WO2024252008A1 - Système lumineux de télémétrie d'un véhicule automobile comportant un module de réception d'un faisceau lumineux - Google Patents

Système lumineux de télémétrie d'un véhicule automobile comportant un module de réception d'un faisceau lumineux Download PDF

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combination
data sequence
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Mickael MIMOUN
Sidahmed BEDDAR
Pierre Renaud
Matheo GOURDON
Hafid El-Idrissi
Geoffrey PIQUARD
Jose Afonso
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Valeo Vision SAS
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    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • Light telemetry system for a motor vehicle comprising a module for receiving a light beam
  • the invention relates to the field of automotive lighting and/or light signaling, functions for detecting an object by a motor vehicle and estimating the distance separating this object from the vehicle. More specifically, the invention relates to a lighting and/or signaling system for a motor vehicle capable of implementing telemetry functions.
  • the light source enabling the emission of this light beam is controlled by a pulse width modulated electrical signal, or PWM (from the English “Pulse Width Modulation").
  • PWM pulse width modulated electrical signal
  • the light source is thus periodically activated and deactivated by this PWM signal, so that the emitted light beam is composed of light pulses succeeding one another with a frequency high enough that the human eye can no longer distinguish them.
  • the intensity of the emitted light beam is a function of the duty cycle of this PWM signal, so that it is possible to control it by adjusting this duty cycle and therefore to perform a photometric function.
  • the light source of the light module can be controlled so that the pulses of the emitted light beam carry a sequence of data.
  • the lighting system can thus be equipped with a reception module in order to receive the emitted light beam, after reflection on an object in the vicinity of the vehicle.
  • a calculation unit of the motor vehicle can then, after detection of the sequence of data in the received light beam, determine the time of flight of the emitted light beam and therefore evaluate the distance separating the vehicle from the object.
  • the light beam can retain its original function, namely performing a photometric function, while allowing the lighting system to implement a telemetry function, which can be particularly advantageous for example for driving assistance functions or in the context of autonomous or semi-autonomous driving.
  • the reception module intended to receive the light beam carrying the data whether it is arranged in the same vehicle or in another vehicle, must comprise at least one photodetector to convert this light beam into an electrical signal in order to demodulate this signal and extract a data sequence therefrom.
  • the reception module intended to receive the light beam carrying the data must comprise at least one photodetector to convert this light beam into an electrical signal in order to demodulate this signal and extract a data sequence therefrom.
  • a photodetector may see its signal-to-noise ratio significantly degraded, taking into account the sources of stray light present in the environment of the vehicle, such as urban lighting, automobile lighting of passing or following vehicles, or even sunlight, and the nature of the objects present in the environment, and in particular their reflective capacity. This degradation of the signal-to-noise ratio may then reduce the accuracy of the calculation unit in estimating the distance of the target object, or even lead to false positive detections.
  • some types of photodetectors have, after receiving a photon, a dead time during which they are inoperative. Given the modulation frequencies of the light beams envisaged, this dead time has the consequence of reducing the detection resolution and the signal-to-noise ratio of the telemetry system.
  • the present invention is placed in this context, and aims to meet these needs.
  • a telemetry system for a motor vehicle comprising a reception module capable of receiving a light beam, in which the reception module comprises a plurality of elementary acquisition modules each comprising at least one photodetector capable of converting a light signal that it receives into an electrical signal, each elementary acquisition module being capable of generating an elementary detection signal as a function of the electrical signal(s) converted by the photodetector(s) of the elementary acquisition module, a calculation unit capable of receiving the elementary detection signals generated by the elementary acquisition modules and capable of detecting in each elementary detection signal received, the presence of a sequence of predetermined data.
  • the calculation unit in the absence of detection of said data sequence in at least one first elementary detection signal generated by a first elementary acquisition module, is arranged to generate a combination of said first signal elementary detection and a second elementary detection signal generated by a second elementary acquisition module adjacent to the first elementary acquisition module and for detecting the presence of said predetermined data sequence in said combination.
  • the invention thus makes it possible to improve the signal-to-noise ratio in order to improve long-distance object detection while improving the angular resolution of said object detection.
  • the portion of the light beam received by an elementary acquisition module having generated an elementary detection signal corresponds to the reflection by an obstacle of a modulated light beam emitted and containing said sequence of predetermined data.
  • This elementary acquisition module thus defines a detection pixel.
  • the calculation unit can dynamically accumulate the detection information from several elementary acquisition modules then allows for easier separation of the signal from the noise.
  • the detection of the object is dependent on the noise of the ambient environment, in other words, when the noise is low, the angular resolution is higher and when the noise is high, the calculation unit includes more detection signals from elementary acquisition modules, reducing the angular resolution but making it possible to reduce the risk of false positives.
  • the plurality of elementary acquisition modules is arranged in a matrix.
  • all of the photodetectors can form a sensor, for example a single electronic component.
  • each photodetector, or each plurality of photodetectors may have a width and/or a length of less than about ten micrometers, which makes it possible to obtain a reception field of the elementary acquisition module of at most 0.1° and therefore to increase the spatial resolution of the reception module.
  • the or each photodetector of each elementary acquisition module is an avalanche photodiode.
  • This type of photodetector is also known as SPAD, from the English “Single-Photon Avalanche Diode”.
  • the set of avalanche photodiodes can thus form a silicon photomultiplier or SiPM (from the English "Silicon PhotoMultiplier”).
  • SiPM from the English "Silicon PhotoMultiplier”
  • This type of photodetector makes it possible to detect the incidence of a single photon with a significant gain, for example of the order of 106, and therefore to overcome the degradations of the signal-to-noise ratio due to external conditions.
  • the reception module may comprise an optical unit arranged in front of the elementary acquisition modules.
  • each elementary acquisition module comprises a comparator arranged to compare the electrical signal converted by each photodetector with a given threshold value and to generate said elementary detection signal as a function of said comparison.
  • the comparator thus forms a unit for demodulating the light beam received by the reception module, capable of extracting a data sequence, called demodulated, from an electrical signal converted by a photodetector.
  • each elementary acquisition module comprises a plurality of photodetectors, the comparator being arranged to compare the electrical signal converted by each photodetector to a given threshold value and to generate an elementary detection sub-signal as a function of said comparison.
  • the comparator is arranged to sum the elementary detection sub-signals to form the elementary detection signal.
  • the calculation unit is arranged to estimate values of a correlation function between said elementary detection signal and said sequence of predetermined data and to detect the presence of said sequence of predetermined data in said elementary detection signal from said values of the correlation function.
  • the calculation unit is arranged to estimate each value of the correlation function between said elementary detection signal and said predetermined data sequence by evaluating the cross-correlation of the elementary detection signal and said predetermined data sequence delayed by a given duration associated with said value.
  • each value of the correlation function is thus associated with a value of a time shift of the modulating sequence used to estimate this value of the correlation function.
  • the calculation unit is thus arranged to identify the time shift value associated with the maximum value of the cross-correlation function.
  • the calculation unit is arranged to determine the value of a peak of said correlation function, to compare said peak value with a predetermined threshold value and to detect the presence of said predetermined data sequence in said elementary detection signal as a function of said comparison.
  • the calculation unit may for example conclude that said predetermined data sequence is present in said elementary detection signal only if said peak value is greater than the predetermined threshold value, and may, otherwise, generate said combination of the first and second elementary detection signals.
  • the calculation unit is arranged to generate said combination of said first elementary detection signal and a second elementary detection signal generated by a second elementary acquisition module neighboring the first elementary acquisition module by adding said first and second elementary detection signals.
  • the computing unit is arranged to generate a combination of detection signals, and thus determine the presence of an object if the value of the peak of the combination is greater than the predetermined threshold value.
