FR2914058A1 - Procede et dispositif pour determiner le mouvement relatif d'un objet mobile par la mesure d'un motif projete - Google Patents

Abstract

Procédé pour déterminer un mouvement relatif d'un objet se déplaçant par rapport à une surface de référence (2) fixe par rapport à la surface du sol, à l'aide d'un dispositif de mesure (1), l'objet comportant le dispositif de mesure (1) et celui-ci comporte une unité d'éclairage (3).L'unité d'éclairage (3) projette un motif (4) sur la surface de référence fixe (2).

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé pour

déterminer un mouvement relatif d'un objet se déplaçant par rapport à une surface de référence fixe par rapport à la surface du sol, à l'aide d'un dispositif de mesure, l'objet comportant le dispositif de mesure et celui-ci comporte une unité d'éclairage. Etat de la technique Selon le document DE 103 40 014 Al, on connaît un procédé et un dispositif de guidage d'un véhicule. La position réelle du véhicule se détermine à l'aide d'un capteur de mouvement optique. L'inconvénient de ce procédé est toutefois de ne pouvoir déterminer l'angle de tangage ou de roulis du véhicule. Exposé de l'invention L'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'unité d'éclairage projette un motif sur la surface de référence fixe. L'invention concerne également un dispositif de mesure pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce que l'unité d'éclairage a une structure pour projeter un motif sur la surface de réfé- rence stationnaire. Le procédé et le dispositif selon l'invention pour déterminer le mouvement relatif d'un objet mobile tel que défini ci-dessus ont l'avantage de permettre d'une manière simple et sans nécessiter des moyens de calculs important, de déterminer l'angle de tangage, l'angle de roulis et une variation de hauteur du véhicule par rapport à une sur-face de référence fixe. Pour cela, il suffit de projeter un motif sur la sur-face de référence stationnaire et de l'exploiter ensuite. Le dispositif de mesure selon l'invention pour effectuer le procédé peut être réalisé de manière simple et économique du fait que le procédé est lui-même sim- pie. De manière préférentielle, selon le procédé, à partir d'une image du motif, on définit une position réelle du motif en utilisant tout le motif ou seulement des parties du motif pour avoir la position réelle. D'une manière particulièrement avantageuse, on utilise une seule image du motif pour déterminer la position réelle.

De façon préférentielle, on compare la position réelle obtenue du motif à une position prédéfinie du motif. La position prédéfinie est de manière préférentielle une valeur fixe et par exemple elle est en-registrée dans une unité de calcul. Pour comparer la position réelle et la position définie on utilise de préférence seulement les différences des deux positions l'une par rapport à l'autre pour déterminer ensuite le mouvement relatif. De façon préférentielle, on détermine la position réelle par un procédé de traitement d'image et le mouvement relatif se définit de préférence par une opération de triangulation effectuée ensuite. Pour la triangulation, le dispositif de mesure utilise différents angles pris en compte pour la triangulation. En outre, pour la triangulation on utilise également de manière préférentielle des valeurs de la position réelle et de la position prédéfinie du motif. Comme angle, on peut par exemple utiliser l'angle compris entre l'unité d'éclairage et un axe de caméra, de préférence comme grandeur fixe mémorisée de manière explicite ou implicite dans une unité de calcul. Par triangulation on définit de manière préférentielle l'angle de tangage et/ou l'angle de roulis et/ou un décalage en hauteur de l'objet mobile par rapport à la surface de référence stationnaire comme mouvement relatif. Les valeurs nécessaires pour la triangulation sont de préférence mémorisées ou sont formées par une comparaison de la position réelle à la position prédéfinie. La détermination du mouvement relatif de l'objet mobile se fait en conséquence avantageusement avec des moyens de calcul réduits et suffisamment rapidement pour permettre de déterminer même des variations rapides du mouvement relatif de l'objet mobile sans grand décalage de temps et pour en disposer. De manière préférentielle, l'objet mobile est un véhicule équipé du dispositif de mesure. D'une manière particulièrement préférentielle, le motif est pris par une caméra et l'image de la caméra prise du motif est utilisée pour déterminer le mouvement relatif. En outre, on évoquera ci-après une image de caméra ou image photographique. De façon préférentielle, le procédé de traitement d'image comprend au moins un filtrage passe-bas et/ou une transformation binaire et/ou une inversion et/ou une transformation Hough et/ou une distribution de probabilité. De façon préférentielle, l'image de la caméra est tout d'abord soumise à un fort filtrage passe-bas. On peut avantageusement utiliser de petites structures qui se caractérisent par des fréquences élevées que l'on enlève de l'image de la caméra. Si par exemple comme surface de référence stationnaire on utilise la surface de la chaussée, la structure de l'asphalte peut être éliminée de l'image de la caméra par un filtrage passe-bas.

