FR3118803A1 - Dispositif d’estimation de distance à une surface et de longueur parcourue. - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue caractérisé en ce qu’il comprend : un actionneur linéaire (2) mobile en translation suivant un axe d’allongement (Z),au moins un capteur de flux optique (3) relié à une extrémité de l’actionneur linéaire (2), l’au moins un capteur de flux optique (3) étant apte à détecter un flux optique (31) sur le plan de référence (P) sécant à l’axe d’allongement (Z), une unité de mesure (4) de la distance, relié à l’au moins un capteur de flux optique (3), apte à estimer une distance entre le plan de référence (P) et un repère (O) du dispositif d’estimation (1) de distance et de longueur parcourue à partir du flux optique (31), l’au moins un capteur de flux optique (3) étant apte à effectuer au moins une oscillation suivant l’axe d’allongement (Z) en conséquence d’une translation de l’actionneur linéaire (2). Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention concerne le domaine des commandes de vol permettant de gérer de manière appropriée l’altitude de vol des objets volants et particulièrement des objets volants sans pilote. Plus précisément, l’invention a trait à un dispositif et un procédé permettant d’estimer la distance entre un objet volant et le sol ou une quelconque surface comportant des éléments architecturaux et ainsi permettant d’estimer la longueur parcourue par l’objet volant. Néanmoins, l’invention trouve une application dans tous les domaines nécessitant une estimation d’une distance à une surface et/ou d’une distance parcourue entre un objet en mouvement et une surface, comme par exemple, le domaine automobile.
Traditionnellement, pour acquérir les informations de position d’un objet volant en mouvement, l’instrument de mesure de la position en temps réel est un instrument de géolocalisation GPS et/ou un instrument de mesure de la distance par rapport à une surface telle que le sol comme par exemple un laser miniature du type Time-Of-Flight. Ainsi, afin de répondre à une nécessité de pouvoir se positionner dans l’espace aérien, la géolocalisation basée sur ces types d’instruments s’est largement répandue dans le domaine de l’aéronautique.
De plus, la réduction de la taille et du poids de l’instrumentation liée à la mesure de l’altitude par le GPS ou de distance par rapport au sol par Laser Time-Of-Flight, couplée à l’amélioration de la précision de ces instruments de géolocalisation, a permis de faciliter l’installation de ce genre de composants dans les objets volants. Ainsi, aujourd’hui, chaque avion, ou plus globalement chaque aéronef, comprend ces instruments de géolocalisation compacts et fiables basés sur le GPS.
Néanmoins, introduire des instruments de géolocalisation basés sur le GPS ou la technologie des lasers miniatures dans des aéronefs sans pilotes, ou drones, comporte des inconvénients. En effet, bien que ces instruments de mesure de l’altitude puissent mesurer une coordonnée géocentrique, cette mesure peut parfois manquer de précision. Par exemple, si un récepteur GPS utilise de mauvaises informations, l’altitude ou la distance au sol calculée peut alors dévier de plusieurs mètres par rapport à aux valeurs réelles amenant potentiellement à des situations de danger dans certains cas précis.
De plus, une surface au sol survolée par un aéronef n'est pas nécessairement plate. La précision de la mesure dépend aussi beaucoup de la structure du sol et des éléments architecturaux présents au sol. Le système de géolocalisation GPS est un système à grande échelle capable de détecter les variations macroscopiques de dénivelé du sol mais il n’est pas forcément adapté dans des environnements plus petits. Typiquement, les instruments de mesure de la position GPS ne sont parfois pas adaptés aux zones boisées où la cime des arbres peut varier ou encore pour des zones intérieures (cavernes, bâtiments etc…) où le détail du dénivelé est très important pour un drone survolant ces zones. Ainsi, l’altitude de ces drones doit être contrôlée en fonction du dénivelé de la surface ou du sol, des structures architecturales et des structures du bâtiment lorsqu'il y a ondulation du sol ou de la surface, des structures architecturales et/ou des structures du bâtiment.
