EP1952164A1 - Speed sensor for measuring the speed of a vehicle relative to the ground - Google Patents

Speed sensor for measuring the speed of a vehicle relative to the ground

Info

Publication number
EP1952164A1
EP1952164A1 EP06807291A EP06807291A EP1952164A1 EP 1952164 A1 EP1952164 A1 EP 1952164A1 EP 06807291 A EP06807291 A EP 06807291A EP 06807291 A EP06807291 A EP 06807291A EP 1952164 A1 EP1952164 A1 EP 1952164A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
line
time
matrix
pixels
lines
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06807291A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sophie Caranhac
Jean-Marc Chiappa
Romain Ramel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teledyne e2v Semiconductors SAS
Original Assignee
e2v Semiconductors SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by e2v Semiconductors SAS filed Critical e2v Semiconductors SAS
Publication of EP1952164A1 publication Critical patent/EP1952164A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P3/80—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means
    • G01P3/806—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means in devices of the type to be classified in G01P3/68
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P3/68—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B60W40/105—Speed

Definitions

  • the invention relates to devices for measuring the speed of a vehicle relative to the ground, and in particular the speed of a motor vehicle.
  • the present invention provides a speed measuring device much less bulky and less expensive.
  • the invention relates to a device for determining the speed vector of a vehicle relative to the ground, comprising a light source of a ground zone, a matrix electronic image sensor organized in multiple rows and columns of pixels, and an optical system for projecting onto the sensor a reduced image of the zone illuminated by the source, the sensor comprising on the one hand a matrix of N lines of M pixels oriented in a so-called "transverse" direction perpendicular to the direction of displacement, said longitudinal direction, of the projected image on the sensor when the vehicle moves in a reference direction, and secondly a reference line of P pixels (P less than M) parallel to the lines of the matrix, and means for firstly recording a projected image on the reference line and subsequently a projected image on the matrix, the device comprising means for correlating the project image e on the P pixels of the reference line with the images projected on all possible groups of P pixels in each of the N lines, means for determining the row rank and the columnar rank of the group of P pixels which gives the best correlation, and means for determining a velocity
  • the magnification of the optical system is preferably sufficiently large (at least 30) to allow to project for example an image of an area of at least ten centimeters on a side a matrix sensor integrated circuit of a few millimeters side; this allows the use of a low cost matrix sensor while observing a sufficiently large ground area so that the roughness of the road is clearly perceptible and the image correlation is possible. Therefore, the invention proposes to use a matrix sensor with a single light source and a single optical system for focusing an image on the sensor, to use a reference line at a reference time and the rest of the image. then matrix, and perform an internal correlation, throughout the received matrix image, between an image of the reference line taken at the reference time and another image taken later.
  • the signal that serves as a reference for correlation is a small portion of a snapshot that is seen by the sensor; this small portion is a line oriented in the transverse direction in advance of the vehicle, and not a variable signal collected by a punctual photosensitive receiver as the vehicle moves in a longitudinal direction.
  • the matrix sensor it is sufficient for the matrix sensor to be oriented correctly with respect to the longitudinal axis of the vehicle, that is to say, assuming that the optical system retains the transverse and longitudinal directions, that the sensor must have its lines oriented in the transverse direction and its columns oriented in the longitudinal direction.
  • the notion of line is distinguished from the notion of column in the following way: the image sensors are organized in rows and columns, the rows being successively addressed to output columns a series of simultaneous signals representing the image collected by the line addressed at that moment. In the following, we will use this concept of rows and columns, defined by reference to the addressing at the time of reading.
  • the senor comprises means for periodically accumulating photoelectric charges in the reference line of a reference time t0 at a time t0 + Tint, Tint being an integration time, and means for accumulating charges. in the matrix of a moment tO + TG after tO to a instant tO + TG + T'int, T'int being another integration time.
  • the matrix is globally exposed for the duration of t0 + TG at t0 + TG + T'int.
  • the duration T'int is preferably equal to the duration Tint.
  • the durations Tint and T'int, whether equal or different, may be adjustable according to an estimated value of the speed.
  • the senor operates in so-called "electronic rolling shutter” mode or ERS mode or shutter-scrolling mode.
  • the sensor comprises means for accumulating photoelectric charges in the reference line from a time t0 to a time t0 + Tint; means for accumulating charges in the last line L N of the matrix (furthest from the reference line) of a time tO + TM after tO at a time t0 + TM + T'int; and means for accumulating charges in a line L N -, of rank Ni of a time t, at a time t, + T'int, the times t, successively ranging from tO + TM to successively expose the lines from line L N to line Li.
  • the movement of the shutter is performed in the opposite direction of the scrolling of an image in the normal direction of advance of the vehicle.
  • the senor also works in shutter-scrolling ERS mode but in the other direction, that is to say that the reference line accumulates charges of a time t0 at a time t0 + Tint ; and a row L 1 of rank i accumulates charges of a time t, at a time t ⁇ + T'int, the times t, successively ranging from a time tO + Tm to successively expose the lines starting from line Li at time t0 + Tm to line L N at time t0 + Tm + N.dT, passing through line L 1 at time t0 + Tm + i.dT.
  • the scrolling of the shutter is therefore in the same direction as the scrolling of the images in the normal direction of advance of the vehicle.
  • the senor comprises means for operating in ERS mode as well in one direction as in the other.
  • the width of the rows of pixels increases with the rank of the pixels between the first and last rows of the matrix, this to improve the signal / noise ratio of the image readings.
  • the integration time T'int of charges in a line L 1 of rank i is variable according to the rank i.
  • the integration times Tint or T'int are preferably adjusted according to an estimated speed of the vehicle.
  • FIG. 1 shows a conventional matrix sensor
  • FIG. 2 shows schematically the speed measuring device according to the invention
  • FIG. 3 represents the basic structure of the sensor used in the invention.
  • FIG. 5 represents a variant with increasing pixel line widths
  • FIG. 6 shows a variant with symmetrical matrix.
  • FIG. 1 diagrammatically shows a conventional matrix image sensor formed of N rows and M columns of pixels.
  • the lines are designated Li, L 2 , ... L 1 ,. .. L N. They are represented in the vertical direction of the sheet.
  • the columns are designated Ci, C 2 ... C j , ... C m . They are represented in the horizontal direction of the sheet.
  • It is preferably a CMOS type sensor, operating in the following manner: the images are integrated during an integration time T'int, during which each line receives the light of the image that is projected onto it .
  • the line is read, that is to say that the photogenerated charges in each pixel of the line are applied to the column output of the matrix, via column conductors and reading amplifiers at the end of the column, and the end-of-column signals (a vector of M signals) are extracted on an output S, sequentially or simultaneously, to be exploited.
  • the end-of-column signals a vector of M signals
  • Another line can be addressed and read on the output S, and so on.
  • Such a sensor can be used either in global exposure of the entire matrix or in "Electronic Rolling Shutter" mode or ERS mode, or alternatively electronic shutter mode scrolling.
  • all the lines accumulate charges simultaneously, during a duration T'int, for example since a start time tg until a time tg + T'int. The lines are then read successively.
  • the exposure of the lines is successive and not simultaneous: the integration of loads in the line of rank i starts after the beginning of integration of loads in a previous or next line, according to the direction of direct or inverse scrolling electronic shutter; in a sense that we will call forward direction, the integration of charges in row i begins after the start of charge integration in line of rank i-1 and before the beginning of charge integration in line of rank i + 1. In the opposite direction, it's the opposite.
  • the integration start time of the first line Li starts at a time tm
  • the reading of the image is such that the signal collected by the line of rank i is a signal corresponding to the image seen by this line at a time tm + i.dT, while the signal collected by the line of rank i-1 corresponds to the image seen by this line at a time tm + (i-1 ) dt.
  • the time interval dT is the step in advance of the scroll which is assumed to be constant.
  • the measuring device 10 is placed under the vehicle 12, it comprises a light source 14 which illuminates a portion of the ground 1 6 below the vehicle, a matrix sensor image 18 which will be described later, an optical system 20 which projects on the matrix sensor a reduction image of the illuminated area or a part thereof.
  • the sensor matrix has a rectangular shape it receives an image of a rectangular portion of the illuminated area, and it will be considered that the illuminated area is this rectangular area, of dimension G times the dimension of the matrix if the magnification of the optical system is G.
  • Rectangular area preferably has a dimension of about 10 cm side, and the magnification G is at least 30 so that the matrix can have dimensions not exceeding a few millimeters aside so as to limit its cost.
  • the light source is preferably a near infrared light emitting diode, preferably in a range of about 100 to 150 nanometers centered around about 780 nanometers, the sensor being sensitive to this near infrared, which is the case of sensors in silicon.
  • the sensor may have for example 120 rows and 120 columns of pixels.
  • the electronic processing circuits that establish the successive correlations that will be made from the image sensor signals may be located on the same integrated circuit chip as the array sensor or may be constituted by different chips mounted as the sensor 18 on a printed circuit board 22.
  • the matrix sensor is placed in such a way (assuming for simplicity that the optical system retains the orientations) that the columns of the matrix are oriented in the direction of standard (longitudinal) displacement of the vehicle designated by the arrow DL, while the pixel lines are oriented in the transverse direction. Consequently, a line of the matrix observes on the ground at a given moment a band perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle.
  • FIG. 3 represents the basic configuration of the matrix sensor according to the invention.
  • This sensor comprises on the one hand a matrix of N lines and M columns, and on the other hand an additional line LO, which will be called row of rank 0, which is preferably juxtaposed with the line Li and which collects an image that we will call reference image, serving for successive correlations which will be described later.
  • the line of rank 0 is an additional line of the matrix sensor, providing an image signal on the columns of the matrix sensor, but it will be seen that its exposure must be controlled differently from the other lines and that is why we have represented on the one hand a control circuit CL of lines of the matrix and secondly a control circuit CLO of the reference line.
  • the reference line is shorter than the other lines of the matrix and has P pixels (P less than the number M of pixels in the other lines). However, it could be as long as the other lines (M pixels in line), but in this case we will use only P pixels of this line to provide the reference signals for subsequent successive correlations.
  • the line LO periodically records the image (P pixels) of a downstream end of the illuminated rectangular zone 16, at a time t0, that is to say by accumulation of charges from t0 to t0 + Tint, Tint being the integration time for this line, determined by the CLO circuit.
  • the signal corresponding to the line LO at time tO is stored from the output S. This signal is a vector with P components representing a ground band seen at time t0.
  • a ground zone is seen by line LO at a time t0 and this same zone is seen by another line L 1 at time t0 + TG because the vehicle and the sensor have moved.
  • V the speed of the vehicle
  • G the magnification of the optic
  • G the pitch of the pixels
  • p the pitch of the pixels
  • ip the distance between the line LO and the line L 1
  • the time tO + TG of exposure of the matrix is chosen according to the maximum speed that must be able to detect this sensor. If this speed is
  • Vmax it is arranged that at the speed Vmax the last line L N of the matrix path time tO + TG the same image that saw the line LO at time tO. Then TG must be equal NpG / Vmax.
  • the correlation can be done by conventional correlation methods, the simplest being to subtract individual pixels of the same rank from the group of P pixels of the reference line and a group of P pixels from another line, and to quadratic sum of the results of the subtraction; the smaller the quadratic sum, the better the correlation; a minimum quadratic sum and situated below a determined threshold will represent the optimal correlation sought. It is desirable to have an optical system of great depth of field and magnification as little dependent on the distance between the sensor and the ground as possible. To improve the accuracy of the measurement, it can be provided that the measuring device comprises a separate means for measuring the distance between the sensor and the ground (such as those found in optical devices with autofocus) and for determine the magnification corresponding to this distance if this magnification is too dependent on the distance.
  • a zero velocity can be detected if the best correlation of the reference line LO is sought not only with the rest of the matrix but with the same reference line observed at time TG.
  • the line LO has P pixels (or it has M pixels but only P pixels are used at the center of the line).
  • This group of P adjacent pixels is correlated with all possible adjacent pixel groups in each of the lines Li to L N. There are N groups of P possible pixels in each line.
  • the best correlation is obtained for the group of pixels that is in the center of the line (the P pixels of the line LO being assumed in the center), there is no transverse velocity component. If, on the other hand, the best correlation is obtained for a group of pixels that is laterally offset from the center of the line, there is a transverse component of speed which is greater when the offset is large.
  • the rank of the offset expressed in distance or in number of columns of pixels representing this offset, is a numerical value representing the transverse speed component.
  • the offset is j columns of pitch p
  • the direction of the straight line joining the centers the group of P reference pixels and the group of P pixels having the best correlation represents the direction of the real velocity vector with respect to the ground. This angle is easily determinable if we know the ranks of the pixels in the matrix in line and in column and the steps of the pixels in line and in column.
  • ERS mode 2.1 ERS reverse direction mode In what follows, only the longitudinal velocity component will be considered.
  • the transverse velocity component can be determined by the result of the correlation of groups of P pixels as indicated above, regardless of whether one is in the global exposure mode or ERS mode. It is therefore deduced from the longitudinal velocity and the offset expressed in number of columns which gives the best correlation.
  • TG N.p.G / Vmax. If this duration is greater than TG, it is impossible to measure the speeds approaching the maximum speed Vmax, but the lower speeds can be measured more precisely, which can be interesting.
  • the speed measurement range is even smaller as TM increases beyond TG, but the accuracy is even greater for this range of speeds.
  • This peculiarity can be used to adapt the value of TM based on an estimated knowledge of speed, increasing TM if the speed is lower.
  • Other adaptations are possible, for example taking into account not only the estimated speed , but also of the acceleration, itself deduced from a derivation of previous velocity measurements.
  • the reference line LO is exposed to the time t0, thus between the time t0 and the time t0 + Tint. Then we wait for a duration Tm on which we will return later, and we expose first the first line Li of the matrix (the closest to the reference line) then the second, and so on.
  • Tm and dT responds to practical considerations, depending on the maximum speed that can be measured and the desired accuracy.
  • Tm + N.dT a speed higher than N.p.G / (Tm + N.dT). Therefore, if one wants to measure velocities close to Vmax, it is necessary that Tm + N.dT is less than a given value which is the TG value previously explained.
  • Tm and N.dT being sufficiently small, one can measure speeds close to Vmax, with a precision greater than that offered by the shutter scroll in the opposite direction. Reducing Tm + N.dT decreases the range of measurable speeds. Reducing dT increases linearity. Increasing dT decreases the linearity but increases the accuracy in the highest values of the measurable range.
  • a high speed, close to Vmax, will preferably be measured in direct scrolling mode, with Tm + NdT substantially equal to TG, dT all the greater as we want more precision and Tm all the smaller as a result;
  • a low speed will preferably be measured in inverse scroll mode with TM greater than TG and all the greater as we want more precision, and dT all the smaller that we want more linearity;
  • an intermediate speed will preferably be measured in direct scrolling mode with Tm + NdT greater than TG, dT greater if more precision (but less linearity) is desired and Tm is all the smaller.
  • Negative speed means that the vehicle has a preferential longitudinal direction of movement, but that it can possibly go in the opposite direction, that is to say back.
  • the sensor comprises two reference lines, one on each side of the matrix, and that means are provided for finding the correlations also from the second reference line, or in substitution of the correlations with the first line, simultaneously.
  • FIG. 4 represents a corresponding sensor with two reference lines LO and L'O located respectively on either side of the matrix of N.M pixels and controlled respectively by identical control circuits CLO and CL'O.
  • the lines LO and L'O are exposed simultaneously to the time t0. In global exposure mode, the rest of the matrix is exposed later.
  • the correlations are searched independently between the line LO and the rest of the matrix on the one hand, between the line L'O and the rest of the matrix on the other hand. If a sufficient correlation is found with the line LO the vehicle moves forward, if a correlation is found rather with the line L'O the vehicle moves back.
  • the reverse scroll mode can be used relative to the first reference line for the measurement of positive velocities, while running a direct scroll mode (relative to at the second reference line) for the measurement of negative speeds. This solution is well suited to the general case where the recoil speeds are well below the feed rates. 4. Using a pixel matrix of variable size
  • a matrix is used whose pixel dimensions increase as one moves away from the reference line. It is the length of the pixels, taken in the direction parallel to the columns, which varies, the width of the pixels parallel to the lines being preferably constant.
  • Figure 5 shows such a matrix.
  • a pixel located on line L 1 of rank i will have a surface larger than a pixel located on the first line Li. This pixel will be more sensitive and will collect a signal under better signal / noise ratio conditions for the same integration time in all lines. Therefore, if the line i is the one with the best correlation for a given vehicle speed V, the signal on which the search for optimal correlation is based will be better than if the line of rank i had the same pitch as the other lines .
  • T'int (p, / pO) T'int.
  • V (pi + p 2 + Ps ... + p,) G / L
  • V (P 1 + p 2 + p 3 ... + p,) G / [TM + (Ni) .dT] - in direct ERS mode:
  • the expression (p- ⁇ + p 2 + P3 ... + p,) becomes equal to [i.pO + i. (I + 1) .dp / 2] or else [i.pO + (i-1) .i.dp / 2].
  • the integration time is the same for all the rows of the matrix but it varies according to the estimated speed.
  • the integration time of the reference line can also vary.
  • the sensor has a CL line control circuit adapted to allow a different integration time for each line, it is possible to envisage line-by-line modulation of the integration time, so that the integration times 'increase as the rank of the line increases.
  • the integration times 'increase as the rank of the line increases.
  • a reference matrix line is used as the reference line, which depends on the estimated speed: for low estimated speeds, a line close to the measurement matrix is used as a reference line and a correlation with a close line must be found but for higher speeds, a distant line is used as a reference line and a correlation with a distant line must be found.
  • the reference matrix will be symmetrical and it will not be necessary to modify the integration time of the reference line as a function of the estimated speed. Only the choice of a reference line will be made according to an estimated speed. Both matrices may have identical integration times.
  • the reference matrix may have P pixels per line, or have M pixels as the reference matrix. In all cases, for the correlation, a group of central reference pixels P is used, and correlations with groups of P pixels of the measurement matrix are sought. It is preferable, however, to have two symmetric matrices (reading and reference matrices all having M pixels per line) to be able to invert the roles of the two matrices, in particular to determine negative speeds, when the vehicle is moving backwards.
  • FIG. 6 represents such a double matrix, in the configuration where the pitch of the lines is variable, the reference matrix (lines L'O to L ' N ) being variable pitch like the measurement matrix (lines LO to L N ) .

