FR2790721A1 - Car vision aid detection/processing having all round road image detectors and on board processing unit assembling/ producing single picture from above. - Google Patents
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Abstract
Description
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Procédé d'aide à la vision autour du véhicule. A method of assisting vision around the vehicle.
La présente invention se rapporte au domaine technique des systèmes d'aide à la vision autour d'un véhicule. The present invention relates to the technical field of vision assistance systems around a vehicle.
Plus précisément, elle concerne un procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile équipé de capteurs orientés de façon à saisir chacun une image d'au moins une partie de la chaussée. More specifically, it relates to a method of assisting vision around a motor vehicle equipped with sensors oriented so as to each capture an image of at least part of the roadway.
La sécurité du conducteur d'un véhicule automobile est grandement améliorée lorsque celui ci dispose d'une vision convenable de l'ensemble du trafic autour de son véhicule, en particulier pour toute la partie située derrière son véhicule. The safety of the driver of a motor vehicle is greatly improved when he has a suitable view of all the traffic around his vehicle, in particular for the entire area behind his vehicle.
Habituellement, les zones, qui ne sont pas directement visibles par le conducteur, lui sont restituées au moyen de rétroviseurs. Toutefois, avec ces systèmes, il subsiste généralement toujours des angles morts. Il est possible d'augmenter le champ de vision de ses rétroviseurs en utilisant des miroirs courbes ou asphériques. Ils présentent alors l'inconvénient de donner une mauvaise perception de la distance séparant le véhicule des différents obstacles. Usually, the areas, which are not directly visible to the driver, are returned to him by means of mirrors. However, with these systems, there are usually always blind spots. It is possible to increase the field of vision of its mirrors by using curved or aspherical mirrors. They then have the disadvantage of giving a poor perception of the distance separating the vehicle from the various obstacles.
Afm d'améliorer la vision du conducteur autour de son véhicule, il est aussi possible d'utiliser des caméras de rétrovision, disposées sur le véhicule, et qui saisissent, chacune, une image en perspective d'une partie du trafic. Les images obtenues sont directement restituées au conducteur, par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs écrans. In order to improve the driver's vision around his vehicle, it is also possible to use rear view cameras, placed on the vehicle, which each capture a perspective image of part of the traffic. The images obtained are directly returned to the driver, via one or more screens.
La publication US005670935 décrit un dispositif de trois caméras disposées de telle façon que les images obtenues sont accolées les unes aux autres, et restituées au conducteur sur un ou plusieurs écrans, de façon à obtenir, par exemple, une large vue arrière. Toutefois, ce dispositif ne permet pas d'élargir suffisamment le champ de vision du conducteur vers l'arrière. En effet, dès que ce champ devient trop important, des The publication US005670935 describes a device of three cameras arranged in such a way that the images obtained are joined to one another, and restored to the driver on one or more screens, so as to obtain, for example, a wide rear view. However, this device does not allow the driver's rear field of vision to be widened sufficiently. As soon as this field becomes too large,
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contraintes apparaissent, sur la taille ou le nombre d'écrans nécessaires à la restitution des images, qui sont incompatibles avec une utilisation du dispositif dans un véhicule automobile. constraints appear, on the size or the number of screens necessary for the reproduction of the images, which are incompatible with the use of the device in a motor vehicle.
En outre, la restitution directe de prises de vue en perspective du trafic sur des écrans ne permet pas au conducteur d'avoir une bonne perception de la distance séparant son véhicule des obstacles. In addition, the direct rendering of perspective shots of traffic on screens does not allow the driver to have a good perception of the distance separating his vehicle from obstacles.
La présente invention vise à améliorer la vision du conducteur autour de son véhicule tout lui offrant une perception précise de la distance de son véhicule aux obstacles. The present invention aims to improve the driver's vision around his vehicle while providing him with a precise perception of the distance from his vehicle to obstacles.