Par conséquent, pour améliorer la précision de la mesure d’altitude, un autre instrument de mesure de la hauteur par rapport à la surface ou au sol doit être utilisé. Cet instrument doit être compact et léger afin de ne pas impacter trop négativement le drone l’accueillant. Il existe un besoin pour un instrument qui puisse, en outre, permettre d’estimer la longueur parcourue par le drone survolant le sol ou la surface ou les structures architecturales.
L’invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un dispositif compact et léger permettant de mesurer facilement et avec une grande précision la distance au sol d’un aéronef par l’intermédiaire d’un flux optique perçu grâce au mouvement actionné de translation d’un capteur de flux optique. Le dispositif permet de calculer en temps réel l’altitude de l’objet volant et peut aussi déterminer la longueur parcourue par l’objet volant. De cette manière, il est possible, grâce au dispositif d’estimation de la distance au sol et de la longueur parcourue par l’aéronef, de contrôler de manière appropriée l’altitude et le comportement de ce dernier. De plus, le dispositif d'estimation, selon l’invention, présente l’avantage d’être un dispositif non émissif car les capteurs de flux optiques permettent de percevoir optiquement un mouvement apparent de l’environnement dû au mouvement du dispositif lui-même et/ou du véhicule auquel il est fixé.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif d’estimation de distance à un plan de référence et de longueur parcourue caractérisé en ce qu’il comprend :
- un actionneur linéaire mobile en translation suivant un axe d’allongement,
- au moins un capteur de flux optique relié à une extrémité de l’actionneur linéaire, l’au moins un capteur de flux optique étant apte à détecter un flux optique sur le plan de référence sécant à l’axe d’allongement,
- une unité de mesure de la distance, relié à l’au moins un capteur de flux optique, apte à estimer une distance entre le plan de référence et un repère du dispositif d’estimation de distance et de longueur parcourue à partir du flux optique,
Selon un aspect de l’invention, le dispositif d’estimation de distance au plan de référence et de longueur parcourue comprend une unité de contrôle de l’oscillation de l’au moins un capteur de flux optique. L’unité de contrôle de l’oscillation de l’au moins un capteur de flux optique module l’oscillation de l’au moins un capteur de flux optique en fréquence et en amplitude.
Selon un aspect de l’invention, l’unité de mesure est configurée pour détecter au moins une expansion du flux optique et au moins une contraction du flux optique et/ou un flux optique de translation.
Selon un aspect de l’invention, l’unité de mesure est apte à estimer une longueur parcourue à partir de la distance entre le plan de référence et le repère du dispositif d’estimation de distance et de longueur parcourue et du flux optique de translation.
Selon un aspect de l’invention, l’au moins un capteur de flux optique oscille d’une « position rétractée » dans laquelle une longueur d’allongement de l’actionneur linéaire est minimale à une « position allongée » dans laquelle la longueur d’allongement de l’actionneur linéaire est maximale et vice versa, l’oscillation étant une oscillation linéaire.
Selon un aspect de l’invention, l’oscillation de l’au moins un capteur de flux optique de la « position rétractée » à la « position allongée » et vice versa est une oscillation saccadée.
Selon un aspect de l’invention, l’au moins un capteur de flux optique est une caméra.
Selon un aspect de l’invention, le dispositif d’estimation de distance au plan de référence et de longueur parcourue comporte un accéléromètre relié à l’unité de mesure de la distance.
Selon un aspect de l’invention, un aéronef comprenant le dispositif d’estimation de distance au plan de référence et de longueur parcourue de l’aéronef.