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

The invention concerns devices for measuring the speed of a vehicle relative to the ground, particularly the speed of a motor vehicle. A lighting source lights the ground; a matrix electronic image sensor organized in a matrix consisting of multiple lines (Li to LN) and columns (Ci to CM) of pixels, monitors a ground area. The sensor comprises, on the one hand, a matrix of N lines of M pixels oriented perpendicular to the forward direction of the vehicle and, on the other, a reference line of P pixels (P being less than M) parallel to the lines of the matrix; firstly, an instantaneous image projected on the reference line is recorded; afterward, an image projected on the matrix is recorded. The device comprises means for correlating the image projected on the P pixels of the reference line with the images projection on all the possible groups of P pixels in each of the N lines. The position of the groups that gives the best correlation of instantaneous images represents a measure of a longitudinal component and a transversal component of speeds.

Description

CAPTEUR DE VITESSE AU SOL D'UN VEHICULE GROUND SPEED SENSOR OF A VEHICLE
L'invention concerne les appareils de mesure de la vitesse d'un véhicule par rapport au sol, et notamment la vitesse d'un véhicule automobile.The invention relates to devices for measuring the speed of a vehicle relative to the ground, and in particular the speed of a motor vehicle.
Un des problèmes qu'on cherche à résoudre dans la mesure de vitesse d'un véhicule automobile est l'obtention d'une vitesse vraie par rapport au sol quelles que soient les conditions de roulement ; les capteurs de vitesse classiques montés sur les véhicules automobiles détectent la vitesse de rotation des roues et par conséquent ils ne sont pas fiables en cas de glissement (roues bloquées, aquaplaning, etc.). En outre, il peut être utile de connaître la vitesse de déplacement transversal du véhicule lorsqu'il y a une composante transversale, ce qui peut arriver aussi en cas de dérapage. Des capteurs fondés sur la mesure de vitesse de rotation des roues ne permettent évidemment pas de répondre à ce souhait. On a déjà proposé de réaliser des appareils de mesure de vitesse fondés sur une mesure optique du déplacement du véhicule par rapport au sol : deux capteurs optiques identiques, placés l'un en amont l'autre en aval sous le véhicule, observent le sol éclairé par des sources lumineuses et voient défiler successivement la même portion de sol à des instants différents. La mesure du temps qui sépare ces deux observations successives d'une même portion de sol permet de connaître la vitesse du véhicule si on connaît la distance entre les deux capteurs optiques. La mesure du temps est faite à partir d'une succession de corrélations entre le signal temporel détecté par un des capteurs au fur et à mesure du défilement et le signal temporel détecté par l'autre, décalé d'un temps variable. On recherche la valeur de temps de corrélation qui donne la plus forte corrélation ; en effet, une forte corrélation indique que les capteurs ont bien observé la même image du sol ; la valeur de ce temps représente donc le temps de défilement relatif du véhicule par rapport au sol. Ces capteurs sont cependant encombrants et coûteux. Ils utilisent des sources laser et des optiques de focalisation étroite pour permettre l'observation d'une tache lumineuse très étroite dur le sol, le capteur observant cette tache et produisant un signal variable en fonction de la granulométrie du sol. La tache lumineuse est nécessairement plus petite que les grains que l'on veut observer, faute de quoi les signaux recueillis par les capteurs se moyennent et ne permettent pas de fournir un signal variable corrélable avec le signal de l'autre capteur. Chaque capteur est associé à une source respective et les capteurs doivent observer exactement chacun la petite tache produite par le laser respectif. Les réglages sont donc difficiles et peu adaptés à une utilisation sur les véhicules automobiles.One of the problems that we seek to solve in the speed measurement of a motor vehicle is to obtain a true speed relative to the ground regardless of the rolling conditions; conventional speed sensors mounted on motor vehicles detect the speed of rotation of the wheels and therefore they are not reliable in case of slippage (locked wheels, aquaplaning, etc.). In addition, it may be useful to know the speed of transverse displacement of the vehicle when there is a transverse component, which can also happen in case of skidding. Sensors based on the measurement of rotation speed of the wheels obviously do not meet this wish. It has already been proposed to produce speed measuring devices based on an optical measurement of the movement of the vehicle relative to the ground: two identical optical sensors, placed one upstream the other downstream under the vehicle, observe the illuminated ground by light sources and successively scroll the same portion of soil at different times. Measuring the time separating these two successive observations from the same portion of the ground makes it possible to know the speed of the vehicle if the distance between the two optical sensors is known. The measurement of the time is made from a succession of correlations between the time signal detected by one of the sensors as scrolling and the time signal detected by the other, shifted by a variable time. We look for the correlation time value that gives the strongest correlation; indeed, a strong correlation indicates that the sensors have indeed observed the same image of the ground; the value of this time therefore represents the relative running time of the vehicle relative to the ground. These sensors are however bulky and expensive. They use laser sources and narrow focusing optics to allow the observation of a very narrow light spot on the ground, the sensor observing this spot and producing a variable signal depending on the grain size of the soil. The bright spot is necessarily smaller than the grains that we want to observe, otherwise the signals collected by the sensors are averaged and do not provide a variable signal correlable with the signal of the other sensor. Each sensor is associated with a respective source and the sensors must exactly observe each small spot produced by the respective laser. The settings are therefore difficult and unsuitable for use on motor vehicles.
La présente invention propose un dispositif de mesure de vitesse beaucoup moins encombrant et moins coûteux.The present invention provides a speed measuring device much less bulky and less expensive.
L'invention a pour objet un dispositif de détermination de vecteur de vitesse d'un véhicule par rapport au sol, comportant une source d'éclairage d'une zone de sol, un capteur d'image électronique matriciel organisé en multiples lignes et colonnes de pixels, et un système optique pour projeter sur le capteur une image réduite de la zone éclairée par la source, le capteur comportant d'une part une matrice de N lignes de M pixels orientées dans une direction dite "transversale" perpendiculaire à la direction de déplacement, dite direction longitudinale, de l'image projetée sur le capteur lorsque le véhicule se déplace dans une direction de référence, et d'autre part une ligne de référence de P pixels (P inférieur à M) parallèle aux lignes de la matrice, et des moyens pour enregistrer d'abord une image projetée sur la ligne de référence puis, ultérieurement, une image projetée sur la matrice, le dispositif comportant des moyens de corrélation de l'image projetée sur les P pixels de la ligne de référence avec les images projetées sur tous les groupes possibles de P pixels dans chacune des N lignes, des moyens de détermination du rang en ligne et du rang en colonne du groupe de P pixels qui donne la meilleure corrélation, et des moyens de détermination d'un vecteur vitesse à partir du rang en ligne et du rang en colonne ainsi déterminés.The invention relates to a device for determining the speed vector of a vehicle relative to the ground, comprising a light source of a ground zone, a matrix electronic image sensor organized in multiple rows and columns of pixels, and an optical system for projecting onto the sensor a reduced image of the zone illuminated by the source, the sensor comprising on the one hand a matrix of N lines of M pixels oriented in a so-called "transverse" direction perpendicular to the direction of displacement, said longitudinal direction, of the projected image on the sensor when the vehicle moves in a reference direction, and secondly a reference line of P pixels (P less than M) parallel to the lines of the matrix, and means for firstly recording a projected image on the reference line and subsequently a projected image on the matrix, the device comprising means for correlating the project image e on the P pixels of the reference line with the images projected on all possible groups of P pixels in each of the N lines, means for determining the row rank and the columnar rank of the group of P pixels which gives the best correlation, and means for determining a velocity vector from the row row and column rank thus determined.
Le grandissement du système optique est de préférence suffisamment grand (au moins 30) pour permettre de projeter par exemple une image d'une zone d'au moins dix centimètres de côté sur un capteur matriciel en circuit-intégré de quelques millimètres de côté ; ceci permet l'utilisation d'un capteur matriciel de faible coût tout en observant une zone de sol suffisamment grande pour que la rugosité de la route y soit bien perceptible et que la corrélation d'image soit possible. Par conséquent, l'invention propose d'utiliser un capteur matriciel avec une seule source lumineuse et un seul système optique de focalisation d'une image sur le capteur, d'utiliser une ligne de référence à un instant de référence et le reste de la matrice ensuite, et d'effectuer une corrélation interne, dans toute l'image matricielle reçue, entre une image de la ligne de référence prise à l'instant de référence et une autre image prise postérieurement. Le signal qui sert de référence pour la corrélation est une petite portion d'une image instantanée qui est vue par le capteur ; cette petite portion est une ligne orientée dans la direction transversale à l'avance du véhicule, et non un signal variable recueilli par un récepteur photosensible ponctuel au fur et à mesure du déplacement du véhicule dans une direction longitudinale.The magnification of the optical system is preferably sufficiently large (at least 30) to allow to project for example an image of an area of at least ten centimeters on a side a matrix sensor integrated circuit of a few millimeters side; this allows the use of a low cost matrix sensor while observing a sufficiently large ground area so that the roughness of the road is clearly perceptible and the image correlation is possible. Therefore, the invention proposes to use a matrix sensor with a single light source and a single optical system for focusing an image on the sensor, to use a reference line at a reference time and the rest of the image. then matrix, and perform an internal correlation, throughout the received matrix image, between an image of the reference line taken at the reference time and another image taken later. The signal that serves as a reference for correlation is a small portion of a snapshot that is seen by the sensor; this small portion is a line oriented in the transverse direction in advance of the vehicle, and not a variable signal collected by a punctual photosensitive receiver as the vehicle moves in a longitudinal direction.
On peut grâce à l'invention réaliser un capteur de vitesse particulièrement peu coûteux et très facile à régler : il suffit que le capteur matriciel soit orienté correctement par rapport à l'axe longitudinal du véhicule, c'est-à-dire, en supposant que le système optique conserve les directions transversales et longitudinales, que le capteur doit avoir ses lignes orientées dans la direction transversale et ses colonnes orientées dans la direction longitudinale. La notion de ligne est distinguée de la notion de colonne de la manière suivante : les capteurs d'image sont organisés en lignes et en colonnes, les lignes étant successivement adressées pour fournir en sortie des colonnes une série de signaux simultanés représentant l'image recueillie par la ligne adressée à ce moment. Dans toute la suite, on utilisera cette notion de lignes et colonnes, définie par référence à l'adressage au moment de la lecture.Thanks to the invention, it is possible to produce a speed sensor that is particularly inexpensive and very easy to adjust: it is sufficient for the matrix sensor to be oriented correctly with respect to the longitudinal axis of the vehicle, that is to say, assuming that the optical system retains the transverse and longitudinal directions, that the sensor must have its lines oriented in the transverse direction and its columns oriented in the longitudinal direction. The notion of line is distinguished from the notion of column in the following way: the image sensors are organized in rows and columns, the rows being successively addressed to output columns a series of simultaneous signals representing the image collected by the line addressed at that moment. In the following, we will use this concept of rows and columns, defined by reference to the addressing at the time of reading.
On peut déterminer des vitesses de déplacement longitudinale très faibles, ce qui est difficile avec les systèmes de l'art antérieur, et même une vitesse nulle, ce qui n'est pas possible avec les systèmes de l'art antérieur.Very low longitudinal displacement speeds can be determined, which is difficult with the systems of the prior art, and even zero speed, which is not possible with the systems of the prior art.
Dans une première réalisation, le capteur comporte des moyens pour accumuler périodiquement des charges photoélectriques dans la ligne de référence d'un instant de référence tO à un instant tO+Tint, Tint étant une durée d'intégration, et des moyens pour accumuler des charges photoélectriques dans la matrice d'un instant tO+TG postérieur à tO à un instant tO+TG+T'int, T'int étant une autre durée d'intégration. La matrice est exposée globalement pendant la durée de tO+TG à tO+TG+T'int. La durée T'int est de préférence égale à la durée Tint. Les durées Tint et T'int, qu'elles soient égales ou différentes, peuvent être ajustables en fonction d'une valeur estimée de la vitesse.In a first embodiment, the sensor comprises means for periodically accumulating photoelectric charges in the reference line of a reference time t0 at a time t0 + Tint, Tint being an integration time, and means for accumulating charges. in the matrix of a moment tO + TG after tO to a instant tO + TG + T'int, T'int being another integration time. The matrix is globally exposed for the duration of t0 + TG at t0 + TG + T'int. The duration T'int is preferably equal to the duration Tint. The durations Tint and T'int, whether equal or different, may be adjustable according to an estimated value of the speed.
