FR3047088A1 - Dispositif de detection a lentille integree dans un element d’un vehicule, pour la mesure de flux optique. - Google Patents

Abstract

Un dispositif de détection (DD) équipe un véhicule et comprend au moins deux capteurs (C1-C2) ayant des axes de réception de photons qui se croisent et délivrant des signaux représentatifs de photons reçus, une lentille (L), définie dans un élément (GB) du véhicule transparent aux photons et placé en amont des capteurs (C1-C2), et induisant une défocalisation des photons sur les capteurs (C1-C2) pour rendre leurs signaux sensibles angulairement, et des moyens de traitement (MT) agencés, en cas de déplacement relatif des capteurs (C1-C2) par rapport à un objet ou un corps (CP), pour déterminer un flux optique représentatif d'un défilement visuel produit par ce déplacement relatif en fonction des signaux délivrés dans un intervalle de temps choisi et de l'angle prédéfini entre les axes.

Description

DISPOSITIF DE DÉTECTION À LENTILLE INTÉGRÉE DANS UN ÉLÉMENT D’UN VÉHICULE, POUR LA MESURE DE FLUX OPTIQUE L’invention concerne les dispositifs de détection qui équipent certains véhicules, éventuellement de type automobile.

Dans ce qui suit, on entend par « dispositif de détection » un dispositif comprenant au moins deux capteurs (ou photorécepteurs) propres à recevoir des photons et à délivrer des signaux représentatifs des photons reçus.

Certains véhicules, généralement de type automobile, comprennent au moins un dispositif de détection destiné à analyser leur environnement afin de participer à la détection d’objets ou de corps qui sont en mouvement relatif par rapport à eux. Parmi ces dispositifs de détection on peut notamment citer ceux qui comprennent un générateur d’ultrasons et des capteurs ultrasoniques, ceux qui comprennent au moins une caméra, ceux qui comprennent un radar, et ceux qui comprennent un lidar.

Les dispositifs de détection à ultrasons s’avèrent lents, doivent générer des ultrasons de façon permanente, sont destinés à analyser un environnement proche selon un secteur angulaire réduit, et leurs ondes peuvent être absorbées par certains matériaux (notamment des vêtements).

Les dispositifs de détection à caméra(s) standards s’avèrent lents, doivent acquérir des images de façon permanente, nécessitent des traitements de données lourds, et présentent une forte sensibilité au niveau de luminosité.

Les dispositifs de détection à radar s’avèrent très onéreux, doivent générer des ondes de façon permanente, et leurs performances sont réduites lorsque les mouvements relatifs à détecter sont perpendiculaires à la direction radiale.

Les dispositifs de détection à lidar s’avèrent très onéreux, doivent générer des ondes de façon permanente, et comportent un système mécanique qui est sensible aux vibrations et qui s’use relativement rapidement. L’invention a notamment pour but d’améliorer la situation en proposant une solution alternative.

Elle propose notamment à cet effet un dispositif de détection destiné à équiper un véhicule et comprenant au moins deux capteurs propres à délivrer des signaux représentatifs de photons reçus.

Ce dispositif de détection se caractérise par le fait que ses capteurs ont des axes de réception de photons qui se croisent, et qu’il comprend également : - une lentille, définie dans un élément du véhicule qui est transparent aux photons et propre à être placé en amont des capteurs par rapport au sens de propagation des photons, et propre à induire une défocalisation de ces derniers sur les capteurs pour rendre leurs signaux sensibles angulairement, et - des moyens de traitement agencés, en cas de déplacement relatif des capteurs par rapport à un objet ou un corps, pour déterminer un flux optique représentatif d’un défilement visuel produit par ce déplacement relatif en fonction des signaux délivrés dans un intervalle de temps choisi et d’un angle prédéfini entre les axes des capteurs.

Un tel dispositif de détection s’avère peu onéreux du fait qu’il ne nécessite pas de générateur d’ondes ou de caméra et que sa lentille peut être définie dans un élément qui fait traditionnellement partie d’un véhicule.

