FR2808588A1 - Procede et dispositif de determination de la position d'un vehicule par rapport a une trajectoire ideale - Google Patents

Abstract

Procédé de détermination de la position d'un véhicule (2), par rapport à une trajectoire idéale (T), dans lequel on acquiert au moins une image de l'environnement du véhicule à l'aide d'un capteur d'image (1) embarqué sur le véhicule, cet environnement comportant une surface de base (P) pourvue d'une ou plusieurs marques (8) contribuant à matérialiser la trajectoire idéale du véhicule. On repère sur l'image une ou plusieurs zones (z1, z2) de contraste susceptibles d'être des images des marques, on détermine à partir d'une ou plusieurs de ces zones de contraste au moins une droite (u1, u2) contribuant à matérialiser la trajectoire idéale, on projette cette droite et au moins un point O représentatif du véhicule sur une surface de référence matérialisant la surface de base, puis on calcule un écart latéral (delta) entre le véhicule et la trajectoire idéale à partir de la distance séparant le point projeté et cette droite projetée, cet écart latéral traduisant la position latérale du véhicule par rapport à la trajectoire idéale.Application notamment pour les aéronefs.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETERMINATION DE LA POSITION VEHICULE PAR RAPPORT A UNE TRAJECTOIRE IDEALE présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif détermination de la position d'un véhicule par rapport à une trajectoire idéale.

L'invention s'applique plus particulièrement au guidage d'aéronefs lors phases de décollage, d'atterrissage et de mouvement au sol exemple pour se rendre d'une aire de stationnement à la piste ou vice versa. Lors d'un décollage ou d'un atterrissage, la connaissance de position par rapport à la trajectoire idéale qui est l'axe central de la piste n' pas suffisante en elle-même pour mener à bien le pilotage manuel automatique de l'aéronef mais elle est indispensable. En ce qui concerne phases de roulage au sol sur les bretelles d'accès aux pistes ou zones de stationnement, il est tout aussi important de bien se positionner pour eviter des problèmes d'enlisement qui peuvent causer dommages à l'aéronef.

L'invention peut également s'appliquer à d'autres véhicules tels les véhicules automobiles ou les bâtiments navals, une information de position par rapport à la route ou à un chenal étant nécessaire au conducteur ou au pilote.

pilotage ou la conduite de tels véhicules devient difficile notamment lorsque la visibilité est mauvaise par temps de brouillard ou de nuit.

Historiquement les pilotes d'aéronefs estimaient à vue leur position par rapport aux bords de la piste. L'introduction de feux aéroportuaires grande intensité et de structure codifiée a permis de mener à bien ces phases de nuit ou par brouillard léger. Puis dans les années 1970 sont apparus les systèmes d'atterrissages aux instruments (ILS pour Instruments Landing System en langue anglaise) qui permettent atterrissages dans des conditions de brouillard sévère avec une visibilité inférieure à 200 mètres. Le système fournit au pilote, entre autre, l'écart angulaire de sa position latérale par rapport à l'axe de la piste.

Aujourd'hui de nouveaux systèmes se développent en particulier des systèmes utilisant les micro-ondes (MLS pour Microwave Landing System en langue anglaise) ou le GPS (pour Global Positioning System en langue anglaise) ou système de positionnement global, des systèmes hybrides couplé au système de référence inertiel IRS (pour Inertial Reference System en langue anglaise). La contrainte commune à tous ces nouveaux systèmes est la nécessité d'installer des équipements supplémentaires au sol ou embarqués pour atteindre la précision de positionnement nécessaire à l'atterrissage. Actuellement, la précision de positionnement latéral reconnue par les autorités lors d'un atterrissage de catégorie de l'ordre de trois mètres. Les équipements au sol tels que les stations pour le GPS différentiel et les émetteurs MLS sont plus en plus complexes et entraînent des coûts d'acquisition et de maintenance de plus en plus élevés.

On étudie également des systèmes de vision augmentée qui permettent d'améliorer la perception du pilote de la situation l'aéronef et ceci tous les temps. On utilise un capteur d'image embarqué pour acquérir une image du paysage environnant le véhicule.

Dans une première approche, par exemple, en phase d'atterrissage, on présente directement au pilote l'image de piste vue par un capteur d'image qui se trouve dans le nez de l'avion et cette vue se superpose à celle qu'a le pilote à travers le pare-brise. Cette approche nécessite l'utilisation d'un viseur tête-haute (connu sous le sigle HUD pour la dénomination anglaise Head Up Display) qui est un equipement relativement fragile dont le risque de panne n'est pas négligeable. Cet équipement oblige le pilote à regarder dans l'axe de l'aéronef. Le viseur tête-haute fournit une image monochrome, un champ de vue restreint (typiquement 30 x40 ) ce qui ne facilite pas la perception qu'a le pilote de sa position dans l'environnement. De plus, l'image fournie peut occulter des indices visuels réels. Cet équipement n'est pas compatible avec le pilotage automatique et rencontre des difficultés de certification par forts brouillards. Dans une autre approche, on dispose d'une base de données contenant des images des différentes plates-formes aéroportuaires sur lesquelles l'aéronef est susceptible de se poser et les images acquises par le capteur d'image sont traitées pour être comparées avec les images correspondantes de la base de données. Mais ce système est complexe et s'il venait à se généraliser dans l'aviation civile, la constitution et surtout la maintenance de telles bases de données poseraient des énormes problèmes de coût et d'intégrité.

