FR3087275A1 - Systeme de saisie de l'environnement d'un vehicule et procede de mise en œuvre - Google Patents

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Abstract

Système de saisie de l'environnement (100) pour saisir l'environnement d'un véhicule ayant : - un capteur (102) muni d'une surface photosensible de saisie (104), et - un dispositif d'imagerie (106) pour générer une image à distorsions de l'environnement sur la surface de capteur (104), L'image a au moins deux zones de distorsions associées chacune à une autre zone de saisie de l'environnement (100). L'environnement est représenté à une autre échelle d'image dans la zone de distorsion.

Description

Domaine de l’invention
La présente invention a pour objet un système de saisie de l’environnement d’un véhicule ainsi qu’un procédé pour la saisie de cet environnement et un programme d’ordinateur mettant en oeuvre le procédé.
Etat de la technique
Jusqu’à présent, dans le domaine du traitement d’image par machine pour les applications de saisie de l’environnement, on utilise des systèmes de caméras ou des optiques qui sont des solutions particulièrement avantageuses permettant une représentation équidistante autant que possible correspondant à une projection gnomonique. Cette projection conserve les angles. En particulier, pour un objectif grand angulaire, on connaît également d’autres types de projection.
But de l’invention
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de développer un système de saisie de l’environnement pour saisir l’environnement d’un véhicule ainsi qu’un procédé de saisie de l’environnement d’un véhicule à l’aide d’un système de saisie de l’environnement et un programme d’ordinateur qui l’applique et permet d’améliorer l’impression visuelle.
Exposé et avantages de l’invention
A cet effet, l’invention a pour objet un système de saisie de l’environnement pour saisir l’environnement d’un véhicule, le système de saisie de l’environnement ayant : un capteur muni d’une surface photosensible et un dispositif d’imagerie pour générer une image représentative de l’environnement sur la surface de capteur, l’image ayant au moins deux zones de distorsions associées chacune à une autre zone de saisie du système de saisie du système de saisie de l’environnement, zones de distorsions dans lesquelles l’environnement est représenté à une autre échelle d’images.
L’invention repose sur le fait qu’un système de saisie de l’environnement réalisé avec un système optique pour une image multimorphe de l’environnement et dans laquelle l’environnement est représenté avec des distorsions. Cela permet de générer sur un seul et même capteur, plusieurs zones avec des propriétés d’images différentes qui permettent de mieux reconnaître des objets dans les installations de traitement d’image par machine.
Les systèmes de saisie de l’environnement pour les fonctions d’assistance du conducteur ou des systèmes de conduite autonome doivent répondre à des conditions particulières car pour la commande du véhicule il faut enregistrer des objets très différents, par exemple d’autres participants à la circulation, des caractéristiques de la voie de circulation ou des indications optiques. En particulier, ces applications demandent en partie des échelles d’images différentes dans les différentes directions de visée.
Les interventions sur la commande du véhicule dépendent de perceptions différentes, selon la situation de conduite. La représentation de l’environnement à l’aide d’une image monomorphe sur un capteur vidéo qui répond à toutes les situations et applications, impose des conditions aux composants qui ne peuvent être remplies que difficilement.
Pour permettre une saisie en sécurité des objets caractéristiques, on utilise pour cela plusieurs caméras avec des propriétés fonctionnelles spécialisées, qui sont, par exemple, orientées dans des directions de visée différentes telles que vers la gauche, la droite, le haut, le bas, l’avant et l’arrière, avec les angles de prise de vue différents tels que la zone téléobjectif, standard ou grand angle avec des plages de focalisation différentes telles que la focalisation rapprochée ou éloignée ou encore la résolution, c’est-à-dire les valeurs de détection ou les plages de saisie spectrale.
Pour garantir l’intégrité du signal, il faut mettre en corrélation de telles images provenant de plusieurs sources, les unes avec les autres et dans l’espace. Cela peut se traduire par une très grande complexité et un coût important, notamment s’il faut comparer ou compenser entre eux des signaux provenant de plusieurs unités de saisie physique ayant des bases de temps de détection, des écarts de direction de visée, avec des tolérances, différentes et des calibrages intrinsèques et extrinsèques. L’invention a pour but de régler ce problème de complexité et de réduire les coûts.
Pour le traitement d’images, on préfère en principe la projection gnomonique mais ce type de projection demande une optique de projection avec une hauteur d’image fortement croissante pour des angles de visée importants. Pour tenir compte de la plage de saisie toujours croissante pour des résolutions de capteur qui n’augmentent que modérément, on peut rechercher des solutions déjà connues pour la prise de vue cinématographique et la technique de projection du 20ême siècle et permettant une image anamorphique avec une optique à distorsion, symétrique ciblée. Un exemple d’application est la compression des scènes avec un rapport d’aspect élevé, par exemple, 2,55/1 sur un film de 35 mm. Une projection anamorphique permet d’avoir les mêmes angles de visée de l’image sur le plan image avec un rapport d’aspect particulier.
En plus, les systèmes de surveillance peuvent utiliser des optiques à projection radiale variable. Sur le capteur d’images on peut ainsi former des zones de surveillance particulièrement détaillées lorsqu’elles sont importantes (faible densité d’isoclines) alors que des angles de visée qui correspondent à moins d’information, peuvent être représentés comprimés (forte densité d’isoclines).
De telles projections ont, soit une symétrie radiale par rapport à l’axe optique du système, soit au moins un élément de symétrie, par exemple, un plan de symétrie dans le cas d’une projection elliptique. Les différentes projections se réalisent en utilisant une optique à distorsion, c’est-à-dire que l’on utilise la distorsion de l’objectif comme caractéristique de mise en forme. Dans certaines applications telles que la photographie panoramique ou la cinématographie, on utilise de manière ciblée ce comportement pour arriver à une utilisation efficace des systèmes d’enregistrement. On produit la distorsion souhaitée en utilisant des éléments asphériques tels que, par exemples, des prismes, des lentilles toriques tournées de 90° l’une par rapport à l’autre ou des lentilles cylindriques. Pour la distorsion à symétrie radiale, on peut utiliser également des lentilles polies ou asphériques, pressées.
