FR3106904A1 - Procédé de calibration des caractéristiques extrinsèques d’un Lidar - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de calibration d’un Lidar (2), notamment un Lidar longue portée, ayant pour objectif de déterminer les valeurs des paramètres extrinsèques des trois composantes de rotation, l’angle de roulis (roll_L/V), l’angle de tangage (pitch_L/V) et l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère lié au Lidar (RL) et le repère lié au véhicule (RV), à partir d’une série d’images tridimensionnelles d’une mire de calibration (3) positionnée sur un sol plat, lesdites images étant acquises par le Lidar qui est monté sur une zone du véhicule automobile (1) pendant le déplacement du véhicule en direction de la mire. Figure 1
Description
La présente invention concerne un procédé de calibration des caractéristiques extrinsèques d’un système de cartographie par télémétrie laser embarqué dans un véhicule automobile. Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé de calibration des caractéristiques extrinsèques d’un Lidar (acronyme pour «Light Detection and Ranging» en langue anglaise) destiné à être monté sur un véhicule automobile.
De nos jours, il est connu d’équiper un véhicule automobile d’un système d’assistance à la conduite appelée communément ADAS (« Advanced Driver Assistance System » en anglais). Un tel system comprend de manière connue un Lidar, par exemple monté sur le véhicule, qui permet de générer un nuage de points dense représentant l’environnement du véhicule. Ces images tridimensionnelles sont ensuite exploitées par une unité de traitement dans le but d’assister le conducteur, par exemple en détectant un obstacle. Les informations données par les images acquises par le lidar doivent donc être suffisamment fiables et pertinentes pour permettre au système d’assister le conducteur du véhicule.
Pour exploiter les informations contenues dans ces images tridimensionnelles, il est nécessaire de procéder au préalable à l’opération de calibration du lidar pour trouver une relation entre les coordonnées spatiales d’un point de l’espace avec le point associé dans l’image prise par le Lidar ainsi que la relation spatiale entre le Lidar et le véhicule. Cette relation spatiale permettant de passer d’un point du repère associé au véhicule à un point de l’image qui dépend de manière connue de paramètres intrinsèques propres au Lidar et de paramètres extrinsèques.
Les paramètres intrinsèques sont constitués, par exemple par la distance focale, les facteurs d’agrandissement de l’image du Lidar, les facteurs du modèle de distorsion et la position du point central.
Les paramètres extrinsèques sont liés à la position et à l’orientation du Lidar par rapport au véhicule. Ces paramètres comprennent une matrice de rotation représentative de l’orientation du Lidar et le vecteur de translation permettant de passer du repère associé au véhicule au repère associé au Lidar. Les paramètres extrinsèques comprennent donc les trois translations et les trois angles de roulis, de tangage et de lacet (respectivement « roll », « pitch » et « yaw » en anglais) selon un formalisme connu de l’homme du métier.
Il est donc nécessaire de déterminer préalablement les valeurs des paramètres intrinsèques et/ou les valeurs des paramètres extrinsèques qui permettent de compenser à la fois les erreurs de fabrication propres au Lidar et/ou les erreurs de positionnements du Lidar par rapport au véhicule.
En outre, dans le cas où le Lidar est un Lidar longue portée dont le champ de vue est relativement restreint, typiquement de l’ordre de +/- 9° dans la direction horizontale et +/- 4,5° dans la direction verticale et la distance de vue qui peut aller jusqu’à 200 m, les erreurs de positionnement du Lidar sont particulièrement critiques et peuvent avoir un impact direct sur la qualité de détection.
Ainsi, il est essentiel de pouvoir déterminer les valeurs numériques des paramètres extrinsèques afin de pouvoir corriger éventuellement la position du Lidar lors de son montage en usine à la fin du processus de fabrication du véhicule.
La calibration des paramètres extrinsèques est réalisée une première fois en usine à la fin du processus de fabrication du véhicule puis est ensuite généralement répétée postérieurement, par exemple chez un garagiste ou un concessionnaire lors d’une séance de maintenance, afin de compenser uniquement les valeurs des paramètres extrinsèques du Lidar.
