ES2369483T3 - Dispositivo de medición de la distancia de visibilidad. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de determinación de la distancia de visibilidad en un paisaje, que comprende: - una cámara (12) para captar una imagen de dicho paisaje para el que debe determinarse la distancia de visibilidad; - medios (16) para memorizar dicha imagen; estando caracterizado dicho dispositivo porque comprende además: - medios (18) de tratamiento de la imagen para detectar si un píxel de la imagen presenta un contraste superior a un valor predeterminado con respecto a al menos algunos de los píxeles adyacentes; medios (18) para aplicar sucesivamente a los píxeles de la imagen dicho tratamiento de detección de contraste, desde el píxel correspondiente a la mayor distancia entre un punto del paisaje y la cámara, y hasta que se detecte que un píxel, denominado primer píxel, presenta un contraste que cumple la condición de contraste, - medios para asociar a cada píxel de la imagen una información representativa de la distancia entre el punto del paisaje correspondiente a dicho píxel y la cámara, mediante lo cual se obtiene un mapa de las distancias, consistiendo dichos medios en medios elegidos del grupo que comprende o bien otra cámara (14) adecuada para captar una segunda imagen del mismo paisaje con un ángulo diferente para obtener un efecto de estereovisión y medios de tratamiento de los píxeles de las dos imágenes para deducir una información representativa de la distancia de cada píxel de la primera imagen, o bien medios (30) de telemetría adecuados para realizar un barrido de dicho paisaje para asociar a cada píxel de la imagen una información representativa de la distancia; y - medios (18) para asociar a dicho primer píxel una información de distancia a partir de dicho mapa de distancias, siendo esta información de distancia la distancia de visibilidad.
Description
Dispositivo de medición de la distancia de
visibilidad.
La presente invención tiene por objeto un
dispositivo de medición de la distancia de visibilidad,
concretamente, pero no exclusivamente, destinado a montarse en un
vehículo.
La definición que se toma generalmente de la
distancia de visibilidad y más particularmente de la distancia de
visibilidad meteorológica es la siguiente: es la distancia más allá
de la cual un objeto negro de dimensión conveniente se percibe con
un contraste inferior a un valor predeterminado del orden del 2 al
5%. Además, se define comúnmente el contraste entre dos objetos
mediante la fórmula de Michelson:
En esta fórmula, L_{max} designa la luminancia
del objeto más claro y L_{min} la luminancia del objeto más
oscuro.
Pueden usarse otras fórmulas, por ejemplo el
contraste de Weber:
El cálculo de la distancia de visibilidad, y más
precisamente de visibilidad meteorológica, presenta al menos dos
intereses. En primer lugar, la medición de la distancia de
visibilidad por sí misma permite proporcionar por ejemplo al
conductor de un vehículo una información que le permitirá adaptar su
conducción a las condiciones de visibilidad. Por otro lado, la
medición de la distancia de visibilidad meteorológica no sirve sólo
para un sistema de detección de objetos. Más generalmente, puede
servir para cualquier asistencia a la conducción que requiera una
percepción de determinados componentes del entorno, por ejemplo para
una aplicación de detección de la carretera.
El uso de la medición de la distancia de
visibilidad meteorológica para las asistencias a la conducción no se
reduce al ajustar el sensor de mediciones. La asistencia a la
conducción, cuando se conoce la visibilidad, puede avisar por
ejemplo al conductor de que su funcionamiento está degradado o
incluso de que está desactivada ya que se encuentra fuera de su
rango de funcionamiento.
Gracias a los documentos US 2003/0197867, US
6362773 y US 6208938 se conocen diferentes dispositivos para
calcular una distancia de visibilidad.
El primer documento (US2003/0197867) propone así
varios dispositivos.
Un primer dispositivo es un dispositivo que
comprende una cámara instalada en un puesto fijo, delante de la cual
se disponen objetivos específicos a diferentes distancias.
A partir de una imagen captada por la cámara, el
dispositivo establece una curva representativa de los niveles de
contraste para los diferentes objetivos, en función de la distancia.
Para cada objetivo, el nivel de contraste tomado se calcula
calculando la media de los contrastes de un porcentaje
predeterminado de los píxeles de mayor contraste, en el objetivo
considerado; calculándose el contraste para cada píxel de este
objetivo.
Basándose en esta curva, el dispositivo
determina una distancia de visibilidad.
Se entiende que el dispositivo debe identificar,
en la imagen, los diferentes objetivos con el fin de calcular el
nivel de contraste para los mismos.