Selon les objets caractéristiques à saisir, les systèmes d’assistance de conduite peuvent avoir un champ de vision avec une ou plusieurs distorsions plus ou moins fortement symétriques. Par exemple, l’utilisation de trois capteurs d’image et de trois optiques permet une bonne couverture de la zone de surveillance. Mais, cela correspond à un plus grand encombrement dans le véhicule et augmente la puissance utilisée et le coût du système. Pour le traitement des images on peut utiliser une rectification pour faire un calcul inverse en projection de perspective centrale et simplifier la reconnaissance d’objet.
Dans les applications dans le domaine de l’assistance de conduite on peut couvrir des besoins fortement différents concernant l’angle d’ouverture ou la résolution par des caméras parallèles ou des têtes de caméra ayant une résolution angulaire différente et des capteurs différents.
La solution de l’invention repose pour l’essentiel sur les propriétés d’imagerie d’un chemin optique conçu librement, non nécessairement avec un point radial ou symétrique. Les propriétés peuvent se régler par la conception, de manière statique, à l’aide de dispositifs de réglage prévus ou de manière dynamique. Pour cela, une telle imagerie peut, être appelée multiforme car les différences locales de l’échelle de représentation peuvent conduire à ce que la forme d’un objet apparaisse différente selon l’angle de vue de l’objet.
La solution selon l’invention repose sur la considération que tous les angles de visée ne présentent pas le même contenu d’informations pour un système d’assistance de conduite. Par la distorsion ciblée du champ de vue, on peut générer, sur le capteur d’images, une densité d’informations plus régulière en ce que, par exemple, des plages de visée ayant une importante teneur informations prennent une zone plus grande de la surface d’image et inversement les plages de visée de moindre importance seront comprimées sur la surface d’image. La répartition de la distorsion d’image est ainsi non nécessairement radiale ou symétrique axialement. Pour la conception à symétrie axiale des isoclines, on peut avoir une zone de saisie centrale ayant, par exemple, un degré de détail poussé, c’est-à-dire avec beaucoup de pixels par degré et une faible densité d’isoclines.
La zone de la plus grande teneur en informations au sens de l’exploitation automatique d’image n’est pas nécessairement symétrique à l’axe optique ou au capteur. Dans un objet appelé multiforme, la plage de la plus forte densité de pixels est également décalée vers le haut.
La représentation avec un système optique ayant des zones de conception libre avec des échelles de représentations différentes est particulièrement intéressante pour économiser des ressources car la surface du capteur est ainsi utilisée d’une manière efficace et le traitement ultérieur, nécessaire, en profite car la masse de données à traiter est moindre puisqu’on réduit au minimum les redondances.
Les avantages importants de la solution de l’invention sont que la représentation de l’environnement est conçue par zones en fonction des nécessités de résolution locale du système de saisie de l’environnement sans utiliser plusieurs systèmes d’imagerie ou d’unités d’images ou de capteurs et l’association des objets saisis selon différentes directions de visée est obtenue par un unique système optique formant l’image sur un capteur. Ainsi, après l’installation on aura une association particulièrement bonne car on évite des chemins fortement entachés de tolérances tels que ceux de plusieurs caméras ou des chemins optiques différents qu’il faut ajuster mécaniquement les uns pour les autres.
L’invention a ainsi pour objet un système de saisie de l’environnement pour saisir l’environnement d’un véhicule, ayant les caractéristiques suivantes : un capteur muni d’une surface photosensible saisie et un dispositif d’imagerie pour générer une image à distorsions de l’environnement sur la surface de capteur, l’image ayant au moins deux zones de distorsions associées chacune à une autre zone de saisie du système de saisie du système de saisie de l’environnement, zones de distorsions dans lesquelles l’environnement est représenté à une autre échelle d’images.
Le capteur est un capteur d’images, par exemple un capteur CMOS ou autre composant photosensible. Un dispositif d’imagerie est un dispositif optique formé d’un ou plusieurs composants optiques tels que des miroirs ou des lentilles. Une zone de saisie correspond à un certain angle de visée du système de saisie de l’environnement pour une zone partielle d’un espace-objet à saisir. Une distorsion est, par exemple, une distorsion optique dans le sens d’une modification locale d’une échelle d’image dans une projection. Une échelle d’image est le rapport entre la taille de l’image de la représentation optique d’un objet et de sa taille réelle.
Selon un développement, le dispositif d’imagerie peut modifier les zones à distorsions.
Selon une autre forme de réalisation, le dispositif d’imagerie est réalisé de façon à modifier les zones de distorsions. Cela permet au système de saisie de l’environnement de travailler de manière aussi efficace que possible. Pour cela, le dispositif d’imagerie est réalisé pour recevoir un signal de commande approprié, pour modifier au moins l’une des zones de distorsion. Un tel signal de commande produit, par exemple, une modification de la zone de saisie qui est associée à la zone de distorsion et/ou une modification de l’échelle de représentation de la zone de distorsion. Le signal de commande est, par exemple, reçu par l’intermédiaire d’une interface avec le système d’assistance qui utilise des images du système de saisie de l’environnement ou le système de saisie de l’environnement génère les images par le système de saisie de l’environnement, par exemple, en utilisant des images saisies à l’instant. Actuellement, le signal de commande peut être reçu par une interface pour configurer le système de saisie de l’environnement. Ainsi, le système de saisie de l’environnement est, par exemple, adapté à la caractéristique d’un véhicule équipé du système de saisie de l’environnement ou qui sera équipé de ce système. Le signal de modification est, par exemple, un signal électrique analogique ou numérique.