La présente invention a pour but de déterminer, avec précision, la position d'un véhicule par rapport à une trajectoire idéale en s'affranchissant des problèmes évoqués plus haut et notamment ceux coût d'acquisition et de maintenance et ceux de fiabilité.

Pour y parvenir, l'invention à pour objet un procédé détermination de la position d'un véhicule par rapport à une trajectoire idéale dans lequel on acquiert au moins une image de l'environnement véhicule à l'aide d'un capteur d'image embarqué sur le véhicule, cet environnement comportant une surface de base pourvue d'une ou plusieurs marques contribuant à matérialiser la trajectoire idéale véhicule. Selon l'invention, on repère sur l'image une ou plusieurs zones de contraste susceptibles d'être des images des marques, on détermine partir d'une ou plusieurs de ces zones de contraste au moins une droite contribuant à matérialiser la trajectoire idéale, on projette cette droite et moins un point représentatif du véhicule sur une surface de référence matérialisant la surface de base, puis on calcule un écart latéral entre le véhicule et la trajectoire idéale à partir de la distance séparant le point projeté et cette droite projetée, cet écart latéral traduisant la position latérale du véhicule par rapport à la trajectoire idéale.

II est préférable de ne conserver que les zones de contraste susceptibles d'etre des images des marques dont le contraste supérieur à un seuil pour s'affranchir d'aberrations.

Lorsque zones de contraste conservées susceptibles d'être images des marques sont des zones circulaires, on localise les centres des ces zones, droite déterminée passant par plusieurs de ces centres.

Lorsque les zones de contraste susceptibles d'être les images des marques sont zones allongées, on recherche un nombre significatif de pixels de l'image qui appartiennent au contour des zones et qui sont alignés, la droite déterminée passant par ces pixels.

Le point représentatif du véhicule peut être le point focal du capteur d'image projete orthogonalement sur la surface de référence.

On utilise des informations liées au capteur telles que sa position dans le véhicule sa résolution, son champ de vision, pour la détermination de la droite et point du capteur, projetés sur la surface de référence. On utilise des informations relatives au véhicule, telles que son altitude, roulis, son assiette pour la détermination de la droite et du point représentatif du capteur, projetés sur la surface de référence.

Pour augmenter la vitesse de traitement et la précision de détermination, il est préférable que la détermination de la droite relative à une image délivrée par le capteur d'image prenne en compte la détermination de la droite relative à l'image précédente.

avantage du procédé selon l'invention est qu'il peut fournir l'écart latéral à un dispositif de pilotage automatique si ce dernier en est pourvu. II est toujours possible de visualiser cet écart latéral sur un dispositif de visualisation embarqué sur le véhicule.

La présente invention concerne également un dispositif de détermination de la position d'un véhicule par rapport @ une trajectoire idéale comportant un capteur d'image embarqué sur le véhicule, qui scrute l'environnement du véhicule, cet environnement comportant une surface de base pourvue d'une ou plusieurs marques contribuant ' matérialiser la trajectoire idéale. II comporte de plus un système de traitement des images délivrées par le capteur d'images avec des moyens pour détecter sur l'image une ou plusieurs zones de contraste susceptibles d'être des images des marques, pour déterminer à partir d'une ou plusieurs de ces zones contraste au moins une droite contribuant à matérialiser la trajectoire idéale, pour projeter cette droite et au moins un point représentatif du véhicule sur une surface de référence matérialisant la surface base, pour calculer un écart latéral entre le véhicule et la trajectoire idéale à partir de la distance séparant le point projeté et la droite projetée, cet écart latéral traduisant la position latérale du véhicule par rapport à la trajectoire.

II est préférable que le système de traitement d'image comporte des moyens pour seuiller les zones de contraste susceptibles d'être des images des marques de manière à ne conserver que les zones contrastées ayant un contraste suffisant.

