SYSTÈME D'AIDE À LA CONDUITE POUR UN VÉHICULE, VÉHICULE FERROVIAIRE ET PROCÉDÉ D'UTILISATION ASSOCIÉS
专利汇可以提供SYSTÈME D'AIDE À LA CONDUITE POUR UN VÉHICULE, VÉHICULE FERROVIAIRE ET PROCÉDÉ D'UTILISATION ASSOCIÉS专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且La présente invention concerne un système d'aide à la conduite (10) pour un véhicule comportant un élément structurel (22) obstruant le champ de vision d'un conducteur, le système (10) comprenant deux caméras, un ensemble d'affichage (30) monté sur l'élément structurel (22) et comprenant une surface d'affichage (40), et une unité de traitement connectée aux caméras et à l'ensemble d'affichage (30).
Le système comporte un ensemble d'acquisition de la position des yeux du conducteur, et l'unité de traitement est connectée à l'ensemble d'acquisition, et est propre à réaliser une modélisation tridimensionnelle de la région obstruée à partir des données des caméras, et à générer une image de la région obstruée selon la position des yeux du conducteur, par déformation géométrique de la modélisation tridimensionnelle, en fonction de la forme de la surface d'affichage (40).，下面是SYSTÈME D'AIDE À LA CONDUITE POUR UN VÉHICULE, VÉHICULE FERROVIAIRE ET PROCÉDÉ D'UTILISATION ASSOCIÉS专利的具体信息内容。
La présente invention concerne un système d'aide à la conduite pour un véhicule comportant une cabine délimitée par une vitre et au moins un élément structurel adjacent à la vitre, l'élément structurel obstruant une région du champ de vision d'un conducteur du véhicule, le système comprenant :
- une première caméra apte à obtenir des données représentatives de la région obstruée par l'élément structurel,
- une deuxième caméra apte à obtenir des données représentatives de la région obstruée par l'élément structurel,
- un ensemble d'affichage monté sur l'élément structurel et comprenant une surface d'affichage, et
- une unité de traitement connectée à la première caméra, à la deuxième caméra, et à l'ensemble d'affichage, propre à générer l'affichage d'une image à afficher de la région obstruée sur la surface d'affichage.
Un véhicule ferroviaire, tel qu'un tramway ou un train à grande vitesse, comporte une cabine à partir de laquelle un conducteur conduit le véhicule. Une telle cabine comprend typiquement des éléments structurels de part et d'autre d'un pare-brise qui obstruent la vue latérale du conducteur. Ces éléments structurels sont, par exemple, des montants ou des piliers.
La vision latérale du conducteur est un élément clé dans sa conduite, en particulier dans le cas des tramways où le véhicule évolue dans un environnement urbain.
Une solution consiste à positionner des miroirs pour permettre au conducteur de voir la région obstruée. Cependant, les éléments structurels de la cabine continuent de restreindre la visibilité, au détriment de la sécurité du conducteur, des passagers et des passants au voisinage du tramway ou du tram-train.
Par ailleurs,
Un but de l'invention est donc de fournir un système qui augmente de manière très précise la perception du monde extérieur par un conducteur du véhicule.