Selon une forme de réalisation, le système de saisie de l’environnement comporte un appareil de commande conçu pour modifier les zones de distorsion en commandant le dispositif d’imagerie en utilisant un signal d’image fourni par le capteur, en fonction de la teneur en information respective des zones de saisie. L’appareil de commande est un appareil électrique qui traite les signaux de capteur et fournit, en fonction de ceux-ci, des signaux de commande et/ou de données. L’appareil de commande peut comporter une interface réalisée sous la forme d’un circuit et/ou d’un programme. Dans le cas d’une réalisation sous la forme d’un circuit, les interfaces font, par exemple, partie d’un système ASIC qui contient les différentes fonctions de l’appareil de commande. Mais il est également possible que les interfaces comportent leurs propres circuits intégrés et/ou soient réalisés au moins partiellement de composants discrets. Dans le cas d’une réalisation sous la forme d’un programme, les interfaces peuvent être des modules de programme présents, par exemple, sur un microcontrôleur, à côté d’autres modules de programmes. Cette forme de réalisation permet de comprimer, par exemple, des zones de saisie à faible contenu d’information et des zones de saisie à contenu d’information important. Par exemple, comprimer des zones de saisie à faible contenu d’informations et agrandir des zones de saisie ayant un fort contenu d’informations. Il en résulte une efficacité particulièrement poussée pour la saisie de l’environnement.
Il est en outre avantageux que le dispositif d’imagerie soit réalisé de façon à générer la représentation avec des zones de distorsion non symétriques. Une zone de distorsions non symétrique peut être une zone de distorsion qui n’a ni symétrie radiale, ni symétrie axiale. Cela permet de saisir efficacement et de manière précise, les scènes les plus différentes dans l’environnement.
Selon une autre forme de réalisation, le dispositif d’imagerie est au moins un élément optique de forme libre et/ou appliqué sur le pare-brise du véhicule et/ou dont les propriétés optiques peuvent être modifiées pour générer les zones de distorsion. Cela permet d’intégrer le dispositif d’imagerie d’une manière relativement simple dans le véhicule.
L’élément optique est réalisé comme élément de lentille et/ou comme élément de miroir et/ou comme élément hybride. Un élément hybride est un élément optique composé de différents matériaux. Par exemple, on peut appliquer une structure optique fonctionnelle sur l’élément hybride. Par cette forme de réalisation, on obtient, de manière économique, un système de saisie de l’environnement.
Il est également avantageux que l’élément optique comporte une microstructure pour générer les zones de distorsion. Une microstructure est une structure avec une distorsion ciblée de la représentation de l’environnement. Cela permet de modifier les propriétés optiques de l’élément optique avec une mise en œuvre supplémentaire relativement réduite.
L’invention présentée a également pour objet un procédé de saisie de l’environnement d’un véhicule à l’aide d’un système de saisie de l’environnement, ce système de saisie de l’environnement comporte un capteur avec une surface photosensible et un dispositif d’imagerie appliquant le procédé avec les étapes suivantes consistant à : générer une représentation à distorsions, générer une image à distorsions de l’environnement sur la surface du capteur à l’aide du dispositif d’imagerie, cette image ayant au moins deux zones de distorsions associées respectivement à une autre zone de saisie du système de saisie de l’environnement, zones de distorsions dans lesquelles l’environnement est représenté avec, chaque fois, une autre échelle de représentation.
Selon une forme de réalisation, le procédé comprend une étape de commande du dispositif d’imagerie en utilisant un signal d’image fourni par le capteur pour modifier les zones de distorsions en fonction du contenu d’informations respectif des zones de saisie.
Ce procédé peut être implémenté, par exemple, sous la forme d’un programme ou d’un circuit ou sous une forme mixte composée d’un programme et d’un circuit, par exemple, dans un appareil de commande.
L’invention porte également, de manière avantageuse, sur un produit-programme d’ordinateur ou un programme d’ordinateur avec un code-programme enregistré sur un support lisible par une machine ou un support de mémoire telle qu’une mémoire semiconductrice, un disque dur ou une mémoire optique et qui exécute, applique et/ou commande les étapes du procédé selon l’une quelconque des formes de réalisation développées ci-dessus, notamment lorsque le produit-programme ou le programme en tant que tels sont exécutés par un ordinateur ou un dispositif.
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 est une représentation schématique d’un système de saisie d’environnement selon un exemple de réalisation, la figure 2 est une représentation schématique d’un système de saisie d’environnement selon un exemple de réalisation, la figure 3 une représentation schématique d’un système de saisie d’environnement selon un exemple de réalisation, la figure 4 une représentation schématique d’un système de saisie d’environnement selon un exemple de réalisation, la figure 5 une représentation schématique d’un système de saisie d’environnement selon un exemple de réalisation, la figure 6 est une vue de dessus du système de lentilles de la figure 5, la figure 7 est une vue de dessus du système de lentilles de la figure 5, la figure 8 est une vue de dessus d’un exemple de réalisation d’un capteur, la figure 9 est une vue en section du capteur de la figure 8, la figure 10 est une vue de dessous du capteur de la figure 8, la figure 11 est une vue en section d’un exemple de réalisation d’un capteur, la figure 12 est une représentation schématique d’une image fournie par un capteur selon un exemple de réalisation, la figure 13 est une représentation schématique de la distribution des zones de distorsions d’un dispositif d’imagerie selon un exemple de réalisation, la figure 14 est une représentation schématique d’une image symétrique multimorphe générée par un dispositif d’imagerie selon un exemple de réalisation, la figure 15 est une représentation schématique d’une image symétrique multimorphe générée par un dispositif d’imagerie selon un exemple de réalisation, la figure 16 est une représentation schématique d’une image non symétrique multimorphe générée par un dispositif d’imagerie selon un exemple de réalisation, la figure 17 montre un ordinogramme d’un exemple de réalisation d’un procédé, la figure 18 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un appareil de commande, la figure 19 est une représentation schématique d’une architecture d’un système de saisie d’environnement selon un exemple de réalisation, et la figure 20 montre un exemple fortement simplifié d’une projection à fortes distorsions d’une scène dans le plan image par le dispositif d’imagerie correspondant à un exemple de réalisation.
Description de modes de réalisation de l’invention
La figure 1 est une représentation schématique d’un système de saisie d’environnement 100 correspondant à un exemple de réalisation. Le système de saisie d’environnement 100 destiné à saisir l’environnement d’un véhicule comprend un capteur 102 muni d’une surface photosensible 104 ; cette surface projette par un dispositif d’imagerie 106, une image à distorsions de l’environnement. Le dispositif d’imagerie 106 génère l’image de façon qu’elle comporte au moins deux zones de distorsions dans lesquelles l’environnement est représenté à une échelle différente. Par exemple, ainsi dans une même et seule image, on comprime les zones de saisie de l’environnement et dans d’autres zones de saisie de l’environnement on les expanse. Selon l’exemple de réalisation, les zones de distorsion peuvent être de dimensions différentes, se chevaucher, être délimitées l’une par rapport à l’autre ou se rejoindre de manière continue. Les zones de distorsion peuvent être symétriques ou non symétriques par rapport à l’axe optique 108 du capteur 106.