Le dispositif de détection selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour estimer un décalage temporel entre des signaux similaires délivrés par les capteurs dans l’intervalle de temps choisi, et pour déterminer le flux optique en divisant l’angle prédéfini par ce décalage temporel estimé ; - sa lentille peut être propre à induire une défocalisation des photons sur les capteurs pour qu’ils présentent chacun une réponse (ou sensibilité) angulaire de forme gaussienne centrée sur leur axe ; - sa lentille peut, par exemple, être choisie parmi (au moins) une lentille concave et/ou convexe, une lentille à frange, et une lentille à changement de phase. L’invention propose également un bloc optique de véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant un élément transparent aux photons et au moins un dispositif de détection du type de celui présenté ci-avant et ayant une lentille définie dans cet élément.

Un tel bloc optique peut, par exemple, être choisi parmi (au moins) un projecteur avant, un feu arrière, et un indicateur de changement de direction (ou clignotant). L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un bloc optique du type de celui présenté ci-avant, ou bien au moins un élément transparent aux photons et au moins un dispositif de détection du type de celui présenté ci-avant et ayant une lentille définie dans cet élément. Ce dernier élément peut, par exemple, être choisi parmi (au moins) une lunette arrière, une partie vitrée d’un hayon arrière, un pare-brise et une vitre latérale. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe, un bloc optique comprenant un exemple de réalisation d’un dispositif de détection selon l’invention, et des exemples de réponse (ou sensibilité) angulaire des capteurs, - la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de réalisation d’un bloc optique comprenant onze dispositifs de détection selon l’invention, - la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue en coupe, une partie de la glace et une partie d’un dispositif de détection du bloc optique de la figure 2, et - la figure 4 illustre schématiquement au sein d’un diagramme deux exemples de courbes d’évolution temporelle des signaux délivrés par deux capteurs d’un dispositif de détection selon l’invention. L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de détection DD destiné à équiper un véhicule V et à fournir des mesures de flux optique.

Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout véhicule, qu’il soit terrestre, maritime (ou fluvial), ou aérien, dès lors qu’il comprend au moins un élément transparent aux photons.

Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le dispositif de détection DD est destiné à faire partie d’un bloc optique BO de véhicule. Par exemple, ce bloc optique BO peut être un projecteur (ou phare) avant ou un feu arrière ou encore un indicateur de changement de direction (ou clignotant). Mais l’invention n’est pas limitée à cette application. En effet, un dispositif de détection DD, selon l’invention, peut être associé à d’autres éléments d’un véhicule, et notamment à une lunette arrière ou une partie vitrée d’un hayon arrière ou un pare-brise ou encore une vitre latérale. D’une manière générale un dispositif de détection DD, selon l’invention, peut être associé à tout élément ou partie d’élément d’un véhicule transparent aux photons.

On a schématiquement et fonctionnellement représenté sur la figure 1 un exemple de bloc optique BO équipant un véhicule V et comprenant un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif de détection DD selon l’invention.

Comme cela est illustré sur la figure 1, un dispositif de détection DD, selon l’invention, comprend au moins deux capteurs Cj, une lentille L et des moyens de traitement MT.

Chaque capteur Cj est un photorécepteur qui est propre à recevoir des photons selon un axe Aj privilégié et à délivrer un signal Sj qui est représentatif des photons qu’il a reçus. Les axes Aj (de réception de photons) de ces capteurs Cj se croisent selon un angle Δφ prédéfini, comme illustré schématiquement sur la figure 1.

Chaque signal Sj est par exemple une tension. Mais il pourrait également s’agir d’un courant.