Dans une deuxième réalisation, le capteur fonctionne en mode dit "electronic rolling shutter" ou mode ERS ou mode à défilement d'obturateur. Le capteur comporte des moyens pour accumuler des charges photoélectriques dans la ligne de référence d'un temps tO à un temps tO+Tint ; des moyens pour accumuler des charges dans la dernière ligne LN de la matrice (la plus éloignée de la ligne de référence) d'un temps tO+TM postérieur à tO à un temps tO+TM+T'int ; et des moyens pour accumuler des charges dans une ligne LN-, de rang N-i d'un temps t, à un temps t,+T'int, les temps t, s'échelonnant successivement à partir de tO+TM pour exposer successivement les lignes en partant de la ligne LN jusqu'à la ligne Li . L'intervalle de temps dT qui sépare le temps t, du temps t,+i ou t,-i est en principe constant, c'est-à-dire indépendant du rang N-i de la ligne considérée, et dès lors on a t, = tθ+ TM + (N-i).dT. Dans cette réalisation, le défilement de l'obturation est effectué en sens inverse du défilement d'une image dans le sens normal d'avance du véhicule.In a second embodiment, the sensor operates in so-called "electronic rolling shutter" mode or ERS mode or shutter-scrolling mode. The sensor comprises means for accumulating photoelectric charges in the reference line from a time t0 to a time t0 + Tint; means for accumulating charges in the last line L N of the matrix (furthest from the reference line) of a time tO + TM after tO at a time t0 + TM + T'int; and means for accumulating charges in a line L N -, of rank Ni of a time t, at a time t, + T'int, the times t, successively ranging from tO + TM to successively expose the lines from line L N to line Li. The time interval dT which separates the time t, from the time t, + i or t, -i is in principle constant, that is to say independent of the rank Ni of the line considered, and therefore we have , = tθ + TM + (Ni) .dT. In this embodiment, the movement of the shutter is performed in the opposite direction of the scrolling of an image in the normal direction of advance of the vehicle.
Dans une troisième réalisation, le capteur travaille également en mode ERS à défilement d'obturateur mais dans l'autre sens, c'est-à-dire que la ligne de référence accumule des charges d'un temps tO à un temps tO+Tint ; et une ligne L1 de rang i accumule des charges d'un temps t, à un temps tι+T'int, les temps t, s'échelonnant successivement à partir d'un instant tO+Tm pour exposer successivement les lignes en partant de la ligne Li à l'instant tO+Tm jusqu'à la ligne LN à l'instant tO+Tm+N.dT, en passant par la ligne L1 à l'instant tO+Tm+i.dT. Le défilement de l'obturateur se fait donc dans le même sens que le défilement des images dans le sens normal d'avance du véhicule.In a third embodiment, the sensor also works in shutter-scrolling ERS mode but in the other direction, that is to say that the reference line accumulates charges of a time t0 at a time t0 + Tint ; and a row L 1 of rank i accumulates charges of a time t, at a time tι + T'int, the times t, successively ranging from a time tO + Tm to successively expose the lines starting from line Li at time t0 + Tm to line L N at time t0 + Tm + N.dT, passing through line L 1 at time t0 + Tm + i.dT. The scrolling of the shutter is therefore in the same direction as the scrolling of the images in the normal direction of advance of the vehicle.
Dans une quatrième réalisation, le capteur comporte des moyens pour fonctionner en mode ERS aussi bien dans un sens que dans l'autre.In a fourth embodiment, the sensor comprises means for operating in ERS mode as well in one direction as in the other.
Selon une réalisation avantageuse, la largeur des lignes de pixels s'accroît avec le rang des pixels entre les premières et dernières lignes de la matrice, ceci pour améliorer le rapport signal/bruit des lectures d'image. Selon encore une autre réalisation, le temps d'intégration T'int des charges dans une ligne L1 de rang i est variable en fonction du rang i.According to an advantageous embodiment, the width of the rows of pixels increases with the rank of the pixels between the first and last rows of the matrix, this to improve the signal / noise ratio of the image readings. According to yet another embodiment, the integration time T'int of charges in a line L 1 of rank i is variable according to the rank i.
Dans toutes ces réalisations, les temps d'intégration Tint ou T'int sont de préférence ajustés en fonction d'une vitesse estimée du véhicule.In all these embodiments, the integration times Tint or T'int are preferably adjusted according to an estimated speed of the vehicle.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows and which is given with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 représente un capteur matriciel classique ; - la figure 2 représente schématiquement le dispositif de mesure de vitesse selon l'invention ;- Figure 1 shows a conventional matrix sensor; - Figure 2 shows schematically the speed measuring device according to the invention;
- la figure 3 représente la constitution de principe du capteur utilisé dans l'invention ;FIG. 3 represents the basic structure of the sensor used in the invention;
- la figure 4 représente une variante permettant la mesure de vitesses en marche arrière ;- Figure 4 shows a variant for the measurement of speeds in reverse;
- la figure 5 représente une variante avec largeurs de lignes de pixels croissante ;FIG. 5 represents a variant with increasing pixel line widths;
- la figure 6 représente une variante avec matrice symétrique.- Figure 6 shows a variant with symmetrical matrix.
Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement un capteur d'image matriciel classique formé de N lignes et M colonnes de pixels. Les lignes sont désignées par Li, L2, ... L1, . .. LN. Elles sont représentées dans le sens vertical de la feuille. Les colonnes sont désignées par Ci , C2 ...Cj, ...Cm. Elles sont représentées dans le sens horizontal de la feuille. Il s'agit de préférence d'un capteur de type CMOS, fonctionnant de la manière suivante : les images sont intégrées pendant une durée d'intégration T'int, pendant laquelle chaque ligne reçoit la lumière de l'image qui est projetée sur elle. Au bout de cette durée, la ligne est lue, c'est-à-dire que les charges photogénérées dans chaque pixel de la ligne sont appliquées à la sortie en colonne de la matrice, par l'intermédiaire de conducteurs de colonne et d'amplificateurs de lecture en bout de colonne, et les signaux en bout de colonne (un vecteur de M signaux), sont extraits sur une sortie S, séquentiellement ou simultanément, pour être exploités. Après qu'une ligne a été adressée et lue, une autre ligne peut être adressée et lue sur la sortie S, et ainsi de suite. Un tel capteur peut être utilisé soit en exposition globale de toute la matrice soit en mode "Electronic Rolling Shutter'Ou mode ERS, ou encore mode d'obturateur électronique défilant.FIG. 1 diagrammatically shows a conventional matrix image sensor formed of N rows and M columns of pixels. The lines are designated Li, L 2 , ... L 1 ,. .. L N. They are represented in the vertical direction of the sheet. The columns are designated Ci, C 2 ... C j , ... C m . They are represented in the horizontal direction of the sheet. It is preferably a CMOS type sensor, operating in the following manner: the images are integrated during an integration time T'int, during which each line receives the light of the image that is projected onto it . At the end of this period, the line is read, that is to say that the photogenerated charges in each pixel of the line are applied to the column output of the matrix, via column conductors and reading amplifiers at the end of the column, and the end-of-column signals (a vector of M signals) are extracted on an output S, sequentially or simultaneously, to be exploited. After a line has been addressed and read, another line can be addressed and read on the output S, and so on. Such a sensor can be used either in global exposure of the entire matrix or in "Electronic Rolling Shutter" mode or ERS mode, or alternatively electronic shutter mode scrolling.
Dans le mode d'exposition globale, toutes les lignes accumulent des charges simultanément, pendant une durée T'int, par exemple depuis un instant de début tg jusqu'à un instant tg+T'int. Les lignes sont ensuite lues successivement.In the overall exposure mode, all the lines accumulate charges simultaneously, during a duration T'int, for example since a start time tg until a time tg + T'int. The lines are then read successively.
Dans le mode ERS l'exposition des lignes est successive et non simultanée : l'intégration de charges dans la ligne de rang i démarre après le début d'intégration de charges dans une ligne précédente ou suivante, selon le sens de défilement direct ou inverse de l'obturation électronique ; dans un sens qu'on appellera sens direct, l'intégration de charges dans la ligne de rang i commence après le début d'intégration de charges dans la ligne de rang i-1 et avant le début d'intégration de charges dans la ligne de rang i+1 . Dans le sens inverse, c'est le contraire.In the ERS mode, the exposure of the lines is successive and not simultaneous: the integration of loads in the line of rank i starts after the beginning of integration of loads in a previous or next line, according to the direction of direct or inverse scrolling electronic shutter; in a sense that we will call forward direction, the integration of charges in row i begins after the start of charge integration in line of rank i-1 and before the beginning of charge integration in line of rank i + 1. In the opposite direction, it's the opposite.
Pour le sens direct, si on suppose que l'instant de début d'intégration de la première ligne Li commence à un instant tm, cela signifie que la lecture de l'image est telle que le signal recueilli par la ligne de rang i est un signal correspondant à l'image vue par cette ligne à un instant tm+i.dT, alors que le signal recueilli par la ligne de rang i-1 correspond à l'image vue par cette ligne à un instant tm+(i-1 ).dT. L'intervalle de temps dT est le pas d'avance du défilement qui est supposé constant.For the direct sense, if we assume that the integration start time of the first line Li starts at a time tm, it means that the reading of the image is such that the signal collected by the line of rank i is a signal corresponding to the image seen by this line at a time tm + i.dT, while the signal collected by the line of rank i-1 corresponds to the image seen by this line at a time tm + (i-1 ) dt. The time interval dT is the step in advance of the scroll which is assumed to be constant.
Dans ce qui suit, on considérera par convention, pour faciliter les explications, que lorsqu'on dit image vue ou lue à l'instant t,, cela signifie image recueillie par accumulation de charges pendant une certaine durée d'intégration débutant à l'instant t, et lue après cette durée d'intégration, sachant que la durée d'intégration doit avoir une valeur suffisante pour accumuler un nombre de charges électriques suffisant en termes de rapport signal/bruit. Le principe de la présente invention est expliqué en référence à la figure 2. Le dispositif de mesure 10 est placé sous le véhicule 12, il comporte une source lumineuse 14 qui éclaire une portion de sol 1 6 au-dessous du véhicule, un capteur matriciel d'image 18 qui sera décrit plus loin, un système optique 20 qui projette sur le capteur matriciel une image en réduction de la zone éclairée ou d'une partie de celle-ci. Si le capteur matriciel a une forme rectangulaire il reçoit une image d'une portion rectangulaire de la zone éclairée, et on considérera que la zone éclairée est cette zone rectangulaire, de dimension G fois la dimension de la matrice si le grandissement du système optique est G. La zone rectangulaire a de préférence une dimension d'environ 10 cm de côté, et le grandissement G est d'au moins 30 pour que la matrice puisse avoir des dimensions ne dépassant pas quelques millimètres de côté de manière à limiter son coût.In what follows, it will be considered by convention, to facilitate the explanations, that when said image seen or read at time t ,, it means image collected by accumulation of charges during a certain integration period starting at the instant t, and read after this integration time, knowing that the integration time must have a value sufficient to accumulate a sufficient number of electrical charges in terms of signal / noise ratio. The principle of the present invention is explained with reference to FIG. 2. The measuring device 10 is placed under the vehicle 12, it comprises a light source 14 which illuminates a portion of the ground 1 6 below the vehicle, a matrix sensor image 18 which will be described later, an optical system 20 which projects on the matrix sensor a reduction image of the illuminated area or a part thereof. If the sensor matrix has a rectangular shape it receives an image of a rectangular portion of the illuminated area, and it will be considered that the illuminated area is this rectangular area, of dimension G times the dimension of the matrix if the magnification of the optical system is G. Rectangular area preferably has a dimension of about 10 cm side, and the magnification G is at least 30 so that the matrix can have dimensions not exceeding a few millimeters aside so as to limit its cost.
La source de lumière est de préférence une diode électroluminescente en infrarouge proche, de préférence dans une gamme d'environ 100 à 150 nanomètres centrée autour d'environ 780 nanomètres, le capteur étant sensible à cet infrarouge proche, ce qui est le cas des capteurs en silicium. Le capteur peut avoir par exemple 120 lignes et 120 colonnes de pixels.The light source is preferably a near infrared light emitting diode, preferably in a range of about 100 to 150 nanometers centered around about 780 nanometers, the sensor being sensitive to this near infrared, which is the case of sensors in silicon. The sensor may have for example 120 rows and 120 columns of pixels.