Selon cet exemple de réalisation, le dispositif d’imagerie 106 se compose de plusieurs éléments optiques ; ici il y a, par exemple, un élément de lentille de champ 110 installé sur le pare-brise 109 du véhicule et un élément hybride ou de forme libre 112 avec un effet de distorsion, également porté par le pare-brise, cet élément est adjacent à un bord de l’élément de lentille de champ 110. En outre, le dispositif d’imagerie 106 a une optique d’imagerie installée dans le chemin du faisceau lumineux entre l’élément de lentille de champ 110 et le capteur 102 ; cette optique se compose de trois éléments de lentille 114, l’un derrière l’autre. Le trajet du rayon est représenté par trois traits continus.
La figure 2 est une représentation schématique d’un système de saisie d’environnement 100 correspondant à un exemple de réalisation. A la différence de la figure 1, le système de saisie d’environnement 100 comporte ici un support de caméra 200 fixé au pare-brise pour tenir une caméra 202 comportant le capteur 102. L’élément de lentille de champ 110 est un élément de forme libre, intégré dans le support de caméra 200 et qui fait ainsi partie du support de caméra 200.
La figure 3 est une représentation schématique d’un système de saisie d’environnement 100 selon un exemple de réalisation. La figure montre le support de caméra 200 de la figure 2 ; ce support de caméra 200 selon cet exemple de réalisation, comporte un élément de miroir courbe 300 pour dévier les rayons lumineux incidents traversant le pare-brise 109 et les faire arriver sur l’élément de lentille 114 de l’optique d’imagerie en amont de la caméra 202. L’élément de miroir 300 fait également partie du dispositif d’imagerie du système de saisie d’environnement 100. A titre d’exemple, l’élément de miroir 300 est installé sur la paroi intérieure du support de caméra 200. Les éléments de lentille 114 sont tenus par un support de lentille 302 fixé dans le support de caméra 200.
La figure 4 est une représentation schématique d’un système de saisie d’environnement 100 correspondant à un exemple de réalisation. Le système de saisie d’environnement 100 correspond, pour l’essentiel au système de saisie d’environnement décrit ci-dessus à l’aide de la figure 3 à la différence que l’élément de miroir 300 n’est pas réalisé ici sur la paroi intérieure du support de caméra 200 mais à distance de la paroi intérieure, sous la forme d’une surface réfléchissante du support de miroir 400. Le support de miroir 400 selon cet exemple de réalisation, fait partie du support de lentille 302.
La figure 5 montre une représentation schématique d’un dispositif d’imagerie 106 correspondant à un exemple de réalisation. La figure montre une optique d’imagerie comprenant trois éléments de lentille 114 comme ceux décrits ci-dessus à l’aide des figures 1 à 4. Selon cet exemple de réalisation, l’élément de lentille intermédiaire parmi les trois éléments de lentille 114 porte une microstructure 500 pour produire une représentation de l’imagerie de l’environnement. Les éléments de lentille 114 sont, par exemple, des lentilles en matière plastique. Selon un exemple de réalisation, la microstructure 500 est appliquée sur l’ensemble de la surface de passage ou seulement sur une partie de la surface de passage comme cela apparaît aux figures 6 et 7.
Les figure 6 et 7 montrent chacune une vue de dessus de l’élément de lentille intermédiaire 114 avec la microstructure 500 de la figure 5.
La figure 8 est une vue de dessus d’un capteur 102 correspondant à un exemple de réalisation. Selon cet exemple de réalisation, le capteur 102 est sous la forme d’une puce reliée à une lentille de champ 800 ; la lentille de champ 800 est un composant du dispositif d’imagerie du système de saisie d’environnement. Dans la vue de dessus on a tracé, à titre d’exemple, quatre zones de distorsions 802, 804, 806, 808 de la lentille de champ 800 à l’aide de traits interrompus et qui représentent l’environnement avec chaque fois une échelle de représentation différente sur la surface sensible du capteur 102.
La figure 9 montre une vue en section du capteur 102 de la figure 8. Il apparaît une puce de capteur 900 et la lentille de champ 800 sous la forme d’une couche à effet optique appliquée sur la puce de capteur 900. L’effet optique résulte, par exemple, de la mise en forme sphérique ou asphérique ou encore de la mise en forme libre de la lentille de champ 800, de la variation de l’indice de réfraction par une matière dopée ou encore d’une microstructure de la surface.
Selon un exemple de réalisation, on peut modifier et ainsi régler l’effet optique en utilisant un signal de commande.
La figure 10 est une vue de dessus du capteur 102 de la figure 8. Le capteur 102 est, par exemple, sous la forme d’un condition nement CSP avec un couvercle en verre ou en matière plastique, mis en forme.
La figure 11 est une vue en section d’un capteur 102 selon un exemple de réalisation. A la différence des figures 8 à 10, la puce de capteur 900 comporte ici une matière de couverture, globale, transparente 1100 (encore appelée Glob-top) pour la représentation de l’image. La matière de dessus, globale 1100 et la puce de capteur 900 sont reliées respectivement par un substrat de support 1102.
La figure 12 est une représentation schématique d’une image 1200 fournie par un capteur selon un exemple de réalisation. A titre d’exemple, l’imagerie à distorsions correspond à un portail d’entrée sur un miroir faisant partie du dispositif d’imagerie ; ce portail correspond à la forme d’une pyramide rectangulaire, penchée. La représentation de l’image 1200 permet, par exemple, de représenter, à échelle agrandie, des détails de la grille de ce portail et des objets représentés à échelle réduite au niveau du bord supérieur de l’image.
La figure 13 montre une représentation schématique de la distribution des zones de distorsions 802, 804, 806, 808 d’un dispositif d’imagerie selon un exemple de réalisation. Les zones de distorsions sont délimitées chacune par un trait. Pour des raisons de lisibilité, la figure 13 ne montre que quatre zones de distorsions munies chacune d’une référence.