Selon une méthode connue, le procédé de calibration consiste à positionner le véhicule devant un support de calibration encore appelé «mire» et à acquérir des images des points de repères de cette mire tout en maintenant le véhicule statique pendant l’acquisition des images. Les images sont ensuite traitées afin de déterminer les valeurs des paramètres extrinsèques.
Un tel support de calibration comporte un repère ou une pluralité de repères de calibration. Dans une première étape, il est nécessaire d’aligner de manière la plus précise possible le véhicule face au support de calibration au moyen d’un système laser afin que leurs référentiels tridimensionnels respectifs soient parallèles de manière à annuler les valeurs de rotations tout en fixant les valeurs de translation dans les trois dimensions entre le véhicule et le support de calibration. Cet alignement doit être réalisé de sorte que l’erreur d’alignement soit inférieure à la tolérance de calibration. Ensuite, le Lidar acquiert au moins une image du support de calibration dans son ensemble afin de déterminer les valeurs de rotation et de translation entre le Lidar et les repères de calibration du support de calibration. Enfin, connaissant les valeurs de rotation et de translation entre le véhicule et le support de calibration et d’autre part les valeurs de rotation et de translation entre le Lidar et les repères du support de calibration, on en déduit les valeurs des paramètres extrinsèques de calibration du Lidar qui sont ensuite stockées et utilisées par le système d’assistance à la conduite du véhicule afin de compenser en permanence le Lidar lors de son utilisation.
Une telle méthode impose donc un alignement précis du véhicule face au support de calibration ou une mesure de la position du support de calibration par rapport au véhicule, ce qui nécessite du temps et des moyens de mise en œuvre onéreux tels qu’une plateforme d’alignement spécifique, des lasers. Le fait d’utiliser une plateforme d’alignement spécifique impose à déplacer le véhicule en dehors de la ligne de production, ce qui conduit à augmenter les coûts de mise en œuvre.
Par conséquent il existe donc un besoin d’un procédé de détermination des valeurs des paramètres extrinsèques à la fois facile et rapide à mettre en œuvre, et sans ajout de contrainte coûteuse de mise en œuvre, tout ayant une calibration extrinsèque fiable du Lidar de sorte que les informations données par les images acquises par le Lidar soient suffisamment fiables et pertinentes pour permettre au système d’assister le conducteur du véhicule.
En particulier, la solution proposée permet de s’affranchir des contraintes techniques couteuses telles que l’utilisation d’un système laser pour réaliser un alignement précis entre le véhicule et le support de calibration ou une mesure de la position du support de calibration par rapport au véhicule.
A cette fin, l’invention a pour objet un procédé de calibration d’un Lidar, à partir d’une mire de calibration, ledit Lidar étant monté sur une zone du véhicule automobile, en vue d’acquérir des images tridimensionnelles de la mire positionnée sur un sol plat, ladite calibration comprenant la détermination des valeurs des paramètres extrinsèques des trois composantes de rotation comprenant l’angle de roulis (roll_L/V), l’angle de tangage (pitch_L/V) et l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère lié au Lidar (RL) et le repère lié au véhicule (RV), le procédé de calibration comprenant les étapes suivantes :
- dans une étape (E1), positionner la mire sur le sol plat, ladite mire comprenant au moins trois points de repères non colinéaires, lesdits points de repères étant agencés dans un repère associé à la mire (RM) ;
- dans une étape (E2), déplacer le véhicule selon une trajectoire sensiblement rectiligne en direction de la mire et capturer simultanément au moyen dudit Lidar une série d’images des points de repères ;
- dans une étape (E3), déterminer une valeur des trois composantes de translation et une valeur des angles de roulis (roll_L/M), de tangage (pitch_L/M) et de lacet (Yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- dans une étape (E4), construire la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire à partir d’un ensemble de valeurs des trois composantes de translation déterminées à l’étape (E3) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) ;
- dans une étape (E5), déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule (RV) et le repère associé à la mire (RM) à partir de la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire (RM) ;
- dans une étape (E6), déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV) à partir de la différence entre la valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) déterminée à l’étape (E5) et la valeur de l’angle de lacet (yaw_L/M) déterminée à l’étape (E3) à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- dans une étape (E7), déduire les valeurs des trois composantes de rotation de l’angle de roulis (roll_L/V), de l’angle de tangage (pitch_L/V) et de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV).