Les circuits électroniques de traitement qui établissent les corrélations successives qui seront effectuées à partir des signaux du capteur d'image peuvent être situés sur la même puce de circuit-intégré que le capteur matriciel ou être constitués par des puces différentes montées comme le capteur 18 sur une carte de circuit imprimé 22. Le capteur matriciel est placé de telle manière (en supposant pour simplifier que le système optique conserve les orientations) que les colonnes de la matrice sont orientées dans le sens de déplacement standard (longitudinal) du véhicule désigné par la flèche DL, alors que les lignes de pixels sont orientées dans le sens transversal. Par conséquent, une ligne de la matrice observe sur le sol à un instant donné une bande perpendiculaire à l'axe longitudinal du véhicule.The electronic processing circuits that establish the successive correlations that will be made from the image sensor signals may be located on the same integrated circuit chip as the array sensor or may be constituted by different chips mounted as the sensor 18 on a printed circuit board 22. The matrix sensor is placed in such a way (assuming for simplicity that the optical system retains the orientations) that the columns of the matrix are oriented in the direction of standard (longitudinal) displacement of the vehicle designated by the arrow DL, while the pixel lines are oriented in the transverse direction. Consequently, a line of the matrix observes on the ground at a given moment a band perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle.
La figure 3 représente la configuration de principe du capteur matriciel selon l'invention. Ce capteur comporte d'une part une matrice de N lignes et M colonnes, et d'autre part une ligne supplémentaire LO, qu'on appellera ligne de rang 0, qui est de préférence juxtaposée à la ligne Li et qui recueille une image qu'on appellera image de référence, servant à des corrélations successives qu'on décrira plus loin. Dans la pratique, la ligne de rang 0 est une ligne supplémentaire du capteur matriciel, fournissant un signal d'image sur les colonnes du capteur matriciel, mais on verra que son exposition doit être commandée différemment des autres lignes et c'est pourquoi on a représenté d'une part un circuit CL de commande de lignes de la matrice et d'autre part un circuit CLO de commande de la ligne de référence.FIG. 3 represents the basic configuration of the matrix sensor according to the invention. This sensor comprises on the one hand a matrix of N lines and M columns, and on the other hand an additional line LO, which will be called row of rank 0, which is preferably juxtaposed with the line Li and which collects an image that we will call reference image, serving for successive correlations which will be described later. In practice, the line of rank 0 is an additional line of the matrix sensor, providing an image signal on the columns of the matrix sensor, but it will be seen that its exposure must be controlled differently from the other lines and that is why we have represented on the one hand a control circuit CL of lines of the matrix and secondly a control circuit CLO of the reference line.
La ligne de référence est plus courte que les autres lignes de la matrice et comporte P pixels (P inférieur au nombre M de pixels dans les autres lignes). Toutefois, on pourrait la faire aussi longue que les autres lignes (M pixels en ligne), mais dans ce cas on n'utilisera que P pixels de cette ligne pour fournir les signaux de référence pour les corrélations successives ultérieures. Les P pixels sont en principe centrés au milieu des autres lignes de la matrice comme on le voit sur la figure 3. Pour N = 120, P peut être d'environ 20.The reference line is shorter than the other lines of the matrix and has P pixels (P less than the number M of pixels in the other lines). However, it could be as long as the other lines (M pixels in line), but in this case we will use only P pixels of this line to provide the reference signals for subsequent successive correlations. The P pixels are in principle centered in the middle of the other rows of the matrix as seen in Figure 3. For N = 120, P can be about 20.
1. Fonctionnement de base, en mode d'exposition globale1. Basic operation, in global exposure mode
1.1. détermination de vitesse longitudinale1.1. longitudinal velocity determination
La ligne LO enregistre périodiquement l'image (P pixels) d'une extrémité aval de la zone rectangulaire éclairée 16, à un instant tO, c'est-à- dire par accumulation de charges de tO à tO+Tint, Tint étant le temps d'intégration pour cette ligne, déterminé par le circuit CLO. Le signal correspondant à la ligne LO au temps tOest mis en mémoire à partir de la sortie S. Ce signal est un vecteur à P composantes représentant une bande de sol vue à l'instant tO.The line LO periodically records the image (P pixels) of a downstream end of the illuminated rectangular zone 16, at a time t0, that is to say by accumulation of charges from t0 to t0 + Tint, Tint being the integration time for this line, determined by the CLO circuit. The signal corresponding to the line LO at time tO is stored from the output S. This signal is a vector with P components representing a ground band seen at time t0.
On va d'abord supposer que toutes les lignes Li à LN sont identiques, qu'elles enregistrent des images prises au même instant tg = tO+TG et avec une même durée d'intégration T'int (c'est-à-dire en intégrant les charges de l'instant tO+TG à l'instant tO+TG+T'int), et que le véhicule se déplace longitudinalement sans composante de vitesse transversale. La durée d'intégration de charges T'int pour la matrice de N lignes est de préférence la même que la durée Tint pour la ligne LO.We will first assume that all the lines Li to L N are identical, that they record images taken at the same time tg = tO + TG and with the same duration of integration T'int (ie say by integrating the charges of the instant tO + TG at time tO + TG + T'int), and that the vehicle moves longitudinally without a transverse speed component. The charge integration time T'int for the matrix of N lines is preferably the same as the duration Tint for the line LO.
Une zone de sol est vue par la ligne LO à un instant tO et cette même zone est vue par une autre ligne L1 à l'instant tO+TG car le véhicule et le capteur se sont déplacés. Si la vitesse du véhicule est V, si le grandissement de l'optique est G, si le pas des pixels est p depuis la ligne LO jusqu'à la ligne L1 de rang i, et donc si la distance entre la ligne LO et la ligne L1 est i.p, alors on peut dire que la vitesse du véhicule est : V = i.p.G/TG. L'instant tO+TG d'exposition de la matrice est choisi en fonction de la vitesse maximale que doit pouvoir détecter ce capteur. Si cette vitesse estA ground zone is seen by line LO at a time t0 and this same zone is seen by another line L 1 at time t0 + TG because the vehicle and the sensor have moved. If the speed of the vehicle is V, if the magnification of the optic is G, if the pitch of the pixels is p from the line LO to the line L 1 of rank i, and therefore if the distance between the line LO and the line L 1 is ip, so we can say that the speed of the vehicle is: V = ipG / TG. The time tO + TG of exposure of the matrix is chosen according to the maximum speed that must be able to detect this sensor. If this speed is
Vmax, on s'arrange pour qu'à la vitesse Vmax la dernière ligne LN de la matrice voie au temps tO+TG la même image que voyait la ligne LO au temps tO. Alors TG doit être égal N.p.G/Vmax.Vmax, it is arranged that at the speed Vmax the last line L N of the matrix path time tO + TG the same image that saw the line LO at time tO. Then TG must be equal NpG / Vmax.
On enregistre donc toutes les lignes de pixels à l'instant tO+TG. Cet enregistrement est fait cycliquement mais on ne considère ici qu'un cycle partant du temps tO d'observation de la première ligne LO et aboutissant au temps tO+TG d'observation de la matrice. On compare les enregistrements de chacune des lignes avec l'enregistrement de la première ligne. Cette comparaison est en pratique faite par une opération mathématique classique de corrélation entre les P pixels de la ligne LO et P pixels correspondants au centre des autres lignes. La corrélation est faite par des circuits de traitement de signal présents dans la puce de capteur ou dans la carte 22. On détermine quel est le rang i de la ligne L1 qui donne la meilleure corrélation, c'est-à-dire celle qui a en principe observé la même image que la ligne LO. Et on calcule la vitesse du véhicule, qui est i.p.G/TG.Thus, all the rows of pixels are recorded at time t0 + TG. This recording is done cyclically, but here we consider only a cycle starting from the time tO of observation of the first line LO and ending in time tO + TG of observation of the matrix. The records of each line are compared with the record of the first line. This comparison is in practice made by a conventional mathematical operation of correlation between the P pixels of the line LO and P corresponding pixels in the center of the other lines. The correlation is made by signal processing circuits present in the sensor chip or in the card 22. It is determined what is the rank i of the line L 1 which gives the best correlation, that is to say the one which in principle observed the same image as the line LO. And we calculate the speed of the vehicle, which is ipG / TG.
La corrélation peut se faire par des méthodes de corrélation classiques, la plus simple consistant à soustraire les pixels individuels de même rang du groupe de P pixels de la ligne de référence et d'un groupe de P pixels d'une autre ligne, et à faire la somme quadratique des résultats de la soustraction ; plus la somme quadratique est faible, meilleure est la corrélation ; une somme quadratique minimale et située au-dessous d'un seuil déterminé représentera la corrélation optimale recherchée. II est souhaitable d'avoir un système optique à grande profondeur de champ et à grandissement aussi peu dépendant que possible de la distance entre le capteur et le sol. Pour améliorer la précision de la mesure, on peut prévoir que le dispositif de mesure comporte un moyen séparé pour mesurer la distance entre le capteur et le sol (tel que ceux qu'on trouve dans les appareils optiques avec mise au point automatique) et pour déterminer le grandissement correspondant à cette distance si ce grandissement est trop dépendant de la distance.The correlation can be done by conventional correlation methods, the simplest being to subtract individual pixels of the same rank from the group of P pixels of the reference line and a group of P pixels from another line, and to quadratic sum of the results of the subtraction; the smaller the quadratic sum, the better the correlation; a minimum quadratic sum and situated below a determined threshold will represent the optimal correlation sought. It is desirable to have an optical system of great depth of field and magnification as little dependent on the distance between the sensor and the ground as possible. To improve the accuracy of the measurement, it can be provided that the measuring device comprises a separate means for measuring the distance between the sensor and the ground (such as those found in optical devices with autofocus) and for determine the magnification corresponding to this distance if this magnification is too dependent on the distance.
Pour les vitesses inférieures à Vιmax/2, si on connaît une vitesse estimée Ve du véhicule, on peut moduler le temps d'attente TG en fonction de cette vitesse pour que la ligne de meilleure corrélation se trouve systématiquement aux environs de la ligne de rang N/2 c'est-à-dire au milieu de la matrice. On prend pour cela TG égal à environ N.p.G/2Ve. Il en résulte que la précision est meilleure, la détection de vitesse se produisant dans la gamme 0 à 2Ve au lieu de 0 à Vmax. Si on connaît l'accélération, on peut même raffiner le calcul de TG en faisant en sorte que TG soit plus faible que N.p.G/2Ve en cas d'accélération et plus grand en cas de décélération.For speeds below Vιmax / 2, if we know an estimated speed Ve of the vehicle, we can modulate the waiting time TG according to this speed so that the line of best correlation is found systematically around the line of rank N / 2 that is to say in the middle of the matrix. For this we take TG equal to about NpG / 2Ve. As a result, the accuracy is better, the speed detection occurring in the range 0 to 2Ve instead of 0 to Vmax. If we know the acceleration, we can even refine the calculation of TG by making sure that TG is lower than NpG / 2Ve in case of acceleration and greater in case of deceleration.
On peut détecter une vitesse nulle si on recherche la meilleure corrélation de la ligne de référence LO non seulement avec le reste de la matrice mais avec la même ligne de référence observée à l'instant TG.A zero velocity can be detected if the best correlation of the reference line LO is sought not only with the rest of the matrix but with the same reference line observed at time TG.
1 .2. Détermination de composante transversale de vitesse La ligne LO comporte P pixels (ou bien elle comporte M pixels mais on n'utilise que P pixels au centre de la ligne).1 .2. Determination of transverse velocity component The line LO has P pixels (or it has M pixels but only P pixels are used at the center of the line).
On fait la corrélation de ce groupe de P pixels adjacents avec tous les groupes de pixels adjacents possibles dans chacune des lignes Li à LN. Il y a N groupes de P pixels possibles dans chaque ligne.This group of P adjacent pixels is correlated with all possible adjacent pixel groups in each of the lines Li to L N. There are N groups of P possible pixels in each line.