La figure 14 est une représentation schématique de l’image symétrique multiforme 1400 générée par un dispositif d’imagerie selon un exemple de réalisation.
La figure 15 est une représentation schématique d’une image 1500 symétrique, multiforme, générée par un dispositif d’imagerie correspondant à un exemple de réalisation.
La figure 16 est représentation schématique d’une image 1600 symétrique, multiforme, générée par un dispositif d’imagerie correspondant à un exemple de réalisation.
Les zones de distorsions sont repérées aux figures 14-16 par une multiplicité de lignes isoclines qui représentent la position d’angle de visée identique dans le plan image sur la surface de capteur.
Les groupes de lignes denses correspondent à une plus grande plage d’angles de visée.
La figure 17 montre un ordinogramme très simplifié d’un procédé 1700 selon un exemple de réalisation. Le procédé 1700 de saisie de l’environnement d’un véhicule est exécuté, par exemple, à l’aide d’un système de saisie de l’environnement comme celui décrit ci-dessus à l’aide des figures 1 à 16. Dans l’étape 1710 on génère une image à distorsions de l’environnement sur la surface du capteur à l’aide du dispositif d’imagerie. Dans l’étape 1720, en option, qui précède, par exemple, l’étape 1710, on commande le dispositif d’imagerie en utilisant un signal d’image fourni par le capteur pour modifier les zones de distorsions en fonction du contenu d’information, respectif des zones de saisie du système de saisie de l’environnement. Dans ce cas, le signal d’image est considéré comme un signal de commande ou encore en utilisant le signal d’image, par exemple, en se fondant sur l’exploitation de l’image on génère un signal de commande qui permet de modifier les zones de distorsions par une commande appropriée du dispositif d’imagerie. En variante, on exécute l’étape 1720 en parallèle à l’étape 1710 ou après l’étape 1710.
La figure 18 montre une représentation schématique d’un appareil de commande 1800 correspondant à un exemple de réalisation. En utilisant un signal d’image 1802 du capteur du système de saisie de l’environnement, l’appareil de commande 1800 fournit un signal de commande 1804 pour commander le dispositif d’imagerie. En commandant le dispositif d’imagerie, on adapte, par exemple, la forme ou la distribution des zones de distorsions du dispositif d’imagerie en différentes zones d’images adaptées à la teneur en informations de l’image de l’environnement représentée par le signal d’image 1802.
La figure 19 est une représentation schématique de l’architecture du système de saisie de l’environnement selon un exemple de réalisation. Ainsi, un premier bloc 1910 représente un espace objet ; un second bloc 1920 représente la fenêtre d’entrée du système de saisie de l’environnement, par exemple, le pare-brise avec un élément hybride ; un troisième bloc 1930 représente un premier élément d’imagerie tel qu’un miroir de forme libre ou des prismes ; un quatrième bloc 1940 représente un second élément d’imagerie, par exemple, un élément de lentille ; un cinquième bloc 1950 représente une lentille de champ combinée au capteur ; un sixième bloc 1960 représente le capteur du système de saisie de l’environnement.
La figure 20 montre un exemple d’une projection à fortes distorsions d’une scène 2000 dans le plan image par un dispositif d’imagerie selon un exemple de réalisation. A gauche, on a représenté la scène 2000 et à droite l’image 2002 de la scène 2000 telle qu’elle est fournie par le capteur de l’installation de saisie de l’environnement.
Les différents exemples suivants de l’invention seront décrits une nouvelle fois en d’autres termes. La solution proposée comprend un système destiné notamment à saisir l’environnement du véhicule qui est un véhicule circulant en mode automatique ou partiellement automatique ou encore dans un véhicule avec des installations de sécurité ou de confort en mode actif ou passif.
Le système de saisie de l’environnement peut être lié au véhicule ou disposer de la puissance de reconnaissance par une infrastructure externe telle que des drones ou des installations portatives ou fixes, qui sont reliées par un réseau local de transmission de données. Le système de saisie de l’environnement peut également fournir des données pour la commande des véhicules. Dans le chemin des rayons du système de saisie de l’environnement, on a intégré, par exemple, au moins un élément optique à forme libre, pour générer par sa mise en forme, des variations de l’imagerie dépendant du champ image, local.
De façon particulièrement avantageuse, la variation du rapport d’imagerie permet de réaliser, dans différentes directions de visée, une résolution adaptée à la fonction de reconnaissance. Pour cela, on utilise le signal de commande déjà mentionné.
Ainsi, pour certaines missions, il peut être intéressant de comprimer ou détendre fortement une scène sur le capteur comme cela est indiqué à la figure 20. Cette représentation peut être optimisée pour faciliter certaines missions de reconnaissance, même si cela ne peut plus être saisi par l’observateur humain. L’image à fortes distorsions 2002 de la figure 20 montre, par exemple, certaines zones nécessaires pour des missions particulières de reconnaissance et qui sont ainsi très détaillées. L’image 2002 est, par exemple, obtenue par la transformation inverse de parties ou de la totalité de l’image qui peut être transformée en retour en une image rectifiée permettant une résolution particulièrement élevée des objets dans des endroits mis en avant.
Pour les missions de reconnaissance par la machine, en particulier, pour l’utilisation de procédés de classification ou de réseaux experts, on peut utiliser une image ainsi distordue, directement sans transformation en retour et l’appliquer dans un système de traitement d’images en aval pour une reconnaissance ménageant les ressources car l’information d’image optique a été ainsi répartie pour avoir la puissance maximale de reconnaissance avec un nombre aussi faible que possible de points de dépose.
Le système de saisie de l’environnement se compose d’un ou plusieurs éléments à effet optique qui, pris séparément ou en combinaison, permettent de réaliser l’imagerie évoquée ci-dessus. L’utilisation d’une ou plusieurs surfaces limites, optiques, ayant une surface de forme libre est une solution particulièrement efficace.