  • the calculation unit is arranged to, in the absence of detection of said predetermined data sequence in a first combination of elementary detection signals generated by a plurality of elementary acquisition modules: a. generate a second combination of said first combination and of an elementary detection signal generated by an elementary acquisition module neighboring said plurality of elementary acquisition modules, b. detect the presence of said predetermined data sequence in said second combination.
  • the calculation unit is arranged to iterate the steps of generating a combination of elementary signals and of detecting said predetermined data sequence in said combination, until said predetermined data sequence is detected in a combination of elementary signals and/or at least one predetermined stopping condition is satisfied.
  • the calculation unit is arranged to generate said second combination from said first combination and from an elementary detection signal generated by an elementary acquisition module neighboring said plurality of elementary acquisition modules and located in a given direction of the first elementary acquisition module from which the first combination was generated.
  • the calculation unit is arranged to generate several second combinations from the first combination and elementary detection signals generated by neighboring elementary acquisition modules of said plurality of elementary acquisition modules and located in different given directions from the first elementary acquisition module from which the first combination was generated.
  • the generation and detection steps will thus be iterated for each of the second combinations thus generated until said predetermined data sequence is detected in a combination of elementary signals and/or at least one predetermined stopping condition is satisfied, all of the iterations initiated in said given direction from the initial elementary acquisition module being stopped in this case.
  • the neighboring modules are the modules immediately to the left, to the right, at the top and at the bottom of the first elementary acquisition module from which the first combination was generated.
  • the calculation unit may be arranged to generate a second combination using the elementary acquisition module located to the right of the first elementary acquisition module from which the first combination was generated, a second combination using the elementary acquisition module located to the left of this first elementary acquisition module, a second combination using the elementary acquisition module located at the top of this first elementary acquisition module and a second combination using the elementary acquisition module located at the bottom of this first elementary acquisition module.
  • said stopping condition is satisfied if the number of elementary acquisition modules making up said plurality of elementary acquisition modules is greater than a predetermined threshold number. It will thus be possible to limit the expansion of the combinations to a given number of elementary acquisition modules from the initial elementary acquisition module in a given direction, for example to 20 acquisition modules.
  • said stopping condition is satisfied if the calculation unit has detected the presence of said predetermined data sequence in the elementary detection signal received from said neighboring elementary acquisition module.
  • the system comprises an emission module comprising a light module capable of emitting a light beam, and a modulation unit capable of receiving a data sequence, called modulating, and arranged to modulate the light beam emitted from said modulating sequence.
  • Said modulating sequence thus forms said predetermined data sequence that the calculation unit seeks to detect.
  • the light beam may for example be a pulsed beam, each pulse corresponding to one or more consecutive high values of the modulating data sequence and the interval separating two consecutive pulses corresponding to one or more consecutive low values of this modulating data sequence.
  • Each pulse of the modulated light beam is emitted with a peak light power, such that the average light power of the emitted modulated light beam is thus defined by the peak light power and the duty cycle of the modulating data sequence.
  • the light beam received by the receiving module thus contains the reflection of the light beam by an object to be detected.
  • Said elementary detection signal received by the calculation unit is therefore formed of a data sequence, called demodulated, composed of the delayed modulating sequence and noise.
  • Each value of the correlation function estimated by the calculation unit is associated with a value of a time shift of the modulating sequence, or of the demodulated sequence, used to estimate this value of the correlation function.
  • the correlation function between this demodulated data sequence and the modulating sequence is therefore a function of the autocorrelation of this modulating sequence.
  • the light module is capable of emitting a light beam whose spectrum has a peak at a wavelength in the visible, in particular between 400 nm and 500 nm.
  • the light module comprises a light source comprising a semiconductor generator capable of emitting an elementary light beam, in particular the spectrum of which has a peak at a wavelength in the visible, and a photoluminescent element capable of converting said elementary light beam to obtain said light beam.
  • the semiconductor may for example be a gallium nitride, or GaN, capable of emitting, by electroluminescence and in response to an electric current passing through it, rays of blue light.
  • the photoluminescent element may for example be in the form of a resin comprising a cerium-doped yttrium and aluminum garnet, or CE:YAG, capable of absorbing blue light and, by photoluminescence and in response to the excitation produced by this light, of emitting rays of yellow light.
  • CE:YAG cerium-doped yttrium and aluminum garnet
  • the photoluminescent element is arranged on the generator so that part of the blue light rays excites this element so that it emits, by photoluminescence, rays of yellow light. The other part of the blue light rays pass through this element.
  • the light source simultaneously emits, when it is electrically powered, rays of blue and yellow light, the light thus formed appearing white to the human eye.
  • the light source may thus be a laser type source, a light-emitting diode, a vertical-cavity surface-emitting laser diode, also called VCSEL (from the English “Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser”) or even a superluminescent diode or SLED (from the English “Superluminescent diode”).
  • VCSEL vertical-cavity surface-emitting laser diode
  • SLED from the English “Superluminescent diode”.
  • the light module may comprise an optical unit arranged to project the light rays emitted by the light source to form said light beam.
  • the modulation unit is arranged to generate a pulse width modulated control signal, to modulate said control signal from the modulating data sequence and to control the emission of said light beam by the light module from the modulated control signal.
  • the modulation unit may be arranged to convert the modulating data sequence into a modulating signal and to modulate, for example in amplitude, frequency or phase, the control signal with this modulating signal.
  • the modulation unit may be arranged to control the light source of the light module, and in particular an electrical power supply provided to this light source, to modulate the light beam.
  • the calculation unit is arranged to generate a modulating data sequence, in particular of pseudo-random binary type, to transmit the modulating data sequence to the modulation unit of the transmission module for the transmission of a light beam modulated by the transmission module.
  • a pseudo-random binary sequence is a data sequence composed of high values, namely "1s", and of low values, namely "0".
  • This type of sequence has particularly interesting properties. Indeed, its autocorrelation function is maximum for a zero time shift, that is to say when the sequence is compared to itself, and has a value significantly lower than this maximum for all other time shifts, that is to say when the sequence is compared to time-shifted versions of itself.
  • this type of sequence is generally generated by means of a linear feedback shift register, or LFSR, which produces a periodic recurring sequence whose pattern is a pseudo-random binary sequence.
  • the correlation function thus estimated will thus be maximum for the time shift value corresponding to the time of flight of the modulated light beam emitted, reflected then received, even in the event of significant noise.
  • the calculation unit can identify this time shift value associated with the maximum value of the correlation function with significant precision and deduce therefrom the distance separating the object on which the beam was reflected and the motor vehicle.
  • the detection is carried out not on a single pulse but on a complete data sequence, so that the signal-to-noise ratio of the system is improved.
  • the emission module is arranged so that the light beam participates, totally or partially, in the realization of a predetermined regulatory photometric function. It could for example be a daytime running light or DRL (from the English "Daytime Running Lamp"), which has the advantage of being emitted in a wide field with a low intensity.
  • the transmission module is arranged in a front headlight of the motor vehicle.
  • the reception module and the transmission module are arranged in the same front headlight of the vehicle.
  • the invention also relates to a telemetry method implemented by a system according to the invention.
  • FIG.l represents, schematically and partially, a view of a telemetry system of a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG.2 schematically represents an example of operation of the system in the absence of detection of the predetermined data sequence.
  • FIG.3 represents, schematically and partially, an example of operation of the system of [Fig.l] during the implementation of a telemetry method.
  • the present invention is a telemetry system 1 of a vehicle comprising a transmitting module 2, a receiving module 3, and a computing unit 4.
  • the emission module 2 comprises a light module 21 capable of emitting a first light beam Fl, and a modulation unit 22 capable of receiving a modulating data sequence Seq and arranged to modulate the light beam Fl emitted from said modulating sequence Seq.