L'image ainsi travaillée présente en conséquence seule-ment des grandes structures avec des fréquences basses correspondantes. De manière préférentielle, on forme ensuite un seuil et on associe toutes les valeurs (couleurs) existantes de l'image de la caméra en fonction du seuil à un niveau de gris.

Par exemple, on peut modifier l'image d'une caméra en formant une valeur de seuil pour que l'image ne présente pratiquement plus qu'un premier et un second niveau de gris. Toutes les valeurs de gris existant jusqu'à la formation de la valeur de seuil dans l'image de la caméra et qui sont inférieures au seuil sont par exemple associées au premier niveau de gris. Les valeurs de gris au-dessus du seuil sont associées par exemple au second niveau de gris. Si on utilise seulement deux valeurs de gris dans l'association, on aura une image de caméra transformée avantageusement en binaire et de façon préférentielle comme première ou seconde valeur de gris on utilisera le blanc et le noir. De façon préférentielle, les valeurs de l'image de caméra seront inversées après formation du seuil. Pour la représentation, en premier lieu on projette le motif sous la forme d'une ligne d'ombre ou d'une ligne à bande claire comme motif, ce qui permet par exemple de représenter et de continuer d'exploiter la ligne d'ombre en clair par rap- port à un fond sombre de l'image de la caméra. La ligne d'ombre inversée est représentée alors de façon préférentielle suivant une distribution de densité de probabilité en deux dimensions 2D ; cela permet de déterminer par la localisation du maxi- mum et la détermination de l'axe principal par le maximum de la distri- bution de probabilité, la déviation de la ligne par rapport à la position prédéfinie de la ligne. La déviation ainsi obtenue entre la position réelle et la position prédéfinie de la ligne sera ensuite prise en compte dans la triangulation. La triangulation permet de déterminer le mouvement re-latif de l'objet par rapport à la surface de référence fixe. La procédure exacte pour déterminer la position réelle de la ligne sera décrite de manière plus détaillée à l'aide de la description des figures. Au lieu d'utiliser une distribution de probabilité 2D on peut également poursuivre le traitement par une transformation Hough.

De façon préférentielle, le motif est un quadrangle projeté par l'unité d'éclairage sur la surface de référence fixe ou stationnaire. De manière préférentielle, le motif se déplace le long d'au moins une di-rection spatiale par rapport à la surface de référence fixe si la variation en hauteur entre l'objet mobile et la surface de référence fixe s'est pro-duite. En outre, de manière préférentielle, le motif sera déformé si l'objet rapporté à la surface de référence fixe oscille ou pique du nez. Les lignes formant le motif seront dans ce cas inclinées par rapport aux lignes constituant la figure dans le motif projeté. Les variations de position des lignes par distorsion du quadrangle ou par déplacement du quadrangle sur la surface de référence stationnaire sont définies par le mouvement relatif de l'objet. Les variations de position de lignes constituent ainsi la position réelle des lignes dans l'image de la caméra. La position proprement dite des lignes dans la surface saisie par la caméra est fixée par la position prédéfinie. La position prédéfinie des lignes est la posi- tion des lignes que l'objet aurait sans basculement, tangage ou variation de réglage en hauteur, par rapport à la surface de référence stationnaire. Comme déjà décrit, la position prédéfinie des lignes dans la surface est de préférence la position prédéfinie enregistrée dans l'unité de calcul pour être comparée à la position réelle des lignes.