Le système de détermination peut comporter des moyens de visualisation de l'écart latéral du véhicule par rapport à la trajectoire idéale. L'information d'écart latéral peut être destinée à un système de pilotage automatique si le véhicule en comporte un. Le capteur d'image peut être choisi parmi les capteurs de type à transfert de charges, de type intensificateur de lumière, de type imageur radar passif ou actif, de type infrarouge.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture la description suivante illustrée par les figures jointes qui représentent - figure 1 a un exemple de véhicule équipé d'un dispositif de determination de sa position par rapport à une trajectoire idéale selon l'invention ; - figure 1 b une vue schématique d'une piste telle qu'un pilote d'aéronef la voit au moment de l'atterrissage, cette piste etant compatible avec un dispositif de détermination selon l'invention ; - la figure 1 c un dispositif d'affichage de la position d'un véhicule déterminée par un dispositif de détermination selon l'invention ; - figure 2 un exemple de dispositif de détermination la position d'un véhicule conforme à l'invention ; - figure 3 une portion de pixels d'une image délivrée le capteur d'image permettant de faire comprendre l'étape de selection des zones susceptibles d'être des images marques ; - figure 4 une portion des pixels d'une image délivrée par capteur d'image permettant de faire comprendre la localisation centre d'une zone de contraste ; - la figure 5 une image délivrée par le capteur d'image permettant de faire comprendre la détermination d'une droite passant les centres de plusieurs zones de contraste ; - la figure 6 une représentation illustrant la projection d'au moins un point représentant le véhicule et d'une droite sur une surface référence conduisant à la détermination du positionnement latéral du véhicule ; - figure 7 une autre image délivrée par le capteur d'image permettant de faire comprendre la détermination d'une droite passant par des pixels du contour d'au moins une zone contraste.

La figure 1 a représente de manière schématique un exemple dans le domaine de l'aviation d'un véhicule 2 équipé d'un dispositif de détermination sa position par rapport à une trajectoire T idéale conforme à l'invention. Le dispositif comporte, embarqué sur le véhicule un capteur d'image 1 qui scrute l'environnement du véhicule 2. Dans l'application aviation, le véhicule 2 est un aéronef et l'environnement de l'aéronef 2 correspond essentiellement à une plate-forme aéroportuaire avec des pistes d'atterrissage, de décollage, des aires de stationnement, des bretelles relient les pistes de décollage ou d'atterrissage à ces aires. Dans la suite, le terme piste P sera employé, il correspond à toute surface contenant les marques sur laquelle l'aéronef 2 est susceptible de rouler.

Le capteur d'image 1 est destiné à acquérir une ou plusieurs images de la piste P sur laquelle l'aéronef est en train de rouler lorsqu'on est en phase décollage ou de déplacement au sol, ou bien sur laquelle l'aéronef va se poser lorsqu'on est en phase d'atterrissage. Une piste P est illustrée à la figure 1 b qui la montre telle que le pilote de l'aéronef 2 la voit au moment son atterrissage.

Le capteur d'image 1 délivre des images qui sont traitées dans un système de traitement d'image 3. Ce système de traitement d'image fournit une information d'écart latéral de l'aéronef 2 par rapport à trajectoire idéale a l'intention du pilote 4 ou du pilote automatique 5. Cette information peut s'afficher sur un dispositif de visualisation quelconque type tête-haute ou tête-basse par exemple.

Le capteur d'image 1 est embarqué sur l'aéronef 2 et est positionne par exemple à l'avant dans 1e nez 6 de ce dernier, au niveau de son train d'atterrissage 7 ou à un autre endroit approprié. De manière préférée, il se trouve suffisamment haut de manière à surplomber la piste et la voir dans toute sa largeur. Une hauteur de quelques mètres du sol, lorsque l'aéronef est posé, convient bien. Les largeurs de piste pour l'aviation civile sont comprises entre 45 et 60 mètres.

La piste est pourvue d'une ou plusieurs marques 8 contribuant à matérialiser la trajectoire idéale T du véhicule. Il peut s'agir de lampes qui jalonnent au moins l'un des deux bords de la piste P, de lampes qui délimitent l'axe central XX de la piste P, d'au moins une ligne sur la piste P, dans sa partie centrale ou sur l'un au moins de ses bords. Cette ligne peut être continue ou en pointillés. Elle peut être peinte sur la piste P ou être formée tout simplement par le bord de la piste P, c'est à dire la frontière entre le matériau de la piste P : béton ou asphalte et le matériau de la zone jouxte la piste P : herbe, terre, sable...

L'avantage du système de positionnement selon l'invention est qu'il fonctionne avec une ou plusieurs marques 8 qui existent déjà dans l'environnement de la piste P, aucun équipement au sol autre que les équipements actuels n'est nécessaire dans le fonctionnement de l'invention.

Lorsque le dispositif s'applique à un véhicule automobile les marques peuvent être des lignes peintes sur la route, des glissières etc.. et lorsqu'il applique à des bateaux elles peuvent être formées par des bouées qui balisent un chenal par exemple.

