FR3079041A1 - Procede de determination de la distance separant un objet et un systeme de detection optique, et systeme correspondant - Google Patents

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Abstract

Le procédé de détermination de la distance réelle (DRE) séparant un objet (OBJ) et un système de détection optique (2), comprenant, à partir de plusieurs distances dites rapportées (DR1, DR2, DR3) respectivement inférieures ou égales à des distances de référence individuelles (DRI1, DRI2, DRI3) dépendant respectivement desdites fréquences de modulation, comporte a) une détermination d'un coefficient d'écart initial (CEI) entre les distances rapportées et une incrémentation de la plus petite des distances rapportées avec la distance de référence individuelle correspondante, puis b) une détermination d'un coefficient d'écart courant (CEC) entre des distances courantes (DC1, DC2, DC3) obtenues à l'étape précédente et une incrémentation de la plus petite desdites distances courantes avec la distance de référence individuelle correspondante, et c) une répétition de l'étape b) jusqu'à ce que toutes les distances courantes dépassent une distance de référence commune (DRC) supérieure aux distances de référence individuelles, et une détermination de ladite distance réelle à partir des distances courantes (DC1m, DC2m, DC3m) associées au coefficient d'écart (CECm) ayant la plus petite valeur.

Description

Figure FR3079041A1_D0001
Procédé de détermination de la distance séparant un objet et un système de détection optique, et système correspondant
Des modes de mise en œuvre et de réalisation de l’invention concernent les systèmes de détection optique, plus particulièrement les systèmes de détection optique basés sur l’utilisation des techniques de mesure indirecte par temps de vol communément désignées par l’homme du métier sous l’acronyme anglosaxon « iToF » (« indirect Time of Flight » en anglais).
D’une façon générale, un système de détection optique dit « iToF » délivre, dans un champ de détection, un rayonnement de lumière optique modulé périodique issu par exemple d’une diode laser à cavité verticale émettant par la surface, communément désignée par l’homme du métier sous l’acronyme anglosaxon « VCSEL » (« Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser » en anglais), et mesure indirectement la distance séparant un objet situé dans ledit champ de détection et ledit système dit « iToF » via une mesure de déphasage du signal optique reçu après la réflexion sur l’objet par rapport au rayonnement de lumière optique émis.
Il est également possible de prolonger une collecte de données du signal optique sur plusieurs périodes du rayonnement de lumière optique émis de façon à améliorer la précision de la mesure.
D’une part, la répétabilité (« repeatability » en anglais) d’un tel système sur la mesure de ladite distance est une fonction linéaire de la fréquence du rayonnement de lumière optique modulé. Il est donc préférable d’augmenter la fréquence du rayonnement émis.
Mais d’autre part, la distance maximale mesurable d’un tel système dit « iToF » dépend directement de la fréquence du rayonnement de lumière optique modulé. Cette distance maximale mesurable diminue avec l’augmentation de ladite fréquence. Par conséquent, il est également préférable de limiter la fréquence du rayonnement émis de façon à prolonger ladite distance maximale mesurable, notamment dans des cas pratiques exigeants.
Une solution possible pour répondre à ce genre de problème contradictoire est basée sur l’utilisation d’une combinaison de fréquences du rayonnement multiples.
Plus précisément, un système de détection optique adapté à l’utilisation d’une telle combinaison émet séquentiellement, vers un objet situé dans son champ de détection, plusieurs rayonnements de lumière optique modulés à fréquences différentes et détermine respectivement plusieurs distances dites rapportées, (« reported distance » en anglais) correspondant respectivement aux rayonnements de lumière optique modulés à des fréquences différentes.
Chaque distance rapportée est inférieure ou égale à une distance maximale mesurable dépendante de la fréquence de modulation correspondante. Ces distances rapportées peuvent être différentes si la distance réelle séparant l’objet et le système de détection optique est supérieure à une quelconque desdites distances maximales mesurables.
Un test de cohérence est par conséquent nécessaire pour déterminer ladite distance réelle à partir desdites distances rapportées.
Cependant, des tests de cohérence classiques nécessitent généralement des procédés compliqués notamment si au moins trois fréquences de modulation différentes sont utilisées, et conduisent généralement à des bruits (« noise » en anglais) environnementaux ou des écarts types (« standard déviation » en anglais) des signaux reçus après les réflexions sur l’objet à mesure non satisfaisants.
Ainsi, il existe un besoin de proposer une solution technique à faible complexité pour mesurer systématiquement ladite distance réelle séparant l’objet et le système de détection optique à partir des distances rapportées en utilisant les rayonnements de lumière optique modulés à fréquences différentes de façon à diminuer les bruits ou les écarts types mentionnés ci-dessus.
Selon un aspect, il est proposé un procédé de détermination de la distance réelle séparant un objet et un système de détection optique.
Le procédé de détermination comprend, à partir de plusieurs rayonnements émis par le système et modulés à des fréquences de modulation différentes et de plusieurs distances dites rapportées respectivement inférieures ou égales à des distances de référence individuelles dépendant respectivement desdites fréquences de modulation,
a) une détermination d’un coefficient d’écart initial entre les distances rapportées et une incrémentation de la plus petite des distances rapportées avec la distance de référence individuelle correspondante, puis
b) une détermination d’un coefficient d’écart courant entre des distances courantes obtenues à l’étape précédente et une incrémentation de la plus petite desdites distances courantes avec la distance de référence individuelle correspondante, et
c) une répétition de l’étape b) jusqu’à ce que toutes les distances courantes dépassent une distance de référence commune supérieure aux distances de référence individuelles, et une détermination de ladite distance réelle à partir des distances courantes associées au coefficient d’écart ayant la plus petite valeur.
Avantageusement, un tel procédé permet de déterminer systématiquement ladite distance réelle en prenant en compte l’ensemble des distances rapportées.