Un autre objet de l’invention, le procédé d’estimation de distance au plan de référence et de longueur parcourue pour un aéronef comprenant les étapes suivantes :
- Oscillation de l’actionneur linéaire et de l’au moins un capteur de flux optique de la « position rétractée » à la « position allongée » et vice versa,
- Mesure d’un flux optique de divergence par l’unité de mesure,
- Estimation d’une distance au solhà partir du flux optique de divergence,
Selon un aspect de l’invention, le procédé d’estimation comprend les étapes supplémentaires suivantes :
- Mesure d’un flux optique de translation par l’unité de mesure à la suite de l’étape d’estimation de la distance au solh,
- Estimation d’une longueur parcourue de l’aéronef en fonction de la distance au sol h et du flux optique de translation, à la suite de l’étape de mesure du flux optique de translation.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
En situation de vol à basse altitude, un aéronef peut avoir besoin de mesures précises liées à son altitude, comme la distance par rapport au sol ou par rapport à des éléments architecturaux présents dans l’environnement, que ne peuvent pas nécessairement fournir avec précision les instruments GPS. Les figures 1 et 2 représentent de manière schématisée un dispositif d’estimation 1 de cette distance par rapport au sol ou par rapport aux éléments architecturaux présents dans l’environnement qu’un aéronef survole à basse altitude. Ce dispositif d’estimation 1 est compact et léger, ce qui permet son installation pour tous les types d’aéronefs, mêmes les plus légers où le poids représente un facteur de décision important.
Le dispositif d’estimation 1 d’une distance au sol ou par rapport à des éléments architecturaux comprend :
- un actionneur linéaire 2 mobile en translation suivant un axe d’allongement Z,
- au moins un capteur de flux optique 3 relié à une extrémité 21 de l’actionneur linéaire 2. L’au moins un capteur de flux optique 3 est apte à détecter un flux optique 31 sur un plan de référence P sécant à l’axe d’allongement Z. A titre d’exemple préférentiel, l’au moins un capteur de flux optique 3 peut être une caméra 3. Néanmoins, l’au moins un capteur de flux optique 3 peut aussi être représenté par n’importe quel type de détecteur de flux optique capable de détecter le flux optique 31 sur le plan de référence P. En effet, la caméra 3 est capable de percevoir la divergence du flux optique 31 au niveau de la surface du plan de référence P. Le plan de référence P fait donc face à la caméra 3 et représente, de manière générale, la surface du sol ou une surface faisant face à la caméra 3 du dispositif d’estimation 1 et comprenant des éléments architecturaux. Le flux optique 31 est perçu sur le plan de référence P, lui-même sécant à l’axe d’allongement Z du flux optique 31. Suivant certains cas d’application, il peut aussi être envisagé que le plan de référence P soit perpendiculaire au flux optique 31 et à l’axe d’allongement Z du flux optique 31. Néanmoins, pour un exemple d’application dans le domaine de l’automobile par exemple, voire d’application dans le domaine de l’aéronautique, il peut être envisagé que le plan de référence P représente une surface différente du sol telle qu’un mur. Ce cas d’application permet, entre autre, d’identifier des obstacles environnants et d’estimer la distance par rapport à ces obstacles,
- une unité de mesure 4 de la distance, relié à la caméra 3, apte à estimer une distance entre le plan de référence P et un repère O du dispositif d’estimation 1 de distance et de longueur parcourue à partir du flux optique 31. Le repère O peut représenter un point aléatoire du dispositif d’estimation 1 comme par exemple le point où est installée la caméra 3 mais peut être préférentiellement une référence importante pour l’aéronef comme le barycentre de l’aéronef.