L'invention concerne également un dispositif de mesure pour appliquer un procédé de détermination du mouvement relatif d'un objet en mouvement. Le dispositif de mesure comporte à cet effet une unité d'éclairage qui présente une structure. A titre d'exemple, l'unité d'éclairage peut être une diode LED et à l'aide de lasers on grave une structure dans la lentille de la diode LED. La structure donne une image de préférence sous la forme d'un motif sur la surface de référence fixe, par l'intermédiaire de l'unité d'éclairage lorsque celle-ci émet de la lumière. L'unité d'éclairage peut également être installée sans OLED et/ou sans diaphragme pour structurer devant l'unité d'éclairage. Le diaphragme fonctionnerait dans ce cas comme une sorte de diapositive ; la diapositive éclairée par l'unité d'éclairage donne une image sur la surface de référence stationnaire. L'image de la diapositive forme dans ce cas la figure. De manière préférentielle, le dispositif de mesure est associé à une unité de calcul. L'unité de calcul contient en mémoire de préférence les angles entre l'axe de la caméra et l'unité de référence. On peut toutefois également envisager d'enregistrer dans l'unité de calcul, en plus, la position prédéfinie du motif. De manière préférentielle, le procédé de traitement d'image peut également s'effectuer à l'aide de 15 l'unité de calcul ou l'unité de calcul conduit à un procédé de traitement d'image. L'unité de calcul peut être soit intégrée dans le dispositif de mesure soit être installée à l'extérieur du dispositif de mesure sur l'objet mobile. Dans le cas d'un véhicule constituant un exemple d'objet mobile, le dispositif de mesure comporte de préférence également une unité 20 d'émission et/ou une unité de réception pour transmettre les données calculées concernant le mouvement relatif. A titre d'exemple, l'angle de tangage et/ou l'angle de roulis obtenus peuvent être transmis à un système de contrôle de pneumatique et/ou au conducteur du véhicule. De manière préférentielle, le dispositif de mesure corn- 25 porte une caméra. La caméra a de préférence une ouverture importante et un coefficient de prise de vue élevé. L'ouverture grande permet de saisir le motif même pour de fortes variations de hauteurs ou des angles de tangage ou de roulis importants de l'objet mobile pour être exploité par l'unité de calcul. A l'aide du taux de prise d'images élevé on peut 30 également saisir des variations rapides et brèves du mouvement relatif de l'objet mobile et exploiter ces informations. Le dispositif de mesure est utilisé de préférence pour dé-terminer un mouvement relatif d'un objet qui se déplace par rapport à une surface de référence fixe par rapport à la surface du sol.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre schématiquement un dispositif de mesure, - la figure 2 montre schématiquement le dispositif de mesure projetant par une unité d'éclairage du dispositif de mesure, un motif sur une surface de référence fixe, - les figures 3, 4, 5 représentent schématiquement chacune une image de caméra pour différentes étapes de traitement du procédé, - les figures 6, 7, 8 montrent schématiquement la comparaison entre la position réelle et la position prédéfinie. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement un dispositif de me- sure 1. Ce dispositif de mesure 1 est installé de préférence sur un objet non représenté et dans l'exemple de réalisation il comporte une caméra 6 et une unité d'éclairage 3 avec un moyen d'application d'une structure 5. L'unité d'éclairage 3 et la caméra 6 font entre elles un angle a ; cet angle a doit être connu pour une opération de triangulation. La caméra 6 a une ouverture d'angle 0 qui capte la surface 11 devant la caméra 6 et permet d'en donner une image. La surface 11 est de préférence éclairée totalement par l'unité d'éclairage 3 ; elle fait partie de la surface de référence 2, stationnaire. L'unité d'éclairage 3 éclaire la structure 5 pour en former une image sur la surface 11. Comme image de la struc- ture 5 selon la figure 4, selon le mouvement relatif de l'objet et les caractéristiques de la surface de référence (texture) on aura une image qui diffère de la structure 5. La figure 4 change, se déforme ou se déplace le long de la surface de référence stationnaire 2 si l'objet mobile effectue un mouvement de tangage, de roulis ou change de hauteur par rapport à la surface de référence stationnaire 2. En conséquence, la variation de la figure 4 permet d'obtenir une information concernant le mouvement relatif de l'objet mobile ; les variations de la figure 5 sont prises en compte comme va-leurs dans la triangulation pour déterminer le mouvement relatif. La figure 4 est l'image prise par la caméra 6 et cette image est formée dans 6 le plan 7. De manière préférentielle, le plan 7 correspond à une puce pour prendre l'image et la mémoriser. La position de la figure 4 comme image de la structure 5 forme la position réelle de la figure 4 qui servira dans la suite du procédé à déterminer le mouvement relatif de l'objet en mouvement. Dans l'exemple de réalisation, on a choisi comme structure 5 une ligne. L'image de la structure 5 sans l'angle de tangage, de roulis ou sans la variation de hauteur de l'objet est dans ce cas la ligne 4. Si l'objet effectue un mouvement de tangage ou de roulis, l'image de la structure 5 se déplacera comme la ligne 12. Pour une variation de hauteur de l'objet mobile par rapport à la surface de référence stationnaire 2, l'image de la structure 5 serait par exemple décalée à l'emplacement de la ligne 13 dans la surface 11. La figure 2 montre schématiquement le dispositif de me-sure 1 avec un boîtier 8. Le dispositif de mesure 1 de l'exemple de réali- 15 sation comporte en outre une plaque de circuit 9 et un système optique 10. Le boîtier 18 de cet exemple de réalisation comporte également l'unité d'éclairage 3. Mais on peut également envisager que le dispositif de mesure 1 comporte en plus une unité de calcul pour effectuer les opérations de triangulation et de traitement d'image. La structure 5 de 20 l'exemple de réalisation est un rectangle. En conséquence, l'image de la structure 5 en l'absence de variation de hauteur ou de mouvement de tangage ou de roulis de l'objet mobile sera un rectangle 4. Si l'objet effectue un mouvement de tangage vers la gauche par rapport à la sur-face de référence stationnaire 2, l'image de la structure 5 sera déformée 25 pour prendre la forme 4'. Le mouvement de tangage de l'objet vers l'avant produit une déformation de l'image donnant la forme 4". La figure 3 montre schématiquement un détail d'une image prise. La ligne en trait interrompu est la ligne d'ombre projetée comme image de la structure 5 sur la surface de référence 2. La ligne 30 d'ombre est ainsi celle de la figure 4. La ligne d'ombre est élargie dans l'image comme l'indique la double flèche. Cette extension ne permet toutefois pas de déterminer la position précise de la ligne d'ombre. Les étapes de traitement d'image données ci-après permettent néanmoins de déterminer la position de la ligne d'ombre comme position réelle et de 35 l'utiliser ensuite pour une opération de triangulation.