Dans ce but, elle propose un procédé d'aide à la vision autour d'un véhicule automobile équipé de capteurs orientés de façon à saisir, chacun, des images d'au moins une partie de la chaussée, dans lequel les images issues de chaque capteur sont réorganisées et assemblées, dans une unité de traitement embarquée, de façon à restituer au conducteur une image unique correspondant à une vue de dessus du véhicule
La transformation appliquée à chaque image issue d'un capteur , chaque capteur étant doté d'un point focal et d'un nombre de pixel déterminé, comporte : - la détermination, pour chaque pixel du capteur, du point de la chaussée correspondant à l'intersection de la droite passant par le pixel et le point focal du capteur, et la chaussée, - la réalisation d'une image, dont la valeur attribuée à chaque point, correspondant à un point de la chaussée, est celle du pixel associé à ce point de la chaussée. To this end, it proposes a method for assisting vision around a motor vehicle equipped with sensors oriented so as to each capture images of at least part of the roadway, in which the images from each sensor are reorganized and assembled, in an on-board processing unit, so as to restore to the driver a single image corresponding to a top view of the vehicle
The transformation applied to each image from a sensor, each sensor having a focal point and a determined number of pixels, comprises: - the determination, for each pixel of the sensor, of the point of the roadway corresponding to l intersection of the straight line passing through the pixel and the focal point of the sensor, and the roadway, - the production of an image, the value assigned to each point, corresponding to a point on the roadway, is that of the pixel associated with this point of the roadway.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of an embodiment, given by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which:
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- la figure 1 représente, de façon schématique, un véhicule automobile et le repère associé à ce véhicule, ainsi qu'un capteur et le repère associé à ce capteur, - la figure 2 représente un schéma du dispositif selon l'invention, - la figure 3 représente, de façon schématique, les angles de rotation du repère du capteur par rapport au repère du véhicule, - la figure 4 représente, de façon schématique, un capteur, avec les angles permettant de repérer la position d'un pixel dans le repère de la caméra. - Figure 1 shows, schematically, a motor vehicle and the mark associated with this vehicle, as well as a sensor and the mark associated with this sensor, - Figure 2 shows a diagram of the device according to the invention, - the FIG. 3 represents, diagrammatically, the angles of rotation of the reference mark of the sensor with respect to the reference mark of the vehicle, camera cue.
Un véhicule automobile, représenté de façon schématique sur la figure 1, est équipé de capteurs 2, dont un seul est représenté sur cette figure. Chacun de ces capteurs restitue normalement une image en perspective de la scène routière. Typiquement, le nombre de capteur peut varier de un à six. Il s'agit de préférence de caméras. Avec quatre caméras 2, il est possible de couvrir l'ensemble de la scène routière autour du véhicule. A motor vehicle, shown schematically in Figure 1, is equipped with sensors 2, only one of which is shown in this figure. Each of these sensors normally reproduces a perspective image of the road scene. Typically, the number of sensors can vary from one to six. They are preferably cameras. With four cameras 2, it is possible to cover the entire road scene around the vehicle.
Avec seulement deux caméras, on peut obtenir une large vue arrière. With only two cameras, you can get a wide rear view.
Les images saisies par les capteurs 2 sont envoyées à une unité de traitement 3 (figure 2) qui traite les différentes images de façon à obtenir une vue unique qui est restituée au conducteur par un écran 3. Le traitement effectué est tel que la vue finale obtenue représente sensiblement une vue de dessus. The images captured by the sensors 2 are sent to a processing unit 3 (FIG. 2) which processes the different images so as to obtain a single view which is returned to the driver by a screen 3. The processing carried out is such as the final view obtained substantially represents a top view.
Si les capteurs 2 sont montés sur le véhicule 1 suffisamment inclinés vers le sol, les images qu'ils restituent peuvent être considérées comme des vues de dessus. Néanmoins, d'une façon générale, les capteurs 2 ne sont pas suffisamment inclinés et il est nécessaire que l'unité de traitement 3 applique à chaque image une transformation mathématique permettant de restituer une vue de dessus. Cette transformation consiste en une réorganisation de l'image. If the sensors 2 are mounted on the vehicle 1 sufficiently inclined towards the ground, the images which they reproduce can be considered as views from above. However, in general, the sensors 2 are not sufficiently inclined and it is necessary for the processing unit 3 to apply to each image a mathematical transformation making it possible to restore a top view. This transformation consists of a reorganization of the image.
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Par la suite, nous allons envisager la transformation effectuée par l'unité de traitement 3 sur une image issue d'un capteur 2, sachant que l'unité de traitement effectue les mêmes calculs pour chaque capteur 1, s'il y en a plusieurs. Subsequently, we will consider the transformation carried out by the processing unit 3 on an image from a sensor 2, knowing that the processing unit performs the same calculations for each sensor 1, if there are several .