Le capteur de flux optique ou la camera 3 est apte à effectuer au moins une oscillation suivant l’axe d’allongement Z en conséquence d’une translation de l’actionneur linéaire 2. Plus précisément, l’actionneur linéaire 2 comprend une longueur d’allongement l. Et, lorsque l’actionneur linéaire 2 effectue une translation selon l’axe d’allongement Z, c’est-à-dire lorsque l’actionneur linéaire 2 se rétracte induisant une diminution de la longueur d’allongement l de l’actionneur linéaire 2 jusqu’à une longueur minimale d’allongement lmin sensiblement nulle, le capteur de flux optique 3 ou la camera 3 est alors dans une « position rétractée » comme représentée en et lorsque l’actionneur linéaire 2 s’allonge induisant une augmentation de la longueur d’allongement l de l’actionneur linéaire 2 jusqu’à une longueur maximale d’allongement lmax, le capteur de flux optique 3 ou la camera 3 est alors dans une « position allongée » comme représentée en . Ainsi, le capteur de flux optique 3 ou la camera 3 est apte à effectuer des oscillations entre la « position rétractée » définie par la longueur minimale d’allongement lmin presque nulle de l’actionneur linéaire 2 et la « position allongée » définie par la longueur maximale d’allongement lmax de l’actionneur linéaire 2 et vice versa. Autrement dit, le capteur de flux optique 3 ou la caméra 3 est aussi apte à effectuer des oscillations entre la « position allongée » et la « position rétractée ».
L’oscillation du capteur de flux optique 3 ou de la caméra 3 peut être interprétée par un Homme du métier comme au moins une translation actionnée par l’intermédiaire de l’actionneur linéaire 2 entre la « position allongée » et la « position rétractée ».
Ces oscillations du capteur de flux optique 3 ou de la caméra 3, qui sont la conséquence du mouvement de translation de l’actionneur linéaire 2, génèrent une contraction 311 du champ de vecteur du flux optique 31 lorsque l’actionneur linéaire 2 se rétracte, c’est-à-dire lorsque le capteur de flux optique 3 ou la caméra 3 passe de la « position allongée » à la « position rétractée » et une expansion 312 du champ de vecteur du flux optique 31 lorsque l’actionneur linéaire 2 s’allonge, c’est-à-dire lorsque le capteur de flux optique 3 passe de la « position rétractée » à la « position allongée » au niveau de la surface du plan de référence P. L'alternance de la contraction et de l’expansion du champ de vecteur du flux optique 31 sur le plan de référence P est appelé flux optique de divergence.
Ainsi, lorsque le capteur du flux optique 3 passe de la « position allongée » à la « position rétractée », comme il est représenté en , il est possible pour l’unité de mesure 4 de détecter une contraction du champ de vecteur du flux optique 31 par l’intermédiaire du capteur de flux optique 3, qui peut être présentée comme la contraction 311 du flux optique 31.
A l’inverse, lorsque le capteur du flux optique 3 passe de la « position rétractée » à la « position allongée », comme il est représenté en , il est possible pour l’unité de mesure 4 de détecter une divergence du champ de vecteur du flux optique 31 par l’intermédiaire du capteur de flux optique 3, qui peut être présentée comme l’expansion 312 du flux optique 31.
Le flux optique de divergence, qui regroupe la contraction 311 et l’expansion 312 du flux optique 31, représente un défilement optique perçu lors d’un déplacement du capteur de flux optique 3 vers ou depuis une surface texturée, le plan de référence P. En statique, le champ de vecteurs de flux optique est alors radial autour de la direction de déplacement, l’axe d’allongement Z. En dynamique, le champ de vecteurs de flux optique n’est plus seulement radial autour de la direction de déplacement, l’axe d’allongement Z car le champ de vecteurs est issu des deux composantes du mouvement, à savoir le mouvement d’oscillation au niveau de l’axe d’allongement Z et le mouvement lié au vol de translation.
Le défilement optique, capté au niveau du plan de référence P, se fait de la périphérie vers le centre du flux optique 31, définissant ainsi une contraction du flux optique 31, lorsque le capteur de flux optique 3 s’éloigne de la surface texturée ou du plan de référence P.
Le défilement optique, capté au niveau du plan de référence P, se fait du centre à la périphérie du flux optique 31, définissant ainsi une expansion du flux optique 31, lorsque le capteur de flux optique 3 s’approche du plan de référence P.