  • the first emission module 2 is for example arranged in a headlight of the motor vehicle.
  • the light module 21 is arranged so that the light beam Fl that it emits has an electromagnetic spectrum of which at least a portion is located in the visible spectrum.
  • the spectrum of this light beam Fl has an intensity peak, or line, in the blue at 450 nm. It will be noted that it is possible for the spectrum to have other intensity peaks, in the visible and/or in the infrared.
  • the light module 21 may comprise an optical unit arranged to shape this light beam Fl so that its photometric distribution satisfies the requirements of said function. It may for example be provided that the light beam Fl participates in the realization of a function of the daytime running light type, or DRL.
  • the light beam Fl allows the system 1 to perform functions of detecting and evaluating the position of an obstacle on the road and/or communicating with another vehicle or with a road infrastructure.
  • the modulation unit 22 is arranged to modulate the light beam Fl emitted by the light module 21, from the sequence of modulating data Seq that it receives, for example by controlling the electrical power supplied to the light source of the light module.
  • the modulation unit 22 comprises a generator of a pulse width modulated control signal.
  • This control signal makes it possible to control a switching power supply (not shown) of the light source of the light module 21.
  • the duty cycle of this control signal, set by the modulation unit 22 thus makes it possible to control the average electrical power supplied to the light source, and therefore to control the light intensity of the light beam Fl, so as to satisfy the requirements of the photometric function that it performs.
  • the modulation unit 22 is arranged to convert the data sequence Seq into a modulating signal and to modulate the initial control signal using this modulating signal.
  • modulation can be used indifferently within the framework of the present invention, and in particular an all-or-nothing modulation (or OOK for "On Off Keying"), a pulse code modulation (or PGM for "Puise Code Modulation”), a pulse amplitude modulation (or PAM for "Puise Amplitude Modulation”), a pulse width modulation (or PWM for "Pulse Width Modulation”) or a pulse position modulation (or PPM for "Puise Position Modulation”).
  • OOK On Off Keying
  • PGM pulse code modulation
  • PAM pulse amplitude modulation
  • PWM pulse width modulation
  • PPM pulse position modulation
  • the light beam Fl thus emitted is composed of a train of light pulses succeeding one another with a sufficiently high frequency, for example greater than 30 MHz, in particular between 50 MHz and 100 MHz, so that the human eye can no longer distinguish them. Furthermore, the amplitude, width and/or position of each pulse with respect to the period allows the light beam Fl to transport the data sequence Seq.
  • this reception module 3 comprises a plurality of elementary acquisition modules 32i,j, each comprising several photodetectors 32a capable of converting a light signal that it receives into an electrical signal.
  • Each elementary acquisition module 32i,j further comprises a demodulation unit 34, comprising a comparator arranged to compare the electrical signal converted by each photodetector 32a of the module 32i,j to a given threshold value.
  • the demodulation unit 34 is thus arranged to generate, from each of the comparisons of the electrical signals from the photodetectors 32a, an elementary detection sub-signal, and to sum the elementary detection sub-signals thus generated to generate an elementary detection signal Sdei,j, which therefore forms a data sequence, called demodulated.
  • the photodetectors 32a are identical and are each formed by an avalanche photodiode of a silicon photomultiplier. It will be noted that the dimensions of the photodetectors are of the order of a micrometer. The assembly thus forms a sensor whose resolution spatial reception is of the order of 1°, or even 0.1°, and whose detection capacities, due to the use of avalanche photodiodes, are particularly significant, even in the event of degraded acquisition conditions.
  • Each of the photodetectors 32a of the same elementary acquisition module 32i,j can thus convert the portion of the light beam F2 that it receives, into an electrical signal that it transmits to the demodulation unit 34, which can then extract a data sequence SdeiJ to transmit it to the calculation unit 4.
  • the elementary acquisition modules 32i,j are arranged in a matrix fashion, on N rows and M columns.
  • the reception module 3 is arranged in the headlight of the motor vehicle, next to the transmission module 2.
  • the calculation unit 4 is capable of receiving the elementary detection signals SdeiJ generated by the elementary acquisition modules 32i,j and capable of detecting in each elementary detection signal SdeiJ received, the presence of the modulating data sequence Seq.
  • the calculation unit 4 is thus arranged to estimate values of a correlation function Fcorr between each received elementary detection signal SdeiJ and said modulating data sequence Seq, and to detect in this elementary detection signal SdeiJ, the presence of the modulating data sequence Seq from these values of the correlation function Fcorr. In the event of detection, it can then determine a flight time T separating the emission of said first emitted modulated light beam Fl from the reception of said received light beam F2.
  • the calculation unit 4 can thus perform functions of detecting and evaluating the position of an object on the road, as will be described in connection with [Fig. 3] which represents a telemetry method implemented by the lighting system 1.
  • a modulating data sequence Seq for example of binary type, composed of “0” and “1”, pseudo random and of maximum size, also called M-sequence, having a duty cycle of 50%.
  • the calculation unit 4 transmits the sequence of modulating data Seq to the modulation unit 22 of the emission module 2 for the simultaneous emission of the light beam Fl by the emission module 2.
  • a second step E2 the modulation unit 22 modulates the light beams Fl emitted by the light module 21 from this data sequence Seq.
  • each modulation unit 22 converts the data sequence Seq into a modulating signal and modulates the initial control signal using this modulating signal.
  • each light pulse of the light beam Fl emitted by the light module 21 corresponds to a bit of value “1” of the modulating sequence Seq.
  • the average power of a portion of the light beam Fl containing the sequence Seq is thus defined by the number of bits of value “1” of this sequence Seq at with respect to the total number of bits in this sequence, by the duration of the pulses and by the peak power of these pulses.
  • the light beam Fl is thus emitted until it reaches an object O, located in the environment of the vehicle, which reflects it in the direction of the reception module 3.
  • the light beam F2 received by the reception module 3 is thus concentrated on one of the elementary acquisition modules 32i,j.
  • the light beam F2 received by the reception module 3 is thus composed of a part of the light beam Fl reflected by the object O and of noise, for example generated by sources of stray light such as urban lighting, automobile lighting, or even the sun.
  • each of the elementary acquisition modules 32 thus extracts, using its demodulation unit 34, an elementary detection signal SdeiJ which it transmits to the calculation unit 4.
  • the calculation unit 4 estimates, in a fourth step E4, values of a correlation function Fcorr between the modulating sequence Seq and this elementary detection signal Sdei.
  • the calculation unit 4 thus evaluates, for a plurality of time shift values, the value of the cross-correlation, by means of a cyclic convolution product, between each elementary detection signal SdeiJ and the modulating sequence Seq delayed according to each of the time shift values.
  • the correlation function Fcorr will thus be maximum for a time shift value corresponding to the time of flight of the light beam Fl, separating the instant when it is emitted by the emission module 2 and the instant when it is received by an elementary acquisition module 32i,j of the reception module 3, the modulating sequence Seq delayed by this value thus corresponding substantially to the elementary detection signal SdeiJ, apart from the noise.
  • a fifth step E5 the calculation unit 4 identifies the maximum value Fcorr_max of each correlation function Fcorr associated with each elementary acquisition module 32i,j and compares it to a threshold value Vs.
  • the modulating sequence Seq is considered to be detected by the calculation unit 4 in the elementary detection signal SdeiJ from the elementary acquisition module 32i,j associated with this correlation function Fcorr.
  • An object O is therefore detected in the angular range, or the pixel, monitored by this elementary acquisition module 32i,j and the calculation unit 4 can then estimate, in a sixth step E6, the value T of the flight time of the light beam Fl between the object O and the vehicle, associated with this maximum value, as well than the distance d separating object 0 from the vehicle.