Le repère orthogonal (O,Ox,Oy,Oz), appelé repère R (représenté à la figure 1), est le repère associé au véhicule automobile. Classiquement, ce repère a pour origine le centre de gravité du véhicule. Le plan xOz est plan de symétrie du véhicule, le plan xOy est parallèle à la base du véhicule. The orthogonal coordinate system (O, Ox, Oy, Oz), called the coordinate system R (shown in FIG. 1), is the coordinate system associated with the motor vehicle. Conventionally, this reference originates from the center of gravity of the vehicle. The xOz plane is the plane of symmetry of the vehicle, the xOy plane is parallel to the base of the vehicle.
L'axe Ox est orienté vers l'arrière, l'axe Oz vers le haut. The Ox axis is oriented towards the rear, the Oz axis upwards.
Chaque capteur possède un point focal F de coordonnées (Xc,Yc,Zc) dans le repère R. A chaque capteur est associé un repère orthogonal (F,Fx',Fy',Fz'), appelé repère R', dont l'orientation est définie par les trois angles suivants : - l'angle a est l'angle entre le plan xOz et la droite Fx', - l'angle (3 est l'angle entre le plan xOy et la droite Fx', - l'angle # est l'angle qui correspondrait à une rotation autour de l'axe Fx', il est considéré, par la suite, comme nul. Each sensor has a focal point F with coordinates (Xc, Yc, Zc) in the coordinate system R. With each sensor is associated an orthogonal coordinate system (F, Fx ', Fy', Fz '), called coordinate system R', whose orientation is defined by the following three angles: - the angle a is the angle between the plane xOz and the line Fx ', - the angle (3 is the angle between the plane xOy and the line Fx', - l 'angle # is the angle which would correspond to a rotation around the axis Fx', it is considered, thereafter, as null.
Par exemple, il est possible d'utiliser un capteur dont les cordonnées du point focal sont, dans le repère R, F(0.6,0.9,0.7), et les angles d'orientations a=-30 et ss=16
Chaque capteur peut être représentée (figure 3) par un point focal et une surface de réception de capteur. Cette surface est contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe Fx', et situé à une abscisse (-f), f représentant la focale du capteur. Cette surface est un rectangle dont les extrémités ont pour coordonnées dans le repère R' (-f, -w/2,-h/2), (-f,-w/2,h/2), (-f, w/2, h/2), (-f, w/2,h/2), l'axe Fx' passant par le centre F' de la surface. Cette surface contient un nombre fini de pixel P. Chaque pixel P est localisé par ses coordonnées qui, dans le repère R', sont P(-f,a,b). For example, it is possible to use a sensor whose coordinates of the focal point are, in the frame R, F (0.6,0.9,0.7), and the angles of orientation a = -30 and ss = 16
Each sensor can be represented (Figure 3) by a focal point and a sensor receiving surface. This surface is contained in a plane perpendicular to the axis Fx ', and located at an abscissa (-f), f representing the focal length of the sensor. This surface is a rectangle whose ends have coordinates in the coordinate system R '(-f, -w / 2, -h / 2), (-f, -w / 2, h / 2), (-f, w / 2, h / 2), (-f, w / 2, h / 2), the axis Fx 'passing through the center F' of the surface. This surface contains a finite number of pixel P. Each pixel P is located by its coordinates which, in the reference frame R ', are P (-f, a, b).
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Chaque pixel P peut aussi être défini par les deux angles suivants : - l'angle y entre la droite FP et le plan x'Fz', - l'angle # entre la droite FP et le plan x'Fy'. Each pixel P can also be defined by the following two angles: - the angle y between the line FP and the plane x'Fz ', - the angle # between the line FP and the plane x'Fy'.
L'expression de ces angles en fonction des coordonnées d'un pixel sont données par les expressions suivantes :
Les coordonnées, dans le repère R', d'un vecteur #, unitaire, d'origine P et pointant vers F, et, en utilisant les angles y et #, sont :
Afin d'obtenir les coordonnées de ce vecteur # dans le repère R, il faut utiliser la matrice de rotation qui permet de passer du repère R' au repère R. The coordinates, in the coordinate system R ', of a vector #, unitary, of origin P and pointing to F, and, using the angles y and #, are:
In order to obtain the coordinates of this vector # in the coordinate system R, it is necessary to use the rotation matrix which makes it possible to pass from the coordinate system R 'to the coordinate system R.