Les capteurs (ou photorécepteurs) Cj peuvent, par exemple, être similaires à ceux qui sont utilisés dans les détecteurs qui sont parfois appelés LMS (« Local Motion Sensor », par exemple décrits dans l’article de Expert, F., Viollet, S., and Ruffier, F., « Outdoor field performances of insect-based Visual motion sensors », Journal of Field Robotics (2011) et dans l’article de Mafrica, S., Servel, A., and Ruffier, F., « Towards an automatic parking System using bio-inspired 1-D optical flow sensors », ICVES 2015). Mais il pourrait s’agir de tout type de composant optoélectronique capable de fournir un signal proportionnel à la luminosité reçue ou au flux photonique reçu. Typiquement, il s’agit d’une photodiode qui fournit un courant proportionnel à la luminosité, qui est ensuite traité par un circuit électronique analogique (par exemple à base de transistors) qui fait la conversion en tension et, par exemple, une compression logarithmique ou une normalisation (adaptation) au niveau moyen temporel et/ou local pour capturer une grande gamme de luminosité (comme cela est par exemple décrit dans l’article de Mafrica, S., Godiot, S., Menouni, M., Boyron, M., Expert, F., Juston, R., Marchand, N., Ruffier, F., and Viollet, S., « A bio-inspired analog Silicon retina with michaelis-menten auto-adaptive pixels sensitive to small and large changes in light », Optics Express (2015)). Ces capteurs Cj sont notamment peu onéreux, d’une technologie simple, faciles à implanter car ils n’ont pas besoin d’être nombreux en chaque zone de détection (ou analyse), et peuvent délivrer des signaux Sj pour une très large gamme de luminosité (de la pénombre à la pleine lumière).

On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, le dispositif de détection DD ne comprend que deux capteurs (ou photorécepteurs) C1 et C2 (j = 1 ou 2). Mais il pourrait en comprendre plus de deux, par exemple trois ou quatre, voire plus encore. L’utilisation de plus de deux capteurs Cj permet de mesurer un flux optique local (soit entre chaque couple de photorécepteurs adjacents) suivant différentes directions).

La lentille L est définie dans un élément GB du véhicule V qui est transparent aux photons et propre à être placé en amont des capteurs Cj par rapport au sens de propagation des photons.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, l’élément GB dans lequel est définie chaque lentille L est une glace d’un bloc optique BO (ici un projecteur avant). On comprendra que dans des variantes d’application l’élément GB pourrait être la glace ou l’écran en matière plastique situé(e) en partie avant d’un feu arrière ou d’un indicateur de changement de direction (ou clignotant), ou une lunette arrière, ou la partie vitrée d’un hayon arrière, ou un pare-brise, ou encore une vitre latérale.

Cette lentille L est propre à induire une défocalisation des photons sur les capteurs Cj pour rendre les signaux Sj sensibles angulairement. Cela signifie que la défocalisation produit un filtrage spatial de type passe-bas qui fait en sorte que les capteurs (ou photorécepteurs) Cj ne soient pas sensibles seulement aux photons sur leur axe Aj mais aussi à ceux qui viennent d’autres directions dans un certain angle ou cône (correspondant par exemple à la « largeur >> de la courbe de réponse ou sensibilité angulaire RAj des capteurs Cj (en forme de gaussienne ou analogue)). Pour ce faire, la largeur à mi-hauteur Δρ de la courbe de réponse ou sensibilité angulaire RAj ne doit pas être bien plus grande que Δφ afin que la bande du filtre spatial ne soit pas trop petite.

On notera que la défocalisation peut résulter de la forme ou du type de la lentille L et/ou de la distance séparant la lentille L des capteurs Cj.

Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 1, la lentille L peut être propre à induire une défocalisation des photons sur les capteurs Cj pour qu’ils présentent une réponse ou sensibilité angulaire RAj de forme gaussienne centrée sur leur axe Aj. Mais d’autres formes peuvent être envisagées dès lors qu’elles sont similaires ou voisines à la forme Gaussienne. Cette sensibilité angulaire RAj de forme gaussienne correspond à un filtrage spatial de type passe-bas. Mais d’autres formes de réponse ou sensibilité angulaire RAj peuvent être envisagées, et notamment une fonction de Lorentz (lorentzienne) ou une fonction de Voigt. A titre d’exemples non limitatifs, la lentille L peut être une lentille concave et/ou convexe, une lentille à frange, ou une lentille à changement de phase.

Les moyens de traitement MT sont agencés, en cas de déplacement relatif des capteurs Cj par rapport à un objet ou un corps CP, pour déterminer un flux optique ω représentatif du défilement visuel (vitesse angulaire) produit par ce déplacement relatif en fonction des signaux Sj qui sont délivrés dans un intervalle de temps FT choisi et de l’angle Δφ prédéfini entre les axes Aj. Ce défilement visuel est lui-même, en quelque sorte, représentatif de la vitesse angulaire du véhicule par rapport à l’objet CP.