Le capteur d'image 1 est classique en soit, il doit être sensible à présence marques à détecter. II peut être de type dispositif à transfert de charges connu sous la dénomination CCD pour Charges Coupled Device langue anglaise, de type intensificateur de lumière, de type imageur radar passif ou actif. II peut être sensible au rayonnement visible aux infrarouges, aux ultraviolets ou même aux ondes millimétriques. lampes aéroportuaires possèdent généralement un capotage métallique qui peut servir de réflecteur des ondes radar millimétriques. Les capteurs d'image de ces types ont une sensibilité supérieure ou égale à celle l'oeil humain en particulier dans dës conditions météorologiques dégradées de nuit ou par temps de brouillard ou de pluie.

Avec un champ de vision de l'ordre de 20 x30 , une fréquence rafraîchissement d'environ 25 Hz, une résolution d'environ 388x284 pixels, la distance d'apparition d'une lampe sur le capteur est d'environ 300 mètres.

Le système de traitement d'image 3 peut être formé d'une ou plusieurs cartes de type processeurs de signaux numériques DSP (pour Digital Signal Processor en langue anglaise) intégrés dans l'ordinateur 1 de bord de l'aéronef 2. Les signaux traités par le système de traitement d'image 3 étant de type numérique, on prévoit de manière classique sortie du capteur d'image 1 un convertisseur analogique-numérique 9 puisque le capteur d'image 1 délivre des signaux analogiques en tension ou courant. Le convertisseur analogique-numérique 9 peut éventuellement être intégré au capteur d'image 1. Un convertisseur analogique-numérique classique codé sur 8 bits permet d'obtenir 2s niveaux de gris. Le système de traitement d'image 3 prend en compte pour la détermination de la position du véhicule, d'informations relatives au capteur d'image 1 notamment sa position géométrique dans l'aéronef 2 et d'autres caractéristiques telles que notamment son champ de vision et sa résolution. Au sol seules ces informations sont utilisées. Dans le cas véhicule automobile ou d'un bâtiment naval ces informations sont également prises en compte par le système de traitement d'image 3.

Par contre pendant les phases d'atterrissage, le système traitement d'image 3 reçoit des informations auxiliaires propres à l'aéronef 2 telles que altitude, son cap, son assiette, son roulis et ces informations proviennent d'équipements de bord tels que le GPS, le radioaltimètre, système de référence inertiel IRS dont est pourvu l'aéronef 2. Elles sont déjà disponibles à bord de l'aéronef 2.

Le dispositif selon l'invention fournit la position du véhicule sous forme d'un écart latéral 8 entre le véhicule et la trajectoire idéale et cet écart latéral 8 peut apparaître sur un dispositif de visualisation 10, placé par exemple au sommet de la planche de bord, à l'intention du pilote ou du copilote. Ce dispositif de visualisation peut être formé d'une rangée de diodes électroluminescentes D1, ... Di,....Dm, la diode centrale Di, éclairant d'une première couleur par exemple, matérialisant la trajectoire idéale les diodes D2, Dm-2, Dm-1 situées de part et d'autre, éclairant d'une autre couleur, matérialisant chacune, quand elles sont allumées, un écart possible par rapport à la trajectoire idéale. Les diodes extrêmes D1, matérialisent bords de la piste P. Sur la figure 1 c un tel dispositif visualisation est représenté. D'autres dispositifs de visualisation sont bien sur envisageables.

Cet écart latéral 8 peut également renseigner le dispositif pilotage automatique 5 dont est pourvu l'aéronef.

On va voir maintenant le fonctionnement du dispositif de traitement d'image 3. On se réfère à la figure 2. L'exemple décrit s'applique au où les marques sont de forme circulaire. On suppose que ce sont lampes délimitant les deux bords de la piste P de même nature que celles repérées sur la figure 1 b.

Selon le principe de l'invention, on commence par déterminer contraste spatial d'une image délivrée par le capteur d'image, par exemple à l'aide d'un opérateur de filtrage spatial bi-dimensionnel classique adapté à forme des marques, ici des lampes. Un opérateur connu, convenant pour cette étape est par exemple de type Contrast Box Fïltering pour filtrage à boîte de contraste. D'autres opérateurs peuvent etre utilisés pour la détermination du contraste. Cette étape permet de repérer une ou plusieurs zones z1, z2, ... de contraste sur l'image délivree par le capteur d'image 1, ces zones de contraste étant susceptibles d'être des images de lampes. Le bloc 100 de la figure 2 illustre les moyens repérage des zones de contraste z1, z2, ....

On se réfère à la figure 3 qui montre une fraction d'une image délivrée par le capteur d'image. Cette image est formée d'une pluralité de pixels ou éléments d'image et ces pixels sont arrangés en matrice selon deux axes x et y. On va tester successivement tous les pixels de l'image.

suppose que l'on est entrain de tester le pixel central référencé I . Ce pixel I est entouré de pixels Q qui le jouxtent. Les pixels Q et le pixel I forment un bloc B. Les pixels référencés R forment une couronne C qui entoure le bloc B.