La figure 4 montre schématiquement une partie de l'image prise après un filtrage par un filtre passe-bas. Les fréquences supérieures sont éliminées par le filtre et il ne subsiste dans l'image prise que les fréquences basses. De façon avantageuse, cela permet d'éliminer par exemple la structure du revêtement routier de l'image prise. La structure de la ligne d'ombre qui correspond principalement à des fréquences basses reste toutefois conservée. La figure 5 montre schématiquement le détail de l'image de la caméra après la formation d'un seuil avec numérisation suivie d'une inversion. On forme un seuil en fonction des valeurs de gris existantes dans l'image de la caméra. Les valeurs de gris supérieures au seuil deviennent par exemple noires. Les valeurs de gris sous le seuil deviendront par exemple blanches. On a ainsi une numérisation binaire de l'image prise qui réduit les données. Lors de l'inversion consécutive, les parties de l'image précédemment représentées en noir deviendront blanches et les parties de l'image précédemment blanches deviendront noires. La ligne d'ombre comme ligne blanche se détecte particulière-ment bien devant un fond sombre. Ensuite, on représente la ligne d'ombre, travaillée selon une distribution de densité de probabilité 2D, sous la référence 16, comme le montre schématiquement la figure 5B. Principalement au mi-lieu du maximum de la distribution de probabilité 16 on trace un axe ; cet axe reproduit avec une grande précision la position de la ligne d'ombre sans élargissement. Dans la suite on caractérisera cet axe comme ligne d'ombre segmentée 15. La ligne 14 donnera la position de la figure 4 sur la surface de référence 2 sans mouvement de tangage, de roulis ou de variation de hauteur de l'objet mobile. Cette ligne représente la position prédéfinie de la figure 4 et sera également appelée ci-après ligne de comparaison 14. Pour déterminer le mouvement relatif de l'objet mobile il faut déterminer le décalage latéral 17 entre le segment de la ligne d'ombre qui représente la position réelle de la figure 4 et la ligne de comparaison 14 pour prendre en compte ce décalage pour l'opération de triangulation. La figure 6 montre schématiquement la comparaison en- tre la position réelle et la position prédéfinie ; la position réelle de la li- gne d'ombre segmentée 15 sera comparée à la position prédéfinie de la ligne de comparaison 14. La ligne d'ombre segmentée 15 est unique-ment décalée vers la droite par rapport à la ligne de comparaison 14. La figure 4 montre que l'objet mobile ne présente pas d'angle de tangage par rapport à la surface de référence stationnaire. Seule la hauteur du dispositif de mesure 2 par rapport à la surface de référence stationnaire 2 a été modifiée. Par le calcul fait ensuite on peut calculer la valeur précise suivant laquelle la hauteur a changé. La figure 7 montre schématiquement une variation d'angle de l'objet mobile par rapport à la surface de référence stationnaire 2. Dans cet exemple de réalisation, la ligne d'ombre segmentée 15' a tourné d'un certain angle par rapport à la ligne de comparaison 14. En calculant l'angle par triangulation, on peut calculer d'une manière simple l'angle de tangage de l'objet mobile par rapport à la surface de référence stationnaire 2. On peut également calculer l'angle de tangage ; pour cela on utilise une ligne transversale comme ligne d'ombre segmentée et sa rotation par rapport à une ligne d'origine. Toutefois, à titre d'exemple, les figures ne montrent qu'une ligne d'ombre segmentée 15' pour calculer l'angle de tangage.