Le terme « plusieurs » s’entend comme signifiant « au moins deux ».
Ledit coefficient d’écart courant représente en effet un niveau d’écarts entre les distances courantes. Ladite distance réelle est finalement obtenue par le calcul de la moyenne des distances courantes associées au coefficient d’écart courant le plus petit, permettant avantageusement de réduire, voire de minimiser, lesdits bruits ou lesdits écarts types.
Selon un mode de mise en œuvre, l’étape a) comporte en outre une mémorisation dudit coefficient d’écart initial et desdites plusieurs distances rapportées, et l’étape b) comporte en outre une comparaison entre le coefficient d’écart courant et le coefficient d’écart mémorisé dans l’étape précédente, et si le coefficient d’écart courant est inférieur au coefficient d’écart mémorisé, des remplacements respectifs du coefficient d’écart mémorisé et des distances courantes mémorisées à l’étape précédente par le coefficient d’écart courant et les distances courantes.
A titre d’exemple non limitatif, la valeur dudit coefficient d’écart initial peut par exemple être égale à la somme des différences absolues des valeurs des distances rapportées prises deux à deux et la valeur dudit coefficient d’écart courant peut par exemple être égale à la somme des différences absolues des valeurs desdites distances courantes prises deux à deux.
En variante, la valeur dudit coefficient d’écart initial peut par exemple être égale à la somme des carrés des différences des valeurs des distances rapportées prises deux à deux et la valeur dudit coefficient d’écart courant peut par exemple être égale à la somme des carrés des différences des valeurs desdites distances courantes prises deux à deux.
Selon un autre mode de mise en œuvre, la distance de référence commune est le plus petit commun multiple de toutes les distances de référence individuelles.
Selon encore un autre mode de mise en œuvre, chaque distance de référence individuelle est égale à la moitié de la distance parcourue par la lumière pendant une durée égale à l’inverse de la fréquence de modulation correspondante.
En d’autres termes, chaque distance de référence individuelle correspond à la distance maximale mesurable par le système de détection optique en utilisant le rayonnement de lumière optique modulé à la fréquence correspondante.
A titre indicatif non limitatif, le procédé peut par exemple comprendre en outre des mesures respectives et séquentielles de déphasages desdits rayonnements réfléchis reçus après des réflexions des rayonnements émis sur l’objet par rapport auxdits rayonnements émis de façon à déterminer respectivement lesdites distances rapportées.
Selon un autre aspect, il est proposé un système de détection optique configuré pour déterminer la distance réelle séparant un objet et le système de détection optique à partir de plusieurs rayonnements émis par le système et modulés à des fréquences de modulation différentes et de plusieurs distances dites rapportées respectivement inférieures ou égales à des distances de référence individuelles dépendant respectivement desdites fréquences de modulation.
Le système comprend des moyens de traitement configurés pour
a) déterminer un coefficient d’écart initial entre les distances rapportées et incrémenter la plus petite des distances rapportées avec la distance de référence individuelle correspondante, puis
b) déterminer un coefficient d’écart courant entre des distances courantes obtenues à l’étape précédente et incrémenter la plus petite desdites distances courantes avec la distance de référence individuelle correspondante, et
c) répéter l’étape b) jusqu’à ce que toutes les distances courantes dépassent une distance de référence commune supérieure aux distances de référence individuelles, et déterminer ladite distance réelle à partir des distances courantes associées au coefficient d’écart ayant la plus petite valeur.
Selon un mode de réalisation, les moyens de traitement comportent un étage de mémorisation configuré, pour dans l’étape a), mémoriser ledit coefficient d’écart initial et lesdites plusieurs distances rapportées, et un étage de calcul configuré pour, dans l’étape b), comparer le coefficient d’écart courant et le coefficient d’écart mémorisé dans l’étape précédente, et, si le coefficient d’écart courant est inférieur au coefficient d’écart mémorisé, remplacer respectivement le coefficient d’écart mémorisé et les distances courantes mémorisées à l’étape précédente par le coefficient d’écart courant et les distances courantes.
Selon un autre mode de réalisation, la valeur dudit coefficient d’écart initial est égale à la somme des différences absolues des valeurs des distances rapportées prises deux à deux et la valeur dudit coefficient d’écart courant est égale à la somme des différences absolues des valeurs desdites distances courantes prises deux à deux.
La valeur dudit coefficient d’écart initial peut par exemple être égale à la somme des carrés des différences des valeurs des distances rapportées prises deux à deux et la valeur dudit coefficient d’écart courant peut par exemple être égale à la somme des carrés des différences des valeurs desdites distances courantes prises deux à deux.
A titre d’exemple non limitatif, la distance de référence commune peut être le plus petit commun multiple de toutes les distances de référence individuelles.
Chaque distance de référence individuelle peut par exemple être égale à la moitié de la distance parcourue par la lumière pendant une durée égale à l’inverse de la fréquence de modulation correspondante.
Selon encore un autre mode de réalisation, les moyens de traitement comprennent en outre un étage de traitement configuré pour mesurer respectivement et séquentiellement des déphasages desdits rayonnements réfléchis reçus après les réflexions des rayonnements émis sur l’objet par rapport auxdits plusieurs rayonnements émis de façon à déterminer respectivement lesdites distances rapportées.
Ledit système de détection optique peut par exemple comprendre au moins un détecteur de photons uniques.
Ledit au moins un détecteur de photons uniques peut par exemple comprendre un détecteur de type diode à effet d’avalanche déclenchée à photon unique.
En variante, ledit système peut par exemple comprendre un photodétecteur de type photodiode rapide.
Ledit système de détection optique peut par exemple être réalisé de façon intégré.
