EP3807736A1 - Cartographie et localisation simultanée d'un objet dans un environnement intérieur - Google Patents

Cartographie et localisation simultanée d'un objet dans un environnement intérieur

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EP3807736A1
EP3807736A1 EP19745660.1A EP19745660A EP3807736A1 EP 3807736 A1 EP3807736 A1 EP 3807736A1 EP 19745660 A EP19745660 A EP 19745660A EP 3807736 A1 EP3807736 A1 EP 3807736A1
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EP
European Patent Office
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mapping
map
obstacle
generation
location
Prior art date
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Pending
Application number
EP19745660.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Régis ESNAULT
Pascal Pagani
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Orange SA
Original Assignee
Orange SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3807736A1 publication Critical patent/EP3807736A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
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    • G09B29/00—Maps; Plans; Charts; Diagrams, e.g. route diagram
    • G09B29/003—Maps

Definitions

  • the invention relates to the simultaneous mapping and localization of an object in an indoor environment, and more particularly to autonomous cartography and localization.
  • the detection of the position of an object generally cannot rely on external services, such as the GPS-type navigation system.
  • the signals emitted by the navigation systems are transmitted by satellites and are generally not received inside buildings.
  • the accuracy obtained by navigation systems is from a few meters to a few tens of meters, and "indoor" location applications require a much finer resolution.
  • beacons a network of transceivers
  • the object to be located is capable of regularly emitting a radio signal which can be detected and identified by the network of beacons.
  • each beacon is capable of measuring the duration of propagation of the signal from the object to the beacon. This propagation time can be converted into distance by knowing the speed of propagation of the signal.
  • the position of the object is finally obtained by trilateration, by calculating the intersection of the circles centered on each tag and whose radius is equivalent to the distance from the object to the tag.
  • This type of localization localization by arrival time (in English Time of Arrival positioning).
  • This type of location is called arrival time difference localization (in English Time Difference of Arrival positioning).
  • this technique also requires the deployment of a network of beacons, which can be expensive and is not always available in the buildings considered. This constitutes a major drawback of the state of the art.
  • a camera will analyze the image of the environment but will not measure distances.
  • a sonar or radar type device must be used. In this case, it is the echo of a transmitted signal which is analyzed, giving access to the distance of the obstacles.
  • a more complex device must be put in place, either by placing the radar or the sonar on a rotary axis, or at the using a network of several sensors (antennas or microphones) allowing the analysis of the direction of arrival of the signal. All these devices are complex and expensive, which constitutes a major drawback of the state of the art.
  • An object of the invention is a method of mapping and simultaneous localization of an object in an indoor environment comprising a generation of a map of the indoor environment and a determination of the displacement of the object according to data captured by the object, the mapping and localization process jointly generating the map and determining the displacement.
  • the generation of the card at a given instant is a function of information relating to the movement detected at the given instant.
  • the generation of the card comprises an obstacle detection as a function of a response signal received on a transmission by the object of a sounding signal.
  • the generation of the card includes filtering in the response signal received from the part resulting from the sounding signal.
  • the generation of the card comprises a position discrimination of an obstacle as a function of information relating to the displacement detected among several positions supplied as a function of the response signal received.
  • the generated map is more precise because it is generated only from the echo resulting from the sounding signal.
  • the generation of the card includes a weighting of an obstacle detected by a probability when an obstacle detection detects several obstacles in the response signal received on a transmission by the object of a sounding signal, the probability associated with an obstacle being a function, at the given time, of the amplitude of the response signal received resulting from the obstacle and the displacement information detected.
  • the generation of the card comprises a division of the card into several cells, with an obstacle being associated with a cell.
  • the card generation comprises an association with a cell of a card divided into several cells of the obstacle having the highest probability, when several obstacles are detected for the cell.
  • the method according to the invention allows a better mapping of an environment comprising several obstacles (walls, furniture, etc.).
  • the different steps of the method according to the invention are implemented by software or computer program, this software comprising software instructions intended to be executed by a data processor of a device forming part of an object to be located in an interior environment and being designed to control the execution of the various stages of this process.
  • the invention therefore also relates to a mapping and location program comprising program code instructions for the execution of the steps of the mapping and location method when said program is executed by a processor.
  • This program can use any programming language and be in the form of source code, object code or intermediate code between source code and object code such as in a partially compiled form or in any other desirable form.
  • An object of the invention is also a device for simultaneously mapping and localizing an object in an indoor environment comprising a generator of a map of the indoor environment and an analyzer for moving the object as a function of data captured by the object, the mapping and location device jointly implementing the map generator and the displacement analyzer.
  • An object of the invention is also a navigation device comprising
  • a computer capable of determining a path based on the position of the object and the generated map provided by the mapping device and simultaneous location of an object in an indoor environment.
  • An object of the invention is also an object comprising:
  • the object includes a screen capable of reproducing in real time the map generated by the mapping device and simultaneous location of an object in an indoor environment.
  • the object comprises a navigation device according to the invention.
  • the object comprises a locomotor system including a controller capable of controlling at least one direction of the locomotor system as a function of the path determined by the navigation device.
  • FIGS. 3a, 3b and 3c simplified illustrations of the implementation of the invention in the case of a complex environment, that is to say comprising several obstacles, respectively an impulse sounding response obtained when the object is located near two walls, a mapping of a complex environment (two walls) when the object is moved, an impulse sounding response in a complex case (3 obstacles);
  • FIG. 1 illustrates a simplified diagram of the method of simultaneous mapping and localization according to the invention.
  • the method of mapping and simultaneous location SLAM_P of an object O in an interior environment I comprises a generation MP_GN of a map of the interior environment and a determination MVT_DT of the displacement of the object as a function of data captured by the object of.
  • the mapping and location method SLAM_P jointly performs the generation of the map MP_GN and the determination of the displacement MVT_DT.
  • the generation of the MP_GN card at a given time t is a function of information relating to the displacement detected at the given time dp (t).
  • This information relating to the movement comprises in particular at least one of the following data: direction of movement (in 2D or in 3D), speed of movement, starting point, position at time f, etc.
  • the generation of the card MP_GN comprises an obstacle detection WL_DC0, WL_DC as a function of a response signal received r on a transmission by the object O of a sounding signal s.
  • the generation of the card includes filtering in the response signal received rr from the part resulting from the sounding signal s.
  • the FLT filtering therefore provides a filtered signal rf (s) in which the surrounding noises (not resulting from the sounding signal) have been suppressed.
  • the filtered signal rf (s) corresponding to (x) reflection (s) and / or refraction (s) and / or diffraction (s) of the sounding signal emitted on one or more obstacles W.
  • the generation of the MP_GN card comprises a DSCR discrimination of the position of an obstacle wd, wdi as a function of information relating to the detected displacement dp (t) among several positions ⁇ wdk ⁇ k supplied as a function of the response signal received rr.
  • the generation of the MP_GN card in particular the DSCR discrimination or the obstacle detection WL_DC, raises an ambiguity on a position of an obstacle as a function of information relating to the detected displacement.
  • the generation of the map MP_GN includes a weighting WGHT of an obstacle detected wdi by a probability pi when an obstacle detection WL_DC detects several obstacles in the response signal received rr to a transmission by the object of a sounding signal s.