Según una variante de este dispositivo, durante
la identificación de los objetivos, y aunque la posición en la
imagen de los diferentes objetivos se conozca a priori, el
objetivo más próximo a la cámara se identifica en primer lugar en la
imagen. Este objetivo es en efecto el más fácil de identificar en la
imagen. Esta precaución pretende garantizar la correcta
identificación de los objetivos en la imagen, aunque la cámara se
haya movido con respecto a la escena.
El primer documento mencionado anteriormente
también presenta un dispositivo de determinación de la visibilidad
relativa, con ayuda de una cámara. Este dispositivo no requiere el
uso de objetivos específicos.
Este dispositivo permite determinar, o bien para
el conjunto de una imagen captada por la cámara, o bien solamente
para partes de esta imagen, la visibilidad relativa. Se trata de una
razón entre la visibilidad constatada en la imagen, y una
visibilidad de referencia. Eventualmente, también puede determinarse
la distancia entre las diferentes partes de imagen y la cámara, lo
que permite al dispositivo proporcionar la información de
visibilidad relativa en función de la distancia.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo susceptible de embarcarse en un vehículo
que permita, en todas las situaciones de visibilidad, calcular la
distancia de visibilidad meteorológica para el entorno del
vehículo.
Para alcanzar este objetivo, según la invención,
el dispositivo de determinación de la distancia de visibilidad en un
paisaje comprende:
- -
- una cámara para captar una imagen de dicho paisaje para el que debe determinarse la distancia de visibilidad;
- -
- medios para memorizar dicha imagen;
estando el dispositivo caracterizado porque
comprende además:
- -
- medios de tratamiento de la imagen para detectar si un píxel de la imagen presenta un contraste superior a un valor predeterminado con respecto a al menos algunos de los píxeles adyacentes;
- -
- medios para aplicar sucesivamente a los píxeles de la imagen dicho tratamiento de detección de contraste desde el píxel correspondiente a la mayor distancia entre un punto del paisaje y la cámara, y hasta que se detecta que un píxel, denominado primer píxel, presenta un contraste que cumple la condición de contraste,
- -
- medios para asociar a cada píxel de la imagen una información representativa de la distancia entre el punto del paisaje correspondiente a dicho píxel y la cámara, mediante lo cual se obtiene un mapa de las distancias, consistiendo dichos medios en medios elegidos del grupo que comprende o bien otra cámara adecuada para captar una segunda imagen del mismo paisaje con un ángulo diferente para obtener un efecto de estereovisión y medios de tratamiento de los píxeles de las dos imágenes para deducir una información representativa de la distancia de cada píxel de la primera imagen, o bien medios de telemetría adecuados para realizar un barrido de dicho paisaje para asociar a cada píxel de la imagen una información representativa de la distancia; y
- -
- medios para asociar a dicho primer píxel una información de distancia a partir de dicho mapa de distancias, siendo esta información de distancia la distancia de visibilidad.
Se entiende que el dispositivo de determinación
de la distancia de visibilidad comprende una cámara para captar una
imagen del paisaje en el que se desea determinar dicha distancia,
medios para asociar a cada píxel de la imagen una información
representativa de la distancia entre el punto del paisaje
correspondiente al píxel y la cámara y medios de tratamiento de esas
informaciones. Los medios de tratamiento permiten poner en práctica
un algoritmo de medición de contraste aplicando la fórmula de
Michelson o cualquier otra fórmula de contraste y medios para
aplicar sucesivamente a los píxeles de la imagen el tratamiento de
detección de contraste mediante barrido de la imagen desde el de la
imagen una información representativa de la distancia entre el punto
del paisaje correspondiente al píxel y la cámara y medios de
tratamiento de esas informaciones. Los medios de tratamiento
permiten poner en práctica un algoritmo de medición de contraste
aplicando la fórmula de Michelson o cualquier otra fórmula de
contraste y medios para aplicar sucesivamente a los píxeles de la
imagen el tratamiento de detección de contraste mediante barrido de
la imagen desde el píxel correspondiente a la mayor distancia con
respecto a la cámara hasta que se detecta que un píxel presenta un
contraste superior al valor predeterminado. La distancia entre el
punto del paisaje correspondiente al primer píxel que presenta el
contraste predeterminado y la cámara proporciona la distancia de
visibilidad y más precisamente la distancia de visibilidad
meteorológica.
Según la invención, y en el primero de los dos
modos de puesta en práctica de la invención, los medios para asociar
a cada píxel de la imagen una información representativa de la
distancia comprenden una segunda cámara de captación de imágenes. La
información representativa de la distancia se extrae entonces de los
medios conocidos de la imagen en estereovisión que se obtiene así
con ayuda de las dos cámaras.