Selon un autre aspect, il est proposé un appareil électronique, par exemple du type tablette ou téléphone mobile cellulaire, incorporant au moins un système de détection optique tel que défini ciavant.
Selon encore un autre aspect, il est proposé un véhicule automobile, comprenant au moins un système de détection optique tel que défini ci-avant.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de mise en œuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
- Les figures 1 à 7 illustrent schématiquement des modes de mise en œuvre et de réalisation de l’invention.
La référence 1 dans la figure 1 désigne un véhicule automobile, par exemple une voiture 1 équipée d’au moins un système de détection optique, ici par exemple un système de la télédétection par lumière 2 réalisé de façon intégrée et communément désigné par l’homme du métier sous l’acronyme anglosaxon « LiDAR » (« Light Détection And Ranging » en anglais), pour détecter un ou des objets dans une scène de détection SCN du système LiDAR 2 et mesurer la ou les distances séparant ce ou ces objets et le système 2 sous forme d’une carte de profondeur (« Depth map » en anglais) de la scène SCN.
Le système de détection optique 2 est basé sur l’utilisation des techniques de mesure indirecte par temps de vol communément désignées par l’homme du métier sous l’acronyme anglosaxon « iToF » (« indirect Time of Flight » en anglais) et comprend des moyens d’émission 3, des moyens de mesure 4 et des moyens de traitement 5.
A titre d’exemple non limitatif, les moyens d’émission 3 comprennent au moins une diode laser à cavité verticale émettant par la surface (« Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser » : VCSEL en anglais), connue en soi de l’homme du métier.
Lorsque le système de détection optique 2 est en fonctionnement, les moyens d’émission 3 émettent séquentiellement, vers ladite scène SCN, au moins deux rayonnements optiques initiaux périodiques, ici par exemple un premier, un deuxième et un troisième rayonnements optiques initiaux périodiques ROIP1, ROIP2, ROIP3 modulés respectivement à une première, une deuxième et une troisième fréquences de modulation FMI, FM2, FM3.
Si un ou plusieurs objets OBJ sont présents dans cette scène SCN, le système 2 peut recevoir respectivement des rayonnements lumineux réfléchis correspondants RLR1, RLR2, RLR3 résultant des réflexions des rayonnements optiques initiaux ROIP1, ROIP2, ROIP3 sur le(s) objet(s).
Il convient de noter que le choix du nombre des rayonnements optiques initiaux périodiques est un compromis prenant en compte la vitesse de traitement du système 2, le temps de traitement alloué par le système pour mettre à jour la mesure de la ou des distances réelles séparant le ou les objets OBJ à mesure et le système 2, la précision de mesure et la distance maximale mesurable cherchée.
L’utilisation de trois rayonnements optiques initiaux périodiques ROIP1, ROIP2, ROIP3 présente par exemple un avantage au niveau de la précision de mesure et de la distance maximale mesurable par rapport à une utilisation de deux rayonnements tout en gardant une influence acceptable sur ladite vitesse de traitement du système 2 et ledit temps de traitement alloué par le système 2.
Les moyens de mesure 4 comprennent au moins un module de détection optique, ici par exemple une matrice MDIS de 30x30 modules de détection optique DISij, i = l, 2, 3...30, j = l, 2, 3...30 formant chacun un pixel de cette matrice MDIS.
Chaque module de détection optique DISij est séquentiellement illuminé par lesdits rayonnements lumineux réfléchis RLR1, RLR2, RLR3. Afin d’effectuer un comptage de photons individuels corrélés en temps, chaque module DISij est configuré pour générer des signaux de détection SDij l, SDij_2, SDij_3 correspondants si ce module DISij reçoit une excitation des rayonnements lumineux réfléchis RLR1, RLR2, RLR3 résultant des réflexions des rayonnements optiques initiaux ROIP1, ROIP2, ROIP3 sur le(s) objet(s).
Les moyens de mesure 4 de chaque module DISij sont configurés pour élaborer, à partir des signaux de détection SDijl, SDij_2, SDij_3 correspondants, des histogrammes comportant des classes d’histogramme. La valeur de chaque classe d’histogramme représente le nombre de photons reçus par le module de détection optique DISij correspondant dans une fenêtre temporelle d’intégration choisie.
Chaque module de détection optique DISij des moyens de mesure 4 comporte un ou plusieurs détecteurs de photons uniques, ici par exemple une matrice de détecteurs de photons uniques DET du type diode à effet d’avalanche déclenchée à photon unique (« Single Photon Avalanche Diode » : SPAD en anglais) connus en soi de l’homme du métier.
En variante, chaque module de détection optique DISij peut par exemple comporter au moins un photodétecteur de type photodiode rapide (« Fast PhotoDiode » : FPD en anglais), également connu en soi de l’homme du métier.
Il convient de noter que les informations relatives aux déphasages des rayonnements lumineux réfléchis correspondants RLR1, RLR2, RLR3 sont contenues dans les histogrammes élaborés par les moyens de mesure 4. L’élaboration de ces histogrammes est connue de l’homme du métier.
Les moyens de traitement 5 sont configurés pour effectuer respectivement des post-traitements (« postprocessing » en anglais) sur les histogrammes élaborés de façon à déterminer des distances dites rapportées (« reported distance » en anglais) DR1, DR2, DR3 correspondant aux premier, deuxième et troisième rayonnements optiques initiaux périodiques ROIP1, ROIP2, ROIP3 modulés respectivement aux première, deuxième et troisième fréquences de modulation FMI, FM2, FM3, et déterminer la ou les distances réelles DRE séparant le ou les objets à mesure et le système 2 à partir desdites distances rapportées DR1, DR2, DR3.
Il convient de noter que l’émission des premier, deuxième et troisième rayonnements optiques initiaux périodiques ROIP1, ROIP2, ROIP3 et la détermination des distances rapportées correspondantes sont effectuées de façon séquentielle.