  • the probability pi associated with an obstacle wdi is a function, at the given time f, of the amplitude a of the response signal received resulting from the obstacle and of the displacement information detected.
  • the generation of the MP_GN card comprises a DV division of the card into several mpq cells.
  • An obstacle wd ⁇ e is associated with a cell mpq.
  • map MP_GN comprises a DRW association with a rripp cell of a map mp divided into several cells of the obstacle wd j having the highest probability p ⁇ , when several obstacles ⁇ wd ⁇ are detected for the rripq cell.
  • the determination of the displacement of the object MVT_DT includes a movement analysis capable of using data captured to provide information relating to the displacement of the object at a given time dp (t).
  • the determination of the displacement of the MVT_DT object includes the reception of captured data CPT_REC coming from at least one sensor C.
  • the sensor (s) C is (are), for example, at least one of the devices among the following: a motion sensor, in particular by infrared, an odometer, an accelerometer, a metric counter, a compass, etc.
  • the determination of the displacement of the object MVT_DT comprises a triggering of a movement measurement CPT_REQ transmitting in particular a request rq to a sensor C.
  • the sensor C requested transmits, in response to this request, data collected from from which the displacement dp (t) is determined.
  • the sensor (s) C is (are) at least one of the following devices: a motion sensor, in particular by infrared, an odometer, an accelerometer, a metric counter, a compass, etc.
  • the generation of card MP_GN comprises a reception SSR_REC of the response to the sounding signal r, resulting in particular from the meeting of the sounding signal with at least one obstacle W, such as a wall, a piece of furniture, or even in the case 3D mapping: a ceiling, a floor, etc.
  • the generation of card MP_GN comprises an emission SS_EM of the sounding signal s.
  • the sound signal can be radio, electromagnetic, infrared, sound, etc.
  • a particular embodiment of the simultaneous mapping and location method is a mapping and location program comprising program code instructions for executing the steps of the simultaneous mapping and location method when said program is executed by a processor.
  • Figures 2a, 2b, and 2c show simplified illustrations of the implementation of the invention in the case of an object taking three positions facing an obstacle.
  • FIG. 2a illustrates a displacement of the object in the direction of the obstacle.
  • the location sensor is an antenna 100 transmitting a radio signal.
  • this signal s is transmitted in the environment 2, the propagation phenomena produce at least one echo r which is retransmitted towards the antenna 100.
  • the antenna 100 can then receive this (these) echo (s) and the Mapping and localization device 12 (see FIG. 5) can analyze the duration of round trip transmission, and therefore the distance of obstacles 20.
  • It is a "single antenna radar" operation.
  • Object 1 is just an example of a wireless signal transmission and reception sensor. Other techniques could be used, such as a sound signal (sonar), or infrared, for example.
  • the object 1 In the case where the object 1 provided with a single emission-reception sensor is directed in the direction of an obstacle 20, at each position pos1, pos2, pos3, the object 1 can emit a signal s. This signal is called a sounding signal. The object can then echo this signal after reflection or diffraction on the obstacle 20 for each of these emission positions pos1, pos2, pos3.
  • Figure 2b illustrates impulse sounding responses r for the three positions.
  • the responses r are represented on a graph having on the abscissa the instant of reception t and on the ordinate the amplitude a of the response received r.
  • the mapping and location method combines this single-sensor mapping information with the internal information of movement of the object dp (t). This movement information can be obtained for example using an odometer or even using an accelerometer.
  • FIG. 2c illustrates a location of the obstacle using the displacement information.
  • Trilateration consists in calculating the intersection of three circles centered on positions pos1, pos2 and pos3, and whose radii correspond to the object-obstacle distances obtained for each position by sampling.
  • Figure 2c illustrates the application of trilateration, by way of example, in a 2-dimensional situation. However, it can also be used in the case where localization is carried out in 3 dimensions. In this case, trilateration corresponds to evaluating an intersection of spheres.
  • the mapping and location method includes a control of the object 1 (not illustrated) sending in particular to the locomotor device of the object a punctual change of direction command in order to to allow this ambiguity to be lifted.
  • the example considered proposes to use the distance evaluations at 3 distinct points, but the trilateration can be carried out from distance evaluations carried out at any number of points at least equal to 2.
  • the distance of the obstacles can also be evaluated continuously, and the obstacle location algorithm can choose to use all or part of the distance measurements made in the mapping history, associated with the relative positions of the moving object.
  • Figures 3a, 3b and 3c show simplified illustrations of the implementation of the invention in the case of a complex environment, that is to say comprising several obstacles.
  • FIG. 2c illustrates the case where the obstacle 20 to be identified is located in a precise point in space.
  • the invention applies in the same way when it is the whole of environment 2 which must be mapped.
  • an object 1 moves near an angle formed by two perpendicular walls.
  • Figure 3a illustrates an impulse sounding response obtained when the object is located near two walls.
  • the responses r are represented on a graph having on the abscissa the instant of reception t and on the ordinate the amplitude a of the response received r.
  • object 1 Using its single-sensor sounding system, object 1 permanently receives an impulse sounding response r composed of two peaks: it is specular reflection on each of the walls.
  • the impulse sounding response obtained at a given instant during displacement is illustrated by FIG. 3a.
  • this impulse response to two peaks is represented by two circles centered on the position of the object and whose radii correspond to the distances measured between the object and each of the walls as shown Figure 3b.
  • Figure 3b illustrates a map of a complex environment (two walls) when the object is moved. These two circles are represented for different positions of the object 1 during its movement: the dashed circle corresponds to the distance measured by reflection on the top wall 20- ! , and the solid circle corresponds to the distance measured by reflection on the right wall 20 2 .
  • Object 1 is not represented but only its line of movement (curve in dashes-points).
  • the mapping and rental process can use at least one method of accurately determining the position of the walls.
  • DIV see Figure 1 the space of the environment map into small cells.
  • the probability that a cell contains an obstacle (a wall, furniture) increases each time the cell is crossed by a distance measurement circle.
  • the cells actually corresponding to an obstacle obtain a very high probability.
  • the object can at any time produce a partial map of the knowledge of its environment by applying a threshold on the probabilities obtained in each cell.
  • the accuracy of this method increases as the object moves through the environment and thus performs environmental surveys from different points of view. In particular, the movement in the environment makes it possible to remove any lateral ambiguities.
  • mapping is only possible because the object integrates in the same process the knowledge of its own movement and the elements of probing the environment which it has.
  • Figure 3c illustrates a survey impulse response in a complex case (3 obstacles).
  • the environment can be very complex.
  • all of the propagation phenomena can be at the origin of the retransmission of echoes: specular reflection, diffuse reflection, diffraction.
  • the impulse response is not always composed of distinct peaks of echoes but may correspond to a continuous and decreasing profile representing the level of the decreasing diffuse echo ed as a function of the propagation delay with peaks corresponding to the main echoes ep k .
  • An example of such a profile is shown in Figure 3c.
  • the above mapping method can still be applied.
  • the environment map is fed using continuous echo level disks (obtained from the impulse response).
  • the probability that a cell on the environment map contains an obstacle increases with the echo level listed in this cell, by performing a summation function of these levels for different sounding positions.