Il est important de noter que l’intervalle de temps FT peut être très petit. Il peut même être réduit à un instant t. Par ailleurs, cet intervalle de temps FT peut être glissant. L’objet ou corps CP présentant un certain contraste visuel par rapport à son environnement (ou étant lui-même composé de contrastes), lorsqu’il se déplace par rapport à des capteurs Cj du véhicule V (flèche F1 de la figure 1), ou inversement, les deux capteurs Cj délivrent deux signaux S1 et S2 qui sont sensiblement identiques (ou similaires) mais décalés dans le temps par un décalage temporel (ou retard) τ, comme illustré sur l’exemple de diagramme de la figure 4. Les moyens de traitement MT peuvent donc être agencés pour estimer le décalage temporel x(t) entre des signaux Sj similaires délivrés par les capteurs Cj dans l’intervalle de temps FT choisi, puis pour déterminer le flux optique oo(t) en divisant l’angle Δφ prédéfini par ce décalage temporel x(t) estimé (soit oo(t) = Δφ/τ(ί)).

Plusieurs techniques ou méthodes peuvent être utilisées pour estimer le décalage temporel x(t). Ainsi, on peut, par exemple, utiliser une méthode dite par « corrélation » (notamment décrite dans le document précité de Mafrica et al. ICVES 2015). Cette méthode consiste à retarder l’un des deux signaux Sj par différents retards η et à calculer pour chaque retard les coefficients de corrélation croisée entre le signal retardé η et celui qui n’est pas retardé, puis à prendre comme décalage temporel x(t) le retard η qui a donné une corrélation maximale. En variante, on peut, par exemple, utiliser une méthode dite par « seuillage » (notamment décrite dans le document précité de Expert et al. JFR 2011). Cette méthode consiste à définir une valeur de signal comme seuil Ss et à calculer à l’aide d’un compteur (ou « timer ») le temps qui passe entre un premier dépassement de ce seuil Ss et un deuxième dépassement de ce seuil Ss.

On notera que l’utilisation d’une sensibilité angulaire RAj de forme gaussienne (ou équivalente) permet d’estimer plus facilement le décalage temporel x(t).

Le flux optique ω(ΐ) est une information mesurée qui est représentative de la vitesse angulaire relative d’un objet CP, et donc à la fois de la vitesse relative de cet objet CP et de la distance capteur Cj / objet CP. Mais, les moyens de traitement MT sont capables de le mesurer sans passer par une mesure/estimation de la vitesse relative de cet objet CP ou de la distance capteur Cj / objet CP, ni d’ailleurs par une détection de l’objet CP.

Ce flux optique oo(t) peut être déterminé (ou mesuré) pour chaque intervalle de temps FT très rapidement, typiquement selon une fréquence de quelques kHz. Il peut donc être notamment utilisé pour détecter des mouvements (éventuellement incohérents) et donc de potentiels dangers dans l’environnement du véhicule V, ou pour le guidage automatique du véhicule V, éventuellement en combinaison avec d’autres informations fournies par d’autres moyens de détection (par exemple à ultrasons ou à camera(s)). A titre d’exemple, les moyens de traitement MT peuvent être agencés sous la forme de tout composant électronique (ou circuit intégré) numérique et/ou analogique ayant une unité de calcul. Ainsi, il pourra, par exemple, s’agir d’un (micro)processeur, ou d’un (micro)contrôleur, ou d’un DSP, ou d’un FPGA ou encore d’un ASIC.

On notera, comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 3, que les capteurs Cj et les moyens de traitement MT peuvent être éventuellement installés sur une plaque de support PS, comme par exemple une carte à circuits imprimés, éventuellement de type PCB (« Printed Circuit Board »), rigide ou flexible (de type « Flex »).