Par conséquent, les moyens de mesure 4 et de traitement 5 sont utilisés, par répartition en temps, autant de fois que le nombre de rayonnements optiques initiaux périodiques, ici par exemple trois.
A titre d’exemple, un tel système de détection optique 2 peut également être incorporé dans un appareil électronique, par exemple du type tablette ou téléphone mobile cellulaire, plus particulièrement un téléphone intelligent TEL (« Smart Phone » en anglais), comme illustré sur la figure 2.
Le système de détection optique 2 incorporé dans le téléphone intelligent TEL permet avantageusement des mesures de profondeurs tridimensionnelles et des applications d’imagerie tridimensionnelle telles que la mise au point automatique de caméra (« caméra autofocus » en anglais) et la reconnaissance faciale (« facial récognition » en anglais).
On se réfère maintenant à la figure 3 pour illustrer en détails un exemple de réalisation du système de détection optique 2.
Comme indiqué ci-avant, les moyens de mesure 4 du système de détection optique 2 sont configurés pour délivrer aux moyens de traitement 5 les histogrammes élaborés correspondant respectivement aux déphasages des premier, deuxième et troisième rayonnements optiques initiaux périodiques ROIP1, ROIP2, ROIP3 modulés respectivement aux première, deuxième et troisième fréquences de modulation FMI, FM2, FM3.
Les moyens de traitement 5 comportent un étage de traitement 6, un étage de mémorisation 7 et un étage de calcul 8 et sont configurés pour déterminer la distance réelle DRE séparant un objet OBJ et le système de détection optique 2 à partir des histogrammes élaborés.
A titre indicatif, les moyens de traitement 5 peuvent par exemple être réalisés sous forme d’un circuit intégré numérique, par exemple un microcontrôleur.
L’étage de traitement 6 est destiné à recevoir séquentiellement lesdits histogrammes élaborés et configuré pour déterminer séquentiellement lesdites distances rapportées correspondantes DR1, DR2, DR3.
Le calcul de ces distances rapportées DR1, DR2, DR3 est connu en soi de l’homme du métier et chaque distance rapportée est égale ou inférieure à la distance maximale mesurable, dénommée ci-après la distance de référence individuelle, en fonction de la fréquence de modulation correspondante.
A titre d’exemple non limitatif, les fréquences de modulation FMI, FM2, FM3 peuvent respectivement être choisies ici à 200MHz, 225MHz, et 250 MHz.
Il convient de noter qu’il est préférable de choisir des fréquences de modulation élevées mais suffisamment proches de façon à réduire, voire minimiser, des bruits (« noise » en anglais) environnementaux ou des écarts types (« standard déviation » en anglais) des signaux reçus après les réflexions sur l’objet OBJ. Par exemple, la fréquence de modulation la plus élevée ne dépasse pas préférablement deux fois la fréquence de modulation la moins élevée.
Chaque distance de référence individuelle DRU, DRI2, DRI3 est égale à la moitié de la distance parcourue par la lumière pendant une durée égale à l’inverse de la fréquence de modulation FMI, FM2, FM3 correspondante.
Les distances de référence individuelles correspondantes peuvent par conséquent être calculées comme ci-dessous : DRIi = c/(2*FMi), i = 1, 2, 3, d’où c est la vitesse de la lumière dans le vide.
On obtient ainsi : DRIl = 750mm, DRI2=666mm, et
DRI3 = 600mm.
Il convient de noter que chaque distance rapportée DRi, i = 1, 2, 3, est en effet le reste de la division de la distance réelle DRE par la distance de référence individuelle correspondante DRIi, autrement dit DRi=DRE mod DRIi.
Chaque distance rapportée DRi est donc égale ou inférieure à la distance de référence individuelle correspondante DRIi.
Lorsque la distance réelle DRE est supérieure à une quelconque des distances de référence individuelles DRIi, les distances rapportées DRi sont généralement différentes.
L’étage de traitement 6 est en outre configuré pour délivrer à l’étage de mémorisation 7 les distances rapportées DRi et l’étage de mémorisation 7 est configuré pour mémoriser ces distances rapportées DRi.
Comme on le verra ci-dessous, l’étage de calcul 8 est configuré pour échanger des données avec l’étage de mémorisation 7 et déterminer la distance réelle DRE à partir des distances rapportées DRi mémorisées dans l’étage de mémorisation 7.
On se réfère maintenant à la figure 4 pour illustrer un exemple de mise en œuvre pour déterminer ladite distance réelle DRE séparant l’objet à mesure OBJ et le système 2.
Dans une étape préalable STPO, plusieurs distances rapportées DRI, DR2, DR3 sont obtenues à partir des mesures respectives et séquentielles de déphasages desdits rayonnements réfléchis RLR1, RLR2, RLR3 reçus après les réflexions des rayonnements émis sur l’objet OBJ par rapport auxdits rayonnements émis ROIP1, ROIP2, ROIP3 via les moyens de mesure 4 et les moyens de traitement 5.
Ensuite, dans une étape initiale STP1, l’étage de calcul 8 est configuré pour calculer un coefficient d’écart initial CEI en fonction des distances rapportées DRI, DR2, DR3 de façon à évaluer le niveau d’écarts entre ces distances rapportées DRI, DR2, DR3.