  • the function providing the probability of the presence of an obstacle in the environment map can take account of the different echo level profiles measured by the object, the relative position of the object when measuring this profile and the age of the profile measurement. This last point makes it possible to put more or less weight in the older measurements, and is particularly important in the case where the environment can be modified over time (for example in the case where other mobile objects are present in the 'environment).
  • FIG. 4 illustrates a simplified diagram of an object according to the invention.
  • a simultaneous mapping and localization device 12 of an object 1 in an interior environment 2 comprises a generator 120 of a map of the interior environment and an analyzer 121 of displacement of the object as a function of data captured by the object 1.
  • the mapping and location device 12 jointly implements the generator of the card 120 and the displacement analyzer 121.
  • Object 1 includes:
  • the simultaneous mapping and location device 12 of the object 1 comprises a generator 120 of a map of the interior environment and an analyzer 121 of displacement of the object as a function of data captured by the object 1.
  • the mapping and location device 12 jointly implements the generator of the card 120 and the displacement analyzer 121.
  • the object 1 includes a screen 17 capable of reproducing in real time the map generated mp by the simultaneous mapping and location device 12 of an object in an indoor environment.
  • the screen 17 is able to further reproduce on the reproduced map the position of the object 1 as a function of location data supplied by the mapping and location device 12.
  • the object 1 includes a navigation device 15.
  • the object 1 comprises a locomotor system 16 including a controller capable of controlling cmd (dr) at least one direction of the locomotor system 16 as a function of the route determined nvg by the navigation device 15.
  • cmd cmd
  • direction is understood a device d 'a vehicle or an autonomous robot in terms of movement capable of modifying the direction of movement, in particular the direction of the wheels for a vehicle or rolling robot.
  • the generator of the card 120 at a given instant f is a function of information relating to the displacement detected at the given instant dp (t).
  • This information relating to the movement comprises in particular at least one of the following data: direction of movement (in 2D or in 3D), speed of movement, starting point, position at time f, etc.
  • the generator of the card 120 includes an obstacle detector (not shown) as a function of a response signal received r to a transmission by the object 1 of a sounding signal s.
  • the generator of the card 120 includes a filter (not illustrated) extracting from the response signal received rr the part resulting from the sounding signal s.
  • the filter therefore provides a filtered signal rf (s) in which the surrounding noises (not resulting from the sounding signal) have been suppressed.
  • the filtered signal rf (s) corresponding to (x) reflection (s) and / or refraction (s) and / or diffraction (s) of the sounding signal emitted on one or more obstacles W.
  • the generator of the card 120 comprises a discriminator (not illustrated) of the position of an obstacle wd, wdi as a function of information relating to the detected displacement dp (t) among several positions ⁇ wdk ⁇ k provided as a function of the response signal received rr.
  • the generator of the card 120 in particular the discriminator or the obstacle detector, raises an ambiguity on a position of an obstacle as a function of information relating to the detected displacement.
  • the generator of the card 120 includes a weighter (not illustrated) of an obstacle detected wdi by a probability pi when an obstacle detection WL_DC detects several obstacles in the response signal received rr on a transmission by the subject to a survey signal s.
  • the probability pi associated with an obstacle wdi is a function, at the given time f, of the amplitude a of the response signal received resulting from the obstacle and of the displacement information detected.
  • the generator of the card 120 includes a divider (not shown) of the card into several mpq cells.
  • An obstacle wd j is associated with a cell mpq.
  • the generator of the card 120 comprises a coupler (not illustrated) associating with a cell mpc j of a card mp divided into several cells of the obstacle wd ⁇ having the highest probability p ⁇ , when several obstacles ⁇ wd ⁇ are detected for the mpq cell.
  • the object displacement analyzer 121 includes a motion analyzer (not illustrated) capable of using data captured to provide information relating to the movement of the object at a given time dp (t).
  • the object movement analyzer 121 includes a receiver (not shown) of data received from at least one sensor 18.
  • the sensor (s) 18 is (are), for example, at at least one of the following devices: a motion sensor, in particular by infrared, an odometer, an accelerometer, a metric counter, a compass, etc.
  • the object movement analyzer 121 includes a trigger (not shown) for a measurement of motion transmitting in particular a rq request to a sensor 18.
  • the requested sensor 18 transmits in response to this request data captured from from which the displacement dp (t) is determined.
  • the sensor (s) 18 is (are) at least one of the following devices: a motion sensor, in particular by infrared, an odometer, an accelerometer, a metric counter, a compass, etc.
  • the generator of the card 120 comprises the receiver 11 of the response to the sounding signal r, resulting in particular from the meeting of the sounding signal with at least one obstacle 20, such as a wall, a piece of furniture, or even in the case of 3D mapping: a ceiling, a floor, etc.
  • the generator of the card 120 includes a transmitter 10 of the sounding signal s.
  • the sound signal can be radio, electromagnetic, infrared, sound, etc.
  • Object 1 is in particular a smartphone or a tablet, or a vehicle: bicycle, cart, transport cart in a factory, an office building ... but also an autonomous object of robot, land or air drone type ...
  • a navigation device 15 comprises
  • the invention also relates to a support.
  • the information medium can be any entity or device capable of storing the program.
  • the support may include a storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM or else a magnetic recording means, for example a floppy disk or a hard disk.
  • the information medium can be a transmissible medium such as an electrical or optical signal which can be routed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • the program according to the invention can in particular be downloaded from a network, in particular of the Internet type.
  • the information medium can be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the process in question.
  • module can correspond either to a software component or to a hardware component.
  • a software component corresponds to one or more computer programs, one or more subroutines of a program, or more generally to any element of a program or of software capable of implementing a function or a function set as described above.
  • a hardware component corresponds to any element of a hardware (or hardware) set capable of implementing a function or a set of functions.

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Abstract

L'invention concerne la cartographie et localisation simultanée d'un objet dans un environnement intérieur, et plus particulièrement la cartographie et localisation autonome. Un objet de l'invention est un procédé de cartographie et localisation simultanée d'un objet dans un environnement intérieur comportant une génération d'une carte de l'environnement intérieur et une détermination du déplacement de l'objet en fonction de données captées par l'objet, le procédé de cartographie et localisation effectuant conjointement la génération de la carte et la détermination du déplacement. Ainsi, l'ambiguïté entre deux positions d'un obstacle sur une carte en cours de génération est levée en tenant compte du déplacement de l'objet générant la carte sans nécessité des moyens complexes de mise en œuvre.

Description

CARTOGRAPHIE ET LOCALISATION SIMULTANÉE D’UN OBJET DANS UN ENVIRONNEMENT INTÉRIEUR
L'invention concerne la cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur, et plus particulièrement la cartographie et localisation autonome.
La localisation dans un environnement intérieur (ou indoor anglais) est un enjeu majeur pour un grand nombre de domaines des services et de l’industrie. Par exemple, les usines du futur nécessiterons de suivre le déplacement de matériel, pièces ou colis et la position des objets dans le bâtiment devra être connue avec une grande précision. D’autre part, la localisation des personnes aujourd’hui courante à l’extérieur des bâtiments (par exemple à l’aide d’un smartphone équipé d’une puce GPS) devra se poursuivre avec la même qualité de service à l’intérieur des bâtiments, par exemple pour guider les utilisateurs à l’intérieur d’un centre commercial. En outre, le déploiement de robots autonomes est une application où la localisation dite « indoor » est un enjeu majeur.