  • the calculation unit 4 generates, in a seventh step E7, combinations Csde of this elementary detection signal SdeiJ and of each elementary detection signal Sdei-l,j, Sdei+l,j, Sdei,j-1 and Sdei,j+1 generated by the elementary acquisition modules 32i-l,j, 32i+l,j, 32i,j-l and 32i,j+l located immediately to the right, to the left, at the top and at the bottom of the elementary acquisition module 32i,j.
  • the combination Csde is carried out by adding the signals SdeiJ and Sdei'J'.
  • Steps E4 of estimating the values of the correlation function Fcorr and E5 of searching for the maximum value Fcorr_max with comparison of this maximum value to the threshold value Vs are repeated with the sequences Csde resulting from these combinations.
  • the calculation unit 4 generates, in the seventh step E7, a new sequence Csde from the previous sequence Csde, obtained using the neighboring module in a direction given to the initial module 32i,j, and the elementary detection signal Sdei'J' generated by the following elementary acquisition module in this given direction.
  • the calculation unit 4 thus iterates the steps E7, E4 and E6, until said predetermined data sequence Seq is detected, a combination Csde of elementary signals and/or until at least one predetermined stopping condition is satisfied.
  • steps E7, E4 and E6 for a given direction is notably interrupted when the elementary detection signal Sdei'J' generated by the following elementary acquisition module in this given direction itself allows a detection of the modulating data sequence Seq in this signal or in another combination Csde originating from this signal or using this signal. It is thus considered that this following module defines or is part of another pixel in which another object has been detected.
  • steps E7, E4 and E6 for a given direction is also interrupted when the number of elementary acquisition modules, whose elementary detection signals Sdei'J' make up the combination Csde, exceeds a given threshold value, for example 20. It is then considered that there is no object to be detected at the level of a pixel defined by these elementary acquisition modules or that the compromise between signal-to-noise ratio and angular resolution is no longer satisfactory.
  • the invention cannot be limited to the embodiments specifically described in this document, and extends in particular to all equivalent means and to any technically operative combination of these means.
  • other configurations of the emission modules may be provided, and in particular an emission module using other types of light source than those described, such as a laser diode, a VCSEL or a SLED or an RGB diode. It may also be possible to provide other photometric functions than that described, and in particular dipped beam type lighting functions or signaling functions such as a position light or direction indicator.

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Abstract

L'invention concerne un système de télémétrie d'un véhicule automobile comprenant un module de réception (3) comportant une pluralité de modules d'acquisition élémentaires (32) chacun apte à générer un signal de détection élémentaire (Sde); et une unité de calcul (4) apte à détecter dans chaque signal de détection élémentaire (Sde) reçu, la présence d'une séquence de données (Seq) prédéterminées; caractérisé en ce qu'en l'absence de détection de ladite séquence de données (Seq) dans un premier signal de détection élémentaire (Sde1) généré par un premier module d'acquisition élémentaire (321), l'unité de calcul (4) est agencée pour générer une combinaison dudit premier signal de détection élémentaire (Sde1) et d'un deuxième signal de détection élémentaire (Sde2) généré par un deuxième module d'acquisition élémentaire (322) voisin du premier module d'acquisition élémentaire (321) et pour détecter la présence de ladite séquence de données (Seq) dans ladite combinaison.

Description

Description
Titre de l'invention : Système lumineux de télémétrie d'un véhicule automobile comportant un module de réception d'un faisceau lumineux
[0001] L'invention concerne le domaine de l'éclairage et/ou de la signalisation lumineuse automobile, des fonctions de détection d'un objet par un véhicule automobile et d'estimation de la distance séparant cet objet du véhicule. Plus précisément, l'invention concerne un système d'éclairage et/ou de signalisation d'un véhicule automobile apte à mettre en œuvre des fonctions de télémétrie.
[0002] Il est connu, dans le domaine automobile, d'utiliser un faisceau lumineux pulsé émis par un module lumineux d'un système lumineux d'un véhicule automobile pour réaliser une fonction photométrique donnée.
[0003] De façon classique, la source lumineuse permettant l'émission de ce faisceau lumineux est contrôlée par un signal électrique modulé en largeur d'impulsion, ou PWM (de l'anglais « Pulse Width Modulation »). La source lumineuse est ainsi périodiquement activée et désactivée par ce signal PWM, de sorte que le faisceau lumineux émis soit composé d'impulsions lumineuses se succédant avec une fréquence suffisamment élevée pour que l'œil humain ne les distingue plus. L'intensité du faisceau lumineux émis est fonction du rapport cyclique de ce signal PWM, de sorte qu'il soit possible de la contrôler en ajustant ce rapport cyclique et donc de réaliser une fonction photométrique.
[0004] Au-delà de la réalisation d'une ou plusieurs fonctions photométriques, comme un feu diurne ou un éclairage de type croisement, diverses fonctions peuvent être mises en œuvre par ce type de module lumineux. Par exemple, la source lumineuse du module lumineux peut être contrôlée pour que les impulsions du faisceau lumineux émis transportent une séquence de données. Le système lumineux peut ainsi être équipé d'un module de réception afin de recevoir le faisceau lumineux émis, après réflexion sur un objet au voisinage du véhicule. Une unité de calcul du véhicule automobile peut alors, après détection de la séquence de données dans le faisceau lumineux reçu, déterminer le temps de vol du faisceau lumineux émis et donc évaluer la distance séparant le véhicule de l'objet.
[0005] De la sorte, le faisceau lumineux peut conserver sa fonction originelle, à savoir réaliser une fonction photométrique, tout en permettant au système lumineux de mettre en œuvre une fonction de télémétrie, laquelle peut être particulièrement avantageuse par exemple pour des fonctions d'assistance à la conduite ou dans le cadre d'une conduite autonome ou semi- autonome.
[0006] Toutefois, ce type de système basé sur l'utilisation d'un module d'émission capable à la fois de réaliser une fonction lumineuse photométrique et une transmission de données présente des inconvénients. En effet, le module de réception destiné à recevoir le faisceau lumineux transportant les données, qu'il soit agencé dans le même véhicule ou dans un autre véhicule, doit comporter au moins un photodétecteur pour convertir ce faisceau lumineux en un signal électrique afin de démoduler ce signal et en extraire une séquence de données. [0007] De manière générale, afin de pouvoir détecter un objet avec une résolution spatiale acceptable, il est nécessaire d'employer un réseau de photodétecteurs, chaque photodétecteur étant destiné à la détection d'un objet dans une plage angulaire donnée.
[0008] Or, dans certaines conditions, un photodétecteur peut voir son rapport signal à bruit être fortement dégradé, compte tenu des sources de lumière parasite présentes dans l'environnement du véhicule, comme de l'éclairage urbain, de l'éclairage automobile de véhicules croisés ou suivis, voire de la lumière du soleil, et de la nature des objets présents dans l'environnement, et notamment de leur capacité de réflexion. Cette dégradation du rapport signal à bruit peut alors diminuer la précision de l'unité de calcul dans l'estimation de la distance de l'objet cible, voire entrainer des détections de faux positifs.
[0009] Par ailleurs, certains types de photodétecteurs présentent, après la réception d'un photon, un temps mort pendant lesquels ils sont inopérants. Compte tenu des fréquences de modulation des faisceaux lumineux envisagées, ce temps mort a pour conséquence de diminuer la résolution de détection et le rapport signal à bruit du système de télémétrie.
[0010] Afin d'augmenter ce rapport signal à bruit et de pallier les inconvénients mentionnés, il a été envisager de regrouper, dans un même module d'acquisition élémentaire, plusieurs photodétecteurs destinés ensemble à détecter un objet dans une même plage angulaire. La redondance ainsi introduite permet notamment de continuer la détection dans cette plage angulaire, lorsque l'un des photodétecteurs est dans une configuration post-détection, et cela malgré une luminosité très élevée. Toutefois, cette solution a l'inconvénient de diminuer la résolution angulaire du système.