Cela permet de générer des champs de distorsions avec ou sans symétrie, c’est-à-dire des distorsions sans symétrie radiale ou de symétrie par rapport à un point. On peut ainsi adapter la position des zones isomorphes dans le champ image et l’échelle de représentation locale à différentes applications ou situations. Le système de saisie de l’environnement se compose, selon l’exemple de réalisation, de la totalité ou de certains des composants suivants :
a) le pare-brise, une vitre de déflecteur, la fenêtre d’entrée de la caméra ou le dôme protecteur transparent,
b) les éléments optiques hybrides à partir des éléments sous le point a),
c) des miroirs de forme libre, sphériques ou asphériques,
d) des éléments optiques hybrides composés d’un ou plusieurs miroirs,
e) des lentilles sphériques ou asphériques,
f) des structures optiques hybrides sur les lentilles asphériques,
g) des lentilles de champ de forme libre, sphériques ou asphériques, par exemple, sous la forme d’une fenêtre d’habillage de capteur ou d’une couche protectrice d’une puce de capteur tel qu’un recouvrement Glob-Top en LSR (caoutchouc silicone ; silicone liquide),
h) des couches optiques hybrides, notamment des couches microstructurées sur la couche protectrice de la puce de capteur ou la surface du dessus du capteur.
Une application particulièrement efficace de l’idée de l’invention consiste à utiliser un miroir de renvoi de forme libre, installé dans le chemin optique du système de saisie de l’environnement ; ce miroir permet, par exemple, de former l’image d’objets provenant de différentes directions. Cet élément peut être installé d’une manière particulièrement efficace directement après la fenêtre d’entrée comme cela apparaît à la figure 19. Mais il est également possible d’échanger la position des éléments et d’inverser, par exemple, le premier et le second élément d’imagerie de l’image du système.
La solution selon l’invention convient par exemple, pour réaliser un système de saisie de l’environnement avec des propriétés différentes de projection et d’imagerie qui combinent différentes fonctions dans une application, par exemple, en fournissant :
a) une zone pour la saisie d’une zone centrale à forte résolution, d’environ +/- 30°,
b) une zone pour la saisie d’une plage à forte résolution, par exemple sur 50° à gauche et à droite pour reconnaître la circulation croisée,
c) des zones de saisie à moindre résolution de l’environnement périphérique,
d) des zones dans lesquelles une partie de la surface du pare-brise est projetée sur le capteur, par exemple, pour analyser le givrage ou la présence de gouttes de pluie ou encore de saletés,
e) une image de la valeur intégrale de l’éclairage extérieur.
Le système optique est, en général, déformé par la présence de l’objectif ou par d’autres éléments indispensables tels que le pare-brise ou d’autres éléments ajoutés de façon décisive. Par un équilibrage approprié de l’ensemble de la conception, il faudra moins de traitement pour une moindre largeur de bande de transfert, moins de mémoire, moins de surface de capteur et moins de moyens structurels et d’encombrements. En outre, cela permet de réduire les coûts.
La distorsion de l’image peut être adaptée aux exigences des algorithmes de la vision par machine. La représentation peut être considérée comme correspondant à une division par zones. La transition entre les différentes distorsions peut se faire de manière discrète, par exemple, à l’aide de prismes ou de miroirs plans pliés ou de façon continue, par exemple, avec un miroir de forme libre ou des lentilles asphériques ou des lentilles toriques ou encore de manière adaptative par la situation, par exemple, par un objectif zoom.
Pour réaliser les distorsions, on utilise, par exemple, les éléments suivants :
a) des miroirs (sphérique, parabolique, ellipsoïdal, de forme libre, par exemple des B-splines rationnelles non uniformes NURBS) comme des surfaces de miroir continues ou avec des zones de discontinuité (deux ou plusieurs éléments de miroir inclinés les uns par rapport aux autres),
b) des prismes et une ou plusieurs surfaces du prisme peuvent être équipées en plus de lentilles ou de structures hybrides,
c) des lentilles asphériques, des lentilles toriques, des lentilles cylindriques, des lentilles zonales (multi-foyers) qui ont des échelles d’imagerie différentes,
d) des structures hybrides installées sur une face ou les deux faces d’un ou plusieurs éléments optiques,
e) des éléments optiques adaptatifs tels que des miroirs adaptatifs (SLM, membrane réfléchissante ou film) LCoS, lentilles adaptatives (lentilles liquides, lentilles à membrane, lentilles à élastomère, lentilles LC, lentilles à membrane de verre,
f) des combinaisons des différents éléments optiques cités cidessus.
Les différents éléments de structure sont, par exemple, des miroirs, des panneaux de verre, des cristaux, de la matière plastique ou du métal. Les propriétés de réflexion résultent, par exemple, du revêtement métallique ou d’un revêtement par film mince (film de Bragg).
Les miroirs sont, par exemple, réalisés pour obtenir des distorsions avantageuses souhaitées de l’image, des aberrations et des degrés de distorsion des autres composants installés dans le chemin optique tels que la composante de distorsion du pare-brise comme fenêtre de transmission du rayonnement infrarouge de sorte que le capteur et les autres composants de la caméra ne soient pas exposés au rayonnement solaire ou pour réaliser d’autres fonctions que la représentation de l’environnement. Des zones spécialisées du miroir ne participent pas directement à l’image de l’environnement et peuvent s’utiliser pour d’autres missions de saisie. Par exemple, on peut former des zones du miroir pour qu’elles représentent des parties du pare-brise directement dans une zone déterminée du capteur. Cette zone peut, par exemple, servir de capteur de pluie. Si les miroirs sont réalisés sous la forme d’un prisme, les surfaces du prisme sont munies en option, de fonctions supplémentaires.
Les lentilles sont, par exemple, en verre, en cristal ou en des matières plastiques, telles que des matières thermoplastiques, des matières thermodurcissables ou des élastomères.