- dans une étape (E1), positionner la mire sur le sol plat, ladite mire comprenant au moins trois points de repères non colinéaires, lesdits points de repères étant agencés dans un repère associé à la mire (RM) ;
- dans une étape (E2), déplacer le véhicule selon une trajectoire sensiblement rectiligne en direction de la mire et capturer simultanément au moyen dudit Lidar une série d’images des points de repères ;
- dans une étape (E3), déterminer une valeur des trois composantes de translation et une valeur des angles de roulis (roll_L/M), de tangage (pitch_L/M) et de lacet (Yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- dans une étape (E4), construire la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire à partir d’un ensemble de valeurs des trois composantes de translation déterminées à l’étape (E3) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) ;
- dans une étape (E5), déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule (RV) et le repère associé à la mire (RM) à partir de la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire (RM) ;
- dans une étape (E6), déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV) à partir de la différence entre la valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) déterminée à l’étape (E5) et la valeur de l’angle de lacet (yaw_L/M) déterminée à l’étape (E3) à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- dans une étape (E7), déduire les valeurs des trois composantes de rotation de l’angle de roulis (roll_L/V), de l’angle de tangage (pitch_L/V) et de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV).
De préférence, le véhicule est positionné à une distance initiale de la mire de calibration supérieure ou égale à un seuil de distance prédéterminé Dmin.
De préférence, la distance longitudinale LXentre deux points de repère et la distance latérale LYentre deux points de repère est égale ou supérieure respectivement à un seuil de distance prédéfini par la résolution dudit Lidar.
De préférence, le Lidar est monté à l’avant, à l’arrière ou sur le côté du véhicule, et la mire est positionnée sur le sol plat de sorte qu’elle soit dans le champ de vision du Lidar.
Selon un aspect de l’invention, il est proposé un dispositif de calibration d’un Lidar, tel qu’un Lidar à partir d’une mire de calibration, ledit Lidar étant monté sur une zone du véhicule automobile, en vue d’acquérir des images tridimensionnelles de la mire positionnée sur un sol plat, ladite calibration comprenant la détermination des valeurs des paramètres extrinsèques des trois composantes de rotation comprenant l’angle de roulis (roll_L/V), l’angle de tangage (pitch_L/V) et l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère lié au Lidar (RL) et le repère lié au véhicule (RV), ledit dispositif comprenant :
- une mire de calibration positionnée sur un sol plat, ladite mire comprenant au moins trois points de repères non colinéaires ;
- un Lidar apte à être monté sur un véhicule et configuré pour générer une série d’images tridimensionnelles de la mire pendant un déplacement rectiligne dudit véhicule sur la portion de sol plat en direction de la mire;
- une unité de traitement configurée pour :
- capturer au moyen dudit du Lidar une série d’images des points de repères pendant le déplacement du véhicule selon une trajectoire sensiblement rectiligne en direction de la mire ;
- déterminer une valeur des trois composantes de translation et une valeur des angles de roulis (roll_L/M), de tangage (pitch_L/M) et de lacet (yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- construire la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire à partir d’un ensemble de valeurs des trois composantes de translation déterminées entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) ;
- déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule (RV) et le repère associé à la mire (RM) à partir de la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire (RM) ;
- déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV) à partir de la différence entre la valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule et le repère associé à la mire et la valeur de l’angle de lacet (yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar et le repère associé à la mire déterminée à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- déduire des valeurs des trois composantes de rotation de l’angle de roulis (roll_L/V), de l’angle de tangage (pitch_L/V) et de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV).