[0011] Il existe ainsi un besoin pour un système lumineux d'un véhicule automobile, capable de réaliser une fonction de télémétrie, qui soit efficace et dont le rapport signal à bruit soit optimal dans toutes les conditions météorologiques, ainsi que de trouver un compromis optimal entre le rapport signal sur bruit et la résolution angulaire.
[0012] La présente invention se place dans ce contexte, et vise à répondre à ces besoins.
[0013] A cet effet, il a été mis au point un système de télémétrie d'un véhicule automobile comprenant un module de réception apte à recevoir un faisceau lumineux, dans lequel le module de réception comporte une pluralité de modules d'acquisition élémentaires comprenant chacun au moins un photodétecteur apte à convertir un signal lumineux qu'il reçoit en un signal électrique, chaque module d'acquisition élémentaire étant apte à générer un signal de détection élémentaire en fonction du ou des signaux électriques convertis par le ou les photodétecteurs du module d'acquisition élémentaire, une unité de calcul apte à recevoir les signaux de détection élémentaires générées par les modules d'acquisition élémentaires et apte à détecter dans chaque signal de détection élémentaire reçu, la présence d'une séquence de données prédéterminées.
[0014] Selon l'invention, en l'absence de détection de ladite séquence de données dans au moins un premier signal de détection élémentaire généré par un premier module d'acquisition élémentaire, l'unité de calcul est agencée pour générer une combinaison dudit premier signal de détection élémentaire et d'un deuxième signal de détection élémentaire généré par un deuxième module d'acquisition élémentaire voisin du premier module d'acquisition élémentaire et pour détecter la présence de ladite séquence de données prédéterminées dans ladite combinaison.
[0015] L'invention permet ainsi d'améliorer le rapport signal sur bruit afin d'améliorer la détection d'objet à longue distance tout en améliorant la résolution angulaire de ladite détection d'objet. En effet, la portion du faisceau lumineux reçue par un module d'acquisition élémentaire ayant généré un signal de détection élémentaire correspond à la réflexion par un obstacle d'un faisceau lumineux modulé émis et contenant ladite séquence de données prédéterminées. Ce module d'acquisition élémentaire définit ainsi un pixel de détection.
[0016] En d'échec de détection au niveau d'un pixel correspondant à un seul module d'acquisition élémentaire, une nouvelle détection va être tentée au niveau d'un pixel virtuellement plus vaste, correspondant à une agrégation de différents modules d'acquisition. La portion du faisceau lumineux reçue par l'ensemble de ces modules d'acquisition élémentaires correspond à la réflexion dudit faisceau lumineux modulé par un obstacle contenu dans ce pixel plus vaste.
[0017] Le fait que l'unité de calcul puisse cumuler de façon dynamique les informations de détection de plusieurs modules d'acquisition élémentaires permet alors une séparation du signal par rapport au bruit de manière plus aisée. Ainsi, la détection de l'objet est dépendante du bruit du milieu ambient, dit en d'autres termes, lorsque le bruit est faible, la résolution angulaire est plus élevée et lorsque le bruit est élevé, l'unité de calcul comprend de plus nombreux signal de détection de modules d'acquisition élémentaires, réduisant la résolution angulaire mais permettant de diminuer le risque de faux positif.
[0018] Avantageusement, la pluralité de modules d'acquisition élémentaire est agencée en matrice. Par exemple, l'ensemble des photodétecteurs peut former un capteur, par exemple un unique composant électronique. Par exemple toujours, chaque photodétecteur, ou chaque pluralité de photodétecteurs, pourra présenter une largeur et/ou une longueur inférieure à une dizaine de micromètres, ce qui permet d'obtenir un champ de réception du module d'acquisition élémentaire d'au maximum 0,1° et donc d'augmenter la résolution spatiale du module de réception.
[0019] Avantageusement, le ou chaque photodétecteur de chaque module d'acquisition élémentaire est une photodiode à avalanche. Ce type de photodétecteur est également connu sous le nom de SPAD, de l'anglais « Single-Photon Avalanche Diode ». L'ensemble des photodiodes à avalanche peut ainsi former un photomultiplicateur sur silicium ou SiPM (de l'anglais « Silicon PhotoMultiplier »). Ce type de photodétecteur permet de détecter l'incidence d'un seul photon avec un gain important, par exemple de l'ordre de 106, et donc de pallier les dégradations du rapport signal-à-bruit dues aux conditions externes
[0020] Selon un exemple de réalisation de l'invention, le module de réception peut comporter une unité optique agencée devant les modules d'acquisition élémentaires. [0021] Dans un mode de réalisation particulier, chaque module d'acquisition élémentaire comporte un comparateur agencé pour comparer le signal électrique converti par chaque photodétecteur à une valeur seuil donnée et pour générer ledit signal de détection élémentaire en fonction de ladite comparaison. Le comparateur forme ainsi une unité de démodulation du faisceau lumineux reçu par le module de réception, apte à extraire une séquence de données, dite démodulée, depuis un signal électrique converti par un photodétecteur.
[0022] De préférence, chaque module d'acquisition élémentaire comporte une pluralité de photodétecteurs, le comparateur étant agencé pour comparer le signal électrique converti par chaque photodétecteur à une même valeur seuil donnée et pour générer un sous-signal de détection élémentaire en fonction de ladite comparaison. Le cas échéant, le comparateur est agencé pour sommer les sous-signaux de détection élémentaires pour former le signal de détection élémentaire.
[0023] Dans un mode de réalisation particulier, pour chaque signal de détection élémentaire qu'elle reçoit, l'unité de calcul est agencée pour estimer des valeurs d'une fonction de corrélation entre ledit signal de détection élémentaire et ladite séquence de données prédéterminées et pour détecter la présence de ladite séquence de données prédéterminées dans ledit signal de détection élémentaire à partir desdites valeurs de la fonction de corrélation.
[0024] Par exemple, l'unité de calcul est agencée pour estimer chaque valeur de la fonction de corrélation entre ledit signal de détection élémentaire et ladite séquence de données prédéterminées en évaluant la corrélation croisée du signal de détection élémentaire et la ladite séquence de données prédéterminées retardée d'une durée donnée associée à ladite valeur.
[0025] En d'autres termes, chaque valeur de la fonction de corrélation est ainsi associée à une valeur d'un décalage temporel de la séquence modulante employée pour estimer cette valeur de la fonction de corrélation. L'unité de calcul est ainsi agencée pour identifier la valeur de décalage temporel associée à la valeur maximum de la fonction de corrélation croisée.
[0026] De préférence, l'unité de calcul est agencée pour déterminer la valeur d'un pic de ladite fonction de corrélation, pour comparer ladite valeur du pic à une valeur seuil prédéterminée et pour détecter la présence de ladite séquence de données prédéterminées dans ledit signal de détection élémentaire en fonction de ladite comparaison. L'unité de calcul pourra par exemple conclure à la présence de ladite séquence de données prédéterminées dans ledit signal de détection élémentaire uniquement si ladite valeur du pic est supérieure à la valeur seuil prédéterminée, et pourra, dans le cas contraire, générer ladite combinaison des premier et deuxième signaux de détection élémentaires.
[0027] Dans un mode de réalisation particulier, l'unité de calcul est agencée pour générer ladite combinaison dudit premier signal de détection élémentaire et d'un deuxième signai de détection élémentaire généré par un deuxième module d'acquisition élémentaire voisin du premier module d'acquisition élémentaire en additionnant lesdits premier et deuxième signaux de détection élémentaire.
