angle de roulis à un instant t-1 ; : une vue schématique similaire à celle de la dans laquelle la caméra présente un angle de roulis à un instant t courant ; : un exemple d’évolution de l’orientation de la caméra relatif à l’angle de roulis. Dans les pièces de la présente demande de brevet, on adoptera à titre non limitatif la terminologie longitudinal, vertical et transversal en référence au trièdre L, V, T indiqué aux figures, en considérant que le véhicule automobile s’étend longitudinalement et se déplace longitudinalement vers l’avant. Sur l’ensemble de ces figures, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques ou similaires sur l’ensemble des figures. Procédé d’estimation dynamique du tangage et du roulis d’un véhicule automobile (10) au moyen d’au moins un capteur (12) d’acquisition d’images qui est embarqué sur ledit véhicule automobile (10), procédé qui comprend au moins : - une première étape de calcul d’au moins un angle d’inclinaison extrinsèque du capteur (12) estimé par intégration du mouvement relatif du capteur (12) à un instant t courant, par l’équation suivante : avec : i. l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur (12) à un instant précédent t-1, ii. l’angle d'inclinaison relatif du capteur (12) à l’instant t courant qui exprime l’angle d'inclinaison du capteur (12) entre ledit instant précédent t-1 et l’instant t courant, - une seconde étape d’estimation d’au moins un angle d'inclinaison extrinsèque absolu dudit capteur (12), par l’équation suivante : avec : i. l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur (12), à l’instant t courant, ii. l’angle d'inclinaison extrinsèque du capteur (12) estimé par intégration du mouvement relatif du capteur (12) au cours de la première étape de calcul précédente, à l’instant t courant, iii. un coefficient d’anti-divergence compris entre zéro et un, à l’instant t courant, iv. l’angle d'inclinaison extrinsèque de calibrage à l’instant t courant, qui est connu à chaque instant et qui correspond à la valeur nominale de l’angle d'inclinaison du capteur (12) en l’absence de dynamique du véhicule automobile (10), caractérisé en ce que le coefficient d’anti-divergence dépend en partie de l’accélération subie par le capteur (12) d’acquisition d’images au cours du déplacement du véhicule automobile (10). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient d’anti-divergence dépend en partie du mouvement du capteur (12) entre l’instant courant t et un instant précédent. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde étape d’estimation comprend le calcul du coefficient d’anti-divergence par l’équation suivante : avec : - un coefficient d’anti-divergence relatif qui dépend du mouvement du capteur (12) et qui est obtenu par l’équation suivante : avec une valeur maximale prédéterminée du coefficient d’anti-divergence relatif , un nombre prédéterminé correspondant à la valeur choisie du nombre d’instants précédents utilisés pour la détermination du coefficient d’anti-divergence relatif , l’angle d'inclinaison relatif du capteur (12) à l’instant t courant, une valeur maximale empirique prédéterminée de l’angle d'inclinaison relatif du capteur (12) à l’instant t courant , un coefficient d’anti-divergence d’accélération qui dépend de l’accélération subie par le capteur (12), et qui est obtenu par l’équation suivante : avec une valeur maximale prédéterminée du coefficient d’anti-divergence d’accélération , le nombre prédéterminé correspondant à la valeur choisie du nombre d’instants précédents utilisés pour la détermination du coefficient d’anti-divergence d’accélération , l’accélération du capteur (12) d’acquisition d’images à l’instant t, une valeur maximale empirique prédéterminée de l’accélération du capteur (12) d’acquisition d’images. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur est un angle de roulis qui correspond à un mouvement d’oscillation angulaire du capteur (12) autour d’un axe (A) longitudinal globalement parallèle à la trajectoire longitudinale du véhicule automobile (10). Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l’accélération du capteur (12) d’acquisition d’images est une accélération centrifuge transversale suivant une direction globalement perpendiculaire à la trajectoire du véhicule automobile (10). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur est un angle de tangage qui correspond à un mouvement d’oscillation angulaire du capteur (12) autour d’un axe (B) transversal globalement perpendiculaire à la trajectoire longitudinale du véhicule automobile (10). Procédé selon les revendications 3 et 6, caractérisé en ce que l’accélération du capteur (12) d’acquisition d’images est une accélération longitudinale suivant la trajectoire longitudinale du véhicule automobile (10). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule automobile (10) est équipé d’une cabine (13) de conduite qui est montée oscillante en roulis et en tangage par rapport au châssis dudit véhicule (10) et qui porte le capteur (12) d’acquisition d’images. Dispositif d’estimation dynamique (18) du tangage et du roulis d’un véhicule automobile (10) au moyen d’au moins un capteur (12) d’acquisition d’images qui est embarqué sur ledit véhicule, prévu pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif comportant au moins un capteur (12) d’acquisition d’images qui est monté sur ledit véhicule (10) et une unité de traitement (16) pour déterminer l’angle d'inclinaison extrinsèque absolu du capteur (12).