Plus précisément, la valeur du coefficient d’écart initial CEI est égale à la somme des différences absolues des valeurs des distances rapportées prises deux à deux DRI, DR2, DR3 et on peut calculer le coefficient d’écart initial CEI comme ci-dessous :
CEI=abs(DRl-DR2)+abs(DR2-DR3)+abs(DR3-DRl)
En variante, la valeur du coefficient d’écart initial CEI peut également être égale à la somme des carrés des différences des valeurs des distances rapportées prises deux à deux DR1, DR2, DR3 et on peut calculer le coefficient d’écart initial CEI comme ci-dessous :
CEI=(DR1-DR2)2+(DR2-DR3)2+(DR3-DR1)2
L’étage de calcul 8 est configuré pour délivrer à l’étage de mémorisation 7 le coefficient d’écart initial CEI et l’étage de mémorisation 7 est configuré pour mémoriser le coefficient d’écart initial CEI et les distances rapportées DR1, DR2, DR3 utilisées pour le calcul du coefficient d’écart initial CEI.
La figure 5 illustre un exemple quantitatif de l’étape initiale STP1. On peut constater que les distances rapportées DR1, DR2, DR3 correspondant aux trois fréquences de modulation FMI, FM2, FM3 sont bien inférieures aux distances de référence individuelle DRU, DRI2, DRI3 correspondantes.
La ligne horizontale en gras située au milieu de la figure 5 représente une distance ciblée DCBL correspondant à la distance réelle DRE dans un cas idéal, c'est-à-dire sans bruit et sans déviation, et la ligne horizontale située en bas de la figure 5 représente une distance de référence commune DRC qui est le plus petit commun multiple de toutes les distances de référence individuelles DRU, DRI2, DRI3, ici DRC=6000mm.
Il convient de noter que la distance de référence commune DRC est bien plus élevée que toutes les distances de référence individuelles DRU, DRI2, DRI3, ce qui permet avantageusement de prolonger la portée réelle du système de détection optique 2.
L’étage de calcul 8 est en outre configuré pour générer des distances courantes DC1, DC2, DC3 en incrémentant seulement la plus petite desdites distances rapportées, ici la deuxième distance rapportée DR2 (figure 5), par sa distance de référence individuelle DRI2.
Si les distances courantes DC1, DC2, DC3 ne dépassent pas toutes la distance de référence commune DRC, les moyens de traitement 5 sont configurés pour effectuer une étape itérative STPi (figure 4).
Dans chaque étape itérative STPi, l’étage de calcul 8 est configuré pour tout d’abord calculer un coefficient d’écart courant CEC égal à la somme des différences absolues des valeurs desdites distances courantes (DC1, DC2, DC3) prises deux à deux ou, en variante, égal à la somme des carrés des différences des valeurs desdites distances courantes (DC1, DC2, DC3) prises deux à deux à l’issu de l’étape précédente, à savoir :
CEC=abs(DCl-DC2)+abs(DC2-DC3)+abs(DC3-DCl), ou
CEC=(DC1-DC2)2+(DC2-DC3)2+(DC3-DC1)2 comparer le coefficient d’écart courant CEC avec le coefficient d’écart mémorisé CEI ou CECm à l’étape précédente, si le coefficient d’écart courant CEC est inférieur au coefficient d’écart mémorisé CEI ou CEC mémorisé, remplacer respectivement le coefficient d’écart mémorisé (CEI, CECm) dans l’étage de mémorisation 7 et lesdites distances mémorisées (DR1, DR2, DR3, DClm, DC2m, DC3m) par le coefficient d’écart courant CEC et lesdites distances courantes DC1, DC2, DC3 à l’issue de l’étape précédente, et mettre à jour lesdites distances courantes DC1, DC2, DC3 en incrémentant seulement la plus petite, DC3 sur la figure 6, desdites distances courantes DC1, DC2, DC3 à l’issu de l’étape précédente par sa distance de référence individuelle DRI3.
De ce fait, l’étage de mémorisation 7 est configuré pour mémoriser le coefficient d’écart courant le plus petit CECm et les distances courantes DClm, DC2m, DC3m utilisées pour calculer le coefficient d’écart courant CECm le plus petit.
Une fois que toutes les distances courantes DC1, DC2, DC3 dépassent la distance de référence commune DRC, les moyens de traitement 5 sont configurés pour effectuer une étape finale STPF (figure 4).
Dans cette étape finale STPF, l’étage de calcul 8 est configuré pour calculer la moyenne desdites distances courantes mémorisées dans l’étage de mémorisation 7, autrement dit les distances courantes
DClm, DC2m, DC3m utilisées pour calculer le coefficient d’écart courant le plus petit CECm, de façon à générer la distance réelle DRE.
Comme illustré à titre d’exemple sur la figure 7, les distances courantes DClm, DC2m, DC3m utilisées pour calculer le coefficient d’écart courant le plus petit CECm correspondent en effet aux distances courantes DC1, DC2, DC3 au plus proche de la distance ciblée DCBL.
Comme il existe toujours, dans un cas réel, des bruits environnementaux et d’éventuelles déviations, la moyenne AVG de ces distances courantes DC1, DC2, DC3 au plus proche de la distance ciblée DCBL peut encore diminuer l’influence des bruits et des déviations.
Ainsi, on obtient un procédé systématique et simplifié pour déterminer la distance réelle séparant un objet et un système de détection optique utilisant au moins un premier et un deuxième rayonnement de lumière optique modulés respectivement à au moins une première et une deuxième fréquences de modulation.
En outre, un tel procédé et le système correspondant permettent avantageusement un traitement combiné de l’ensemble de distances rapportées correspondant aux fréquences de modulation multiples et une diminution sur les bruits (« noise » en anglais) environnementaux ou les écarts types (« standard déviation » en anglais) des signaux reçus après les réflexions sur l’objet.