Cette matrice peut être exprimée en fonction des angles a et ss définis précédemment. Elle a alors pour expression :
L'expression du vecteur # dans le repère R est donc :
The expression of the vector # in the coordinate system R is therefore:
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La chaussée est considérée comme étant un plan parallèle au plan xOy, situé à un niveau Zsol connu. The roadway is considered to be a plane parallel to the xOy plane, located at a known Zsol level.
Chaque pixel représente un point de la chaussée. Pour construire une image représentant une vue de dessus du véhicule, l'unité de traitement 3 détermine, pour chaque pixel, le point de la chaussée correspondant. Each pixel represents a point on the road. To construct an image representing a top view of the vehicle, the processing unit 3 determines, for each pixel, the point of the corresponding roadway.
Pour ce faire, on considère que le point de la chaussée associé à un pixel est le point d'intersection entre la droite passant par le pixel P et le point focal F, et la chaussée. To do this, we consider that the point of the road associated with a pixel is the point of intersection between the line passing through the pixel P and the focal point F, and the road.
Cette droite a pour vecteur directeur # et passe par le point F, de coordonnées F (Xc,Yc,Zc) le repère R, et un point du sol M, de coordonnées M(Xsol,Ysol,Zsol) dans le même repère. Les coordonnées de M seront donc données par la résolution du système de trois équations à trois inconnues suivant :
Xsol = Xc+#*Ux Ysol = Yc+#*Uy Zsol = Zc+#*Uz
La coordonnée Zsol est connue, ainsi que Zc. De plus, pour un pixel considéré, # est connu. La troisième équation permet donc de déterminer ,. This straight line has as directing vector # and passes through the point F, of coordinates F (Xc, Yc, Zc) the coordinate system R, and a point of the ground M, of coordinates M (Xsol, Ysol, Zsol) in the same coordinate system. The coordinates of M will therefore be given by the resolution of the system of three equations with three unknowns following:
Xsol = Xc + # * Ux Ysol = Yc + # * Uy Zsol = Zc + # * Uz
The Zsol coordinate is known, as well as Zc. In addition, for a pixel considered, # is known. The third equation therefore makes it possible to determine,.
Connaissant #, on détermine Ysol et Xsol grâce aux deux premières équations. Knowing #, we determine Ysol and Xsol using the first two equations.
A chaque pixel P peut donc être associé un couple (Xsol,Ysol). A pair P (Xsol, Ysol) can therefore be associated with each pixel P.
L'unité de traitement reconstitue maintenant une image, dite vue de dessus, de la façon suivante. A chaque point de l'image de coordonnées (Xi,Yi) correspond un point du sol (Xsol,Ysol) par une simple relation d'homothétie. Lorsqu'une valeur d'un Pixel P est déterminée, elle est The processing unit now reconstructs an image, called the top view, in the following manner. Each point of the coordinate image (Xi, Yi) corresponds to a point on the ground (Xsol, Ysol) by a simple homothetic relationship. When a Pixel P value is determined, it is
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attribué au point de coordonnées (Xi, Yi) correspondant au point (Xsol,Ysol) associé au pixel P déterminé. assigned to the point of coordinates (Xi, Yi) corresponding to the point (Xsol, Ysol) associated with the determined pixel P.
L'image obtenue est donc une image où se retrouvent toutes les valeurs des pixels du capteur mais réorganisées de façon à suggérer une vue de dessus. The image obtained is therefore an image where all the values of the pixels of the sensor are found but reorganized so as to suggest a view from above.
Il est possible d'envisager d'autres transformations mathématiques proposant une réorganisation différente des valeurs des pixels du capteur qui puisse toujours suggérer une vue de dessus. It is possible to envisage other mathematical transformations proposing a different reorganization of the values of the pixels of the sensor which can always suggest a view from above.
Par ce principe, il est possible de former une image unique, dite vue de dessus, à partir de plusieurs images de capteurs. En effet, si l'on applique la transformation décrite ci-dessus à chacune des images issue de chaque capteur, on aura plusieurs vues de dessus. Connaissant les différents paramètres de chacun des capteurs, l'unité de traitement 3 peut positionner chacune de ces vues par rapport au véhicule. Il devient alors possible de les rassembler en une seule image de façon à offrir au conducteur une vue unique de l'environnement autour de son véhicule. By this principle, it is possible to form a single image, called top view, from several images of sensors. Indeed, if we apply the transformation described above to each of the images from each sensor, we will have several views from above. Knowing the different parameters of each of the sensors, the processing unit 3 can position each of these views relative to the vehicle. It then becomes possible to combine them into a single image so as to offer the driver a unique view of the environment around his vehicle.