Si la meilleure corrélation est obtenue pour le groupe de pixels qui est au centre de la ligne (les P pixels de la ligne LO étant supposés au centre), il n'y a pas de composante de vitesse transversale. Si au contraire la meilleure corrélation est obtenue pour un groupe de pixels qui est décalé latéralement par rapport au centre de la ligne, il y a une composante transversale de vitesse qui est d'autant plus grande que le décalage est grand. Le rang du décalage, exprimé en distance ou en nombre de colonnes de pixels représentant ce décalage, est une valeur numérique représentant la composante de vitesse transversale. Typiquement, si le décalage est de j colonnes de pas p, la vitesse transversale est Vt = j.p.G/TG. On suppose pour simplifier que le pas des colonnes est le même que le pas des lignes mais ce n'est pas obligatoire. De toutes façons, la direction de la droite joignant les centres le groupe de P pixels de référence et le groupe de P pixels présentant la meilleure corrélation représente la direction du vecteur vitesse réel par rapport au sol. Cet angle est aisément déterminable si on connaît les rangs des pixels dans la matrice en ligne et en colonne et les pas des pixels en ligne et en colonne.If the best correlation is obtained for the group of pixels that is in the center of the line (the P pixels of the line LO being assumed in the center), there is no transverse velocity component. If, on the other hand, the best correlation is obtained for a group of pixels that is laterally offset from the center of the line, there is a transverse component of speed which is greater when the offset is large. The rank of the offset, expressed in distance or in number of columns of pixels representing this offset, is a numerical value representing the transverse speed component. Typically, if the offset is j columns of pitch p, the transverse velocity is Vt = j.p.G / TG. We assume for simplicity that the step of the columns is the same as the pitch of the lines but it is not obligatory. In any case, the direction of the straight line joining the centers the group of P reference pixels and the group of P pixels having the best correlation represents the direction of the real velocity vector with respect to the ground. This angle is easily determinable if we know the ranks of the pixels in the matrix in line and in column and the steps of the pixels in line and in column.
2. Fonctionnement en mode ERS 2.1 mode ERS à sens de défilement inverse Dans ce qui suit, on considérera uniquement la composante de vitesse longitudinale. La composante de vitesse transversale peut être déterminée par le résultat de la corrélation des groupes de P pixels comme indiqué précédemment, indépendamment du fait qu'on est en mode d'exposition globale ou en mode ERS. Elle se déduit donc de la vitesse longitudinale et du décalage exprimé en nombre de colonnes qui donne la meilleure corrélation.2. Operation in ERS mode 2.1 ERS reverse direction mode In what follows, only the longitudinal velocity component will be considered. The transverse velocity component can be determined by the result of the correlation of groups of P pixels as indicated above, regardless of whether one is in the global exposure mode or ERS mode. It is therefore deduced from the longitudinal velocity and the offset expressed in number of columns which gives the best correlation.
En mode ERS avec défilement inverse, on expose la ligne de référence LO au temps tO donc entre le temps tO et le temps tO+Tïnt. Puis on attend une durée TM et on expose d'abord la dernière ligne de la matrice (la plus lointaine de la ligne de référence) puis l'avant dernière, et ainsi de suite. Les instants d'exposition s'échelonnent régulièrement ; par conséquent l'exposition de la ligne L1 de rang i a lieu à l'instant t, avec : t, = tO+TM+(N-i).dT, dT est l'intervalle de temps régulier qui sépare l'exposition d'une ligne de rang i de l'exposition de la ligne suivante de rang i-1 ou de la ligne précédente de rang i+1.In ERS mode with reverse scrolling, the reference line LO is exposed to the time t0, therefore, between the time t0 and the time t0 + Tnt. Then we wait for a duration TM and we expose first the last line of the matrix (the most distant of the reference line) then the penultimate, and so on. The moments of exposure are staggered regularly; consequently, the exposure of line L 1 of rank ia takes place at time t, with: t, = t0 + TM + (Ni) .dT, dT is the regular time interval which separates the exposure of a Rank row i of the exposure of the next line of rank i-1 or the preceding row of rank i + 1.
Le temps TM qu'on attend avant d'exposer la dernière ligne est choisi en fonction de la vitesse maximale mesurable par le capteur. Ce peut être la même valeur TG que dans le mode d'exposition global, à savoir TM =The TM time that is expected before exposing the last line is chosen according to the maximum speed measurable by the sensor. This can be the same TG value as in the global exposure mode, ie TM =
TG = N.p.G/Vmax. Si cette durée est supérieure à TG on ne peut pas mesurer les vitesses s'approchant de la vitesse maximale Vmax, mais on peut mesurer plus précisément les vitesses plus basses, ce qui peut être intéressant.TG = N.p.G / Vmax. If this duration is greater than TG, it is impossible to measure the speeds approaching the maximum speed Vmax, but the lower speeds can be measured more precisely, which can be interesting.
On relève successivement les vecteurs d'image des lignes successives, pris à des instants successifs. On effectue des calculs de corrélation entre le vecteur représentant le groupe de P pixels de référence et les groupes de P pixels pris dans les lignes successives. Si la corrélation maximale est trouvée pour la ligne de rang i, alors que le temps d'observation de cette ligne est décalé de TM+ (N-i).dT on en déduit que le véhicule s'est déplacé d'une distance p.i.G pendant le temps TM+(N-i).dT, et donc que la vitesse du véhicule est V = p.i.G/[TM+(N-i).dT] La mesure est d'autant plus linéaire que dT est plus faible ; inversement la mesure est moins linéaire mais précise pour les faibles vitesses et moins précise pour les grandes vitesses si dT est plus grand.We successively record the image vectors of successive lines, taken at successive instants. Correlation calculations are performed between the vector representing the group of P reference pixels and the groups of P pixels taken in the successive lines. If the maximum correlation is found for the line of rank i, while the observation time of this line is shifted by TM + (Ni) .dT one deduces that the vehicle has moved a distance piG for the time TM + (Ni) .dT, and therefore the speed of the vehicle is V = piG / [TM + (Ni) .dT] The measure is all the more linear as dT is lower; conversely the measurement is less linear but accurate for low speeds and less accurate for high speeds if dT is larger.
La gamme de mesure de vitesses est d'autant plus réduite que TM augmente au-delà de TG, mais la précision est alors d'autant plus grande pour cette gamme de vitesses. On peut mettre à profit cette particularité pour adapter la valeur de TM en fonction d'une connaissance estimée de la vitesse, en augmentant TM si la vitesse est plus basse. L'adaptation est par exemple la suivante : si la vitesse estimée est Ve, on s'arrange pour donner à TM, lors de la mesure suivante, une valeur telle que Ve=p.(N/2).G/(TM+((N/2).dT), ce qui revient à dire qu'on choisit TM pour que la corrélation se passe sensiblement au milieu de la matrice. D'autres adaptations sont possibles, par exemple en tenant compte non seulement de la vitesse estimée, mais aussi de l'accélération, elle-même déduite d'une dérivation des mesures de vitesse précédentes.The speed measurement range is even smaller as TM increases beyond TG, but the accuracy is even greater for this range of speeds. This peculiarity can be used to adapt the value of TM based on an estimated knowledge of speed, increasing TM if the speed is lower. The adaptation is for example the following: if the estimated velocity is Ve, it is arranged to give to TM, during the next measurement, a value such that Ve = p. (N / 2) .G / (TM + ( (N / 2) .dT), which is equivalent to saying that TM is chosen so that the correlation occurs substantially in the middle of the matrix Other adaptations are possible, for example taking into account not only the estimated speed , but also of the acceleration, itself deduced from a derivation of previous velocity measurements.
2.2. Mode ERS à sens de défilement direct Là encore, on considérera seulement la composante de vitesse longitudinale, du fait que la composante transversale se déduit de la vitesse longitudinale et de la valeur de décalage en nombre de colonnes qui donne la meilleure corrélation, indépendamment du fait qu'on est en mode ERS ou non.2.2. ERS direct-forward mode Again, only the longitudinal velocity component will be considered, since the transverse component is deduced from the longitudinal velocity and the column-number offset value which gives the best correlation, irrespective of the fact. whether you are in ERS mode or not.
En mode ERS avec défilement dans le sens direct, on expose la ligne de référence LO au temps tO donc entre le temps tO et le temps tO+Tint. Puis on attend une durée Tm sur laquelle on reviendra plus loin, et on expose d'abord la première ligne Li de la matrice (la plus proche de la ligne de référence) puis la deuxième, et ainsi de suite.In ERS mode with forward scrolling, the reference line LO is exposed to the time t0, thus between the time t0 and the time t0 + Tint. Then we wait for a duration Tm on which we will return later, and we expose first the first line Li of the matrix (the closest to the reference line) then the second, and so on.
Les instants d'exposition s'échelonnent régulièrement ; par conséquent l'exposition de la ligne L1 de rang i a lieu à l'instant t, avec : t, = t0+Tm+ i.dT, dT est l'intervalle de temps régulier qui sépare l'exposition d'une ligne de rang i de l'exposition de la ligne suivante de rang i+1 ou précédente de rang i-1 .The moments of exposure are staggered regularly; consequently the exposure of the line L 1 of rank ia takes place at time t, with: t, = t0 + Tm + i.dT, dT is the regular time interval which separates the exposure of a line of rank i of the exposure of the next row of rank i + 1 or preceding rank i-1.
On relève successivement les vecteurs d'image des lignes successives, pris à des instants successifs. On effectue des calculs de corrélation entre le vecteur représentant le groupe de P pixels de référence et les groupes de P pixels pris dans les lignes successives. Si la corrélation maximale est trouvée pour la ligne de rang i, alors que le temps d'observation de cette ligne est décalé de Tm + i.dT on en déduit que le véhicule s'est déplacé d'une distance p.i.G pendant le temps Tm + i.dT, et donc que la vitesse du véhicule est V = p.i.G/[Tm+i.dT]We successively record the image vectors of successive lines, taken at successive instants. We perform calculations of correlation between the vector representing the group of P reference pixels and the groups of P pixels taken in the successive lines. If the maximum correlation is found for the line of rank i, while the observation time of this line is shifted by Tm + i.dT one deduces that the vehicle has moved a distance piG during the time Tm + i.dT, and therefore the speed of the vehicle is V = piG / [Tm + i.dT]
Le choix de Tm et dT répond à des considérations pratiques, en fonction de la vitesse maximale qu'on veut pouvoir mesurer et en fonction de la précision désirée. Tout d'abord, on ne peut pas mesurer dans ce mode une vitesse supérieure à N.p.G/(Tm+N.dT). Par conséquent, si on veut mesurer des vitesses proches de Vmax, il faut que Tm+N.dT soit inférieur à une valeur donnée qui est la valeur TG précédemment expliquée. D'autre part, si cette condition est respectée, Tm et N.dT étant suffisamment petits, on peut mesurer des vitesses proches de Vmax, avec une précision supérieure à celle qu'offre le défilement d'obturateur en sens inverse. En réduisant Tm+N.dT on diminue la gamme de vitesses mesurables. En réduisant dT on augmente la linéarité. En augmentant dT on diminue la linéarité mais on augmente la précision dans les valeurs les plus hautes de la gamme mesurable.The choice of Tm and dT responds to practical considerations, depending on the maximum speed that can be measured and the desired accuracy. First, one can not measure in this mode a speed higher than N.p.G / (Tm + N.dT). Therefore, if one wants to measure velocities close to Vmax, it is necessary that Tm + N.dT is less than a given value which is the TG value previously explained. On the other hand, if this condition is respected, Tm and N.dT being sufficiently small, one can measure speeds close to Vmax, with a precision greater than that offered by the shutter scroll in the opposite direction. Reducing Tm + N.dT decreases the range of measurable speeds. Reducing dT increases linearity. Increasing dT decreases the linearity but increases the accuracy in the highest values of the measurable range.
On peut donc là encore adapter le choix des valeurs en fonction d'une vitesse estimée.Here again we can adapt the choice of values according to an estimated speed.
2.3. Combinaison des deux modes2.3. Combination of the two modes
On peut utiliser alternativement l'un puis l'autre des deux modes, ou encore utiliser l'un des modes pour certaines vitesses et l'autre mode pour d'autres vitesse.We can use alternately one then the other of the two modes, or use one of the modes for some speeds and the other mode for other speeds.
Ainsi, si on connaît par une mesure précédente une vitesse estimée, on peut choisir le mode de défilement inverse ou direct et adapter les temps dT, TM ou Tm en fonction de la vitesse estimée. Typiquement :Thus, if we know by an earlier measurement an estimated speed, we can choose the reverse or direct scroll mode and adapt the times dT, TM or Tm according to the estimated speed. Typically:
- une vitesse élevée, proche de Vmax, sera de préférence mesurée en mode de défilement direct, avec Tm+NdT sensiblement égal à TG, dT d'autant plus grand qu'on veut plus de précision et Tm d'autant plus petit par conséquent ;a high speed, close to Vmax, will preferably be measured in direct scrolling mode, with Tm + NdT substantially equal to TG, dT all the greater as we want more precision and Tm all the smaller as a result;
- une vitesse basse sera de préférence mesurée en mode de défilement inverse avec TM plus grand que TG et d'autant plus grand qu'on veut plus de précision, et dT d'autant plus petit qu'on veut plus de linéarité ;a low speed will preferably be measured in inverse scroll mode with TM greater than TG and all the greater as we want more precision, and dT all the smaller that we want more linearity;
- une vitesse intermédiaire sera de préférence mesurée en mode de défilement direct avec Tm+NdT plus grand que TG, dT plus grand si on veut plus de précision (mais moins de linéarité) et Tm d'autant plus petit.an intermediate speed will preferably be measured in direct scrolling mode with Tm + NdT greater than TG, dT greater if more precision (but less linearity) is desired and Tm is all the smaller.
3. Fonctionnement en vitesses négatives3. Operation in negative speeds