Dans le contexte de la localisation « indoor », la détection de la position d’un objet ne peut généralement pas s’appuyer sur des services externes, comme le système de navigation de type GPS. D’une part, les signaux émis par les systèmes de navigation sont transmis par des satellites et ne sont généralement pas reçus à l’intérieur des bâtiments. D’autre part, la précision obtenue par les systèmes de navigation est de quelques mètres à quelques dizaines de mètres, et les applications de localisation « indoor » requièrent une résolution beaucoup plus fine.
Classiquement, la localisation en contexte « indoor » est réalisée à partir d’un réseau d’émetteurs-récepteurs appelés balises (en anglais, « beacon »), disposés à l’intérieur du bâtiment, et dont la localisation est connue. L’objet à localiser est capable d’émettre régulièrement un signal radioélectrique qui peut être détecté et identifié par le réseau de balises.
Si le signal émis par l’objet à localiser est synchronisé avec le réseau de balises, chaque balise est capable de mesurer la durée de propagation du signal de l’objet à la balise. Cette durée de propagation peut être convertie en distance en connaissant la vitesse de propagation du signal. On obtient finalement la position de l’objet par trilatération, en calculant l’intersection des cercles centrés sur chaque balise et dont le rayon équivaut à la distance de l’objet à la balise. On appelle ce type de localisation, localisation par temps d’arrivée (en anglais Time of Arrivai positioning). L’article scientifique de K. Pahlavan, Xinrong Li and J. P. Makela, "Indoor geolocation science and technology," in IEEE Communications Magazine, vol. 40, no. 2, pp. 1 12-1 18, Feb 2002, décrit cette méthode pour localiser un objet communicant sur un réseau local sans fil (WLAN) à partir des points d’accès. L’inconvénient majeur de cette technique est qu’elle ne s’applique qu’aux objets qui font déjà partie d’un réseau de communication radioélectrique dont un certain nombre de noeuds ont une position connue, comme un objet mobile dans un réseau Wifi. Dans le cas où le signal émis par l’objet à localiser n’est pas synchronisé avec le réseau de balises, il est toujours possible de localiser l’objet. Dans ce cas, ce n’est pas le temps de propagation du signal vers chaque balise qui est connu, mais la différence de temps d’arrivée du signal entre deux balises. La localisation se fait alors par trilatération en calculant l’intersection d’hyperboles. On appelle ce type de localisation, localisation par différence de temps d’arrivée (en anglais Time Différence of Arrivai positioning). L’article de Do, TH. & Yoo, M., « TDOA-based indoor positioning using visible light », Photon Netw Commun (2014) 27: 80, décrit un exemple de localisation par différence de temps d’arrivée, et montre également que le signal utilisé pour la localisation n’est pas nécessairement radiofréquence, il est également possible d’utiliser des signaux infra-rouges ou dans la lumière visible. Toutefois cette technique nécessite également le déploiement d’un réseau de balises, qui peut être coûteux et n’est pas toujours disponibles dans les bâtiments considérés. Ceci constitue un inconvénient majeur de l’état de l’art.
Afin de se passer du réseau de balises, les technologies les plus avancées tentent d’effectuer simultanément la localisation de l’objet et la cartographie de son environnement. On parle alors de cartographie et localisation simultanées (en anglais « Simultaneous localization and mapping », SLAM en abrégé). Cette méthode est particulièrement développée dans le domaine des robots autonomes. Les principes de la méthode SLAM sont par exemple décrits dans l’article e H. Durrant-Whyte and T. Bailey, "Simultaneous localization and mapping: part I," in IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 13, no. 2, pp. 99-1 10, June 2006. A ce jour, de nombreux travaux ont été réalisés dans le domaine de l’algorithmique afin de traiter les problèmes d’incertitude entre la localisation de l’objet et l’agrégation d’information sur l’environnement. La méthode la plus efficace afin de recueillir des données sur l’environnement reste encore à définir.
Afin de connaître son environnement, un objet doit disposer d’une fonctionnalité supplémentaire dédiée à cette tâche. Par exemple une caméra permettra d’analyser l’image de l’environnement mais ne permet pas de mesurer les distances. Pour ce faire, un dispositif de type sonar ou radar doit être utilisé. Dans ce cas, c’est l’écho d’un signal transmis qui est analysé, donnant accès à la distance des obstacles. Pour réaliser une cartographie complète de l’environnement, et donc connaître non seulement la distance mais la direction des obstacles, un dispositif plus complexe doit être mis en place, soit en disposant le radar ou le sonar sur un axe rotatif, soit à l’aide d’un réseau de plusieurs capteurs (antennes ou microphones) permettant l’analyse de la direction d’arrivée du signal. Tous ces dispositifs sont complexes et coûteux, ce qui constitue un inconvénient majeur de l’état de l’art.
Un des buts de la présente invention est de remédier à des inconvénients de l'état de la technique. Un objet de l’invention est un procédé de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur comportant une génération d’une carte de l’environnement intérieur et une détermination du déplacement de l’objet en fonction de données captées par l’objet, le procédé de cartographie et localisation effectuant conjointement la génération de la carte et la détermination du déplacement.
Ainsi, l’ambiguïté entre deux positions d’un obstacle sur une carte en cours de génération est levée en tenant compte du déplacement de l’objet générant la carte sans nécessité des moyens complexes de mise en oeuvre.
Avantageusement, la génération de la carte à un instant donné est fonction d’une information relative au déplacement détecté à l’instant donné.
Avantageusement, la génération de la carte comporte une détection d’obstacle en fonction d’un signal de réponse reçu à une émission par l’objet d’un signal de sondage.
Avantageusement, la génération de la carte comporte un filtrage dans le signal de réponse reçue de la part résultant du signal de sondage.
Avantageusement, la génération de la carte comporte une discrimination de position d’un obstacle en fonction d’une information relative au déplacement détecté parmi plusieurs positions fournies en fonction du signal de réponse reçu.
Ainsi, la carte générée est plus précise car générée uniquement à partir de l’écho résultant du signal de sondage.
Avantageusement, la génération de la carte comporte une pondération d’un obstacle détecté par une probabilité lorsqu’une détection d’obstacle détecte plusieurs obstacles dans le signal de réponse reçu à une émission par l’objet d’un signal de sondage, la probabilité associé à un obstacle étant fonction, à l’instant donné, de l’amplitude du signal de réponse reçu résultant de l’obstacle et de l’information de déplacement détecté.
Avantageusement, la génération de la carte comporte une division de la carte en plusieurs cellules, à un obstacle étant associée une cellule.
Avantageusement, la génération de carte comporte une association à une cellule d’une carte divisée en plusieurs cellules de l’obstacle ayant la probabilité la plus forte, lorsque plusieurs obstacles sont détectés pour la cellule. Ainsi le procédé selon l’invention permet une meilleure cartographie d’un environnement comportant plusieurs obstacles (murs, meubles, etc.).