- une mire de calibration positionnée sur un sol plat, ladite mire comprenant au moins trois points de repères non colinéaires ;
- un Lidar apte à être monté sur un véhicule et configuré pour générer une série d’images tridimensionnelles de la mire pendant un déplacement rectiligne dudit véhicule sur la portion de sol plat en direction de la mire;
- une unité de traitement configurée pour :
- capturer au moyen dudit du Lidar une série d’images des points de repères pendant le déplacement du véhicule selon une trajectoire sensiblement rectiligne en direction de la mire ;
- déterminer une valeur des trois composantes de translation et une valeur des angles de roulis (roll_L/M), de tangage (pitch_L/M) et de lacet (yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- construire la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire à partir d’un ensemble de valeurs des trois composantes de translation déterminées entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) ;
- déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule (RV) et le repère associé à la mire (RM) à partir de la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire (RM) ;
- déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV) à partir de la différence entre la valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule et le repère associé à la mire et la valeur de l’angle de lacet (yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar et le repère associé à la mire déterminée à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- déduire des valeurs des trois composantes de rotation de l’angle de roulis (roll_L/V), de l’angle de tangage (pitch_L/V) et de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV).
Selon un autre aspect, il est proposé un véhicule automobile comprenant un dispositif de calibration d’un Lidar tel que défini ci-dessus.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels:
Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
L’invention va maintenant être décrite en référence aux figures 1 à 5.
En référence à la figure 1, le dispositif de calibration 10 comprend un Lidar2 positionné ici sur la figure 1 à l’avant du véhicule, au niveau du pare-chocs et une unité de traitement 4 configurée pour traiter des images tridimensionnelles enregistrées par le Lidar et pour déterminer les paramètres extrinsèques de calibration du Lidar. Dans une autre forme de réalisation, le Lidar peut également être positionné à l’arrière du véhicule. Selon une autre forme de réalisation, le Lidar peut être également monté sur le côté du véhicule.
Le dispositif de calibration 10 est destiné à être utilisé dans un système d’aide à la conduite monté dans le véhicule afin d’assister le conducteur dans sa conduite. Le dispositif 10 de la présente divulgation permet de déterminer les paramètres extrinsèques de calibration du Lidar, à savoir les trois composantes de rotation, l’angle de roulis, de tangage et de lacet du Lidar par rapport au véhicule.
Ces paramètres sont utilisés pour améliorer l’interprétation des images tridimensionnelles acquises par le Lidar et permettent ainsi d’assister la conduite de manière plus faible et plus efficace.
Selon la présente divulgation, les paramètres extrinsèques déterminés par le dispositif de calibration 10 peuvent également être utilisés pour ajuster le positionnement du Lidar par rapport au véhicule en usine à la fin du processus de fabrication du véhicule de sorte qu’il puisse remplir les critères d’un fonctionnement optimal. A titre d’exemple, dans le cas d’un Lidar longue portée, le fonctionnement optimal correspond à une détection d’un objet situé à une distance de 200 m et dans un champ de vue de ± 10°.
De manière générale, le Lidar est monté dans le pare-chocs du véhicule de manière à observer la route sur laquelle roule le véhicule ainsi que l’environnement du véhicule situé dans le champ de vision du Lidar.
De préférence, l’unité de traitement 4 et le Lidar 2 sont mis en œuvre par une même entité physique. En variante et comme l’illustre la figure 1, ils peuvent être chacun constitué par une entité physique distincte, reliées entre elles par un lien filaire ou un réseau de communication.
En outre, le dispositif de calibration comprend une mire 3 qui est positionnée sur le sol plat de manière à être dans le champ de visée du Lidar. Selon l’exemple illustré sur les figures 1 à 3, le Lidar étant à l’avant du véhicule, la mire est positionnée à l’avant du véhicule sur le sol, et agencée de façon que la mire s’étende dans un plan horizontal (XM, YM) formant un repère orthonormé.
Dans le cadre du procédé, un repère lié à la mire, appelé ici repère mire Rm est défini par trois axes XM, YMet ZM. Lors du positionnement de la mire devant le véhicule, les axes de la mire sont pratiquement alignés à quelques degrés de près par rapport aux axes du repère associé au véhicule défini ci-dessous. Après avoir positionné la mire devant le véhicule, l’axe ZMde la mire et l’axe ZVdu véhicule sont parallèles.
La mire comprend un réseau d’au moins trois points de repère 5 disposés à intervalles réguliers alignés suivant l’axe (XM) et suivant l’axe (YM), dans le repère associé à la mire.