Claims (20)

1. Procédé de détermination de la distance réelle (DRE) séparant un objet (OBJ) et un système de détection optique (2), comprenant, à partir d’au moins deux rayonnements (ROIP1, ROIP2, ROIP3) émis par le système et modulés à des fréquences de modulation différentes (FMI, FM2, FM3) et d’au moins deux distances dites rapportées (DR1, DR2, DR3) respectivement inférieures ou égales à des distances de référence individuelles (DRU, DRI2, DRI3) dépendant respectivement desdites fréquences de modulation (FMI, FM2, FM3),
a) une détermination d’un coefficient d’écart initial (CEI) entre les distances rapportées (DR1, DR2, DR3) et une incrémentation de la plus petite des distances rapportées (DR1, DR2, DR3) avec la distance de référence individuelle correspondante (DRU, DRI2, DRI3), puis b) une détermination d’un coefficient d’écart courant (CEC) entre des distances courantes (DC1, DC2, DC3) obtenues à l’étape précédente et une incrémentation de la plus petite desdites distances courantes (DC1, DC2, DC3) avec la distance de référence individuelle (DRU, DRI2, DRI3) correspondante, et c) une répétition de l’étape b) jusqu’à ce que toutes les distances courantes (DC1, DC2, DC3) dépassent une distance de référence commune (DRC) supérieure aux distances de référence individuelles (DRU, DRI2, DRI3), et une détermination de ladite distance réelle (DRE) à partir des distances courantes (DClm, DC2m, DC3m) associées au coefficient d’écart (CECm) ayant la plus petite valeur.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape a) comporte en outre une mémorisation dudit coefficient d’écart initial (CEI) et desdites plusieurs distances rapportées (DR1, DR2, DR3), et l’étape b) comporte en outre une comparaison entre le coefficient d’écart courant (CEC) et le coefficient d’écart (CEI, CECm) mémorisé dans l’étape précédente, et si le coefficient d’écart courant (CEC) est inférieur au coefficient d’écart mémorisé (CEI,
CECm), des remplacements respectifs du coefficient d’écart mémorisé (CEI, CECm) et des distances courantes (DR1, DR2, DR3, DClm, DC2m, DC3m) mémorisées à l’étape précédente par le coefficient d’écart courant (CEC) et les distances courantes (DC1, DC2, DC3).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la valeur dudit coefficient d’écart initial (CEI) est égale à la somme des différences absolues des valeurs des distances rapportées (DR1, DR2, DR3) prises deux à deux et la valeur dudit coefficient d’écart courant (CEC) est égale à la somme des différences absolues des valeurs desdites distances courantes (DC1, DC2, DC3) prises deux à deux.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la valeur dudit coefficient d’écart initial (CEI) est égale à la somme des carrés des différences des valeurs des distances rapportées (DR1, DR2, DR3) prises deux à deux et la valeur dudit coefficient d’écart courant (CEC) est égale à la somme des carrés des différences des valeurs desdites distances courantes (DC1, DC2, DC3) prises deux à deux.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la distance de référence commune (DRC) est le plus petit commun multiple de toutes les distances de référence individuelles (DRU, DRI2, DRI3).
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque distance de référence individuelle (DRU, DRI2, DRI3) est égale à la moitié de la distance parcourue par la lumière pendant une durée égale à l’inverse de la fréquence de modulation (FMI, FM2, FM3) correspondante.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des mesures (STPO) respectives et séquentielles de déphasages des rayonnements réfléchis (ROIP1, ROIP2, ROIP3) reçus après des réflexions des rayonnements émis sur l’objet (OBJ) par rapport auxdits rayonnements émis (ROIP1, ROIP2, ROIP3) de façon à déterminer respectivement lesdites distances rapportées (DR1, DR2, DR3).
8. Système de détection optique, configuré pour déterminer la distance réelle (DRE) séparant un objet (OBJ) et le système de détection optique (2) à partir d’au moins deux rayonnements (ROIP1, ROIP2, ROIP3) émis par le système et modulés à des fréquences de modulation différentes (FMI, FM2, FM3) et d’au moins deux distances dites rapportées (DR1, DR2, DR3) respectivement inférieures ou égales à des distances de référence individuelles (DRU, DRI2, DRI3) dépendant respectivement desdites fréquences de modulation (FMI, FM2, FM3), le système comprenant des moyens de traitement (5) configurés pour
a) déterminer un coefficient d’écart initial (CEI) entre les distances rapportées (DR1, DR2, DR3) et incrémenter la plus petite des distances rapportées (DR1, DR2, DR3) avec la distance de référence individuelle correspondante (DRU, DRI2, DRI3) puis b) déterminer un coefficient d’écart courant (CEC) entre des distances courantes (DC1, DC2, DC3) obtenues à l’étape précédente et incrémenter la plus petite desdites distances courantes (DC1, DC2, DC3) avec la distance de référence individuelle (DRU, DRI2, DRI3) correspondante et c) répéter l’étape b) jusqu’à ce que toutes les distances courantes (DC1, DC2, DC3) dépassent une distance de référence commune (DRC) supérieure aux distances de référence individuelles (DRU, DRI2, DRI3), et déterminer ladite distance réelle (DRE) à partir des distances courantes (DClm, DC2m, DC3m) associées au coefficient d’écart (CECm) ayant la plus petite valeur.
9. Système selon la revendication 8, dans lequel les moyens de traitement (5) comportent un étage de mémorisation (7) configuré, pour dans l’étape a), mémoriser ledit coefficient d’écart initial (CEI) et lesdites plusieurs distances rapportées (DR1, DR2, DR3), et un étage de calcul (8) configuré pour, dans l’étape b), comparer le coefficient d’écart courant (CEC) et le coefficient d’écart (CEI, CECm) mémorisé dans l’étape précédente, et, si, le coefficient d’écart courant (CEC) est inférieur au coefficient d’écart mémorisé (CEI, CECm), remplacer respectivement le coefficient d’écart mémorisé (CEI, CECm) et les distances courantes (DR1, DR2, DR3, DClm,
DC2m, DC3m) mémorisées à l’étape précédente par le coefficient d’écart courant (CEC) et les distances courantes (DC1, DC2, DC3).