Par vitesse négative on entend le fait que le véhicule a un sens de déplacement longitudinal préférentiel, mais qu'il peut éventuellement aller en sens inverse c'est-à-dire reculer. Dans ce cas, il est préférable que le capteur comporte deux lignes de référence, une de chaque côté de la matrice, et que des moyens soient prévus pour rechercher les corrélations également à partir de la deuxième ligne de référence, soit en substitution des corrélations avec la première ligne, soit simultanément.Negative speed means that the vehicle has a preferential longitudinal direction of movement, but that it can possibly go in the opposite direction, that is to say back. In this case, it is preferable that the sensor comprises two reference lines, one on each side of the matrix, and that means are provided for finding the correlations also from the second reference line, or in substitution of the correlations with the first line, simultaneously.
La figure 4 représente un capteur correspondant avec deux lignes de référence LO et L'O situées respectivement de part et d'autre de la matrice de N. M pixels et commandées respectivement par des circuits de commande CLO et CL'O identiques. Les lignes LO et L'O sont exposées simultanément au temps tO. En mode d'exposition globale, le reste de la matrice est exposé ultérieurement. Les corrélations sont recherchées indépendamment entre la ligne LO et le reste de la matrice d'une part, entre la ligne L'O et le reste de la matrice d'autre part. Si une corrélation suffisante est trouvée avec la ligne LO le véhicule avance, si une corrélation est trouvée plutôt avec la ligne L'O le véhicule recule.FIG. 4 represents a corresponding sensor with two reference lines LO and L'O located respectively on either side of the matrix of N.M pixels and controlled respectively by identical control circuits CLO and CL'O. The lines LO and L'O are exposed simultaneously to the time t0. In global exposure mode, the rest of the matrix is exposed later. The correlations are searched independently between the line LO and the rest of the matrix on the one hand, between the line L'O and the rest of the matrix on the other hand. If a sufficient correlation is found with the line LO the vehicle moves forward, if a correlation is found rather with the line L'O the vehicle moves back.
On peut aussi travailler en mode ERS de la manière suivante : le mode de défilement inverse peut être utilisé par rapport à la première ligne de référence pour la mesure de vitesses positives, en même temps qu'on exécute un mode de défilement direct (par rapport à la deuxième ligne de référence) pour la mesure de vitesses négatives. Cette solution est bien adaptée au cas général où les vitesses de recul sont bien inférieures aux vitesses d'avance. 4. Utilisation d'une matrice à pixels de dimension variableYou can also work in ERS mode as follows: the reverse scroll mode can be used relative to the first reference line for the measurement of positive velocities, while running a direct scroll mode (relative to at the second reference line) for the measurement of negative speeds. This solution is well suited to the general case where the recoil speeds are well below the feed rates. 4. Using a pixel matrix of variable size
Selon un perfectionnement de l'invention, on utilise une matrice dont les dimensions de pixels s'accroissent au fur et à mesure qu'on s'éloigne de la ligne de référence. C'est la longueur des pixels, prise dans le sens parallèle aux colonnes, qui varie, la largeur des pixels parallèlement aux lignes étant de préférence constante.According to an improvement of the invention, a matrix is used whose pixel dimensions increase as one moves away from the reference line. It is the length of the pixels, taken in the direction parallel to the columns, which varies, the width of the pixels parallel to the lines being preferably constant.
La figure 5 représente une telle matrice.Figure 5 shows such a matrix.
Un pixel situé sur la ligne L1 de rang i aura une surface plus grande qu'un pixel situé sur la première ligne Li . Ce pixel sera plus sensible et recueillera un signal dans des conditions de rapport signal/bruit meilleures pour un même temps d'intégration dans toutes les lignes. Par conséquent, si la ligne i est celle qui présente la meilleure corrélation pour une vitesse de véhicule donnée V, le signal sur lequel est fondée la recherche de corrélation optimale sera meilleur que si la ligne de rang i avait le même pas que les autres lignes.A pixel located on line L 1 of rank i will have a surface larger than a pixel located on the first line Li. This pixel will be more sensitive and will collect a signal under better signal / noise ratio conditions for the same integration time in all lines. Therefore, if the line i is the one with the best correlation for a given vehicle speed V, the signal on which the search for optimal correlation is based will be better than if the line of rank i had the same pitch as the other lines .
Si la longueur des pixels de rang i est p, alors que la longueur des pixels de la ligne de référence est pO, et si le temps d'intégration T'int des lignes de la matrice est fixe, il est alors souhaitable que le temps d'intégration de la lumière dans la ligne de référence soit Tint = (p,/pO)T'int. Cela permet que la ligne de référence voie, par intégration temporelle sur une durée plus longue, à peu près la même image que ce que voit la ligne de rang i sur une plus grande surface et sur une durée plus courte. Pour optimiser ce choix, on prévoit de préférence que T'int est une durée fixe et que Tint est ajustée en fonction d'une valeur estimée précédente de la vitesse, donc en fonction d'une valeur estimée du rang i qui donne la meilleure corrélation.If the length of the pixels of rank i is p, while the length of the pixels of the reference line is pO, and if the integration time T'int of the rows of the matrix is fixed, it is then desirable that the time integration of the light in the reference line is Tint = (p, / pO) T'int. This allows the reference line to track, by temporal integration over a longer duration, about the same image as the rank line i sees over a larger area and over a shorter duration. To optimize this choice, it is preferably provided that T'int is a fixed duration and that Tint is adjusted according to a previous estimated value of the speed, therefore according to an estimated value of rank i which gives the best correlation .
On comprendra que si la longueur des pixels en ligne est variable, alors la distance qui sépare la ligne de référence de la ligne i n'est pas i.p, mais c'est la somme des longueurs des pixels de 1 a i. la formule qui donne la vitesse en est modifiée en conséquence et devient :It will be understood that if the length of the pixels in line is variable, then the distance that separates the reference line from the line i is not i.p, but it is the sum of the lengths of the pixels of 1 to i. the formula that gives the speed is modified accordingly and becomes:
- en mode d'exposition global :- in global exposure mode:
V = (pi+ p2 + Ps ...+ p,).G/TGV = (pi + p 2 + Ps ... + p,) G / L
- en mode ERS inverse :- in reverse ERS mode:
V = (P1+ p2 + p3 ...+ p,).G/[TM+(N-i).dT] - en mode ERS direct : V = (P 1 + p 2 + p 3 ... + p,) G / [TM + (Ni) .dT] - in direct ERS mode:
La variation de la longueur des pixels est de préférence une fonction linéaire telle que p, = pO + i.dp ou encore p, = pO + (i-1 ).dp où dp est un échelon d'accroissement de la longueur de pixel quand on passe d'une ligne à la suivante. Dans ce cas, l'expression (p-ι+ p2 + P3 ...+ p,) devient égale à [i.pO + i.(i+1 ).dp/2] ou bien [i.pO + (i-1 ).i.dp/2]. Avantageusement, la progression de longueur est telle que la longueur des pixels de la ligne de rang N est sensiblement le double de la longueur des pixels de la première ligne. S'il y a N lignes, l'échelon d'augmentation est alors de 1/N fois la longueur d'un pixel : p, = p,-i(1 +1/N).The variation of the length of the pixels is preferably a linear function such that p, = pO + i.dp or else p, = pO + (i-1) .dp where dp is an increment step of the pixel length when we go from one line to the next. In this case, the expression (p-ι + p 2 + P3 ... + p,) becomes equal to [i.pO + i. (I + 1) .dp / 2] or else [i.pO + (i-1) .i.dp / 2]. Advantageously, the progression of length is such that the length of the pixels of the line of rank N is substantially twice the length of the pixels of the first line. If there are N rows, then the increase step is 1 / N times the length of a pixel: p, = p, -i (1 + 1 / N).
5. Utilisation d'une matrice à temps d'intégration variable Dans une variante de réalisation, pour tenir compte là encore de la nécessité d'améliorer le rapport signal/bruit lorsque la vitesse est plus élevée, on peut envisager que les temps d'intégration de charges dans la matrice ne soient pas uniformes, et que le temps d'intégration soit d'autant plus long que la vitesse estimée est plus importante. Ainsi, si le temps d'intégration minimum acceptable, par exemple pour une vitesse faible, est T'int, on peut préférer avoir un temps d'intégration T"int plus long, par exemple deux fois plus élevé, lorsque la vitesse estimée est proche de la vitesse maximale mesurable. L'augmentation de T'int pour les vitesses plus élevées doit cependant être limitée car si on gagne en rapport signal/bruit, on perd en résolution d'image, rendant plus difficile la recherche de corrélation.5. Using a matrix with variable integration time In an alternative embodiment, to take into account again the need to improve the signal-to-noise ratio when the speed is higher, it is possible to envisage that the times of integration of charges in the matrix are not uniform, and that the integration time is even longer than the estimated speed is greater. Thus, if the acceptable minimum integration time, for example for a low speed, is T'int, it may be preferable to have an integration time T "int longer, for example twice as long, when the estimated speed is close to the maximum measurable speed The increase of T'int for the higher speeds must however be limited because if one gains in signal / noise ratio, one loses in image resolution, making the search for correlation more difficult.
Dans cet exemple, le temps d'intégration est le même pour toutes les lignes de la matrice mais il varie en fonction de la vitesse estimée. Le temps d'intégration de la ligne de référence peut aussi varier.In this example, the integration time is the same for all the rows of the matrix but it varies according to the estimated speed. The integration time of the reference line can also vary.
En supposant par ailleurs que le capteur ait un circuit de commande de ligne CL adapté pour autoriser un temps d'intégration différent pour chaque ligne, on peut envisager une modulation ligne par ligne du temps d'intégration, pour que les temps d'intégration s'accroissent au fur et à mesure que le rang de la ligne s'accroît. Ainsi, sans avoir besoin de modifier le temps d'intégration en fonction de la vitesse estimée, on a un temps d'intégration d'une ligne adapté à la vitesse du véhicule qui correspond à une corrélation optimale sur cette ligne. 6. Utilisation d'une matrice doubleAssuming, moreover, that the sensor has a CL line control circuit adapted to allow a different integration time for each line, it is possible to envisage line-by-line modulation of the integration time, so that the integration times 'increase as the rank of the line increases. Thus, without the need to modify the integration time as a function of the estimated speed, there is a time of integration of a line adapted to the speed of the vehicle which corresponds to an optimal correlation on this line. 6. Using a double matrix
Dans une variante de réalisation, il y a non pas une seule ligne de référence de P pixels mais une matrice de référence de plusieurs lignes, juxtaposée à la première matrice qu'on peut appeler matrice de mesure. On utilise comme ligne de référence une ligne de la matrice de référence qui dépend de la vitesse estimée : pour de faibles vitesses estimées, on utilise comme ligne de référence une ligne proche de la matrice de mesure et on doit trouver une corrélation avec une ligne proche, mais pour des vitesses plus élevées, on utilise comme ligne de référence une ligne éloignée et on doit trouver une corrélation avec une ligne éloignée.In an alternative embodiment, there is not a single reference line of P pixels but a reference matrix of several lines, juxtaposed with the first matrix that can be called measurement matrix. A reference matrix line is used as the reference line, which depends on the estimated speed: for low estimated speeds, a line close to the measurement matrix is used as a reference line and a correlation with a close line must be found but for higher speeds, a distant line is used as a reference line and a correlation with a distant line must be found.
Si la matrice de mesure est à longueur de pixels variable, la matrice de référence sera symétrique et il ne sera pas nécessaire de modifier le temps d'intégration de la ligne de référence en fonction de la vitesse estimée. Seul le choix d'une ligne de référence sera fait en fonction d'une vitesse estimée. Les deux matrices pourront avoir des temps d'intégration identiques.If the measurement matrix has a variable pixel length, the reference matrix will be symmetrical and it will not be necessary to modify the integration time of the reference line as a function of the estimated speed. Only the choice of a reference line will be made according to an estimated speed. Both matrices may have identical integration times.
La matrice de référence peut avoir P pixels par ligne, ou avoir M pixels comme la matrice de référence. On utilise dans tous les cas pour la corrélation un groupe de P pixels de référence, central, et on recherche des corrélations avec des groupes de P pixels de la matrice de mesure. Il est préférable cependant d'avoir deux matrices symétriques (matrices de lecture et de référence ayant toutes eux M pixels par ligne) pour pouvoir intervertir les rôles des deux matrices, notamment pour déterminer des vitesses négatives, lorsque le véhicule recule. La figure 6 représente une telle matrice double, dans la configuration où le pas des lignes est variable, la matrice de référence (lignes L'O à L'N) étant à pas variable comme la matrice de mesure (lignes LO à LN). The reference matrix may have P pixels per line, or have M pixels as the reference matrix. In all cases, for the correlation, a group of central reference pixels P is used, and correlations with groups of P pixels of the measurement matrix are sought. It is preferable, however, to have two symmetric matrices (reading and reference matrices all having M pixels per line) to be able to invert the roles of the two matrices, in particular to determine negative speeds, when the vehicle is moving backwards. FIG. 6 represents such a double matrix, in the configuration where the pitch of the lines is variable, the reference matrix (lines L'O to L ' N ) being variable pitch like the measurement matrix (lines LO to L N ) .