Según el segundo modo de puesta en práctica de
la invención, los medios para asociar a cada píxel de la imagen una
información representativa de la distancia comprenden un dispositivo
de telemetría para realizar un barrido del paisaje delante de la
cámara. Así puede asociarse a cada píxel de la imagen una
información representativa de la distancia con respecto a la cámara
proporcionada por el dispositivo de telemetría.
Otras características y ventajas de la invención
se desprenderán mejor tras la lectura de la siguiente descripción de
varios modos de puestas en práctica de la invención facilitados a
modo de ejemplos no limitativos.
- La figura 1 es una vista simplificada del
primer modo de puesta en práctica del dispositivo de medición de la
distancia de visibilidad;
- la figura 2 es un organigrama del
procedimiento de tratamiento puesto en práctica por el
dispositivo;
- la figura 3 es una vista simplificada del
segundo modo de puesta en práctica del dispositivo de medición de la
distancia de visibilidad.
Haciendo referencia en primer lugar a la figura
1, va a describirse el primer modo de realización del dispositivo de
medición de la distancia de visibilidad en el caso en el que está
montado en un vehículo. Se han representado dos cámaras (12) y (14)
montadas en la parte delantera del vehículo, y cuyos ejes x, x' e y,
y' están orientaos de tal manera que el conjunto de las dos cámaras
(12) y (14) proporciona una imagen en estereovisión del paisaje
delante el vehículo. Lo más habitual es que el paisaje contenga la
carretera sobre la que se desplaza el vehículo. Preferiblemente, las
cámaras (12) y (14) son cámaras digitales que proporcionan por tanto
directamente la información relativa a los diferentes píxeles de la
imagen en forma digital. También podrían usarse cámaras analógicas
asociándolas a convertidores analógico-digital. La
información digital correspondiente a las imágenes captadas
respectivamente por las cámaras (12) y (14) se almacena en una
memoria (16).
El tratamiento de la información relativa a esas
dos imágenes se realiza por un conjunto de tratamientos (18),
constituido esencialmente por un microprocesador (20), una memoria
(22) de programa y una memoria (24) de datos. La memoria (22) de
programa contiene en primer lugar un programa (Prog 1) de
elaboración de un mapa de disparidades a partir de la información de
píxeles de las dos imágenes almacenadas en la memoria (16). La
memoria (22) también comprende un segundo programa (Prog 2) de
cálculo de contrastes entre un píxel de la imagen y los píxeles del
entorno por ejemplo mediante puesta en práctica de la fórmula de
Michelson. La memoria (22) comprende un tercer programa (Prog 3) de
barrido de los píxeles de la imagen del paisaje para poner en
práctica sucesivamente, con ayuda del programa (Prog 2), el cálculo
del contraste de cada píxel. Finalmente, un programa de
determinación de la distancia de visibilidad (Prog 4) permite,
cuando se ha detectado un píxel de contraste deseado, calcular la
distancia efectiva entre el punto del paisaje asociado a ese píxel y
la posición de la cámara para obtener así esta distancia de
visibilidad. Finalmente, el dispositivo de medición comprende
ventajosamente un sistema (26) de visualización que permite
visualizar la distancia de visibilidad calculada anteriormente.
Ahora van a explicarse las diferentes etapas del
tratamiento que permite obtener la distancia de visibilidad. Con
ayuda del programa (Prog 1), el microprocesador (20) calcula un mapa
de disparidades a partir de la información digital correspondiente a
las dos imágenes captadas respectivamente por las cámaras (12) y
(14). Este mapa de disparidades contiene por tanto información
representativa de la diferencia de posición entre las imágenes
captadas por las dos cámaras de un mismo punto del paisaje. La
elaboración del mapa de disparidades se describe en
"In-vehicle obstacles detection and
characterization by stereovision, Raphael Labayrade, Didier Aubert,
In Vehicle Cognitive Computer Vision Systems, ICVS, Gratz, 3 de
abril de 2003".
El mapa de disparidades se almacena en la
memoria (24) de datos y constituye el mapa de distancias.
Evidentemente debe realizarse una calibración inicial de la
instalación de medición. A partir del mapa de disparidades, el
programa de barrido (Prog 3) realiza sucesivamente un barrido de los
píxeles de la imagen comenzando por los píxeles correspondientes a
la distancia más importante con respecto a la cámara. Para cada
píxel, se pone en práctica el programa (Prog 2) de cálculos de
contrastes. El programa (Prog 2) pone en práctica el algoritmo
correspondiente a la fórmula de Michelson que se definió
anteriormente o cualquier otra fórmula de medición del contraste
elegida. Para calcular el contraste a partir de estas fórmulas,
puede usarse el método de Köhler descrito en el artículo de R.