On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 1, que le bloc optique BO, peut comprendre plusieurs (au moins deux) dispositifs de détection DD chargés d’analyser des zones au moins partiellement différentes autour de son véhicule V. Dans ce cas, la glace GB du bloc optique BO comprend autant de lentilles L que de dispositifs de détection DD. Ainsi, dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 2, le bloc optique BO comprend onze lentilles L faisant partie respectivement de onze dispositifs de détection DD. Dans ce cas, certains au moins des dispositifs de détection DD peuvent éventuellement partager leurs moyens de traitement MT. Les lentilles L et les capteurs Cj associés sont placés dans des zones où ils ne risquent pas de perturber la fonction d’éclairage voisine du bloc optique BO, et où les capteurs Cj ne risquent pas d’être perturbés par le fonctionnement des sources de lumière assurant les fonctions d’éclairage du bloc optique BO.

De même, lorsque l’élément GB ne fait pas partie d’un bloc optique, comme c’est par exemple le cas d’une partie vitrée (lunette arrière, hayon, pare-brise ou vitre latérale), cet élément GB peut comprendre plusieurs (au moins deux) lentilles L faisant partie de plusieurs dispositifs de détection DD.

Ainsi, il est possible, si on le souhaite, d’analyser l’intégralité de l’environnement du véhicule V. L’invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : - un faible coût, - un faible encombrement qui permet une intégration facile dans de nombreux endroits ou équipements d’un véhicule, - une haute vitesse de traitement des données, - un fonctionnement pour une grande gamme de luminosité, - une possibilité de détection tout autour du véhicule, - une complémentarité/redondance avec d’autres moyens de détection embarqués dans le véhicule.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de détection (DD) propre à équiper un véhicule (V) et comprenant au moins deux capteurs (Cj) propres à délivrer chacun un signal représentatif de photons reçus, caractérisé en ce que lesdits capteurs (Cj) ont des axes (Aj) de réception de photons qui se croisent, et en ce qu’il comprend en outre i) une lentille (L), définie dans un élément (GB) dudit véhicule (V) transparent aux photons et propre à être placé en amont desdits capteurs (Cj) par rapport au sens de propagation desdits photons, et propre à induire une défocalisation de ces derniers sur lesdits capteurs (Cj) pour rendre leurs signaux sensibles angulairement, et ii) des moyens de traitement (MT) agencés, en cas de déplacement relatif desdits capteurs (Cj) par rapport à un objet ou un corps (CP), pour déterminer un flux optique représentatif d’un défilement visuel produit par ledit déplacement relatif en fonction desdits signaux délivrés dans un intervalle de temps choisi et d’un angle prédéfini entre lesdits axes (Aj).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour estimer un décalage temporel entre des signaux similaires délivrés par lesdits capteurs (Cj) dans ledit intervalle de temps choisi, et pour déterminer ledit flux optique en divisant ledit angle prédéfini par ledit décalage temporel estimé.
3. 3. Dispositif selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite lentille (L) est propre à induire une défocalisation des photons sur lesdits capteurs (Cj) pour qu’ils présentent chacun une réponse angulaire de forme gaussienne centrée sur leur axe (Aj).
4. 4. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite lentille (L) est choisie dans un groupe comprenant une lentille concave et/ou convexe, une lentille à frange, et une lentille à changement de phase.
5. 5. Bloc optique (BO) de véhicule, comprenant un élément (GB) transparent aux photons, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un dispositif de détection (DD) selon l’une des revendications précédentes, ayant une lentille (L) définie dans ledit élément (GB).
6. 6. Bloc optique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il est choisi dans un groupe comprenant un projecteur avant, un feu arrière, et un indicateur de changement de direction.
7. 7. Véhicule (V), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un bloc optique (BO) selon l’une des revendications 5 et 6.
8. 8. Véhicule (V) comprenant au moins un élément (GB) transparent aux photons, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un dispositif de détection (DD) selon l’une des revendications 1 à 4, ayant une lentille (L) définie dans ledit élément (GB).
9. 9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit élément (GB) est choisi dans un groupe comprenant une lunette arrière, une partie vitrée d’un hayon arrière, un pare-brise, et une vitre latérale.
10. 10. Véhicule selon l’une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.