Dans cette étape de détermination du contraste spatial, on compare, lorsque l'on teste le pixel I, le niveau de luminance moyen ou niveau de gris moyen des pixels Q, I du bloc B à celui pixels R de la couronne C. Si le résultat de la comparaison est nul, le pixel central I n'est retenu. Si au contraire le résultat de la comparaison est pas nul, le pixel central I est retenu. Lorsque tous les pixels de l'image ont été analysés de cette manière, on dispose d'une ou plusieurs zones z1, z2... de contraste susceptibles de représenter une marque 8. Sur la figure 3 se trouve la zone z1.

II est préférable d'effectuer un seuillage des zones de contraste z1, z2.. ainsi détectées pour s'affranchir d'aberrations c'est a dire de zones trop faiblement contrastées par rapport au fond pour correspondre à une marque recherchée. Pour cela on compare le niveau de luminance des pixels des zones z1, z2,.. détectées à un seuil de luminance. Les zones dont les pixels ont un niveau de luminance supérieur au seuil, correspondent probablement aux images des marques 8 recherchées et sont retenues. Le seuillage permet d'éliminer à coup sur les zones qui ne sont pas des marques. Le bloc 101 de la figure 2 illustre les moyens de seuillage. L'étape suivante consiste localiser les centres c1, c2 des zones z1, z2.. de contraste retenues, on suppose qu'elles sont circulaires.

Actuellement la réglementation de l'aviation civile impose à l'aéronef de ne pas s'écarter de plus de 8 mètres de l'axe central de la piste dans 95% des cas, cet axe matérialisant la trajectoire idéale T. Un atterrissage avec ILS donne une précision de 3 mètres, c'est une précision de cet ordre voire de l'ordre du mètre que le dispositif selon l'invention cherche à obtenir.

Dans ce but, la précision de localisation du centre d'une zone contrastée peut devenir subpixellique.

La méthode décrite dans l'article de W. Fdrstner et E. Gülch : A Fast operator for detection and precise location of distinct points, corners and circular features. De Proceedings of the Intercommision Conference on Fast Processing of Photogrammetric Data. Editions Interlaken, 1987 permet d'obtenir la précision requise mais d'autres méthodes connues en traitement de signal pourraient être utilisées.

On se réfère à la figure 4. On dispose une fenêtre F de traitement repérée selon les deux axes x et y de manière à ce qu'elle encadre les pixels d'une zone retenue z1, z2 l'étape précédente. Chacun des pixels intérieurs à la fenêtre sont référencés par une étiquette qui peut être un nombre. Par exemple la fenêtre peut être formée d'un bloc de 11 x11 pixels numérotés de 1 à 121 depuis le premier de la première ligne en haut à gauche jusqu'au dernier de la dernière ligne en bas à droite. Avec cette méthode le centre de la zone a la taille d'une portion de pixel.

Chacun des pixels de l'image délivrée par le capteur d'image est caractérisé par son gradient qui est une grandeur qui traduit une discontinuité de luminance par rapport à son voisinage. Ce gradient possède une composante selon l'axe x, une composante selon l'axe y et une intensité.

Si l'on considère la présence dans la fenêtre F, d'une zone circulaire claire z1 sur fond sombre, chaque pixel de la zone claire et chaque pixel de fond ont un gradient nul. Les pixels placés juste à la frontière tels que les pixels par exemple ont un gradient dont l'intensité est forte et dont les composantes en x et en y définissent une droite allant vers le centre de la zone circulaire. En calculant tous les gradients des pixels de la fenêtre, on obtient un faisceau de droites (sur la figure 4 seules trois droites ont été représentées), convergeant vers le centre recherché. Le centre c1 est alors le point qui minimise la somme des distances à toutes les droites portant gradients, chaque distance étant pondérée dans cette somme par l'intensité du gradient correspondant. On travaille avec un système matriciel pour déterminer la position estimée du centre c1. On obtient facilement une matrice de covariance de l'estimation qui permet d'évaluer la précision obtenue sur la détection du centre.

On ne conserve que les centres dont la précision de détection est supérieure à un seuil. Le bloc 102 de figure 2 illustre la localisation des centres.

L'étape suivante consiste à repérer un nombre significatif de centres c1, c2, c3, 04, c5,.., cn sensiblement alignés et à déterminer une ou plusieurs droites u1, u2 à partir ces centres sensiblement alignés, ces droites matérialisant la trajectoire idéale T. On se réfère à la figure 5.

Le nombre de droites optimal est fonction de la position des marques par rapport à la trajectoire idéale, il égal à un si les marques jalonnent l'axe central de la piste et égal à deux si les marques jalonnent les deux bords de la piste.

Ce calcul peut être réalisé la méthode connue des moindres carrés pondérés par la précision de détection de chaque centre avec relaxation sur le nombre de centres à prendre en considération.