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de détermination de vecteur de vitesse d'un véhicule par rapport au sol, caractérisé en ce qu'il comporte une source d'éclairage d'une zone de sol (1 6), un capteur d'image électronique matriciel (18), et un système optique (20) pour projeter sur la matrice une image de la zone éclairée par la source, le capteur comportant d'une part une matrice de N lignes (Li à LN) de M pixels orientées dans une direction dite "transversale" perpendiculaire à la direction de déplacement, dite direction longitudinale, de l'image projetée sur le capteur lorsque le véhicule se déplace dans une direction de référence, et d'autre part une ligne de référence de P pixels (P inférieur à M) parallèle aux lignes de la matrice, et des moyens pour enregistrer d'abord une image projetée sur la ligne de référence puis, ultérieurement, une image projetée sur la matrice, le dispositif comportant des moyens de corrélation de l'image projetée sur les P pixels de la ligne de référence avec les images projetées sur tous les groupes possibles de P pixels dans chacune des N lignes, des moyens de détermination du rang en ligne et du rang en colonne du groupe de P pixels qui donne la meilleure corrélation, et des moyens de détermination d'un vecteur vitesse à partir du rang en ligne et du rang en colonne ainsi déterminés.1. Device for determining the speed vector of a vehicle relative to the ground, characterized in that it comprises a light source of a ground zone (1 6), a matrix electronic image sensor (18), and an optical system (20) for projecting onto the matrix an image of the zone illuminated by the source, the sensor comprising on the one hand a matrix of N lines (Li to L N ) of M pixels oriented in a so-called "transverse direction "perpendicular to the direction of displacement, said longitudinal direction, of the image projected on the sensor when the vehicle moves in a reference direction, and secondly a reference line of P pixels (P less than M) parallel to the lines of the matrix, and means for firstly recording a projected image on the reference line and subsequently a projected image on the matrix, the device comprising means for correlating the projected image on the P pixels of the line of r preferably with the images projected on all possible groups of P pixels in each of the N lines, in-line rank determination means and column rank of the group of P pixels which gives the best correlation, and means for determining a velocity vector from the row row and column rank thus determined.
2. Dispositif de détermination de vitesse selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le capteur comporte des moyens pour accumuler périodiquement des charges photoélectriques dans la ligne de référence d'un instant de référence tO à un instant tO+Tint, Tint étant un premier temps d'intégration de charges, et des moyens pour accumuler des charges photoélectriques dans la matrice d'un instant tO+TG postérieur à tO à un instant tO+TG+T'int, T'int étant un deuxième temps d'intégration de charges.2. A speed determination device according to claim 1, characterized in that the sensor comprises means for periodically accumulating photoelectric charges in the reference line of a reference time t0 at a time t0 + Tint, Tint being a first charge integration time, and means for accumulating photoelectric charges in the matrix of a time tO + TG after tO at a time t0 + TG + T'int, T'int being a second integration time of loads.
3. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le capteur comporte des moyens pour accumuler des charges photoélectriques dans la ligne de référence d'un temps tO à un temps tO+Tint, Tint étant un premier temps d'intégration de charges, des moyens pour accumuler des charges dans la dernière ligne LN de la matrice (la plus éloignée de la ligne de référence) d'un temps tO+TM postérieur à tO à un temps tO+TM+T'int, T'int étant un deuxième temps d'intégration de charges, et des moyens pour accumuler des charges dans une ligne LN-, de rang N-i d'un temps ti à un temps tι+T'int, T'int étant un deuxième temps d'intégration de charges, les instants t, s'échelonnant successivement à partir de tO+TM pour exposer successivement les lignes en partant de la ligne LN jusqu'à la ligne Li.3. Device according to claim 1, characterized in that the sensor comprises means for accumulating photoelectric charges in the reference line of a time t0 at a time tO + Tint, Tint being a first charge integration time, means for accumulating charges in the last line L N of the matrix (furthest from the line reference) of a time tO + TM after tO at a time t0 + TM + T'int, T'int being a second charge integration time, and means for accumulating charges in a line L N - , of rank Ni of a time ti at a time tι + T'int, T'int being a second charge integration time, the instants t, successively ranging from tO + TM to successively expose the lines from line L N to line Li.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur comporte des moyens pour accumuler des charges d'un temps tO à un temps tO+Tïnt, Tint étant un premier temps d'intégration de charges, et des moyens pour accumuler des charges dans une ligne L1 de rang i d'un temps t, à un temps t,+T'int, T'int étant un deuxième temps d'intégration de charges, les temps t, s'échelonnant successivement à partir d'un instant tO+Tm pour exposer successivement les lignes en partant de la ligne Li à l'instant tO+Tm jusqu'à la ligne LN à l'instant tO+Tm+N.dT, en passant par la ligne L1 à l'instant tO+Tm+i.dT.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor comprises means for accumulating charges of a time t0 to a time tO + Tnt, Tint being a first charge integration time, and means for accumulating charges in a line L 1 of rank i of a time t, at a time t, + T'int, T'int being a second charge integration time, the times t, ranging from successively from a time tO + Tm to successively expose the lines starting from the line Li at time tO + Tm to the line L N at time t0 + Tm + N.dT, passing through the line L 1 at time t0 + Tm + i.dT.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour ajuster les temps d'intégration de charges selon une vitesse estimée du véhicule.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises means for adjusting the charge integration times according to an estimated speed of the vehicle.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur des lignes de pixels s'accroît avec le rang des pixels entre les premières et dernières lignes de la matrice.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the width of the pixel lines increases with the rank of pixels between the first and last rows of the matrix.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une autre ligne de référence de P pixels, les deux lignes de référence étant placées symétriquement par rapport à la matrice, pour mesurer également des vitesses négatives.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises another reference line of P pixels, the two reference lines being placed symmetrically with respect to the matrix, to also measure negative speeds.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une matrice de lignes de référence comportant un groupe de P pixels dans chaque ligne, et en ce que des moyens sont prévus pour sélectionner un de ces groupes de pixels comme groupe de pixels de référence en fonction d'une vitesse estimée du véhicule. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a matrix of reference lines comprising a group of P pixels in each line, and in that means are provided for selecting one of these groups of pixels. as a group of reference pixels as a function of an estimated vehicle speed.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux matrices symétriques, l'une servant de matrice de référence et l'autre de matrice de lecture, selon le sens d'avance du véhicule, et un groupe de P pixels étant sélectionné comme ligne de référence dans la matrice de référence, pour une corrélation avec les groupes de pixels lus ultérieurement dans la matrice de lecture. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises two symmetrical matrices, one serving as a reference matrix and the other reading matrix, in the direction of advance of the vehicle, and a a group of P pixels being selected as a reference line in the reference matrix, for a correlation with the groups of pixels subsequently read in the read array.
EP06807291A 2005-11-04 2006-10-16 Speed sensor for measuring the speed of a vehicle relative to the ground Withdrawn EP1952164A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0511255A FR2893140B1 (en) 2005-11-04 2005-11-04 GROUND SPEED SENSOR OF A VEHICLE
PCT/EP2006/067433 WO2007051699A1 (en) 2005-11-04 2006-10-16 Speed sensor for measuring the speed of a vehicle relative to the ground