Ainsi, il est possible d’évaluer la distance au sol et la vitesse verticale d’un aéronef grâce au flux optique de divergence par l’intermédiaire de l’analyse de l’unité de mesure 4. En effet, l’unité de mesure 4 peut estimer deux états représentatifs de l’aéronef sous un vecteur de hauteur nomméx:
Oùhreprésente la distance au sol, c’est-à-dire la distance entre le plan de référence P et le repère O du dispositif d’estimation 1 et représente la vitesse verticale. Cette estimation du vecteur de hauteurxest basée sur le modèle de déplacement de l’actionneur linéaire 2 qui communique ces données à l’unité de mesure 4 et sur le flux optique 31 de divergence capté.
En outre, le flux optique 31 de divergence représente aussi mathématiquement le quotient de la vitesse verticale par la distance au solh.
Le dispositif d’estimation 1 peut comprendre une unité de contrôle 5 de l’oscillation du capteur de flux optique 3 comme représenté en . L’unité de contrôle 5 de l’oscillation du capteur de flux optique 3 permet de moduler l’oscillation du capteur de flux optique 3 en fréquence et en amplitude. Ainsi, par l’intermédiaire de l’unité de contrôle 5 de l’oscillation, il est possible pour un Homme du métier contrôlant l’aéronef et le dispositif d’estimation 1 d’augmenter ou de diminuer la fréquence des oscillations entre la « position rétractée » et la « position allongée » et de faire varier la longueur minimale d’allongement lmin et la longueur maximal d’allongement lmax de l’actionneur linéaire 2 afin d’influencer l’amplitude de l’oscillation du capteur de flux optique 3. En effet, la « position rétractée » et la « position allongée » représentent respectivement une limite basse et une limite haute à l’oscillation du capteur de flux optique 3 et non pas des « étapes de passage » obligatoires dans l’oscillation du capteur de flux optique 3. Ainsi, il est possible pour l’Homme du métier de faire varier l’amplitude de l’oscillation en augmentant la longueur minimale d’allongement lmin et/ou en diminuant la longueur maximal d’allongement lmax de l’actionneur linéaire 2. Il est ainsi possible d’obtenir une oscillation selon laquelle le capteur de flux optique 3 oscille entre la « position rétractée » et la « position allongée » sans pour autant passer par la « position rétractée » et/ou la « position allongée ».
En outre, l’oscillation même du capteur de flux optique 3 ou la caméra 3 entre la « position rétractée » à la « position allongée » est aussi modulable par le biais de l’unité de contrôle 5 de l’oscillation. En effet, l’oscillation du capteur de flux optique 3 ou de la caméra 3 peut être une oscillation linéaire entre la « position rétractée » et la « position allongée» et vice versa. Autrement dit, l’oscillation entre la « position allongée » et la « position rétractée » peut aussi être une oscillation linéaire. L’oscillation du capteur de flux optique 3 ou de la caméra 3 peut aussi être quelconque : régulière, saccadée ou irrégulière. En outre, le mouvement oscillatoire du capteur de flux optique 3 ou de la caméra 3 de la « position rétractée » vers la « position allongée » peut être différent du mouvement oscillatoire de la « position allongée » à la « position rétractée ».
Ainsi, en statique, à partir des oscillations du capteur de flux optique 3 ou de la caméra 3 entre la « position rétractée » et la « position allongée », le dispositif d’estimation 1 permet de déterminer la distance au solhqui représente la distance entre le plan de référence P, c’est-à-dire le sol ou la surface comportant des éléments architecturaux et l’aéronef comportant le dispositif d’estimation 1 voire même la vitesse verticale de l’aéronef.