Köhler "A segmentation technique based on tresholding CVGIP 15,
1981, páginas 319-338". En cuanto se asocia un
píxel a un contraste superior a un valor predeterminado, y que en el
ejemplo considerado es del 5%, el programa (Prog 4) interrumpe el
barrido y calcula, a partir de la información contenida en el mapa
de disparidades almacenado en la memoria (24), la distancia efectiva
entre la cámara y el punto del paisaje correspondiente al píxel de
la imagen que tiene el contraste requerido. Esta distancia se
visualiza por ejemplo en el dispositivo (26) de visualización.
Evidentemente, el cálculo de la distancia efectiva necesita una
calibración inicial de la información proporcionada por las
cámaras.
En el caso en el que el dispositivo está montado
en un vehículo automóvil, la información de distancia de visibilidad
que se calcula evidentemente a intervalos de tiempo predeterminados
puede servir para controlar automáticamente una parte del
funcionamiento del vehículo. Por ejemplo, esta información podrá
permitir limitar la velocidad o controlar la distancia con respecto
a un vehículo que precede al vehículo equipado con el dispositivo de
medición en el caso en el que este mismo esté equipado con medios de
medición de las distancias con respecto a otro vehículo.
Tal como ya se indicó, este valor de distancia
de visibilidad también puede usarse para controlar un dispositivo de
medición de las distancias de obstáculos con el que también estaría
equipado el vehículo.
En el segundo modo de realización de la
invención, la única diferencia con el primer modo de realización
consiste en la definición de los medios que permiten asociar a cada
píxel de la imagen una información representativa de la distancia
entre el punto del paisaje asociado a un píxel y la cámara de
captación de imágenes. Más precisamente, en este segundo modo de
realización, la imagen en estereovisión se sustituye por una imagen
simple y la información de distancia se proporciona por un
dispositivo (30) de telemetría que realiza un barrido del paisaje
del que ha captado la imagen la cámara (12). La memoria asociada a
los medios de tratamiento recibe por tanto, por un lado, la
información digital correspondiente a los diferentes píxeles de la
imagen captada y por otro lado la información de distancias
proporcionada por el dispositivo de telemetría que constituye el
mapa de distancias. Evidentemente, la cámara y el dispositivo de
telemetría deben ser objeto de una calibración inicial. A partir de
esta información, el tratamiento realizado por el microprocesador
(20) es el ya descrito en relación con las figuras 1 y 2.
Más precisamente, el mapa de disparidades se
sustituye por el conjunto de la información de distancias
proporcionada por los medios de telemetría y el barrido de la imagen
en función de la distancia se controla a partir de la información
proporcionada por el propio dispositivo de telemetría.
Claims (4)
1. Dispositivo de determinación de la distancia
de visibilidad en un paisaje, que comprende:
- -
- una cámara (12) para captar una imagen de dicho paisaje para el que debe determinarse la distancia de visibilidad;
- -
- medios (16) para memorizar dicha imagen;
estando caracterizado dicho dispositivo
porque comprende además:
- -
- medios (18) de tratamiento de la imagen para detectar si un píxel de la imagen presenta un contraste superior a un valor predeterminado con respecto a al menos algunos de los píxeles adyacentes;
- medios (18) para aplicar sucesivamente a los píxeles de la imagen dicho tratamiento de detección de contraste, desde el píxel correspondiente a la mayor distancia entre un punto del paisaje y la cámara, y hasta que se detecte que un píxel, denominado primer píxel, presenta un contraste que cumple la condición de contraste,
- -
- medios para asociar a cada píxel de la imagen una información representativa de la distancia entre el punto del paisaje correspondiente a dicho píxel y la cámara, mediante lo cual se obtiene un mapa de las distancias, consistiendo dichos medios en medios elegidos del grupo que comprende o bien otra cámara (14) adecuada para captar una segunda imagen del mismo paisaje con un ángulo diferente para obtener un efecto de estereovisión y medios de tratamiento de los píxeles de las dos imágenes para deducir una información representativa de la distancia de cada píxel de la primera imagen, o bien medios (30) de telemetría adecuados para realizar un barrido de dicho paisaje para asociar a cada píxel de la imagen una información representativa de la distancia; y
- -
- medios (18) para asociar a dicho primer píxel una información de distancia a partir de dicho mapa de distancias, siendo esta información de distancia la distancia de visibilidad.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho valor predeterminado corresponde a
un contraste del 2 al 5%.
3. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque está montado en
un vehículo.
4. Aplicación del dispositivo según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque
determina la distancia de visibilidad en un paisaje que contiene al
menos una carretera.
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