Selon une forme de réalisation, la distance longitudinale LXentre deux points de repère suivant l’axe (XM) et la distance latérale LYentre deux points de repère suivant l’axe (Y) sont égales ou supérieures respectivement à un seuil de distance prédéfini selon la résolution du dispositif d’imagerie. A titre d’exemple, la distance latérale LYentre deux points est de 0,5m et la distance longitudinale LXentre deux points est de 1,5m.
La mire de calibration est positionnée à une distance initiale D par rapport à l’avant du véhicule qui est égale ou supérieure à un seuil de distance prédéterminé Dmin. Ce seuil de distance est déterminé de sorte que le point de la mire le plus proche du véhicule soit dans le champ de vue du Lidar. A titre d’exemple, la valeur de ce seuil de distance varie entre 4,2 m et 12,5 m lorsque le lidar est pivoté verticalement d’un angle de 4,5° et positionné à une hauteur de 0,5 m par rapport au sol.
La mire 3 reste fixe pendant la durée de la calibration du Lidar 2.
Comme l’illustre la figure 2, un repère est également lié au véhicule Rv, appelé ici repère véhicule qui est défini par trois axes Xv, Yv et Zv. Par convention, l’axe Xv correspond à la direction horizontale longitudinale du véhicule orienté vers l’avant du véhicule, l’axe Yv correspond à la direction horizontale transversale du véhicule et un troisième axe Zv correspond à la direction verticale du véhicule. Les axes Xv, Yv et Zv ont par convention pour origine le sol.
Un repère RLpropre au Lidar, appelé repère Lidar est défini par trois axes XL, YLet ZL. L’axe XLest l’axe optique du Lidar et est pratiquement parallèle à l’axe Xv. L’axe YLest pratiquement parallèle à l’axe Yv et l’axe ZLest pratiquement parallèle à l’axe ZV. De manière générale, dans le cadre de la présente divulgation, cette condition d’alignement n’est pas nécessaire, il suffit de positionner le Lidar par rapport au véhicule de sorte que la mire soit dans le champ de vue du Lidar.
Le procédé selon la présente divulgation a pour objectif de déterminer les trois angles de rotation permettant de passer du repère Lidar RLau repère véhicule RV. Les angles de rotation comprennent donc l’angle de roulis, l’angle de tangage et l’angle de lacet qui correspondent respectivement à l’angle de rotation autour de l’axe X, l’angle de rotation autour de l’axe Y et l’angle de rotation autour de l’axe Z.
De manière connue, le Lidar est monté sur un support comprenant un axe motorisé pour faire pivoter verticalement suivant l’axe YLla direction d’acquisition d’images du lidar.
Le Lidar est configuré pour générer une série d’images de la mire de calibration, notamment pendant un déplacement rectiligne du véhicule sur une portion de sol plat en direction de la mire. Une série d’images comprend donc une succession d’images acquises par le Lidar tout en faisant déplacer le véhicule suivant un mouvement rectiligne.
La série d’images comprend par exemple une première image prise à l’instant t par le Lidar après un premier déplacement du véhicule, une deuxième image prise à l’instant t+1 par le Lidar après un deuxième déplacement du véhicule.
L’unité de traitement 4 est configurée pour recevoir une série d’images de la mire 3 du véhicule acquises par le Lidar et pour déterminer les paramètres extrinsèques de calibration du Lidar. L’unité de traitement est configurée pour déterminer à partir d’au moins deux images extraites de la série d’images les valeurs des paramètres extrinsèques des trois composantes de rotation, à savoir l’angle de roulis (roll_L/V), l’angle de tangage (pitch_L/V) et l’angle de lacet (yaw_L/V) pour passer du repère Lidar (RL) au repère lié au véhicule (RV).
L’unité de traitement est configurée pour déterminer les valeurs des trois composantes de translation et les valeurs des angles de roulis (roll_L/M), de tangage (pitch_L/M) et de lacet (yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) pour chacune des images extraites de la série d’images de la mire de calibration. Ces valeurs sont déterminées selon une méthode de minimisation.