A cet effet, l'invention a pour objet un système du type précité, caractérisé en ce que le système comporte un ensemble d'acquisition de la position et/ou de l'orientation des yeux du conducteur du véhicule, et en ce que l'unité de traitement est connectée à l'ensemble d'acquisition, et est propre à réaliser une modélisation tridimensionnelle de la région obstruée à partir des données reçues de la première caméra et de la deuxième caméra, et à générer une image à afficher de la région obstruée en fonction de la position des yeux du conducteur, par déformation géométrique de la modélisation tridimensionnelle, en fonction de la forme de la surface d'affichage.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le système comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l'unité de traitement est propre à établir la modélisation tridimensionnelle dans un repère utilisant un point de référence situé entre la première caméra et la deuxième caméra, et est propre à mettre en oeuvre la déformation géométrique sur la base de la position des yeux du conducteur par rapport au point de référence ;
- l'unité de traitement est propre à retraiter l'image à afficher pour compenser un relief de la surface d'affichage ;
- l'unité de traitement est propre à retraiter l'image à afficher par découpage de l'image à afficher en une pluralité de régions unitaires d'affichage et par découpage de la surface d'affichage en une pluralité de régions unitaires complémentaires de chaque région unitaire d'affichage, chaque région unitaire d'affichage étant associée à une région unitaire complémentaire, et l'ensemble d'affichage étant propre à afficher pour chaque point d'une région unitaire complémentaire la couleur et l'intensité d'un point de la région unitaire associée à la région unitaire complémentaire ;
- la première caméra et la deuxième caméra sont situées à la même hauteur ;
- le système comporte une troisième caméra positionnée à une hauteur différente des hauteurs de la première caméra et de la deuxième caméra, l'unité de traitement étant apte à réaliser la modélisation tridimensionnelle à partir des données de la première caméra, de la deuxième caméra et de la troisième caméra ;
- l'ensemble d'acquisition de la position et de l'orientation des yeux du conducteur comprend au moins une caméra infrarouge ;
- chaque caméra présente un capteur propre à capter des données dans l'obscurité ;
- l'ensemble d'affichage est propre à afficher des informations relatives à la conduite du véhicule ;
- les informations relatives à la conduite du véhicule comprennent des images d'une plateforme extérieure à côté de laquelle le véhicule est à l'arrêt ;
- le véhicule comporte un élément structurel additionnel adjacent à la vitre obstruant une autre région du champ de vision du conducteur, la première caméra et la deuxième caméra étant positionnées respectivement sur chacun des éléments structurels.
L'invention concerne également un véhicule comportant au moins un élément structurel obstruant une région du champ de vision d'un conducteur du véhicule et un système d'aide à la conduite tel que défini ci-dessus.
Enfin, l'invention concerne aussi un procédé d'utilisation d'un système d'aide à la conduite dans un véhicule comportant une cabine délimitée par une vitre et au moins un élément structurel adjacent à la vitre, l'élément structurel obstruant une région du champ de vision d'un conducteur du véhicule, le procédé comportant les étapes suivantes :
- fourniture d'un système tel que défini ci-dessus ;
- acquisition de données par la première caméra et par la deuxième caméra ;
- réalisation d'une modélisation tridimensionnelle de la région obstruée, par l'unité de traitement ;
- acquisition de la position des yeux du conducteur ;
- génération d'une image à afficher en fonction de la position des yeux du conducteur, par déformation de la modélisation tridimensionnelle en fonction de la forme de la surface d'affichage, et ;
- affichage de l'image à afficher sur la surface d'affichage de l'ensemble d'affichage.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la
figure 1 est une vue schématique d'un système d'aide à la conduite selon l'invention ; - la
figure 2 est une vue schématique de dessus de la cabine ; - la
figure 3 est une vue en perspective de l'intérieur de la cabine comportant un système d'aide à la conduite selon l'invention, l'image affichée n'ayant reçu aucun retraitement pour compenser le relief de la surface d'affichage ; - la
figure 4 est une vue en perspective de l'intérieur de la cabine comportant un système d'aide à la conduite selon l'invention, l'image affichée ayant reçu un retraitement pour compenser le relief de la surface d'affichage ; - la
figure 5 est un organigramme d'un procédé d'utilisation d'un système d'aide à la conduite selon l'invention ; et, - la
figure 6 est un schéma illustrant une compensation du défaut de planéité de la surface d'affichage par l'unité de traitement.
Un système d'aide 10 à la conduite pour un véhicule 12 est illustré sur les
Le véhicule 12 est avantageusement un véhicule ferroviaire tel qu'un tramway, un tram-train ou un train. Il comporte une cabine 14 dans laquelle un conducteur 11 conduit le véhicule 12.
En référence à la
L'interface de conduite 18 permet au conducteur 11 de manoeuvrer le véhicule 12 et de recevoir des informations de conduite. La cabine 14 comporte alors par exemple une casquette recouvrant au moins partiellement l'interface de conduite 18 pour la protéger contre les rayons du soleil.