[0028] Ainsi, l'unité de calcul est agencée pour générer une combinaison de signaux de détection, et ainsi déterminer la présence d'un objet si la valeur du pic de la combinaison est supérieure à la valeur seuil prédéterminée.
[0029] Dans un mode de réalisation préféré, l'unité de calcul est agencée pour, en l'absence de détection de ladite séquence de données prédéterminées dans une première combinaison de signaux de détection élémentaire générés par une pluralité de modules d'acquisition élémentaires : a. générer une deuxième combinaison de ladite première combinaison et d'un signal de détection élémentaire généré par un module d'acquisition élémentaire voisin de ladite pluralité de modules d'acquisition élémentaires, b. détecter la présence de ladite séquence de données prédéterminée dans ladite deuxième combinaison.
[0030] Le cas échéant, l'unité de calcul est agencée pour itérer les étapes de génération d'une combinaison de signaux élémentaires et de détection de ladite séquence de données prédéterminées dans ladite combinaison, jusqu'à ce que ladite séquence de données prédéterminée soit détectée dans une combinaison de signaux élémentaires et/ou qu'au moins une condition d'arrêt prédéterminée soit satisfaite.
[0031] De préférence, l'unité de calcul est agencée pour générer ladite deuxième combinaison à partir de ladite première combinaison et d'un signal de détection élémentaire généré par un module d'acquisition élémentaire voisin de ladite pluralité de modules d'acquisition élémentaires et situé dans une direction donnée du premier module d'acquisition élémentaire à partir duquel la première combinaison a été générée.
[0032] Dans un mode de réalisation particulier, l'unité de calcul est agencée pour générer plusieurs deuxièmes combinaisons à partir de la première combinaison et de signaux de détection élémentaires générés par des modules d'acquisition élémentaires voisins de ladite pluralité de modules d'acquisition élémentaires et situés dans différentes directions données depuis le premier module d'acquisition élémentaire à partir duquel la première combinaison a été générée. Les étapes de génération et de détection seront ainsi itérées pour chacune des deuxièmes combinaisons ainsi générées jusqu'à ce que ladite séquence de données prédéterminée soit détectée dans une combinaison de signaux élémentaires et/ou qu'au moins une condition d'arrêt prédéterminée soit satisfaite, l'ensemble des itérations initiées dans ladite direction donnée à partir du module d'acquisition élémentaire initial étant stoppées dans ce cas.
[0033] On pourra par exemple envisager que les modules voisins soient les modules immédiatement à gauche, à droite, en haut et en bas du premier module d'acquisition élémentaire à partir duquel la première combinaison a été générée. Plus particulièrement, l'unité de calcul pourra être agencée pour générer une deuxième combinaison à l'aide du module d'acquisition élémentaire situé à la droite du premier module d'acquisition élémentaire à partir duquel la première combinaison a été générée, une deuxième combinaison à l'aide du module d'acquisition élémentaire situé à la gauche de ce premier module d'acquisition élémentaire, une deuxième combinaison à l'aide du module d'acquisition élémentaire situé en haut de ce premier module d'acquisition élémentaire et une deuxième combinaison à l'aide du module d'acquisition élémentaire situé en bas de ce premier module d'acquisition élémentaire.
[0034] Dans un mode de réalisation préféré, ladite condition d'arrêt est satisfaite si le nombre de modules d'acquisition élémentaires composant ladite pluralité de modules d'acquisition élémentaires est supérieur à un nombre seuil prédéterminé. On pourra ainsi limiter l'expansion des combinaisons à un nombre donné de modules d'acquisition élémentaires à partir du module d'acquisition élémentaire initial dans une direction donnée, par exemple à 20 modules d'acquisition.
[0035] Dans un mode de réalisation particulier, ladite condition d'arrêt est satisfaite si l'unité de calcul a détecté la présence de ladite séquence de données prédéterminées dans le signal de détection élémentaire reçu dudit module d'acquisition élémentaire voisin.
[0036] Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comporte un module d'émission comportant un module lumineux apte à émettre un faisceau lumineux, et une unité de modulation apte à recevoir une séquence de données, dite modulante, et agencée pour moduler le faisceau lumineux émis à partir de ladite séquence modulante. Ladite séquence modulante forme ainsi ladite séquence de données prédéterminées que l'unité de calcul cherche à détecter.
[0037] Le faisceau lumineux pourra par exemple être un faisceau pulsé, chaque impulsion correspondant à une ou plusieurs valeurs hautes consécutives de la séquence de données modulante et l'intervalle séparant deux impulsions consécutives correspondant à une ou plusieurs valeurs basses consécutives de cette séquence de données modulante. Chaque impulsion du faisceau lumineux modulé est émise avec une puissance lumineuse pic, de sorte que la puissance lumineuse moyenne du faisceau lumineux modulé émis est ainsi définie par la puissance lumineuse pic et le rapport cyclique de la séquence de données modulante.
[0038] Le faisceau lumineux reçu par le module de réception contient ainsi la réflexion du faisceau lumineux par un objet à détecter. Ledit signal de détection élémentaire reçu par l'unité de calcul est donc formé d'une séquence de données, dite démodulée, composée de la séquence modulante retardée et de bruit. Chaque valeur de la fonction de corrélation estimée par l'unité de calcul est associée à une valeur d'un décalage temporel de la séquence modulante, ou de la séquence démodulée, employée pour estimer cette valeur de la fonction de corrélation. La fonction de corrélation entre cette séquence de données démodulée et la séquence modulante est donc fonction de l'autocorrélation de cette séquence modulante.
[0039] On peut ainsi détecter la présence de cette séquence de données modulante dans le faisceau lumineux reçu, après réflexion sur un objet dans l'environnement du véhicule et ainsi détecter la présence de cet objet ainsi qu'estimer sa distance au véhicule.
[0040] Dans un mode de réalisation de l'invention, le module lumineux est apte à émettre un faisceau lumineux dont le spectre présente un pic à une longueur d'onde dans le visible, notamment comprise entre 400 nm et 500 nm. Avantageusement, le module lumineux comporte une source lumineuse comprenant un générateur à semi-conducteur apte à émettre un faisceau lumineux élémentaire, notamment dont le spectre présente un pic à une longueur d'onde dans le visible, et un élément photoluminescent apte à convertir ledit faisceau lumineux élémentaire pour obtenir ledit faisceau lumineux.
[0041] Le semi-conducteur pourra par exemple être un nitrure de gallium, ou encore GaN, apte à émettre, par électroluminescence et en réponse à un courant électrique le traversant, des rayons de lumière bleue. L'élément photoluminescent pourra par exemple être sous la forme d'une résine comportant un grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au cérium, ou CE:YAG, apte à absorber de la lumière bleue et, par photoluminescence et en réponse à l'excitation réalisée par cette lumière, à émettre des rayons de lumière jaune. L'élément photoluminescent est disposé sur le générateur de sorte qu'une partie des rayons de lumière bleue excite cet élément pour qu'il émette, par photoluminescence des rayons de lumière jaune. L'autre partie des rayons de lumière bleue traverse cet élément. Ainsi, la source lumineuse émet simultanément, lorsqu'elle est alimentée électriquement, des rayons de lumière bleue et jaune, la lumière ainsi formée apparaissant blanche pour l'œil humain.
[0042] La source lumineuse pourra ainsi être une source de type laser, une diode électroluminescente, une diode laser à cavité verticale émettant par la surface, également appelée VCSEL (de l'anglais « Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser ») ou encore une diode superluminescente ou SLED (de l'anglais « Superluminescent diode »).
[0043] Avantageusement, le module lumineux pourra comporter une unité optique agencée pour projeter les rayons lumineux émis par la source lumineuse pour former ledit faisceau lumineux.