10. Système selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la valeur dudit coefficient d’écart initial (CEI) est égale à la somme des différences absolues des valeurs des distances rapportées (DR1, DR2, DR3) prises deux à deux et la valeur dudit coefficient d’écart courant (CEC) est égale à la somme des différences absolues des valeurs desdites distances courantes (DC1, DC2, DC3) prises deux à deux.
11. Système selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la valeur dudit coefficient d’écart initial (CEI) est égale à la somme des carrés des différences des valeurs des distances rapportées (DR1, DR2, DR3) prises deux à deux et la valeur dudit coefficient d’écart courant (CEC) est égale à la somme des carrés des différences des valeurs desdites distances courantes (DC1, DC2, DC3) prises deux à deux.
12. Système selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel la distance de référence commune (DRC) est le plus petit commun multiple de toutes les distances de référence individuelles (DRU, DRI2, DRI3).
13. Système selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, dans lequel chaque distance de référence individuelle (DRU, DRI2, DRI3) est égale à la moitié de la distance parcourue par la lumière pendant une durée égale à l’inverse de la fréquence de modulation (FMI, FM2, FM3) correspondante.
14. Système selon l’une quelconque des revendications 8 à 13, dans lequel les moyens de traitement (5) comprennent en outre un étage de traitement (6) configuré pour mesurer respectivement et séquentiellement des déphasages desdits rayonnements réfléchis (ROIP1, ROIP2, ROIP3) reçus après les réflexions des rayonnements émis sur l’objet (OBJ) par rapport auxdits rayonnements émis (ROIP1, ROIP2, ROIP3) de façon à déterminer respectivement lesdites distances rapportées (DR1, DR2, DR3).
15. Système selon l’une quelconque des revendications 8 à 14, comprenant au moins un détecteur de photons uniques (DISij).
16. Système selon la revendication 15, dans lequel ledit au moins un détecteur de photons uniques (DISij) comprend un détecteur de type diode à effet d’avalanche déclenchée à photon unique (SPAD).
17. Système selon l’une quelconque des revendications 8 à 14, 5 comprenant au moins un photodétecteur de type photodiode rapide.
18. Système selon l’une quelconque des revendications 8 à 17, réalisé de façon intégrée.
19. Appareil électronique, par exemple du type tablette ou téléphone mobile cellulaire, incorporant au moins un système (2) selon
10 l’une quelconque des revendications 8 à 18.
20. Véhicule automobile, comprenant au moins un système (2) selon l’une quelconque des revendications 8 à 18.
1/4
FIG.1
R0IP1(FM1) RLR1 ROIP2(FM2) RLR2 ROIP3(FM3) RLR3 _Ln
SCN
MDS /
FIG.2
2/4
FIG.3
FIG.4
STPO
STP1
STPi
STPF
3/4
FIG.5
Distance (FM3=250MHz)
STP1
Distance (FM1 =200MHz)
0?-------DRI1< DCM v50mrïT
1500mm-Distance (FM2=225MHz) UKI2~^666mm-^+DRI2 ^DC2
1333mm-DRI3L^ l600mm-1200mm-2000mm-1800mm-2250mm-2666mm-2400mm-3000mm-3333mm-3000mm-DC3
DCBL
3750mm-3600mm-4000mm-4500mm-5250mm-DRC=6000mm
STPF
Distance (FM1 =200MHz) °J---------------DRI1<
v50mm-1500mm-2250mm-3000mm-3750mm-4200mm-DCBL
4500mm-5250mm-DRC=6000mm
:)+DRI1 J^DC1
4666mm-4800mm-5333mm-5400mm-FIG.6
Distance (FM2=225MHz) DRI2<!
(666mm-Distance (FM3=250MHz)
DRÎ37777 l'600mm-1333mm-1200mm-2000mm-2666mm-3333mm-4000mm-4666mm-5333mm-1800mm-2400mm-3000mm-3600mm-4200mm-4800mm-5400mm-DC3
4/4
FIG.7
Distance (FM1 =200MHz) °J---------------DRI1s v50mm-Distance (FM2=225MHz) DRI2<[ l666mm-Distance (FM3=250MHz)
DRÎ37777 l600mm-1500mm-1333mm2000mm-1200mm1800mm-2250mm-2666mm-2400mm-3000mm-3333mm-3000mm-DCBL
3750m nl·3600mm-4500mnlr\35^
4000mm--_______
---\
4666mm-- DC2m
4200mm-!