Avantageusement, selon une implémentation de l'invention, les différentes étapes du procédé selon l'invention sont mises en oeuvre par un logiciel ou programme d'ordinateur, ce logiciel comprenant des instructions logicielles destinées à être exécutées par un processeur de données d'un dispositif faisant partie d’un objet à localiser dans un environnement intérieur et étant conçus pour commander l'exécution des différentes étapes de ce procédé.
L'invention vise donc aussi un programme de cartographie et localisation comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de cartographie et localisation lorsque ledit programme est exécuté par un processeur.
Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation et être sous la forme de code source, code objet ou code intermédiaire entre code source et code objet tel que dans une forme partiellement compilée ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
Un objet de l’invention est aussi un dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur comportant un générateur d’une carte de l’environnement intérieur et un analyseur de déplacement de l’objet en fonction de données captées par l’objet, le dispositif de cartographie et localisation mettant en oeuvre conjointement le générateur de la carte et l’analyseur de déplacement.
Un objet de l’invention est également un dispositif de navigation comportant
• un dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur, et
• un calculateur apte à déterminer un trajet en fonction de la position de l’objet et la carte générée fournie par le dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur.
Un objet de l’invention est encore un objet comportant :
• un émetteur d’un signal de sondage ;
• un récepteur d’un signal de réponse à une émission par l’objet du signal de sondage ;
• un dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur.
Avantageusement, l’objet comporte un écran apte à reproduire en temps réel la carte générée par le dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur. Avantageusement, l’objet comporte un dispositif de navigation selon l’invention.
Avantageusement, l’objet comporte un système locomoteur incluant un contrôleur apte à commander au moins une direction du système locomoteur en fonction du trajet déterminé par le dispositif de navigation.
Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description, faite à titre d'exemple, et des figures s’y rapportant qui représentent :
- Figure 1 , un schéma simplifié du procédé de cartographie et de localisation simultanée selon l’invention,
- Figures 2a, 2b, et 2c, des illustrations simplifiées de la mise en oeuvre de l’invention dans le cas d’un objet prenant trois positions face un obstacle, respectivement du déplacement de l’objet en direction de l’obstacle, des réponses impulsionnelles de sondage pour les trois positions, et de localisation de l’obstacle en utilisant les informations de déplacements ;
- Figures 3a, 3b et 3c, des illustrations simplifiées de la mise en oeuvre de l’invention dans le cas d’un environnement complexe, c’est-à-dire comportant plusieurs obstacles, respectivement une réponse impulsionnelle de sondage obtenue lorsque l’objet se situe à proximité de deux murs, une cartographie d’un environnement complexe (deux murs) lors d’un déplacement de l’objet, une réponse impulsionnelle de sondage dans un cas complexe (3 obstacles) ;
- Figure 4, un schéma simplifié d’un objet selon l’invention.
La figure 1 illustre un schéma simplifié du procédé de cartographie et de localisation simultanée selon l’invention.
Le procédé de cartographie et localisation simultanée SLAM_P d’un objet O dans un environnement intérieur I comporte une génération MP_GN d’une carte de l’environnement intérieur et une détermination MVT_DT du déplacement de l’objet en fonction de données captées par l’objet de. Le procédé de cartographie et localisation SLAM_P effectue conjointement la génération de la carte MP_GN et la détermination du déplacement MVT_DT.
Par conjointement est notamment entendu de manière simultanée, concomitante.
En particulier, la génération de la carte MP_GN à un instant donné t est fonction d’une information relative au déplacement détecté à l’instant donné dp(t). Cette information relative au déplacement comporte notamment au moins une données parmi les suivantes : sens de déplacement (en 2D ou en 3D), vitesse de déplacement, point de départ, position à l’instant f, etc.
En particulier, la génération de la carte MP_GN comporte une détection d’obstacle WL_DC0, WL_DC en fonction d’un signal de réponse reçu r à une émission par l’objet O d’un signal de sondage s. En particulier, la génération de la carte comporte un filtrage dans le signal de réponse reçue rr de la part résultant du signal de sondage s. Le filtrage FLT fournit donc un signal filtré rf(s) dans lequel les bruits environnants (ne résultant pas du signal de sondage) ont été supprimé. Le signal filtré rf(s) correspondant au(x) réflexion(s) et/ou réfraction(s) et/ou diffraction(s) du signal de sondage émis s sur un ou plusieurs obstacles W.
En particulier, la génération de la carte MP_GN comporte une discrimination DSCR de position d’un obstacle wd, wdi en fonction d’une information relative au déplacement détecté dp(t) parmi plusieurs positions {wdk}k fournies en fonction du signal de réponse reçu rr.
En particulier, la génération de la carte MP_GN, notamment la discrimination DSCR ou la détection d’obstacle WL_DC, lève une ambigüité sur une position d’un obstacle en fonction d’une information relative au déplacement détecté.
En particulier, la génération de la carte MP_GN comporte une pondération WGHT d’un obstacle détecté wdi par une probabilité pi lorsqu’une détection d’obstacle WL_DC détecte plusieurs obstacles dans le signal de réponse reçu rr à une émission par l’objet d’un signal de sondage s. La probabilité pi associé à un obstacle wdi est fonction, à l’instant donné f, de l’amplitude a du signal de réponse reçu résultant rrde l’obstacle et de l’information de déplacement détecté.
En particulier, la génération de la carte MP_GN comporte une division DV de la carte en plusieurs cellules mpq. A un obstacle wd^ e st associée une cellule mpq .
En particulier, la génération de carte MP_GN comporte une association DRW à une cellule rripp d’une carte mp divisée en plusieurs cellules de l’obstacle wdj ayant la probabilité la plus forte pÿ, lorsque plusieurs obstacles {wd^ sont détectés pour la cellule rripq.
En particulier, la détermination du déplacement de l’objet MVT_DT comporte une analyse de mouvement apte à partir de données captées de fournir une information relative au déplacement de l’objet à un instant donné dp(t).
En particulier, la détermination du déplacement de l’objet MVT_DT comporte la réception de données captées CPT_REC provenant d’au moins un capteur C. Le(s) capteur(s) C est(sont), par exemple, au moins un des dispositifs parmi les suivants : un capteur de mouvement, notamment par infrarouge, un odomètre, un accéléromètre, un compteur métrique, une boussole, etc.
En particulier, la détermination du déplacement de l’objet MVT_DT comporte un déclenchement d’une mesure de mouvement CPT_REQ transmettant notamment une requête rq à un capteur C. Le capteur C sollicité transmet en réponse à cette requête des données captées de à partir desquelles le déplacement dp(t) est déterminé. Notamment, le(s) capteur(s) C est(sont) au moins un des dispositifs parmi les suivants : un capteur de mouvement, notamment par infrarouge, un odomètre, un accéléromètre, un compteur métrique, une boussole, etc.
En particulier, la génération de carte MP_GN comporte une réception SSR_REC de la réponse au signal de sondage r, résultant notamment de la rencontre du signal de sondage avec au moins un obstacle W, tel qu’un mur, un meuble, voire dans le cas d’une cartographie 3D : un plafond, un sol, etc.