On effectue une succession de calculs en éliminant certains centres, par exemple les centres c5, c6 de manière à obtenir un résidu aussi faible que possible et donc à raffiner la localisation de la droite en éliminant des centres apparaissant comme parasites. Ces centres parasites peuvent matérialiser des lampes n'appartenant pas au bord de la piste ou à son axe central (par exemple lampes d'embranchement de bretelle), des objets autres que des lampes (par exemple un véhicule au sol ou en vol éloigné du véhicule sur lequel est embarqué le capteur) ou être introduits par le capteur lui-même de manière inévitable amène un certain bruit.

On rappelle que dans cette méthode le résidu correspond à la somme des carrés des distances des centres, pris en considération dans le calcul, à la droite. Le bloc 200 de figure 2 illustre la détermination d'une ou plusieurs droites. est préférable de commencer la détermination relative à la première droite u1 avant d'avoir réellement besoin d'un positionnement très precis, par exemple lors de la phase d'atterrissage lorsqu'on est suffisamment haut à environ 50 pieds. On utilise dans les calculs relatifs à la première droite u1 sur la première image prise par le capteur d'image, des centres c1, ... ,cn qui sont éparpillés sur une grande surface d'image. On affine les calculs relatifs à la même droite dans l'image suivante en réduisant la surface de prise en compte des centres, en fonction de droite déterminée à l'image précédente.

Plus généralement, on prend en compte lors de la détermination d'une droite u1 (n+1) relative à une image de rang n + 1 (n entier supérieur ou égal à un) des centres qui se trouvent à l'intérieur d'une bande ayant un axe central matérialisé par la droite u1 (n) ayant la même signification mais relative à l'image de rang n. Au cours du traitement images successives, on peut réduire la largeur de la bande 20 à une valeur convenable qui permet de diminuer le temps traitement sans pour autant perdre en précision. On a de moins en moins de centres à prendre en compte dans le calcul. Cette utilisation de la droite u1(n) de rang n permet d'intégrer un éventuel changement de cap de l'aéronef entre l'acquisition de l'image de rang n et celle de l'image de rang n+1.

L'étape suivante consiste à projeter chacune des droites u1, u2 ainsi calculées à partir d'une image délivrée par le capteur d'image 1 sur une surface de référence S matérialisant la surface contenant les marques. Cette surface de référence S matérialise le plan de la piste P dans domaine de l'aviation, le plan de la route dans le domaine routier ou la surface de la mer dans le domaine maritime.

utilise pour cela les caractéristiques du capteur d'image telles que la position de son point focal 0, ses dimensions, son ouverture, sa résolution ainsi que sa localisation sur le véhicule. Ce qui importe ici dans le domaine de l'aviation est sa hauteur par rapport à la surface de référence S c'est à dire par rapport à la piste. Lorsque l'aéronef est posé sur la piste sa hauteur par rapport à la piste suffit. Lorsque l'aéronef est en phase d'approche au sol, la position du capteur dans le véhicule ne suffit plus, on doit prendre en compte l'altitude, l'assiette et le roulis de l'aéronef. Dans l'exemple du véhicule automobile, on a besoin de sa hauteur par rapport la route et dans l'exemple du bâtiment marin de sa hauteur par rapport la surface de la mer.

On fait appel dans cette étape à des fonctions de transformation géométrique simples et de matrices de passage de la surface de référence S au capteur d'image.

On prend sur chaque droite u1 de l'image fournie par le capteur d'image un premier point K1, on calcule l'équation de la droite v1 qui passe par ce point K1 et par le point focal 0 du capteur d'image, l'intersection de cette droite v1 avec la surface de référence S donne un premier point projeté J1. On effectue le même calcul avec un second point K2, on calcule l'équation de la droite v2 qui passe par ce point K2 par le point focal 0 du capteur d'image, l'intersection de cette droite v2 avec la surface de référence S donne un second point projeté J2. L'équation de la droite D qui passe par ces deux points projetée J1, J2 peut être aisément calculée. Cette droite D est la droite projetée recherchée. La droite D projetée sur la surface de référence S est repérée dans un repère centré sur le point focal 0 du capteur d'image 1. Cette droite contribue à matérialiser la trajectoire idéale du véhicule.

On réalise les mêmes projections avec la droite u2 de manière à obtenir sa droite projetée D'.

On projette également, sur la surface de référence S, au moins un point représentatif du véhicule. Dans l'exemple, il s'agit du point focal 0 du capteur d'image 1 et la projection est orthogonale. Le point focal 0 se projette en 03. Il traduit la position du véhicule par rapport à la surface de référence S. Le bloc 300 de la figure 2 illustre la projection sur la surface de référence. Lorsque l'image fournie par le capteur d'image comporte l'horizon H, ce qui est fréquent lorsque l'aéronef est en vol, on s'arrange pour ne pas se servir de points placés au-dessus de l'horizon pour la détermination des droites projetées sous peine de fausser les calculs.