DC3m
5250mm-5333mm-4800mm-DRC=6000mm
5400mm-RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
DE LA PROPRIÉTÉ
INDUSTRIELLE
RAPPORT DE RECHERCHE PRÉLIMINAIRE établi sur la base des dernières revendications déposées avant le commencement de la recherche
N° d'enregistrement national
FA 854133
FR 1852193
DOCUMENTS CONSIDÉRÉS COMME PERTINENTS
Revend ication(s) concernée(s)
Classement attribué à l'invention par ΓΙΝΡΙ
Catégorie
Citation du document avec indication, en cas de besoin, des parties pertinentes
Gerben Van Den Broeke: Decreasing time-of-flight 3D-camera range ambiguity,
16 juillet 2011 (2011-07-16), pages 1-6, XP055533116,
Extrait de l'Internet:
URL:https://dlrkab7tlqy5fl.cloudfront.net/ Studentenportal/Facultei tspeci fi ek/EWI/Stu deren/Honours%20programme/paper_Gerben.pdf [extrait le 2018-12-11] * pages 1 et 4 *
Anonymous: Least common multiple, Wkipedia,
1 mars 2018 (2018-03-01), pages 1-8, XP055533129,
Extrait de l'Internet:
URL:https://en.wi kipedia.org/w/index.php?t i tl e=Least_common_multi ple&oldi d=828245491 [extrait le 2018-12-11] * le document en entier *
VILLA F ET AL: 3D SPAD caméra for Advanced Driver Assistance, 2017 INTERNATIONAL CONFERENCE OF ELECTRICAL AND ELECTRONIC TECHNOLOGIES FOR AUTOMOTIVE, AEIT,
15 juin 2017 (2017-06-15), pages 1-5, XP033130219,
DOI: 10.23919/EETA.2017.7993220 [extrait le 2017-07-26] * le document en entier *
1-20
1-20
1-20
G06F17/10
G01S17/00
DOMAINES TECHNIQUES
RECHERCHÉS (IPC)
G06F
G01S
H01L
EPO FORM 1503 12.99 (P04C14)
CATÉGORIE DES DOCUMENTS CITÉS
X : particulièrement pertinent à lui seul
Y : particulièrement pertinent en combinaison avec un autre document de la même catégorie
A : arrière-plan technologique
O : divulgation non-éorite
P : document intercalaire & : membre de la même famille, document correspondant
Date d'achèvement de la recherche
12 décembre 2018
Examinateur
Huguet Serra, G
T : théorie ou principe à la base de l'invention
E : document de brevet bénéficiant d'une date antérieure à la date de dépôt et qui n'a été publié qu'à cette date de dépôt ou qu'à une date postérieure.
D : cité dans la demande
L : cité pour d'autres raisons page 1 de 2
RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
DE LA PROPRIÉTÉ
INDUSTRIELLE
RAPPORT DE RECHERCHE PRÉLIMINAIRE établi sur la base des dernières revendications déposées avant le commencement de la recherche
N° d'enregistrement national
FA 854133
FR 1852193
EPO FORM 1503 12.99 (P04C14)
DOCUMENTS CONSIDÉRÉS COMME PERTINENTS
Revend ication(s) concernée(s)
Classement attribué à l'invention par ΙΊΝΡΙ
Catégorie
Citation du document avec indication, en cas de besoin, des parties pertinentes
DANILO BRONZI ET AL: Automotive Three-Dimensional Vision Through a Single-Photon Counting SPAD Caméra, IEEE TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS, vol. 17, no. 3, mars 2016 (2016-03), pages 782-795, ΧΡΘ55532836,
Piscataway, NJ, USA ISSN: 1524-9050, DOI:
10.1109/TITS.2015.2482601 * le document en entier *
NILS J. KRICHEL ET AL: Resolving range ambiguity in a photon counting depth imager operating at kilometer distances, APTTCÇ FYPDFÇÇ vol. 18, no. 9* 26 avril 2Θ1Θ (2Θ1Θ-Θ4-26) , pages 9192-92Θ6, ΧΡ0555331Θ1,
US
ISSN: 1Θ94-4Θ87, DOI: 10.1364/OE.18.009192 * le document en entier *
CATÉGORIE DES DOCUMENTS CITÉS
X : particulièrement pertinent à lui seul
Y : particulièrement pertinent en combinaison avec un autre document de la même catégorie
A : arrière-plan technologique
O : divulgation non-éorite
P : document intercalaire
1-20
1-20
DOMAINES TECHNIQUES
RECHERCHÉS (IPC) & : membre de la même famille, document correspondant
Date d'achèvement de la recherche
12 décembre 2018
Examinateur
Huguet Serra, G
T : théorie ou principe à la base de l'invention
E : document de brevet bénéficiant d'une date antérieure à la date de dépôt et qui n'a été publié qu'à cette date de dépôt ou qu'à une date postérieure.
D : cité dans la demande
L : cité pour d'autres raisons
FR1852193A 2018-03-14 2018-03-14 Procede de determination de la distance separant un objet et un systeme de detection optique, et systeme correspondant Pending FR3079041A1 (fr)

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US11635498B2 (en) 2020-04-30 2023-04-25 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas SPAD based indirect time of flight sensing from solid state transmitter scanning

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ANONYMOUS: "Least common multiple", WKIPEDIA, 1 March 2018 (2018-03-01), pages 1 - 8, XP055533129, Retrieved from the Internet <URL:https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Least_common_multiple&oldid=828245491> [retrieved on 20181211] *
DANILO BRONZI ET AL: "Automotive Three-Dimensional Vision Through a Single-Photon Counting SPAD Camera", IEEE TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS, vol. 17, no. 3, March 2016 (2016-03-01), Piscataway, NJ, USA, pages 782 - 795, XP055532836, ISSN: 1524-9050, DOI: 10.1109/TITS.2015.2482601 *
GERBEN VAN DEN BROEKE: "Decreasing time-of-flight 3D-camera range ambiguity", 16 July 2011 (2011-07-16), pages 1 - 6, XP055533116, Retrieved from the Internet <URL:https://d1rkab7tlqy5f1.cloudfront.net/Studentenportal/Faculteitspecifiek/EWI/Studeren/Honours%20programme/paper_Gerben.pdf> [retrieved on 20181211] *
NILS J. KRICHEL ET AL: "Resolving range ambiguity in a photon counting depth imager operating at kilometer distances", OPTICS EXPRESS, vol. 18, no. 9, 26 April 2010 (2010-04-26), US, pages 9192 - 9206, XP055533101, ISSN: 1094-4087, DOI: 10.1364/OE.18.009192 *
VILLA F ET AL: "3D SPAD camera for Advanced Driver Assistance", 2017 INTERNATIONAL CONFERENCE OF ELECTRICAL AND ELECTRONIC TECHNOLOGIES FOR AUTOMOTIVE, AEIT, 15 June 2017 (2017-06-15), pages 1 - 5, XP033130219, DOI: 10.23919/EETA.2017.7993220 *

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