La vitre 20 est disposée à l'avant de la cabine 14. Elle permet au conducteur 11 de voir l'environnement extérieur au véhicule 12, en particulier, à l'avant du véhicule 12, et donc d'adapter sa conduite en fonction de l'environnement extérieur.
La cabine 14 comporte aussi au moins un élément structurel 22 obstruant une région de l'environnement extérieur à la vue du conducteur 11.
Dans le mode de réalisation des figures, la cabine 14 comporte des montants et deux éléments structurels 22 et 24 positionnés de part et d'autre de la vitre 20, qui obstruent deux régions de l'environnement extérieur au véhicule 12. Chaque élément structurel 22, 24 est ici un montant ou un pilier.
Comme illustré sur la
L'ensemble 26 d'acquisition de la position et de l'orientation des yeux du conducteur 11 comporte avantageusement deux caméras infrarouges 34 disposés symétriquement sur l'interface de conduite 18 au niveau de la casquette ou des montants de la cabine 14. Les deux caméras infrarouges 34 sont aptes à obtenir des données représentatives de l'intérieur de la cabine 14 et en particulier, du visage du conducteur 11.
En référence à la
La première caméra 36 et la deuxième caméra 38 sont aptes à obtenir des données représentatives de l'environnement extérieur situé à l'avant de la cabine 14, et en particulier des images des régions obstruées par les éléments structurels 22 et 24 depuis deux positions différentes.
Ainsi, comme représenté sur la
La première caméra 36 et la deuxième caméra 38 sont avantageusement positionnées à la même hauteur par rapport au plancher. Cette hauteur est, par exemple, la hauteur par rapport au plancher des yeux d'une personne de taille moyenne en position assise sur un siège de hauteur prédéterminée. Cette hauteur correspond au 50ème percentile de la hauteur par rapport au plancher des yeux des individus d'une population donnée en position assise sur un siège de hauteur prédéterminée. Par exemple, la population donnée est la population française ou la population mondiale.
Elles sont espacées latéralement l'une de l'autre d'une distance supérieure à 0.2 m, notamment comprise entre 0.2 m et 2.0 m.
Comme représenté sur la
De même, la première caméra 36 et la deuxième caméra 38 comprennent des capteurs 39B propres à obtenir des données représentatives de l'environnement extérieur situé à l'avant de la cabine 14, même lorsque le soleil les éclaire directement.
En référence à la
La surface d'affichage 40 épouse la forme de l'élément structurel 22. La surface d'affichage 40 est ainsi montée sur le côté intérieur de l'élément structurel 22 par rapport à la cabine 14. Elle présente ainsi une forme galbée non plane.
La surface d'affichage 40 est, par exemple, définie sur un écran flexible de l'ensemble d'affichage 30, notamment un écran à cristaux liquides de type OLED.
De préférence, l'ensemble d'affichage 30 est propre à afficher des informations relatives à la conduite du véhicule 12 sur la surface d'affichage 40 en superposition de l'image à afficher.
Les informations relatives à la conduite sont des images d'une plateforme extérieure à côté de laquelle le véhicule 12 est à l'arrêt. Ces images proviennent éventuellement d'une caméra extérieure filmant la plateforme extérieure. Dans ce cas, cette caméra extérieure est connectée à la surface d'affichage 40 via l'unité 32 de traitement.
L'unité 32 de traitement comporte un processeur 42 et une mémoire 44. La mémoire 44 contient des applications logicielles 46B à 46G propres à être exécutées par le processeur 42 pour faire fonctionner le système 10.
La mémoire 44 de l'unité 32 de traitement contient ainsi une application logicielle 46B d'acquisition des données provenant des caméras 36, 38, une application logicielle 46C de modélisation tridimensionnelle, à chaque instant, de la région obstruée par l'élément 22, et une application logicielle 46D de détermination, à chaque instant, de la position des yeux du conducteur. Selon l'invention, la mémoire 44 de l'unité de traitement 32 contient en outre une application logicielle 46E de génération d'une image de la région obstruée en fonction de la position des yeux du conducteur à partir de la modélisation tridimensionnelle, une application logicielle 46F de retraitement de l'image pour compenser le relief de la surface d'affichage 40, et une application d'affichage 46G de l'image retraitée sur la surface d'affichage 40.