En particulier, la génération de carte MP_GN comporte une émission SS_EM du signal de sondage s. Le signal de sondage s peut être radio, électromagnétique, infrarouge, sonore, etc.
Un mode de réalisation particulier du procédé de cartographie et de localisation simultanée est un programme de cartographie et localisation comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de cartographie et de localisation simultanée lorsque ledit programme est exécuté par un processeur.
Les figures 2a, 2b, et 2c montrent des illustrations simplifiées de la mise en oeuvre de l’invention dans le cas d’un objet prenant trois positions face un obstacle.
La figure 2a illustre un déplacement de l’objet en direction de l’obstacle.
Par exemple, le capteur de localisation est une antenne 100 émettant un signal radioélectrique. Lorsque ce signal s est transmis dans l’environnement 2, les phénomènes de propagation produisent au moins un écho r qui est retransmis en direction de l’antenne 100. L’antenne 100 peut alors recevoir ce(s) écho(s) et le dispositif de cartographie et de localisation 12 (voir figure 5) peut analyser la durée de transmission aller-retour, et donc la distance des obstacles 20. Il s’agit d’un fonctionnement « radar mono-antenne ». L’objet 1 n’est qu’un exemple de capteur d’émission et de réception d’un signal sans-fil. D’autres techniques pourraient être utilisées, comme un signal sonore (sonar), ou infra-rouge par exemple.
Dans le cas où l’objet 1 muni d’un seul capteur d’émission-réception se dirige dans la direction d’un obstacle 20, à chaque position pos1 , pos2, pos3, l’objet 1 peut émettre un signal s. Ce signal s s’appelle un signal de sondage. L’objet peut alors l’écho r de ce signal après réflexion ou diffraction sur l’obstacle 20 pour chacune de ces positions d’émission pos1 , pos2, pos3.
L’analyse du signal reçu r permet d’obtenir la réponse impulsionnelle de sondage illustrée par la figure 2b, qui représente le niveau de l’écho en fonction de la durée de propagation. On peut ainsi mesurer la durée de propagation aller-retour du signal de sondage. En multipliant cette durée de propagation aller-retour par c/2, où c est la vitesse de propagation du signal, on obtient la distance de l’obstacle. C’est le fonctionnement de type radar.
La figure 2b illustre des réponses r impulsionnelles de sondage pour les trois positions.
Les réponses r sont représentées sur un graphique ayant en abscisses l’instant de réception t et en ordonnées l’amplitude a de la réponse reçue r. Les durées t1 , t2 et t3 représentés sont liées aux distances d1 , d2 et d3 entre l’objet 1 et l’obstacle 20 aux positions pos1 , pos2 et pos3 par les relations : d1 = t1 x c/2, d2 = t2 x c/2, et d3 = t3 x c/2
A ce stade, le sondage réalisé par le capteur de l’objet 1 permet de savoir que l’objet 1 est en train de se rapprocher de l’obstacle 20, mais ne donne pas la direction de l’obstacle 20. Pour déterminer la direction de l’obstacle, le procédé de cartographie et de localisation selon l’invention combine cette information de cartographie mono-capteur avec l’information interne de déplacement de l’objet dp(t). Cette information de déplacement peut être obtenue par exemple à l’aide d’un odomètre ou encore à l’aide d’un accéléromètre.
La figure 2c illustre une localisation de l’obstacle en utilisant les informations de déplacements.
La connaissance de la position relative de l’objet 1 pour les différentes positions de sondage pos1 , pos2, pos3 peut être combinée à l’information d’évaluation de la distance mono capteur de manière à localiser l’obstacle 20. Pour ce faire, une trilatération, peut être réalisée par le procédé de cartographie et de localisation. La trilatération consiste à calculer l’intersection de trois cercles centrés sur les positions pos1 , pos2 et pos3, et dont les rayons correspondent au distances objet-obstacles obtenues pour chaque position par sondage.
La figure 2c illustre l’application de la trilatération, à titre d’exemple, dans une situation à 2 dimensions. Cependant elle peut aussi être utilisée dans le cas où la localisation se réalise en 3 dimensions. Dans ce cas, la trilatération correspond à évaluer une intersection de sphères.
On peut noter sur l’exemple de la figure 2c qu’il persiste une ambiguïté latérale, car les trois cercles se croisent en deux points X1 et X2: au niveau de l’obstacle 20 et à son point symétrique par rapport à l’axe A de déplacement de l’objet 1 . Cette ambiguïté latérale peut être levée dès lors que l’objet 1 en déplacement effectue un mouvement non rectiligne. Par conséquent, l’information de déplacement dp(t) de l’objet 1 permettra de déterminer la position de l’obstacle 20 au point X2. Eventuellement, afin de faciliter cette discrimination de position DSCR, le procédé de cartographie et localisation selon l’invention comporte un contrôle de l’objet 1 (non illustré) envoyant notamment au dispositif locomoteur de l’objet une commande de changement de direction ponctuelle afin de permettre cette levée d’ambigüité.
L’exemple considéré propose d’utiliser les évaluations de distances en 3 points distincts, mais la trilatération peut être réalisée à partir d’évaluations de la distance réalisées en un nombre quelconque de points au moins égal à 2. La distance des obstacles peut également être évaluée en continu, et l’algorithme de localisation des obstacles peut choisir d’utiliser tout ou partie des mesures de distance réalisées dans l’historique de cartographie, associées aux positions relatives de l’objet en déplacement. Ainsi, en utilisant le procédé de cartographie et de localisation selon l’invention, plus l’objet 1 se déplace dans son environnement 2, et plus sa représentation des obstacles qui l’entourent, devient précise.
Les figures 3a, 3b et 3c montrent des illustrations simplifiées de la mise en oeuvre de l’invention dans le cas d’un environnement complexe, c’est-à-dire comportant plusieurs obstacles.
L’exemple de la figure 2c illustre le cas où l’obstacle 20 à identifier est localisé dans un point précis de l’espace. Cependant, l’invention s’applique de la même manière lorsque c’est l’ensemble de l’environnement 2 qui doit être cartographié. A titre d’illustration, un objet 1 se déplace à proximité d’un angle formé par deux murs perpendiculaires.
La figure 3a illustre une réponse impulsionnelle de sondage obtenue lorsque l’objet se situe à proximité de deux murs. Les réponses r sont représentées sur un graphique ayant en abscisses l’instant de réception t et en ordonnées l’amplitude a de la réponse reçue r.
A l’aide de son système de sondage mono-capteur, l’objet 1 reçoit en permanence une réponse r impulsionnelle de sondage composée de deux pics : il s’agit de la réflexion spéculaire sur chacun des murs. La réponse impulsionnelle de sondage obtenue à un instant donné lors du déplacement est illustrée par la figure 3a.
Du point de vue de la cartographie de l’environnement, cette réponse impulsionnelle à deux pics est représentée par deux cercles centrés sur la position de l’objet et dont les rayons correspondent aux distances mesurées entre l’objet et chacun des murs comme le montre la figure 3b.