La méthode de détermination des valeurs comprend les étapes suivantes:
- extraire d’une image les points de repère5;
- déterminer la position 3D de chaque point de repère par rapport une référence mire dans le repère mire, à titre d’exemple le point 0 qui est le premier ;
- faire évoluer les paramètres extrinsèques de la projection de sorte que la position 3D de chaque point de repère se rapproche de la position 2D des points extraits par une méthode de minimisation de l’erreur de projection.
- extraire d’une image les points de repère5;
- déterminer la position 3D de chaque point de repère par rapport une référence mire dans le repère mire, à titre d’exemple le point 0 qui est le premier ;
- faire évoluer les paramètres extrinsèques de la projection de sorte que la position 3D de chaque point de repère se rapproche de la position 2D des points extraits par une méthode de minimisation de l’erreur de projection.
Les paramètres sont déterminés à partir d’un algorithme de descente de gradient de type Levenberg.
En se basant sur l’hypothèse que le véhicule est déplacé selon une trajectoire rectiligne et sur un sol plat, l’angle de roulis (roll_L/M) entre le repère Lidar et le repère mire et l’angle de roulis (roll_L/V) entre le repère lidar et le repère véhicule ont la même valeur. De même l’angle de tangage (pitch_L/M) entre le repère Lidar et le repère mire et l’angle de tangage (pitch_L/V) entre le repère Lidar et le repère véhicule ont la même valeur. Il est noté ici que le déplacement rectiligne du véhicule en direction de la mire ne signifie pas forcément que le déplacement du véhicule est parallèle à un alignement de points de repère 5 de la mire.
L’unité de traitement 4 est configurée pour construire la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire (RM) à partir d’un ensemble de valeurs des trois composantes de translation déterminées pour passer du repère associé au lidar (RL) au repère associé à la mire (RM). Une régression linéaire 3D a été utilisée.
La figure 4 illustre un exemple d’une droite représentative de la trajectoire du véhicule dans le repère mire. En abscisse sont représentées les coordonnées transversales Y et en ordonnée sont représentées les coordonnées longitudinales X. Les différents points représentent les positions relevées du véhicule à différents instants. Il est ainsi possible de déduire l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère véhicule et le repère mire. Cette déduction est basée sur le fait que quand le véhicule a un mouvement rectiligne droit, la direction du mouvement est colinéaire à l’axe XV. Ainsi, l’angle de lacet entre l’axe XMet la trajectoire du véhicule correspond à l’angle de lacet entre l’axe XMet l’axe XV.
Cet angle est également représenté sur la figure 3 qui illustre la position du véhicule dans le repère mire à deux instants pendant son déplacement selon une trajectoire rectiligne. C’est l’angle entre la droite (d1) parallèle à l’axe longitudinale (XM) du repère mire et la droite (d2) représentative de la direction de déplacement du véhicule qui est parallèle à l’axe XV.
L’unité de traitement 4 peut ensuite déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV) à partir de la différence entre la valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère véhicule et le repère mire et la valeur de l’angle de lacet (yaw_L/M) entre le repère Lidar et le repère mire. La valeur de l’angle de lacet (yaw_L/M) entre le repère Lidar et le repère mire est déterminée à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de la série d’images acquises par le Lidar.
Selon une forme de réalisation avantageuse, il est possible d’obtenir une valeur moyenne de l’angle de lacet (yaw_L/M) entre le repère Lidar et le repère mire à partir d’un ensemble d’images extraites de la série d’images afin d’améliorer la précision de la valeur.
De manière similaire, il est également possible d’obtenir une valeur moyenne de l’angle de tangage et de l’angle de roulis entre le repère Lidar et le repère véhicule à partir d’un ensemble d’images extraites de de la série d’image afin d’améliorer la précision de ces valeurs.
Ainsi, en déterminant au préalable les trois translations et les trois rotations permettant de passer du repère Lidar au repère mire pour chacune des images extraites d’une série d’images prises par le Lidar et en connaissant la trajectoire du véhicule dans le repère mire, l’unité de traitement permet de déduire les valeurs des trois composantes de rotation de l’angle de roulis (roll_L/V), de l’angle de tangage (pitch_L/V) et de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV).
L’invention va maintenant être décrite dans sa mise en œuvre.