De plus, en dynamique, lorsque le véhicule, terrestre ou aérien, et le dispositif d’estimation 1 embarqué sont en mouvement, le champ de vecteur du flux optique 31 est modifié par le déplacement du véhicule. Ainsi, un flux optique de translation 313 se combine alors avec la contraction 311 du flux optique 31, comme représenté en , ou avec l’expansion 312 du flux optique 31 comme représenté en . Ce flux optique de translation 313 est le résultat d’un mouvement latéral 6 du véhicule parallèlement par rapport au plan de référence P traduit dans le flux optique 31 au niveau du plan de référence P.
L’unité de mesure 4 peut alors mesurer la contraction 311 du flux optique 31 traduisant l’oscillation du capteur de flux optique 3 de la « position allongée » à la « position rétractée » et le flux optique de translation 313 induit par le mouvement latéral 6 du véhicule et se répercutant dans le flux optique 31 comme représenté en . De manière similaire, l’unité de mesure 4 peut aussi mesurer l’expansion 312 du flux optique 31 traduisant l’oscillation du capteur de flux optique 3 de la « position rétractée » à la « position allongée » et le flux optique de translation 313 induit par le mouvement latéral 6 du véhicule comme représenté en . En effet, le champ de vecteur de flux optique résultant est la superposition des deux champs de vecteur, le premier étant le flux optique 31 de divergence et le second étant le flux optique de translation 313, chacun dû à une composante du mouvement différente, respectivement une oscillation et une translation latérale.
Par ailleurs, l’unité de mesure 4 peut également déduire une longueur parcourue par le véhicule à partir de la distance au solhet du flux optique de translation 313. En effet, à titre d’exemple, il est possible d’estimer la longueur parcourue en intégrant le produit de l’estimation de la distance au solhpar le flux optique de translation 313 en fonction du temps :
Où représente la valeur du flux optique de translation 313.
De cette manière, il est possible d’estimer la longueur parcourue par le véhicule avec une forte précision. A titre d’exemple, il est possible d’estimer la longueur parcourue d’un aéronef avec une précision inférieure à 5% malgré les manœuvres de décollage et d’atterrissage réalisées par l’aéronef.
En outre, le dispositif d’estimation 1 peut comporter un accéléromètre (non représenté) relié à l’unité de mesure 4 de la distance au solhet de la longueur parcourue . De cette manière, il est possible pour un Homme du métier de comparer les données obtenues par le module de mesure 4, à savoir la vitesse verticale et la longueur parcourue avec les données de l’accéléromètre afin de procéder à un monitoring de l’unité de mesure 4 par l’accéléromètre, améliorant la sécurité du dispositif d’estimation 1 et l’authenticité des données fournies par ce dernier.
La figure 5 représente un procédé d’estimation 100 de la distance au sol et de la longueur parcourue du véhicule. Le procédé d’estimation 100 comprend les étapes suivantes :
- Oscillation (étape 101) de l’actionneur linéaire 2 et du capteur de flux optique 3 entre la « position rétractée » et la « position allongée » et vice versa, c’est-à-dire de la « position rétractée » à la « position allongée » et de la « position allongée » à la « position rétractée ». Ces mouvements d’oscillation entre la « position rétractée » et la « position allongée » induisent une variation du stimuli visuel, notamment dans le champ de vecteur du flux optique 31.
- Mesure du flux optique de divergence (étape 103) par l’unité de mesure 4. Plus précisément, cette mesure (étape 103) est faite par l’unité de mesure 4 par l’intermédiaire du capteur de flux optique 3 afin de capter une contraction 311 du flux optique 31 ou une expansion 312 du flux optique 31,
- Estimation (étape 104) de la distance au solhà partir du flux optique d’expansion 312 et du flux optique de contraction 311,
Ce filtre de Kalman étendu va permettre d’estimer les 2 états représentatifs de l’aéronef, à savoir la distance au solhet la vitesse verticale par l’intermédiaire du vecteur de hauteurx:
Comme énoncé précédemment, cette estimation repose sur le modèle de déplacement de l’actionneur linéaire 2 qui communique ces données à l’unité de mesure 4 et sur le flux optique de divergence capté.