La figure 8 montre schématiquement la position de la ligne d'ombre segmentée 15" lorsque l'objet présente à la fois un angle de tangage et un décalage en hauteur par rapport à la surface de référence stationnaire 2. Dans ce cas, la ligne d'ombre 15", segmentée, est tour-née d'un angle par rapport à la ligne de comparaison 14 et s'est écartée de la ligne de comparaison 14. Dans ce cas, on détermine le décalage latéral des deux lignes 14, 15" à l'aide de la ligne auxiliaire 18.30

Claims (5)

REVENDICATIONS

1 ) Procédé pour déterminer un mouvement relatif d'un objet se déplaçant par rapport à une surface de référence (2) fixe par rapport à la sur-face du sol, à l'aide d'un dispositif de mesure (1), l'objet comportant le dispositif de mesure (1) et celui-ci comporte une unité d'éclairage (3), caractérisé en ce que l'unité d'éclairage (3) projette un motif (4) sur la surface de référence fixe (2).

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à partir d'une image du motif (4) on forme une position réelle de la figure (4) sur la surface de référence fixe (2), tout le motif (4) ou seule-ment des zones partielles du motif (4) servant à former la position réelle et on compare cette position réelle à une position prédéfinie.

3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on définit la position réelle du motif (4) par un procédé de traitement d'image et on définit le mouvement relatif de l'objet mobile par triangulation.

4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on définit l'angle de roulis et/ou l'angle de tangage et/ou un décalage en hauteur de l'objet mobile par rapport à la surface de référence fixe (2) par un procédé de triangulation.

5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé de traitement d'image comprend au moins un filtrage passe-bas et/ou une transformation binaire et/ou une inversion et/ou une transformation de Hough et/ou une distribution de densité de probabilité.356 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif (4) est un quadrangle et pour une variation de hauteur de l'objet mobile on déplace le motif (4) suivant au moins une direction dans l'espace sur la surface de référence stationnaire (2) et/ou le motif (4) se déforme si l'objet effectue un mouvement de tangage ou de roulis. 7 ) Dispositif de mesure (1) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, ce dispositif ayant une unité d'éclairage (3), caractérisé en ce que l'unité d'éclairage (3) a une structure (7) pour projeter un motif (4) sur la surface de référence stationnaire (2). 8 ) Dispositif de mesure (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' il comporte une unité de calcul. 9 ) Dispositif de mesure (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' il comporte une caméra (6) et l'unité d'éclairage (3) est une unité à diodes électroluminescentes. 10 ) Application d'un dispositif de mesure (1) selon l'une des revendica- tions 7 à 9, pour déterminer le mouvement relatif d'un objet qui se dé-place par rapport à une surface de référence (2) fixe par rapport à la surface du sol.30