En variante non représentée, l'application 46A propre à gérer le fonctionnement du système 10, l'application 46B d'acquisition des données provenant des caméras 36, 38, l'application 46C de modélisation tridimensionnelle, l'application 46D de détermination de la position des yeux du conducteur, l'application 46E de génération d'une image de la région obstruée, l'application 46F de retraitement de l'image et l'application d'affichage 46G sont réalisées chacune sous forme d'un composant logique programmable, tel qu'un FPGA (de l'anglais Field-Programmable Gate Array) ; ou encore sous forme d'un circuit intégré dédié, tel qu'un ASIC (de l'anglais Application-Specific Integrated Circuit).
L'application logicielle 46C de modélisation tridimensionnelle est propre, à chaque instant, à réaliser une modélisation tridimensionnelle de la région obstruée par l'élément 22 à partir des images de la première caméra 36 et la deuxième caméra 38. Cette modélisation est par exemple obtenue à une fréquence supérieure à 100 Hz, et notamment comprise entre 50 Hz et 200 Hz.
La modélisation tridimensionnelle est construite dans un repère tridimensionnel centré sur un point de référence 48. Par exemple, le point de référence 48 est situé entre la première caméra 36 et la deuxième caméra 38, et est situé, avantageusement, à équidistance de la première caméra 36 et de la deuxième caméra 38.
L'application logicielle 46C de modélisation est propre à mettre en oeuvre un algorithme de type stéréovision, ou « shape-from-silhouette ». Ces algorithmes sont connus de l'état de la technique et ne seront pas décrits par la suite.
L'application logicielle 46D de détermination est propre, à chaque instant, à déterminer la position et l'orientation des yeux du conducteur 11 à partir des données obtenues par les caméras infrarouges 34 de l'ensemble 26 d'acquisition. Plus précisément, l'application logicielle 46D de détermination reçoit les données obtenues par les caméras infrarouges 34 de l'ensemble 26 et met en oeuvre un algorithme de détection de visage à partir de ces données pour obtenir à la fois la position verticale et horizontale de chaque oeil et la direction de vision.
L'application logicielle 46E de génération d'image est propre à engendrer, à chaque instant, une image plane représentant la région obstruée dans le prolongement latéral de la vitre 20, du point de vue du conducteur.
Ainsi, l'application logicielle 46E de génération d'image est propre à appliquer une déformation géométrique à la modélisation tridimensionnelle pour en extraire l'image à afficher de la région obstruée.
La déformation géométrique est mise en oeuvre en fonction de la position des yeux du conducteur 11. Plus précisément, la déformation géométrique est mise en oeuvre en fonction de la position des yeux du conducteur 11 par rapport au point de référence 48.
La déformation géométrique est, par exemple, une rotation de la modélisation tridimensionnelle par rapport à un point donné, par exemple, par rapport au point de référence 48, et/ou une translation de la modélisation tridimensionnelle, et/ou une modification de l'échelle de l'image à afficher pour la voir de plus ou moins près.
L'application logicielle 46E utilise avantageusement une reprojection de pixel.
La surface de l'élément structurel 22 est non plane. Elle présente par exemple un galbe. Etant donné que la surface d'affichage 40 épouse la surface de l'élément structurel 22, l'image à afficher engendrée par l'application logicielle 46E est propre à être retraitée par l'application logicielle 46F de retraitement, pour éviter que du point de vue du conducteur 11, cette image plane soit discontinue par rapport à la vision de l'environnement à travers la vitre 20, comme illustré sur la
L'application logicielle 46F de retraitement est propre à retraiter l'image à afficher pour compenser le relief de la surface d'affichage 40, afin que l'image à afficher apparaisse plane du point de vue du conducteur 11, comme illustré sur la
Plus précisément, l'application logicielle 46F de retraitement est propre à découper l'image engendrée par l'application 46E de génération en une pluralité de régions unitaires d'affichage et à découper la surface d'affichage 40 en une pluralité de régions unitaires complémentaires de chaque région unitaire d'affichage, associées chacune à une région unitaire d'affichage de l'image.