Plus précisément, il est possible de mesurer le flux optique de divergence lors d’un mouvement latéral de l’aéronef en soustrayant deux mesures locales de flux optique suivant deux angles opposés par exemple.
En effet les formules trigonométriques nous permettent d’obtenir :
Or, le terme est connu par construction, il est alors possible de déduire la divergence du flux optique représenté par le terme .
Par ailleurs, le procédé d’estimation 100 peut aussi comprendre une étape d’estimation (étape 1041) de la vitesse verticale à partir du flux optique de divergence qui peut être exécutée en parallèle ou à la suite de l’étape d’estimation (étape 104) de la distance au solh.
Le procédé d’estimation 100 peut aussi comprendre une étape de mesure (étape 105) du flux optique de translation 313 par l’unité de mesure 4 à la suite de l’étape d’estimation (étape 104) de la distance au solh. Plus précisément, cette mesure (étape 105) est réalisée par l’unité de mesure 4 par l’intermédiaire du capteur de flux optique 3 ou de la camera 3. En outre, cette étape de mesure (étape 105) du flux optique de translation 313 par l’unité de mesure 4 peut être réalisée parallèlement ou à la suite de l’étape de mesure du flux optique de divergence (étape 103) par l’unité de mesure 4. En effet, l’unité de mesure 4 est apte à capter au même instant la tous les flux optiques, à savoir le flux optique de divergence dû à l’oscillation du capteur de flux optique 3 le long de l’axe d’allongement et le flux de translation 313 dû au mouvement de translation latérale de l’aéronef, et à en faire une mesure de chaque.
A la suite de l’étape de mesure (étape 105) du flux optique de translation 313, le procédé d’estimation 100 peut comprendre une étape d’estimation (étape 106) de la longueur parcourue de l’aéronef en fonction de la distance au solhet du flux optique de translation 313. A titre d’exemple, il est possible pour l’unité de mesure 4 d’estimer la longueur parcourue en intégrant le produit de l’estimation de la distance au sol par le flux optique de translation 313 en fonction du temps :
Où représente la valeur du flux optique de translation 313.
L’invention propose donc un dispositif compact et léger et un procédé permettant de mesurer facilement et avec une grande précision la distance au solh, la vitesse verticale ainsi que la longueur parcourue par un aéronef par l’intermédiaire d’un flux optique perçu grâce au mouvement d’oscillation du capteur de flux optique 3. Néanmoins, le dispositif d’estimation 1 et le procédé d’estimation 100 sont limités par la distance au solhet les capacités sensorielles du capteur de flux optique 3 ou de la caméra 3 utilisé.En effet, pour pouvoir déterminer une distance au sol, le capteur de flux optique 3 ou la caméra 3 doit pouvoir observer la divergence du flux optique 31, c’est-à-dire la contraction 311 et/ou l’expansion 312 du flux optique, et cette détermination est conditionnée par les capacités sensorielles et le paramétrage du capteur et par la distance au solh. Ainsi, le dispositif d’estimation 1, ainsi que le procédé d’estimation 100, sont destinés à un fonctionnement à faible distance par rapport au plan de référence P, c’est-à-dire à basse altitude pour des aéronefs.
Claims (11)
- Dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue caractérisé en ce qu’il comprend :
- un actionneur linéaire (2) mobile en translation suivant un axe d’allongement (Z),
- au moins un capteur de flux optique (3) relié à une extrémité (21) de l’actionneur linéaire (2), l’au moins un capteur de flux optique (3) étant apte à détecter un flux optique (31) sur le plan de référence (P) sécant à l’axe d’allongement (Z),
- une unité de mesure (4) de la distance, relié à l’au moins un capteur de flux optique (3), apte à estimer une distance entre le plan de référence (P) et un repère (O) du dispositif d’estimation (1) de distance et de longueur parcourue à partir du flux optique (31),
- Dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue selon la revendication 1, comprenant une unité de contrôle de l’oscillation (5) de l’au moins un capteur de flux optique (3), l’unité de contrôle de l’oscillation (5) de l’au moins un capteur de flux optique (3) modulant l’oscillation de l’au moins un capteur de flux optique (3) en fréquence et en amplitude.
- Dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue selon les revendications 1 ou 2, dans lequel l’unité de mesure (4) est configurée pour détecter au moins une expansion (312) du flux optique (31) et au moins une contraction (311) du flux optique (31) et/ou un flux optique de translation (313).
- Dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue selon la revendication 3, dans lequel l’unité de mesure (4) est apte à estimer une longueur parcourue à partir de la distance entre le plan de référence (P) et le repère (O) du dispositif d’estimation (1) de distance et de longueur parcourue et du flux optique de translation (313).
- Dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’au moins un capteur de flux optique (3) oscille d’une « position rétractée » dans laquelle une longueur d’allongement (l) de l’actionneur linéaire (2) est minimale à une « position allongée » dans laquelle la longueur d’allongement (l) de l’actionneur linéaire (2) est maximale et vice versa, l’oscillation étant une oscillation linéaire.
- Dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’oscillation de l’au moins un capteur de flux optique (3) d’une « position rétractée » dans laquelle une longueur d’allongement (l) de l’actionneur linéaire (2) est minimale à une « position allongée » dans laquelle la longueur d’allongement (l) de l’actionneur linéaire (2) est maximale et vice versa est une oscillation saccadée.
- Dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un capteur de flux optique (3) est une caméra.
- Dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue selon l’une des revendications précédentes, comportant un accéléromètre relié à l’unité de mesure (4) de la distance.
- Aéronef comprenant le dispositif d’estimation (1) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue de l’aéronef selon l’une des revendications précédentes.
- Procédé d’estimation (100) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue pour un aéronef selon la revendication précédente, le procédé d’estimation (100) comprenant les étapes suivantes :
- Oscillation (étape 101) de l’actionneur linéaire (2) et de l’au moins un capteur de flux optique (3) d’une « position rétractée » à une « position allongée » et vice versa,
- Mesure (étape 103) d’un flux optique de divergence par l’unité de mesure (4),
- Estimation (étape 104) d’une distance au solhà partir du flux optique de divergence,
- Procédé d’estimation (100) de distance à un plan de référence (P) et de longueur parcourue pour un aéronef selon la revendication précédente, le procédé d’estimation (100) comprenant les étapes supplémentaires suivantes :
- Mesure (étape 105) d’un flux optique de translation (313) par l’unité de mesure (4) à la suite de l’étape d’estimation (étape 104) de la distance au solh,
- Estimation (étape 106) d’une longueur parcourue de l’aéronef en fonction de la distance au sol h et du flux optique de translation (313), à la suite de l’étape de mesure (étape 105) du flux optique de translation (313).
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Non-Patent Citations (2)
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| GUIDO C H E DE CROON: "Monocular distance estimation with optical flow maneuvers and efference copies: a stability-based strategy", BIOINSPIRATION & BIOMIMETICS, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 11, no. 1, 7 January 2016 (2016-01-07), pages 16004, XP020296938, ISSN: 1748-3190, [retrieved on 20160107], DOI: 10.1088/1748-3190/11/1/016004 * |
| HO HANN WOEI ET AL: "Distance and velocity estimation using optical flow from a monocular camera", INTERNATIONAL JOURNAL OF MICRO AIR VEHICLES, vol. 9, no. 3, 1 September 2017 (2017-09-01), pages 198 - 208, XP055844009, ISSN: 1756-8293, Retrieved from the Internet <URL:https://cyberleninka.org/article/n/777531.pdf> [retrieved on 20210923], DOI: 10.1177/1756829317695566 * |
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