Les éléments optiques adaptatifs sont, par exemple, des lentilles membranes à réfraction ou des lentilles à liquide. Les propriétés optiques de tels éléments optiques peuvent se régler, par exemple, en utilisant un signal de commande. Dans le cas d’une lentillemembrane, le liquide est séparé de l’environnement par une membrane. Le liquide et les membranes sont absorbants dans certaines plages spectrales pour réaliser une fonction de filtre. Dans le cas d’une lentille à liquide, le liquide est entouré par un autre fluide, un gaz ou le vide. Les miroirs sont, par exemple, des miroirs-membranes formés d’une membrane élastique mince ayant des propriétés réfléchissantes. La réalisation peut être telle que la lumière incidente traverse le liquide avant d’être réfléchie ou est réfléchie directement par la surface réfléchissante. Des miroirs-films avec un film mince, par exemple, métallique, sont formés indirectement ou par des actionneurs individuels. D’autres exemples de miroir sont des miroirs déformables formés d’un corps solide avec des segments actionnés ou des miroirs à liquide à base de liquide métallique ou encore d’une réflexion totale sur une lentille à liquide. On peut également envisager une combinaison de plusieurs éléments adaptatifs, par exemple, d’un élément achromatique, formé de trois lentilles-membranes, c’est-à-dire des éléments optiques adaptatifs, directement juxtaposés ou encore d’un système de zoom optique composé de plusieurs éléments optiques adaptatifs qui peuvent être purement réfléchissants, purement réfractant ou combiner ces deux fonctions, c’est-à-dire être catadioptrique.
Les éléments optiques hybrides sont, par exemple, des lentilles ou des miroirs en verre, en matière plastique ou encore des élastomères, des cristaux ou des métaux appliqués sur des structures fonctionnelles. Des structures hybrides sont également formées à partir de ces matériaux. Les structures fonctionnelles peuvent être à une ou plusieurs couches munies d’éléments optiques avec des ouvertures ou des fenêtres, tels que des diaphragmes pour réduire la lumière parasite ou des grilles de diffraction ou encore des lentilles à réfraction. Les éléments de diffraction peuvent être modulés en amplitude ou en phase. Les éléments réfractant hybrides peuvent être réalisés de façon quelconque, par exemple, comme des surfaces sphériques, des structures de Fresnel, des surfaces asphériques ou des surfaces de forme libre. La fenêtre d’entrée de la caméra est, par exemple, le pare-brise, le projecteur ou un dôme de caméra qui peut également être un élément hybride.
Dans le cas d’éléments fixes, la représentation du champ de vision se réalise, par exemple, avec un ou plusieurs miroirs. En utilisant un miroir, on réduit la complexité de l’objectif ; le système de caméra peut avoir une meilleure fonction athermique et un objectif catadioptrique avec une fonctionnalité supplémentaire telle que celle d’un filtre passe-bande infrarouge.
La distorsion du champ de vision peut en outre se réaliser avec une ou plusieurs lentilles sphériques ou toriques, des lentilles sphériques basculées et/ou décentrées ou des prismes.
L’utilisation d’un miroir ou d’un prisme de renvoi permet de réduire les dimensions de la fenêtre de sortie même pour des angles de visée importants et diminuer ainsi l’encombrement.
En particulier, pour des fenêtres d’entrée qui sont, par exemple, un composant tel que le pare-brise, le boîtier d’un projecteur ou le dôme d’une caméra, la structure hybride est, réalisée pour corriger complètement ou partiellement les aberrations intrinsèques de ce composant telles que la distorsion du pare-brise. A titre d’exemple, l’élément hybride assure le nivellement des variations de type ou des variations de fabrication du composant. Cela permet de compenser des variations de distorsion par les différentes variantes du composant (exemple : du siloxane sur le pare-brise). La structure hybride est réalisée de façon alternative pour générer une aberration supplémentaire, souhaitée, telle qu’une distorsion supplémentaire au bord du champ de vision.
La fenêtre d’entrée du capteur est, par exemple, réalisée comme élément hybride. Cet élément peut, en même temps servir de lentille de champ. La combinaison d’une lentille de champ avec un réseau de microlentilles sur le capteur permet de choisir librement la forme de la lentille de champ avec un degré de liberté supplémentaire pour la conception de l’optique. L’élément peut être obtenu à partir d’une masse coulée telle que du siloxane. Dans le cas du siloxane, on peut former en plus une structure macroscopique (sphérique, asphérique, surface de forme libre) comme des microstructures telles que, par exemple, des structures en œil de mouche pour obtenir une vision antiréfléchissante en bandes larges ou encore des structures prismatiques ou diffractantes pour réaliser un filtre optique antidéformation. Le siloxane peut également être formé de façon à éviter la structure de microlentilles du capteur. Cet élément réalisé en une masse coulée assure en plus des propriétés optiques également d’avantageuses propriétés mécaniques. Par exemple, à la fabrication, les éventuelles saletés n’arrivent pas directement sur la surface du capteur. On réduit ainsi le taux de mise au rebus de pièces. Le coefficient de conduction thermique du matériau est supérieur à celui de l’air de sorte que la chaleur du capteur sera répartie régulièrement évitant des pointes de température. Si la masse coulée est du siloxane, alors le composant électronique, c’est-à-dire le capteur et les lignes d’alimentation seront protégés.
On utilise, par exemple, les éléments optiques adaptatifs pour compenser une dérive de température de la distance focale, par exemple, pour refocaliser ou pour une athermalisation adaptative. On réalise cette fonction, par exemple avec une lentille simple coulissant le long de l’axe optique ou encore un groupe de lentilles ou un élément optique adaptatif à réfraction ou un élément optique réfléchissant adaptatif. Cela permet également de combiner plusieurs éléments optiques adaptatifs dans une optique de zoom. On adapte ainsi la plage de saisie de la caméra en fonction de la situation (une portée importante à vitesse élevée, un angle important pour des vitesses faibles). La représentativité du champ de vision en fonction de la situation est, par exemple, réalisée par un miroir adaptatif.