La figure 3b illustre une cartographie d’un environnement complexe (deux murs) lors d’un déplacement de l’objet. Ces deux cercles sont représentés pour différentes positions de l’objet 1 lors de son déplacement : le cercle en tiret correspond à la distance mesurée par réflexion sur le mur du haut 20-! , et le cercle en trait plein correspond à la distance mesurée par réflexion sur le mur de droite 202. L’objet 1 n’est pas représenté mais uniquement sa ligne de déplacement (courbe en tirets- points).
Les cercles mesurés successivement tendent à se superposer à l’endroit où se situent chacun des murs 2CL , 202.
Le procédé de cartographie et de location peut utiliser au moins une méthode de détermination exacte de la position des murs. A titre d’exemple, il est possible de diviser DIV (cf. figure 1 ) l’espace de la carte d’environnement en cellules de petite taille. La probabilité qu’une cellule contienne un obstacle (un mur, du mobilier) augmente à chaque fois que la cellule est traversée par un cercle de mesure de distance. Au fur et à mesure que l’objet se déplace dans son environnement, les cellules correspondant réellement à un obstacle obtiennent une très forte probabilité. L’objet peut à tout moment produire une carte partielle de la connaissance de son environnement en appliquant un seuil sur les probabilités obtenues dans chaque cellule. La précision de cette méthode augmente à mesure que l’objet se déplace dans l’environnement et effectue ainsi des sondages de l’environnement à partir de points de vue différents. En particulier, le déplacement dans l’environnement permet de lever les éventuelles ambiguïtés latérales.
Ce type de cartographie n’est possible que parce que l’objet intègre dans le même processus la connaissance de son propre déplacement et les éléments de sondage de l’environnement dont il dispose.
La figure 3c illustre une réponse impulsionnelle de sondage dans un cas complexe (3 obstacles).
Dans les cas pratiques, l’environnement peut être très complexe. D’autre part, l’ensemble des phénomènes de propagation peuvent être à l’origine de la retransmission d’échos : réflexion spéculaire, réflexion diffuse, diffraction. Ainsi la réponse impulsionnelle n’est pas toujours composée de pics d’échos distincts mais peut correspondre à un profil continu et décroissant représentant le niveau de l’écho diffus décroissant ed e n fonction du délai de propagation avec des pics correspondant aux échos principaux epk. Un exemple d’un tel profil est représenté dans la figure 3c.
Dans cette situation, la méthode de cartographie ci-dessus peut toujours être appliquée. Au lieu de cercles distincts correspondant aux échos principaux epk, la carte d’environnement est alimentée à l’aide de disques continus de niveau d’écho (obtenus à partir de la réponse impulsionnelle). La probabilité qu’une cellule de la carte de l’environnement contienne un obstacle augmente avec le niveau d’écho répertorié dans cette cellule, en réalisant une fonction de sommation de ces niveaux pour différentes positions de sondage.
La fonction fournissant la probabilité de présence d’un obstacle dans la carte d’environnement peut tenir compte des différents profils de niveau d’écho mesurés par l’objet, de la position relative de l’objet lors de la mesure de ce profil et de l’ancienneté de la mesure du profil. Ce dernier point permet de mettre plus ou moins de poids dans les mesures plus anciennes, et est particulièrement important dans le cas où l’environnement peut être modifié dans le temps (par exemple dans le cas où d’autres objets mobiles sont présents dans l’environnement).
La figure 4 illustre un schéma simplifié d’un objet selon l’invention.
Un dispositif de cartographie et localisation simultanée 12 d’un objet 1 dans un environnement intérieur 2 comporte un générateur 120 d’une carte de l’environnement intérieur et un analyseur 121 de déplacement de l’objet en fonction de données captées par l’objet 1 . Le dispositif de cartographie et localisation 12 met en oeuvre conjointement le générateur de la carte 120 et l’analyseur de déplacement 121 .
Par conjointement est notamment entendu de manière simultanée, concomitante.
Un objet 1 comporte :
• un émetteur 10 d’un signal de sondage s;
• un récepteur 1 1 d’un signal de réponse r à une émission par l’objet 1 du signal de sondage ;
• un dispositif de cartographie et localisation simultanée 12 d’un objet 1 dans un environnement intérieur.
Le dispositif de cartographie et localisation simultanée 12 de l’objet 1 comporte un générateur 120 d’une carte de l’environnement intérieur et un analyseur 121 de déplacement de l’objet en fonction de données captées par l’objet 1 . Le dispositif de cartographie et localisation 12 met en oeuvre conjointement le générateur de la carte 120 et l’analyseur de déplacement 121 .
En particulier, l’objet 1 comporte un écran 17 apte à reproduire en temps réel la carte générée mp par le dispositif de cartographie et localisation 12 simultanée d’un objet dans un environnement intérieur. Notamment, l’écran 17 est apte à reproduire en outre sur la carte reproduite la position de l’objet 1 en fonction de données de localisation fournie par le dispositif de cartographie et localisation 12.
En particulier, l’objet 1 comporte un dispositif de navigation 15. En particulier, l’objet 1 comporte un système locomoteur 16 incluant un contrôleur apte à commander cmd(dr) au moins une direction du système locomoteur 16 en fonction du trajet déterminé nvg par le dispositif de navigation 15. Par direction est entendue un dispositif d'un véhicule ou un robot autonome en terme de déplacement apte à modifier le sens du déplacement notamment la direction des roues pour véhicule ou robot roulant.
En particulier, le générateur de la carte 120 à un instant donné f est fonction d’une information relative au déplacement détecté à l’instant donné dp(t). Cette information relative au déplacement comporte notamment au moins une données parmi les suivantes : sens de déplacement (en 2D ou en 3D), vitesse de déplacement, point de départ, position à l’instant f, etc.
En particulier, le générateur de la carte 120 comporte un détecteur d’obstacle (non illustré) en fonction d’un signal de réponse reçu r à une émission par l’objet 1 d’un signal de sondage s.
En particulier, le générateur de la carte 120 comporte un filtre (non illustré) extrayant du le signal de réponse reçue rr la part résultant du signal de sondage s. Le filtre fournit donc un signal filtré rf(s) dans lequel les bruits environnants (ne résultant pas du signal de sondage) ont été supprimé. Le signal filtré rf(s) correspondant au(x) réflexion(s) et/ou réfraction(s) et/ou diffraction(s) du signal de sondage émis s sur un ou plusieurs obstacles W.
En particulier, le générateur de la carte 120 comporte un discriminateur (non illustré) de position d’un obstacle wd, wdi en fonction d’une information relative au déplacement détecté dp(t) parmi plusieurs positions {wdk}k fournies en fonction du signal de réponse reçu rr.
En particulier, le générateur de la carte 120, notamment le discriminateur ou le détecteur d’obstacle, lève une ambigüité sur une position d’un obstacle en fonction d’une information relative au déplacement détecté.
En particulier, le générateur de la carte 120 comporte un pondérateur (non illustré) d’un obstacle détecté wdi par une probabilité pi lorsqu’une détection d’obstacle WL_DC détecte plusieurs obstacles dans le signal de réponse reçu rr à une émission par l’objet d’un signal de sondage s. La probabilité pi associé à un obstacle wdi est fonction, à l’instant donné f, de l’amplitude a du signal de réponse reçu résultant rrde l’obstacle et de l’information de déplacement détecté.