Pendant l'étape suivante, on calcule la distance entre le point 03 représentant le véhicule et chacune des droites projetées soit dd par rapport à la droite D et dg par rapport à la droite D'. Ce calcul est calcul géométrique aisément réalisable. Les deux distances dd, dg servent à déterminer la position latérale du véhicule, elles permettent de calculer son écart latéral 8 par rapport à la trajectoire idéale T.

suppose que dans l'exemple décrit on dispose de deux droites D et D' projetées qui matérialisent les deux bords de la piste P.

suppose que la trajectoire idéale T est l'axe central de la piste, c'est à dire une droite Dc située à égale distance entre les deux droites projetées D et D'. L'écart latéral 8 est alors donné par la moitié de la différence entre les distances dg et dd. Si dg est plus grand que on se trouve entre Dc et D' et si dg est plus grand que dd on se trouve entre Dc et D.

L'avantage de disposer de deux droites projetées matérialisant les deux bords de la piste est de pouvoir se passer de la connaissance de la largeur la piste. L'aéronef est parfaitement autonome par rapport à la plate-forme aéroportuaire sur laquelle il va se poser, il n'a pas besoin de qu'on communique du sol ce type d'information.

plus, on peut vérifier à chaque image que la somme de et dg reste constante, ce qui valide le bon fonctionnement du dispositif.

on ne dispose que d'une seule droite projetée et que cette droite représente la trajectoire idéale T idéale, le calcul de l'écart latéral 8 est immédiat c'est la distance entre le point 03 représentant le véhicule et la droite projetée.

on ne dispose que d'une seule droite projetée qu'elle représente un des bords de la piste, le calcul de l'écart 8 par rapport à la trajectoire idéale que l'on suppose toujours suivre l'axe central la piste ne peut faire que si l'on connaît la largeur de la piste.

a intérêt à pouvoir calculer le plus grand nombre possible de droites projetées par image de manière à pouvoir identifier certaines droites aberrantes pour éventuellement éliminer les images conduisant à ces droites.

les zones repérées ne sont pas des images de lampes mais ont une forme allongée et sont des images de lignes continues ou non, on n'a plus besoin de calculer les centres. On se réfère à la figure 7. Dans les zones , z2, qui dans l'exemple sont des lignes continues, on recherche les pixels qui correspondent aux contours. Pour y parvenir, on calcule pour chacun pixels de la zone z1, z2 son gradient et on effectue un seuillage pour repérer les pixels p1, p2 p3, p4, p5, p6... de chaque contour. On ne garde que les pixels dont l'amplitude du gradient provoque une rupture par rapport à au moins un pixel de son voisinage. En appliquant la transformée de Hough aux pixels p1, p2, p3, p4, p5, p6... des contours, on determine une ou plusieurs droites u1, u2 présentes dans l'image délivrée par le capteur et passant par ces pixels p1, p2 p3, p4, p5, p6... du contour.

La transformée de Hough est une méthode connue en traitement d'image pour détecter des droites d'une image binaire, elle a aussi éte utilisée pour détecter d'autres types de figures. Elle a été introduite dans les années 1 et améliorée depuis. Son principe de base est le suivant chaque pixel d'un contour de cordonnées cartésiennes x, y est transforme dans un espace en coordonnées polaires (p,6), en une courbe telle que p= x.cos6 + y.sin6. Ainsi pour chaque pixel du contour, on trace la courbe p = f(6) et si les courbes correspondant à un nombre significatif de pixels possèdent un point d'intersection commun cela signifie que les pixels sont alignés. Leurs coordonnées permettent d'en déduire la droite sur laquelle ils sont situés.

Les étapes suivantes consistent à déterminer les droites projetées sur la surface de référence comme on l'a décrit précédemment, puis à déterminer la projection du point focal du capteur d'image et a calculer la position latérale par rapport à la trajectoire idéale.

La transformée Hough améliorée aurait pu servir pour le traitement des zones circulaires.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination de la position d'un véhicule (2) par rapport à une trajectoire idéale (T) dans lequel on acquiert moins une image de l'environnement du véhicule (2) à l'aide d'un capteur d'image (1) embarqué sur le véhicule (2), cet environnement comportant surface de base (P) pourvue d'une ou plusieurs marques (8) en relation avec la trajectoire idéale (T) du véhicule, caractérisé en ce qu'on repère sur l'image une ou plusieurs zones (z1, z2) de contraste susceptibles d'être des images des marques (8), on détermine à partir d'une ou plusieurs de ces zones (z1, z2) de contraste au moins une droite (u1, u2) contribuant à matérialiser la trajectoire idéale, on projette cette droite (u1, u2) et au moins un point (0) représentant le véhicule sur une surface de référence matérialisant la surface de base (P), puis on calcule un écart latéral (8) entre le véhicule et la trajectoire idéale à partir de la distance (dd, dg) separant le point projeté (03) et cette droite projetée (D, D'), cet écart lateral (8) traduisant la position latérale du véhicule par rapport à la trajectoire idéale.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce seuille zones (z1, z2) de contraste repérées de manière à ne conserver que celles (z1, z2) dont le contraste est supérieur à un seuil avant la determination de la droite (u1, u2).