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1952164A1 true EP1952164A1 (en) 2008-08-06

Family

ID=36754240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06807291A Withdrawn EP1952164A1 (en) 2005-11-04 2006-10-16 Speed sensor for measuring the speed of a vehicle relative to the ground

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1952164A1 (en)
FR (1) FR2893140B1 (en)
WO (1) WO2007051699A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008013947B4 (en) * 2008-03-12 2016-03-10 Technische Hochschule Mittelhessen Method for detecting relative movements of an object to a reference surface
DE102010022592B4 (en) * 2010-05-31 2013-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for determining the speed of a vehicle
JP6140463B2 (en) * 2013-01-31 2017-05-31 本田技研工業株式会社 Vehicle speed calculation device
FR3001852B1 (en) * 2013-02-07 2015-02-27 E2V Semiconductors SCALE IMAGE SENSOR AND SUMMING WITH DETECTION OF SCANNING ERRORS
FR3048842B1 (en) * 2016-03-11 2018-03-02 Thales TEMPORAL SHIFTING IMAGE SENSOR AND EXTENSIVE INTEGRATION

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62132176A (en) * 1985-12-04 1987-06-15 Nippon Soken Inc Speedometer for vehicle
FR2609174B1 (en) * 1986-12-26 1989-12-08 Renault DEVICE FOR DETERMINING MOVEMENT, SPEED OR ACCELERATION
DE10248416B4 (en) * 2002-10-17 2006-01-26 Audi Ag Device and method for determining a relative movement of a vehicle
US20040221790A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-11 Sinclair Kenneth H. Method and apparatus for optical odometry

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007051699A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007051699A1 (en) 2007-05-10
FR2893140B1 (en) 2007-12-28
FR2893140A1 (en) 2007-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1820670B1 (en) Wheel and tyre set and method of dynamically measuring topological parameters on the internal surface of the relevant part of the tyre
FR2701560A1 (en) Distance measuring device and vehicle speed control device for maintaining the distance between vehicles.
EP1952164A1 (en) Speed sensor for measuring the speed of a vehicle relative to the ground
EP2199874A1 (en) Holographic sensor and imaging system for remote detection of an object
EP0497945A1 (en) Charge transfer type panning camera in a security system
EP0015820A1 (en) Device for measuring linear speeds without contact and without marking
EP0738074A1 (en) Detection method with distributed integration and read-out cycles for a scanning camera, and detector array therefor
CH617131A5 (en)
EP1224448A1 (en) Method and apparatus for transmission measurement of the geometric structure of an optical component
FR2916562A1 (en) METHOD FOR DETECTING A MOVING OBJECT IN AN IMAGE STREAM
EP1763684B1 (en) Optical device for measuring displacement velocity of a first movable element with respect to a second element
WO2002088756A1 (en) Method and device for evaluating a parameter of a moving object
EP2695377A1 (en) Detection of space debris
EP1646965A1 (en) Method for the acquisition of an image of a finger print
EP2734813B1 (en) Digital movement measuring device
EP2733929B1 (en) Method and system for the real-time determination of a number of signals to be summed
EP0143687B1 (en) Reference system for the angular position of a mechanical device
EP1915627B1 (en) Displacement speed measurement method
FR3138529A1 (en) Acquiring distances from a sensor to a scene
FR2968876A1 (en) System for acquisition of images of scene, has separation unit separating flow of beam from focusing optics into predetermined fractions, and merging unit merging images output from sensors to generate final image
FR2673794A1 (en) Defect correction device for imagery systems
FR2551201A1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE ORIENTATION VARIATIONS OF A SPATIAL GEAR
FR2997258A1 (en) On-board system for use in aircraft to detect and measure objects e.g. stars, moving in space, has zone detecting luminous flow emitted by objects during zone integration time, where time is function of luminous intensity of objects
FR2771500A1 (en) Procedure and device for aiding in parking an automobile
FR2975186A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE SPEED OF A VEHICLE CIRCULATING ON A TRACK.

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20080428

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): DE FR

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20100324