Chaque région unitaire d'affichage de l'image engendrée par l'application 46E présente une première forme par exemple une forme rectangulaire, chaque région unitaire complémentaire sur la surface d'affichage 40 présentant une deuxième forme, par exemple une forme de quadrilatère non rectangle.
Pour chaque région unitaire complémentaire de la surface d'affichage 40, l'application logicielle 46F de retraitement est apte à déterminer la distance entre les yeux du conducteur 11 et la région unitaire complémentaire considérée de la surface d'affichage 40. En tenant compte de ces distances déterminées, l'application 46F de retraitement est ensuite configurée pour compenser le défaut de planéité de la surface d'affichage 40. Une région unitaire étant considérée comme n segments d'informations (n étant un nombre entier), on considère la projection de chaque segment de la forme rectangulaire sur un point d'un segment de la deuxième forme (par exemple une forme de quadrilatère). Plus précisément, comme illustré sur la
L'application logicielle 46F de retraitement est propre à associer chaque région unitaire complémentaire à une région unitaire d'affichage de l'image en compensant la déformation de la surface d'affichage 40. L'application 46F de retraitement est propre à donner à chaque point d'une région unitaire complémentaire la couleur et l'intensité d'un point de la région unitaire correspondante.
Les formes et les dimensions prédéterminées de chaque région unitaire et de chaque région complémentaire associée seront déterminées par la technique du maillage de chaque région.
Un procédé d'aide à la conduite utilisant le système 10 selon l'invention va maintenant être décrit en référence aux
Le procédé, illustré sur la
Lors de l'étape 100 d'acquisition, l'application 46B d'acquisition est mise en oeuvre par le processeur 42 pour obtenir les données de la première caméra 36 et de la deuxième caméra 38.
Au cours de l'étape 102 de modélisation, l'application 46C de modélisation est mise en oeuvre par le processeur 42 pour déterminer la position du point de référence 48 et pour réaliser, à partir des données acquises à l'étape 100 d'acquisition, une modélisation tridimensionnelle de la région obstruée par l'élément structurel 22 dans un repère centré sur le point de référence 48.
A l'étape 104 de localisation, l'application 46D de détermination relève les données obtenues par les caméras infrarouges 34 de l'ensemble 26 d'acquisition et détermine alors la position et l'orientation des yeux du conducteur 11 à partir de ces données.
En particulier, l'application 46D de détermination met en oeuvre un algorithme de détection de visage sur les données obtenues par les caméras infrarouges 34 et détermine la position et l'orientation de la tête du conducteur 11 ainsi que la position de ses yeux.
A l'étape 106 de génération d'image, l'application 46E de génération engendre l'image à afficher de la région obstruée par déformation géométrique de la modélisation tridimensionnelle. La déformation géométrique est, par exemple, une des déformations géométriques décrites plus haut.
Au cours de l'étape 108 de traitement de l'image, l'application 46F de retraitement est mise en oeuvre par le processeur 42 pour compenser le relief de la surface d'affichage 40. L'application 46F de retraitement détermine pour chaque point de la surface d'affichage 40, la distance entre les yeux du conducteur 11 et le point considéré.
L'application 46F de retraitement est alors mise en oeuvre par le processeur 42 pour découper l'image à afficher en régions unitaires d'affichage, par exemple en rectangles et découper la surface d'affichage 40 en régions unitaires correspondantes de formes distinctes, par exemple en quadrilatères non rectangles.
Les dimensions des régions unitaires et des régions unitaires complémentaires dépendent du type de maillage considéré.