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caracterisé en ce lorsque les zones contrastées (z1, z2) susceptibles d'être des images marques (8) sont des zones circulaires, on localise les centres (c1, c2) des ces zones (z1, z2), la droite (u1, u2) que l'on détermine passant par plusieurs de ces centres.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsque les zones (z1, z2) contrastées susceptibles d'être les images des marques (8) sont des zones allongées, on recherche un nombre significatif de pixels (p1, p2, p3) de l'image appartenant au contour des zones qui sont alignés, la droite (u1, u2) que l'on calcule passant par ces pixels.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise des informations relatives au capteur (1) telles que sa position dans le véhicule (2), sa résolution, son champ de vision, pour le calcul de la droite (D', D) du point (03) représentant le véhicule projetés sur la surface de référence (S).

6. Procède selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise informations relatives au véhicule (2), telles que son altitude; son roulis, son assiette pour le calcul de la droite (D', D) et du point (03) représentant le véhicule projetés sur la surface de réference (S).

7. Procède selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le point représentant le véhicule est le point focal (0) du capteur d'image projeté orthogonalement sur la surface de référence (S).

8. Procède selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la détermination de la droite (u1(n+1)) relative à une image delivrée par le capteur d'image (1) prend en compte la détermination la droite (u1 (n)) relative à l'image précédente.

9. Procède selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste à fournir l'écart latéral (8) à un dispositif de pilotage automatique (5) dont est pourvu le véhicule (2).

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il consiste à visualiser l'écart latéral (8) sur un dispositif de visualisation (10) dont est pourvu le véhicule (2).

11. Dispositif de détermination de la position d'un véhicule par rapport à une trajectoire idéale (T) comportant un capteur d'image (1) embarqué sur le véhicule (2), qui scrute l'environnement du véhicule (2), cet environnement comportant une surface de base (P) pourvue d'une ou plusieurs marques (8) contribuant à matérialiser la trajectoire idéale (T), caractérisé en ce qu'il comporte de plus un système de traitement des images délivrées par le capteur d'image (1) avec des moyens (100) pour détecter sur l'image une ou plusieurs zones (z1, z2) de contraste, des moyens (200) pour déterminer à partir d'une ou plusieurs de ces zones (z1, z2) de contraste au moins une droite (u1, u2) contribuant à matérialiser la trajectoire idéale, des moyens (300) pour projeter cette droite (u1, u2) et au moins un point (0) représentant le véhicule sur une surface de référence (S) matérialisant la surface de base (P), des moyens (400) pour calculer un écart latéral (8) entre le véhicule et la trajectoire idéale à partir de la distance (dd, dg) séparant le point projeté (03) de cette droite projetée (D, D'), cet écart latéral (5) traduisant la position latérale du véhicule par rapport à la trajectoire idéale.

12. Dispositif de détermination selon la revendication 11, caractérise en ce que le système (3) de traitement des images comporte des moyens (101) de seuillage des zones (z1, z2) de contraste.

13. Dispositif de détermination selon l'une des revendications 11 ou 12, caracterisé en ce qu'il comporte des moyens de visualisation (10) de l'écart latéral (5).

14. Dispositif de détermination selon l'une des revendications 1 à 13, caracterisé en ce que l'écart latéral (5) renseigne un dispositif de pilotage automatique dont est pourvu le véhicule

15. Dispositif de détermination selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il prend en compte des informations relatives au capteur (1) telles que sa position dans le véhicule, sa résolution, son champ de vision, pour le calcul de la droite (D, D') et du point représentant le véhicule projetés sur la surface de référence (S).

16. Dispositif de détermination selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu'il reçoit des informations relatives au véhicule (2) telles que son altitude; son roulis, son assiette pour le calcul de la droite (D, D') et du point représentant le véhicule projetés sur la surface de référence (S).

17. Dispositif de détermination selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que le capteur d'image (1) est choisi parmi les capteurs type à transfert de charges, de type intensificateur de lumière, de type imageur radar passif ou actif.

18. Dispositif de détermination selon l'une des revendications 1 à 17, caracterisé en ce que le capteur d'image (1) est sensible aux marques (8) qui sont des lampes.

19. Dispositif de détermination selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur analogique- numérique (9) entre le capteur d'image (1) et le système de traitement (3) d'image.