Le système de saisie de l’environnement avec le dispositif d’imagerie optique combine, de façon synchrone, c’est-à-dire en temps réel vidéo, plusieurs propriétés d’imagerie différente. Le système de saisie de l’environnement comporte selon l’exemple de réalisation, un élément qui permet une représentation à symétrie ponctuelle ou non symétrie radiale de l’environnement ou du moins un élément réglable de façon variable pour l’adaptation à la situation. En outre, le système de saisie de l’environnement avec un élément optique relié au pare-brise et qui a une distorsion sphérique ou asphérique ou qui comporte une surface de forme libre, a un champ de distorsion comme le montre la figure 1. En variante, le système de saisie de l’environnement comporte une lentille de champ reliée à un support de caméra qui a au moins une surface sphérique ou asphérique ou une surface de forme libre et génère un champ de distorsions comme le montre la figure 2. En variante, le système de saisie de l’environnement comporte un miroir relié au support de caméra et qui a une surface sphérique ou asphérique ou une surface de forme libre et qui génère un champ représentatif comme le montre la figure 3. Le support de caméra est, par exemple, sous la forme d’une plaque de fixation.
Selon un autre mode de réalisation, le système de saisie de l’environnement a un élément de miroir intégré dans un support de lentille ou un boîtier de caméra avec une surface sphérique ou asphé rique ou une surface de forme libre et qui génère un champ de distorsions comme le montre la figure 4.
En option, le système de saisie de l’environnement a au moins une lentille ayant une microstructure pour générer un champ de distorsions réparties dans l’espace comme le montre la figure 5.
Selon un autre exemple de réalisation, le système de saisie de l’environnement a au moins une lentille de champ reliée à l’emballage du capteur, ayant une surface sphérique ou asphérique ou une surface de forme libre qui génère un champ de distorsions réparties dans l’espace comme cela apparaît aux figures 8 à 10.
Selon un autre exemple de réalisation, le système de saisie de l’environnement a un encapsulage de puce de capteur, transparent, fonctionnant comme une lentille de champ et une surface sphérique ou asphérique ou une surface de forme libre ou encore une microstructure générant un champ de distorsions réparties dans l’espace comme le montre la figure 11.
On peut également envisager des combinaisons de plusieurs des éléments cités ci-dessus dans un système optique approprié.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX
12 100 102 104 106 109 110 114 200 202 300 302 400 500 800 Elément hybride ou de forme libre Système de saisie de l’environnement Capteur Surface de saisie Dispositif d’imagerie Pare-brise Elément de lentille de champ Elément de lentille Support de camera Caméra Elément de miroir courbe Support de lentille Support de miroir Microstructure Lentille de champ
802, 804, 806, 808 Zones de distorsions
806, 808 900 1100 1102 1200 1400 1500 1600 1700 Puce de capteur Matériau Glob-Top Substrat de support Image Image symétrique multiforme Image symétrique multiforme Image symétrique multiforme Procédé
1710-1720 Etapes du procédé
1800 1802 1804 1910 1920 1930 1940 Appareil de commande Signal image Signal de commande Premier bloc Second bloc Troisième bloc Quatrième bloc
1950 1960 2000 2002 Cinquième bloc Sixième bloc Scène dans un plan-image Image de la scène

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1°) Système de saisie de l’environnement (100) pour saisir l’environnement d’un véhicule, le système de saisie de l’environnement (100) ayant les caractéristiques suivantes :
    un capteur (102) muni d’une surface photosensible de saisie (104), et un dispositif d’imagerie (106) pour générer une image à distorsion (1400, 1500, 1600) de l’environnement sur la surface de capteur (104), * l’image (1400, 1500, 1600) ayant au moins deux zones de distorsions (802, 804, 806, 808) associées chacune à une autre zone de saisie du système de saisie de l’environnement (100), l’environnement étant représenté à une autre échelle d’image dans les zones de distorsions
  2. 2°) Système de saisie de l’environnement (100) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d’imagerie (106) est réalisé pour modifier les zones de distorsions (802, 804, 806, 808).
  3. 3°) Système de saisie de l’environnement (100) selon la revendication 2, comportant un appareil de commande (1800) réalisé pour modifier les zones de distorsions (802, 804, 806, 808) en commandant le dispositif d’imagerie (106) en utilisant un signal d’image (1802) fourni par le capteur (102) en fonction du contenu d’information respectif des zones de saisie.
  4. 4°) Système de saisie de l’environnement (100) selon Tune des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d’imagerie (106) génère l’image (1400, 1500, 1600) avec des zones de distorsions (802, 804, 806, 808) non symétriques.
  5. 5°) Système de saisie de l’environnement (100) selon Tune des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d’imagerie (106) comporte au moins un élément optique variable (109, 110, 112, 114, 300, 800, 1100), de forme libre et/ou installé sur le pare-brise du véhicule et/ou dont les propriétés optiques peuvent être modifiées, pour générer les zones de distorsions (802, 804, 806, 808).
  6. 6°) Système de saisie de l’environnement (100) selon la revendication 5, dans lequel l’élément optique est un élément de lentille (110, 114, 800, 1100) et/ou un élément de miroir (300) et/ou un élément hybride (112).
  7. 7°) Système de saisie de l’environnement (100) selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel l’élément optique (109, 110, 112, 114 ; 300 ; 800 ; 1100) a une microstructure (500) pour générer des zones de distorsions (802, 804, 806, 808).
  8. 8°) Procédé (1700) pour saisir l’environnement d’un véhicule à l’aide d’un système de saisie de l’environnement (100) selon lequel le système de saisie de l’environnement (100) comporte un capteur (102) avec une surface photosensible de saisie (104) et un dispositif d’imagerie (106), le procédé (1700) comprenant l’étape suivante :
    générer (1710) une image à distorsions (1400, 1500, 1600) de l’environnement sur la surface de capteur (104) à l’aide du dispositif d’imagerie (106), * l’image (1400, 1500, 1600) ayant au moins deux zones de distorsions (802, 804, 806, 808) associées chacune à une autre zone de saisie du système de saisie de l’environnement (100), zones de distorsions dans lesquelles l’environnement est représenté par une image à une autre échelle.
  9. 9°) Système de saisie de l’environnement (100) selon la revendication 8, comprenant l’étape de commande (1720) du dispositif d’imagerie (106) en utilisant un signal d’image (1802) fourni par le capteur (102) pour modifier les zones de distorsions (802, 804, 806, 808) en fonction du contenu d’information respectif des zones de saisie.
  10. 10°) Programme d’ordinateur pour mettre en oeuvre le procédé (1700) selon les revendications 8 ou 9, et support de mémoire lisible par une machine et contenant l’enregistrement du programme d’ordinateur.
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