[0044] Avantageusement, l'unité de modulation est agencée pour générer un signal de contrôle modulé en largeur d'impulsion, pour moduler ledit signal de contrôle à partir de la séquence de données modulante et pour contrôler l'émission dudit faisceau lumineux par le module lumineux à partir du signal de contrôle modulé. Par exemple, l'unité de modulation pourra être agencée pour convertir la séquence de données modulante en un signal modulant et pour moduler, par exemple en amplitude, en fréquence ou en phase, le signal de contrôle avec ce signal modulant.
[0045] Le cas échéant, l'unité de modulation peut être agencée pour contrôler la source lumineuse du module lumineux, et notamment une alimentation électrique fournie à cette source lumineuse, pour moduler le faisceau lumineux.
[0046] Avantageusement, l'unité de calcul est agencée pour générer une séquence de données modulante, notamment de type binaire pseudo-aléatoire, pour transmettre la séquence de données modulantes à l'unité de modulation du module d'émission pour l'émission d'un faisceau lumineux modulé par le module d'émission.
[0047] Une séquence binaire pseudo-aléatoire, ou PRBS (de l'anglais « PseudoRandom Binary Sequence »), est une séquence de données composée de valeurs hautes, à savoir des « 1 », et de valeurs basses, à savoir des « 0 ». Ce type de séquence présente des propriétés particulièrement intéressantes. En effet, sa fonction d'autocorrélation est maximum pour un décalage temporel nul, c'est-à-dire lorsque la séquence est comparée à elle-même, et présente une valeur sensiblement inférieure à ce maximum pour tous les autres décalages temporels, c'est-à-dire lorsque la séquence est comparée à des versions décalées temporellement d'elle-même.
[0048] Par ailleurs, la fonction de corrélation croisée entre deux séquences binaires pseudo-aléatoires est sensiblement inférieure au maximum des fonctions d'autocorrélation de ces séquences. Enfin, ce type de séquence est généralement générée au moyen d'un registre à décalage à rétroaction linéaire, ou LFSR (de l'anglais « Linear Feedback Shift Register »), lequel produit une suite récurrente périodique dont le motif est une séquence binaire pseudoaléatoire.
[0049] Compte tenu des propriétés d'autocorrélation des séquences binaires pseudo-aléatoires, la fonction de corrélation ainsi estimée sera ainsi maximum pour la valeur de décalage temporel correspondant au temps de vol du faisceau lumineux modulé émis, réfléchi puis reçu, même en cas de bruit important.
[0050] Par conséquent, l'unité de calcul peut identifier cette valeur de décalage temporel associée à la valeur maximum de la fonction de corrélation avec une précision importante et en déduire la distance séparant l'objet sur lequel le faisceau s'est réfléchi et le véhicule automobile.
[0051] En outre, compte tenu des propriétés de corrélation croisée, il apparait ainsi peu probable que la réception d'un faisceau lumineux modulé émis par un système équivalent d'un autre véhicule automobile entraine la détection d'un faux positif.
[0052] On comprend enfin que la détection est opérée non pas sur une unique impulsion mais sur une séquence de données complète, de sorte que le rapport signal à bruit du système est amélioré.
[0053] Avantageusement, les module d'émission est agencé de sorte que le faisceau lumineux participe, totalement ou partiellement, à la réalisation d'une fonction photométrique réglementaire prédéterminée. Il pourra par exemple s'agit d'un feu diurne ou DRL (de l'anglais « Daytime Running Lamp »), lequel présente comme avantage d'être émis dans un champ large avec une intensité faible.
[0054] Avantageusement, le module d'émission est agencé dans un projecteur avant du véhicule automobile. De préférence, le module de réception et le module d'émission sont agencés dans un même projecteur avant du véhicule.
[0055] L'invention a également pour objet un procédé de télémétrie mis en œuvre par un système selon l'invention.
[0056] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
[0057] De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :
[0058] [Fig.l] représente, schématiquement et partiellement, une vue d'un système de télémétrie d'un véhicule automobile selon un exemple de réalisation de l'invention.
[0059] [Fig.2] représente, schématiquement, un exemple de fonctionnement du système en l'absence de détection de la séquence de donnée prédéterminée.
[0060] [Fig.3] représente, schématiquement et partiellement, un exemple de fonctionnement du système de la [Fig.l] lors de la mise en œuvre d'un procédé de télémétrie.
[0061] Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.
[0062] Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à l'invention dans le cadre des revendications annexées.
[0063] En référence à la [Fig. 1], la présente invention est un système de télémétrie 1 d'un véhicule comprenant un module d'émission 2, un module de réception 3, et une unité de calcul 4.
[0064] Le module d'émission 2 comporte un module lumineux 21 apte à émettre un premier faisceau lumineux Fl, et une unité de modulation 22 apte à recevoir une séquence de données modulante Seq et agencée pour moduler le faisceau lumineux Fl émis à partir de ladite séquence modulante Seq.
[0065] Le premier module d'émission 2 est par exemple agencé dans un projecteur du véhicule automobile.
[0066] Le module lumineux 21 est agencé pour que le faisceau lumineux Fl qu'il émet, présente un spectre électromagnétique dont au moins une portion est située dans le spectre visible. De préférence, le spectre de ce faisceau lumineux Fl présente un pic d'intensité, ou raie, dans le bleu à 450 nm. On notera qu'il est possible que le spectre présente d'autres pics d'intensité, dans le visible et/ou dans l'infrarouge.
[0067] Dans la mesure où le faisceau lumineux Fl est composé, partiellement ou totalement, de lumière blanche, il est possible d'employer ce faisceau lumineux pour participer, partiellement ou totalement, à la réalisation d'une fonction photométrique, notamment réglementaire, prédéterminée. Dans ce cas, le module lumineux 21 pourra comporter une unité optique agencée pour mettre en forme ce faisceau lumineux Fl de sorte que sa distribution photométrique satisfasse les exigences de ladite fonction. On pourra par exemple prévoir que le faisceau lumineux Fl participe à la réalisation d'une fonction de type feu diurne, ou DRL.
[0068] En plus de cette fonction photométrique, le faisceau lumineux Fl permet au système 1 de réaliser des fonctions de détection et d'évaluation de la position d'un obstacle sur la route et/ou de communication avec un autre véhicule ou avec une infrastructure routière.
[0069] A ces fins, l'unité de modulation 22 est agencée pour moduler le faisceau lumineux Fl émis par le module lumineux 21, à partir de la séquence de données modulantes Seq qu'elle reçoit, par exemple en contrôlant l'alimentation électrique fournie à la source lumineuse du module lumineux.
[0070] On pourra ainsi prévoir que l'unité de modulation 22 comporte un générateur d'un signal de contrôle modulé en largeur d'impulsion. Ce signal de contrôle permet de contrôler une alimentation à découpage (non représenté) de la source lumineuse du module lumineux 21. De façon classique, le rapport cyclique de ce signal de contrôle, fixé par l'unité de modulation 22, permet ainsi de contrôler la puissance électrique moyenne fournie à la source lumineuse, et donc de contrôler l'intensité lumineuse du faisceau lumineux Fl, de sorte à satisfaire les exigences de la fonction photométrique qu'il réalise.
[0071] Dans l'exemple décrit, l'unité de modulation 22 est agencée pour convertir la séquence de données Seq en un signal modulant et pour moduler le signal de contrôle initial à l'aide de ce signal modulant. On notera que plusieurs types de modulation peuvent être indifféremment employés dans le cadre de la présente invention, et notamment une modulation tout- ou-rien (ou OOK de l'anglais « On Off Keying »), une modulation en codage d'impulsion (ou PGM de l'anglais « Puise Code Modulation »), une modulation en amplitude d'impulsion (ou PAM de l'anglais « Puise Amplitude Modulation »), une modulation en largeur d'impulsion (ou PWM de l'anglais « Pulse Width Modulation ») ou encore une modulation en position d'impulsion (ou PPM de l'anglais « Puise Position Modulation »).