Dans une première étape E1, on positionne la mire de calibration devant le véhicule. A titre d’exemple, la mire de calibration est positionnée au bout de la ligne de production du véhicule sur un sol plat.
Le positionnement de la mire est réalisé de sorte que le repère véhicule est sensiblement aligné par rapport au repère mire comme l’illustre la figure 1 et que la mire est dans le champ de visée du Lidar.
Dans une étape E2, le véhicule 1 se déplace selon une trajectoire rectiligne sur une portion de sol plat en direction de la mire selon l’axe (XM) et le Lidar capture simultanément une série d’images des points de repère de la mire.
Dans une étape E3, on détermine selon une méthode connue de minimisation à partir d’une image les valeurs des trois composantes de translation et les valeurs de rotation des angles de roulis (roll_L/M), de tangage (pitch_L/M) et de lacet (yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM).
Dans le cadre de la présente divulgation, on fait l’hypothèse que le véhicule se déplace selon une trajectoire rectiligne sur un sol plat. Ainsi, les valeurs des angles de rotations déterminées entre le repère Lidar et le repère mire sont constantes. Du fait de la planéité du sol, les valeurs des angles de rotation de tangage et de roulis entre le repère Lidar et le repère mire sont également celles des angles de rotation de tangage et de roulis entre le repère Lidar et le repère véhicule.
Selon une forme de réalisation, l’étape E3 est réalisée uniquement pour une image extraite de ladite série d’images. Ainsi, cette image peut être l’image acquise par le véhicule dans sa position initiale située à une distance D supérieure ou égale à Dminpar rapport au véhicule.
Selon une autre forme de réalisation, l’étape E3 est répétée et réalisée pour chacune des images extraites de ladite série d’images. On obtient alors un ensemble de valeurs des trois translations et des trois rotations. A partir de cet ensemble de valeurs, il est donc possible de calculer la moyenne des valeurs des trois angles de rotation.
Dans une étape E4, on construit la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire à partir d’un ensemble de valeurs des trois composantes de translation déterminées entre le repère Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) déterminés à l’étape de E3 à partir d’au moins deux images. Cette trajectoire est représentée à travers un ensemble de points représentatifs des positions du véhicule lors de son déplacement dans le repère mire comme l’illustre la figure 4.
Dans une étape E5, on détermine une valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule (RV) et le repère associé à la mire (RM) à partir de la trajectoire du véhicule construite à l’étape E4.
Puis dans une étape E6, on détermine une valeur de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV) à partir de la différence entre la valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) déterminée à l’étape (E5) et une valeur de l’angle de lacet (yaw_L/M) déterminée à l’étape (E3) pour chacune des images extraites de ladite série d’images ;
Enfin, dans une étape E7, on déduit des valeurs des trois composants de rotation de l’angle de roulis (roll_L/V), de l’angle de tangage (pitch_L/V) et de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV).
Les valeurs des trois composantes de rotation traduisent un désalignement entre le repère lidar et le repère véhicule. La connaissance de ces valeurs permet d’ajuster le positionnement du lidar par rapport au véhicule.
Le procédé de calibration peut avantageusement être réalisé en usine, au bout de la ligne de production en faisant déplacer le véhicule en direction de la mire seulement sur quelques mètres.
L’invention permet de déterminer les paramètres extrinsèques d’un lidar rapidement au moyen d’une mire, aisément et fiable. La mise en œuvre du procédé de calibration ne nécessite pas l’utilisation d’un système laser pour réaliser un alignement précis entre le véhicule et la mire ou une mesure de la position de la mire par rapport au véhicule.
L’invention peut trouver à s’appliquer notamment dans un système d’assistance à la conduite d’un véhicule automobile. Il est également applicable avantageusement à la calibration d’une caméra ou d’un lidar.