En particulier, le générateur de la carte 120 comporte un diviseur (non illustré) de la carte en plusieurs cellules mpq. A un obstacle wd j est associée une cellule mpq . En particulier, le générateur de la carte 120 comporte un coupleur (non illustré) associant à une cellule mpcj d’une carte mp divisée en plusieurs cellules de l’obstacle wdÿ ayant la probabilité la plus forte pÿ, lorsque plusieurs obstacles {wd^ sont détectés pour la cellule mpq.
En particulier, l’analyseur 121 du déplacement de l’objet comporte un analyseur de mouvement (non illustré) apte à partir de données captées de fournir une information relative au déplacement de l’objet à un instant donné dp(t).
En particulier, l’analyseur 121 du déplacement de l’objet comporte un récepteur (non illustré) de données captées provenant d’au moins un capteur 18. Le(s) capteur(s) 18 est(sont), par exemple, au moins un des dispositifs parmi les suivants : un capteur de mouvement, notamment par infrarouge, un odomètre, un accéléromètre, un compteur métrique, une boussole, etc.
En particulier, l’analyseur 121 du déplacement de l’objet comporte un déclencheur (non illustré) d’une mesure de mouvement transmettant notamment une requête rq à un capteur 18. Le capteur 18 sollicité transmet en réponse à cette requête des données captées de à partir desquelles le déplacement dp(t) est déterminé. Notamment, le(s) capteur(s) 18 est(sont) au moins un des dispositifs parmi les suivants : un capteur de mouvement, notamment par infrarouge, un odomètre, un accéléromètre, un compteur métrique, une boussole, etc.
En particulier, le générateur de la carte 120 comporte le récepteur 1 1 de la réponse au signal de sondage r, résultant notamment de la rencontre du signal de sondage avec au moins un obstacle 20, tel qu’un mur, un meuble, voire dans le cas d’une cartographie 3D : un plafond, un sol, etc.
En particulier, le générateur de la carte 120 comporte un émetteur 10 du signal de sondage s. Le signal de sondage s peut être radio, électromagnétique, infrarouge, sonore, etc.
L’objet 1 est notamment un smartphone ou une tablette, ou un véhicule : vélo, voiturette, chariot de transport dans une usine, un immeuble de bureaux... mais encore un objet autonome de type robot, drone terrestre ou aérien...
Dans un mode de réalisation non illustré, un dispositif de navigation 15 comporte
• le dispositif de cartographie et localisation 12 simultanée d’un objet dans un environnement intérieur, et
• un calculateur (non illustré) apte à déterminer un trajet en fonction de la position de l’objet et la carte générée fournie par le dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur. L'invention vise aussi un support. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette ou un disque dur.
D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau notamment de type Internet.
Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.
Dans une autre implémentation, l'invention est mise en oeuvre au moyen de composants logiciels et/ou matériels. Dans cette optique le terme module peut correspondre aussi bien à un composant logiciel ou à un composant matériel. Un composant logiciel correspond à un ou plusieurs programmes d'ordinateur, un ou plusieurs sous-programmes d'un programme, ou de manière plus générale à tout élément d'un programme ou d'un logiciel apte à mettre en oeuvre une fonction ou un ensemble de fonction selon la description ci-dessus. Un composant matériel correspond à tout élément d'un ensemble matériel (ou hardware) apte à mettre en oeuvre une fonction ou un ensemble de fonctions.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur comportant une génération d’une carte de l’environnement intérieur et une détermination du déplacement de l’objet en fonction de données captées par l’objet, le procédé de cartographie et localisation effectuant conjointement la génération de la carte et la détermination du déplacement.
2. Procédé de cartographie et localisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la génération de la carte à un instant donné est fonction d’une information relative au déplacement détecté à l’instant donné.
3. Procédé de cartographie et localisation selon l’une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la génération de la carte comporte une détection d’obstacle en fonction d’un signal de réponse reçu à une émission par l’objet d’un signal de sondage.
4. Procédé de cartographie et localisation selon l’une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la génération de la carte comporte un filtrage dans le signal de réponse reçue de la part résultant du signal de sondage.
5. Procédé de cartographie et localisation selon l’une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la génération de la carte comporte une discrimination de position d’un obstacle en fonction d’une information relative au déplacement détecté parmi plusieurs positions fournies en fonction du signal de réponse reçu.
6. Procédé de cartographie et localisation selon l’une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la génération de la carte comporte une pondération d’un obstacle détecté par une probabilité lorsqu’une détection d’obstacle détecte plusieurs obstacles dans le signal de réponse reçu à une émission par l’objet d’un signal de sondage, la probabilité associé à un obstacle étant fonction, à l’instant donné, de l’amplitude du signal de réponse reçu résultant de l’obstacle et de l’information de déplacement détecté.
7. Procédé de cartographie et localisation selon la revendication précédente caractérisé en ce que la génération de la carte comporte une division de la carte en plusieurs cellules, à un obstacle étant associée une cellule.
8. Procédé de cartographie et localisation selon l’une quelconques des revendications 4 ou 6 caractérisé en ce que la génération de carte comporte une association à une cellule d’une carte divisée en plusieurs cellules de l’obstacle ayant la probabilité la plus forte, lorsque plusieurs obstacles sont détectés pour la cellule.
9. Programme de cartographie et localisation comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de cartographie et localisation selon l’une quelconque des revendications précédentes lorsque ledit programme est exécuté par un processeur.
10. Dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur comportant un générateur d’une carte de l’environnement intérieur et un analyseur de déplacement de l’objet en fonction de données captées par l’objet, le dispositif de cartographie et localisation mettant en oeuvre conjointement le générateur de la carte et l’analyseur de déplacement.
1 1 . Dispositif de navigation comportant
• un dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur selon la revendication précédente, et
• un calculateur apte à déterminer un trajet en fonction de la position de l’objet et la carte générée fournie par le dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur.
12. Objet comportant :
• un émetteur d’un signal de sondage ;
• un récepteur d’un signal de réponse à une émission par l’objet du signal de sondage ;
• un dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur selon la revendication 10.
13. Objet selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’objet comporte un écran apte à reproduire en temps réel la carte générée par le dispositif de cartographie et localisation simultanée d’un objet dans un environnement intérieur.
14. Objet selon l’une quelconque des revendications 12 ou 13 caractérisé en ce que l’objet comporte un dispositif de navigation.
15. Objet selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’objet comporte un système locomoteur incluant un contrôleur apte à commander au moins une direction du système locomoteur en fonction du trajet déterminé par le dispositif de navigation.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9103938B2 (en) * 2011-05-06 2015-08-11 Hadal, Inc. Systems and methods for holographic simultaneous localization and mapping
AU2012376428B2 (en) * 2012-04-05 2015-06-25 Hitachi, Ltd. Map data creation device, autonomous movement system and autonomous movement control device
FR3025325B1 (fr) * 2014-09-01 2016-12-30 Valeo Schalter & Sensoren Gmbh Dispositif et procede de localisation et de cartographie
WO2018089703A1 (fr) * 2016-11-09 2018-05-17 The Texas A&M University System Procédé et système de localisation et de cartographie simultanées, précises et à long terme avec détection d'orientation absolue

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