Enfin, lors de l'étape d'affichage 110, l'application 46G d'affichage affiche l'image à afficher en affichant pour chaque point d'une région unitaire complémentaire la couleur et l'intensité d'un point de la région unitaire associée à la région unitaire complémentaire. Du point de vue du conducteur 11, l'image à afficher de la région obstruée apparait alors plane et en continuité avec le reste du paysage, comme illustré sur la
Dans une variante visible sur la
Avantageusement, la troisième caméra 50 présente un capteur adapté pour obtenir des données dans l'obscurité, notamment la nuit et/ou pour obtenir des données en surexposition, notamment lorsque le soleil l'éclaire directement. La troisième caméra 50 est ainsi, par exemple, un capteur infrarouge apte à obtenir des données dans le domaine de longueur d'ondes supérieur à 800 nm et notamment compris entre 850nm et 940nm.
Dans ce mode de réalisation, la première caméra 36 et la deuxième caméra 38 sont positionnées à une hauteur par rapport au plancher inférieure au 1er percentile de la hauteur par rapport au plancher des yeux des individus d'une population donnée en position assise sur un siège de hauteur prédéterminée. Dans le cas où la population donnée est la population mondiale, cette hauteur est par exemple 1008mm.
La troisième caméra 50 est alors positionnée à une hauteur par rapport au plancher supérieure au 99ème percentile de la hauteur par rapport au plancher des yeux des individus de la population donnée en position assise sur un siège de hauteur prédéterminée. Dans le cas où la population donnée est la population mondiale, cette hauteur est par exemple 1551 mm.
Toutes les tailles des conducteurs et toutes les positions de ces derniers sont ainsi prises en compte par le système.
L'unité de traitement 32, par l'intermédiaire du processeur 42, est alors apte à réaliser la modélisation tridimensionnelle de la région obstruée, à partir des données de la première caméra 36, de la deuxième caméra 38 et de la troisième caméra 50. La modélisation tridimensionnelle est construite dans un repère tridimensionnel centré sur un point de référence 48 situé entre la première caméra 36 et la deuxième caméra 38, ou, en variante, à équidistance de la première caméra 36, de la deuxième caméra 38 et de la troisième caméra 50.
Dans ce mode de réalisation, le procédé d'utilisation du système 10 d'aide à la conduite est sensiblement similaire. En complément, au cours de l'étape 100 d'acquisition de données, l'application 46B d'acquisition est mise en oeuvre par le processeur 42 pour obtenir les données de la troisième caméra 50. De plus, lors de l'étape 102 de modélisation, l'application 46C de modélisation est mise en oeuvre par le processeur 42 pour déterminer la position du point de référence 48 et pour réaliser, à partir des données acquises à l'étape 100 d'acquisition une modélisation tridimensionnelle de la région obstruée par l'élément structurel 22 dans un repère centré sur le point de référence 48. Cette modélisation tridimensionnelle est donc réalisée à partir des données des trois caméras.
En variante ou en complément, un deuxième ensemble d'affichage (non représenté) est monté sur la surface de l'élément de surface 24. Ce deuxième ensemble d'affichage comporte une deuxième surface d'affichage similaire à la surface d'affichage 40. Le deuxième ensemble d'affichage est alors connecté à l'unité 32 de traitement et est apte à afficher une image de la région obstruée par l'élément structurel 24.
Le procédé d'utilisation du système 10 d'aide à la conduite comporte alors en plus une étape de modélisation similaire à l'étape 102 de modélisation mais appliquée à la région obstruée par l'élément structurel 24, à partir des données de l'étape 100 d'acquisition. Le procédé comporte aussi une étape de déformation géométrique de la modélisation tridimensionnelle de la région obstruée par l'élément 24 pour en extraire l'image à afficher par le deuxième ensemble d'affichage. Le procédé comporte ensuite une étape de traitement de l'image à afficher similaire à l'étape 108 de traitement de l'image. Enfin, le procédé comporte une étape d'affichage similaire à l'étape 110 d'affichage.
Le système d'aide à la conduite décrit élargit ainsi la vision du conducteur 11, notamment la vision latérale du conducteur 11 d'un véhicule de manière simple et précise sans discontinuité latérale entre l'observation réalisée à travers la vitre et l'image affichée sur la surface d'affichage 40.
Ceci augmente notablement et de manière précise la perception de l'environnement extérieur par le conducteur 11 du véhicule.
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