Claims (6)
- Procédé de calibration d’un Lidar (2), à partir d’une mire de calibration (3), ledit Lidar étant monté sur une zone du véhicule automobile (1), en vue d’acquérir des images tridimensionnelles de la mire positionnée sur un sol plat, ladite calibration comprenant la détermination des valeurs des paramètres extrinsèques des trois composantes de rotation comprenant l’angle de roulis (roll_L/V), l’angle de tangage (pitch_L/V) et l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère lié au Lidar (RL) et le repère lié au véhicule (RV), le procédé de calibration comprenant les étapes suivantes:
- dans une étape (E1), positionner la mire sur le sol plat, ladite mire comprenant au moins trois points de repères non colinéaires (5) agencés dans un repère associé à la mire (RM);
- dans une étape (E2), déplacer le véhicule selon une trajectoire sensiblement rectiligne en direction de la mire et capturer simultanément au moyen dudit Lidar une série d’images des points de repères ;
- dans une étape (E3), déterminer une valeur des trois composantes de translation et une valeur des angles de roulis (roll_L/M), de tangage (pitch_L/M) et de lacet (Yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images;
- dans une étape (E4), construire la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire à partir d’un ensemble de valeurs des trois composantes de translation déterminées à l’étape (E3) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM);
- dans une étape (E5), déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule (RV) et le repère associé à la mire (RM) à partir de la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire (RM);
- dans une étape (E6), déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV) à partir de la différence entre la valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) déterminée à l’étape (E5) et la valeur de l’angle de lacet (yaw_L/M) déterminée à l’étape (E3) à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- dans une étape (E7), déduire les valeurs des trois composantes de rotation de l’angle de roulis (roll_L/V), de l’angle de tangage (pitch_L/V) et de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV). - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le véhicule est positionné à une distance initiale de la mire de calibration supérieure ou égale à un seuil de distance prédéterminé Dmin.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la distance longitudinale LXentre deux points de repère et la distance latérale LYentre deux points de repère est égale ou supérieure respectivement à un seuil de distance prédéfini par la résolution dudit Lidar.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le Lidar (2) est monté à l’avant, à l’arrière ou sur le côté du véhicule, et la mire (3) est positionnée sur le sol plat de sorte qu’elle soit dans le champ de vision du Lidar.
- Dispositif de calibration (10) d’un Lidar (2), tel qu’un Lidar à partir d’une mire de calibration (3), ledit Lidar étant monté sur une zone du véhicule automobile (1), en vue d’acquérir des images tridimensionnelles de la mire positionnée sur un sol plat, ladite calibration comprenant la détermination des valeurs des paramètres extrinsèques des trois composantes de rotation comprenant l’angle de roulis (roll_L/V), l’angle de tangage (pitch_L/V) et l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère lié au Lidar (RL) et le repère lié au véhicule (RV), ledit dispositif comprenant :
- une mire de calibration (3) positionnée sur le sol plat, ladite mire comprenant au moins trois points de repères non colinéaires (5) ;
- un Lidar (2) apte à être monté sur un véhicule et configuré pour générer une série d’images tridimensionnelles de la mire pendant un déplacement rectiligne dudit véhicule sur le sol platen direction de la mire;
- une unité de traitement (4) configurée pour:
- capturer au moyen dudit du Lidar une série d’images des points de repères pendant le déplacement du véhicule selon une trajectoire sensiblement rectiligne en direction de la mire ;
- déterminer une valeur des trois composantes de translation et une valeur des angles de roulis (roll_L/M), de tangage (pitch_L/M) et de lacet (yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- construire la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire à partir d’un ensemble de valeurs des trois composantes de translation déterminées entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) ;
- déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule (RV) et le repère associé à la mire (RM) à partir de la trajectoire du véhicule dans le repère associé à la mire (RM) ;
- déterminer une valeur de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV) à partir de la différence entre la valeur de l’angle de lacet (yaw_V/M) entre le repère associé au véhicule (RV) et le repère associé à la mire (RM) et la valeur de l’angle de lacet (yaw_L/M) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé à la mire (RM) déterminée à partir d’une image ou un ensemble d’images extraites de ladite série d’images ;
- déduire des valeurs des trois composantes de rotation de l’angle de roulis (roll_L/V), de l’angle de tangage (pitch_L/V) et de l’angle de lacet (yaw_L/V) entre le repère associé au Lidar (RL) et le repère associé au véhicule (RV). - Véhicule automobile (1) comprenant un dispositif de calibration selon la revendication 5.
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