Toutefois, avec seulement deux capteurs 2, il est déjà possible de restituer au conducteur une large vue arrière de son véhicule et, notamment, la distance aux obstacles au sol. However, with only two sensors 2, it is already possible to give the driver a wide rear view of his vehicle and, in particular, the distance to obstacles on the ground.
L'écran 4 peut être un écran spécifique à l'aide à la vision autour du véhicule, mais il peut aussi servir pour d'autres fonctions disponibles sur le véhicule. Screen 4 can be a specific screen for assisting with vision around the vehicle, but it can also be used for other functions available on the vehicle.
Lorsqu'un véhicule ou un obstacle se trouve dans le champ de vision du capteur, il peut apparaître de façon plus ou moins déformé sur l'image reconstituée. En effet, le traitement, réalisé par l'unité 3, associe la valeur d'un pixel au point de la chaussée (Xsol,Ysol) qui se trouve sur la droite passant par le pixel P et le point focal F du capteur, et ce, qu'il y ait ou non un obstacle entre le pixel P et le point de la chaussée correspondant. When a vehicle or an obstacle is in the sensor's field of vision, it can appear more or less distorted on the reconstructed image. In fact, the processing, carried out by unit 3, associates the value of a pixel with the point of the road (Xsol, Ysol) which is on the right passing through the pixel P and the focal point F of the sensor, and regardless of whether there is an obstacle between pixel P and the corresponding point on the road.
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En conséquence, s'il y a effectivement un obstacle, la valeur prise par le pixel sera liée, sur l'image reconstituée, à un point de la chaussée qui pourra être, en réalité, très différent du point de la chaussée se trouvant à la verticale du point de l'obstacle capté par le pixel, et ce d'autant plus que le point de l'obstacle, capté par le pixel, sera haut. Les obstacles apparaîtront donc de façon étirée sur l'image reconstituée. Par contre, la position des roues, et d'une manière générale, la partie basse de n'importe quel obstacle, qui est à proximité du sol, ne sera pas déformée sur l'image reconstituée. Le conducteur aura donc une idée précise de la position des différents véhicules, par rapport au sien. Consequently, if there is indeed an obstacle, the value taken by the pixel will be linked, on the reconstructed image, to a point on the roadway which may in reality be very different from the point of the roadway located at the vertical of the point of the obstacle picked up by the pixel, and this all the more that the point of the obstacle, picked up by the pixel, will be high. Obstacles will therefore appear stretched on the reconstructed image. On the other hand, the position of the wheels, and in general, the lower part of any obstacle, which is close to the ground, will not be distorted on the reconstructed image. The driver will therefore have a precise idea of the position of the various vehicles, in relation to his.
Pour toutefois ne pas désorienter le conducteur par les parties déformées des obstacles qui peuvent apparaître sur la vue reconstituée, l'unité de traitement 3 peut restituer les obstacles en zones schématiques et masquer les zones excessivement déformées, et celles se trouvant derrière les obstacles et qui ne sont donc pas vues par la caméra. Cette opération peut être obtenue par un nettoyage d'image réalisé en comparant deux images obtenues à des instants légèrement différents, ou par toute autre technique de traitement d'image permettant d'identifier des obstacles. However, in order not to disorient the driver by the deformed parts of the obstacles which may appear on the reconstituted view, the processing unit 3 can restore the obstacles in schematic zones and hide the excessively deformed zones, and those which are behind the obstacles and which are therefore not seen by the camera. This operation can be obtained by image cleaning carried out by comparing two images obtained at slightly different times, or by any other image processing technique making it possible to identify obstacles.
En conclusion, la présente invention permet au conducteur de disposer, sur un écran unique, d'une information claire et précise, sur l'environnement autour de son véhicule. L'utilisation d'un écran unique est particulièrement adaptée aux contraintes d'ergonomie présente dans un véhicule automobile. In conclusion, the present invention allows the driver to have, on a single screen, clear and precise information on the environment around his vehicle. The use of a single screen is particularly suited to the ergonomic constraints present in a motor vehicle.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5670935A (en) | 1993-02-26 | 1997-09-23 | Donnelly Corporation | Rearview vision system for vehicle including panoramic view |
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Also Published As
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|---|---|
| FR2790721B1 (en) | 2001-04-20 |
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