[0072] Le faisceau lumineux Fl ainsi émis est composé d'un train d'impulsions lumineuses se succédant avec une fréquence suffisamment élevée, par exemple supérieure à de 30 MHz, notamment comprise entre 50 MHz et 100 MHz, pour que l'œil humain ne les distingue plus. Par ailleurs, l'amplitude, la largeur et/ou la position de chaque impulsion au regard de la période permet au faisceau lumineux Fl de transporter la séquence de données Seq.
[0073] Si un objet est présent dans l'environnement du véhicule automobile, il peut réfléchir ce faisceau lumineux Fl vers le module de réception 3, lequel reçoit ainsi un faisceau lumineux F2.
[0074] En lien avec la [Fig. 2] représentant un exemple de réalisation d'un module de réception 3, ce module de réception 3 comporte une pluralité de modules d'acquisition élémentaires 32i,j, comprenant chacun plusieurs photodétecteurs 32a apte à convertir un signal lumineux qu'il reçoit en un signal électrique. Chaque module d'acquisition élémentaire 32i,j comporte par ailleurs une unité de démodulation 34, comprenant un comparateur agencé pour comparer le signal électrique converti par chaque photodétecteur 32a du module 32i,j à une même valeur seuil donnée. L'unité de démodulation 34 est ainsi agencée pour générer, à partir de chacune des comparaisons des signaux électriques issus des photodétecteurs 32a, un sous-signal de détection élémentaire, et pour sommer les sous-signaux de détection élémentaires ainsi générés pour générer un signal de détection élémentaire Sdei,j, lequel forme donc une séquence de données, dite démodulée.
[0075] Les photodétecteurs 32a sont identiques et sont chacun formés par une photodiode à avalanche d'un photomultiplicateur sur silicium. On notera que les dimensions des photodétecteurs sont de l'ordre du micromètre. L'ensemble forme ainsi un capteur dont la résolution spatiale de réception est de l'ordre de 1°, voire de 0,1°, et dont les capacités de détection, du fait de l'utilisation de photodiodes à avalanche, sont particulièrement importantes, même en cas de conditions d'acquisition dégradées.
[0076] Chacun des photodétecteurs 32a d'un même module d'acquisition élémentaire 32i,j peut ainsi convertir la portion du faisceau lumineux F2 qu'il reçoit, en un signal électrique qu'il transmet à l'unité de démodulation 34, laquelle peut alors en extraire une séquence de données SdeiJ pour la transmettre à l'unité de calcul 4.
[0077] Comme montré en [Fig. 2], les modules d'acquisition élémentaires 32i,j sont agencés de façon matricielle, sur N lignes et M colonnes.
[0078] Dans l'exemple décrit, le module de réception 3 est agencé dans le projecteur du véhicule automobile, à côté du module d'émission 2.
[0079] L'unité de calcul 4 est apte à recevoir les signaux de détection élémentaires SdeiJ générées par les modules d'acquisition élémentaires 32i,j et apte à détecter dans chaque signal de détection élémentaire SdeiJ reçu, la présence de la séquence de données modulante Seq.
[0080] A ces fins, l'unité de calcul 4 est ainsi agencée pour estimer des valeurs d'une fonction de corrélation Fcorr entre chaque signal de détection élémentaire reçu SdeiJ et ladite séquence de données modulantes Seq, et pour détecter dans ce signal de détection élémentaire SdeiJ, la présence de la séquence de données modulante Seq à partir de ces valeurs de la fonction de corrélation Fcorr. En cas de détection, elle peut alors déterminer un temps de vol T séparant l'émission dudit premier faisceau lumineux modulé émis Fl de la réception dudit faisceau lumineux reçu F2.
[0081] L'unité de calcul 4 peut ainsi réaliser des fonctions de détection et d'évaluation de la position d'un objet sur la route, comme cela va être décrit en lien avec la [Fig. 3] qui représente un procédé de télémétrie mis en œuvre par le système lumineux 1.
[0082] Dans une première étape El, l'unité de calcul 4 génère, de façon périodique, une séquence de données modulante Seq, par exemple de type binaire, composée de « 0 » et de « 1 », pseudo aléatoire et de taille maximum, également nommée M-séquence, présentant un rapport cyclique de 50%.
[0083] L'unité de calcul 4 transmet la séquence de données modulantes Seq à l'unité de modulation 22 du module d'émission 2 pour l'émission simultanée du faisceau lumineux Fl par le module d'émission 2.
[0084] Dans une deuxième étape E2, l'unité de modulation 22 module les faisceau lumineux Fl émis par le module lumineux 21 à partir de cette séquence de données Seq. Ainsi, chaque unité de modulation 22 convertit la séquence de données Seq en un signal modulant et module le signal de contrôle initial à l'aide de ce signal modulant.
[0085] On notera, que dans l'exemple décrit, chaque impulsion lumineuse du faisceau lumineux Fl émis par le module lumineux 21 correspond à un bit de valeur « 1 » de la séquence modulante Seq. La puissance moyenne d'une portion du faisceau lumineux Fl contenant la séquence Seq est ainsi définie par le nombre de bits de valeur « 1 » de cette séquence Seq au regard du nombre de bits total de cette séquence, par la durée des impulsions et par la puissance pic de ces impulsions.
[0086] Le faisceau lumineux Fl est ainsi émis jusqu'à atteindre un objet O, situé dans l'environnement du véhicule, lequel le réfléchit en direction du module de réception 3.
[0087] Selon la position angulaire de l'objet O, le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 est ainsi concentré sur l'un des modules d'acquisition élémentaires 32i,j.
[0088] Lorsque les conditions d'ensoleillement au voisinage du véhicule sont particulièrement importantes, la lumière du soleil vient ainsi s'ajouter au faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3. Le faisceau lumineux F2 reçu par le module de réception 3 est ainsi composé d'une partie du faisceau lumineux Fl réfléchi par l'objet O et de bruit, par exemple généré par des sources de lumière parasite comme de l'éclairage urbain, de l'éclairage automobile, voire le soleil.
[0089] Dans une troisième étape E3, chacun des modules d'acquisitions élémentaires 32 extrait ainsi, à l'aide de son unité de démodulation 34, un signal de détection élémentaire SdeiJ qu'il transmet à l'unité de calcul 4.
[0090] Pour chaque signal de détection élémentaire SdeiJ qu'elle reçoit, l'unité de calcul 4 estime, dans une quatrième étape E4, des valeurs d'une fonction de corrélation Fcorr entre la séquence modulante Seq et ce signal de détection élémentaire Sdei .
[0091] L'unité de calcul 4 évalue ainsi, pour une pluralité de valeurs de décalage temporel, la valeur de la corrélation croisée, au moyen d'un produitde convolution cyclique, entre chaque signal de détection élémentaire SdeiJ et la séquence modulante Seq retardée selon chacune des valeurs de décalage temporel.
[0092] Compte tenu des propriétés d'autocorrélation et de corrélation croisée de la séquence modulante, la fonction de corrélation Fcorr sera ainsi maximum pour une valeur de décalage temporel correspondant au temps de vol du faisceau lumineux Fl, séparant l'instant où il est émis par le module d'émission 2 et l'instant où il est reçu par un module d'acquisition élémentaire 32i,j du module de réception 3, la séquence modulante Seq retardée de cette valeur correspondant ainsi sensiblement au signal de détection élémentaire SdeiJ, au bruit près.
[0093] Dans une cinquième étape E5, l'unité de calcul 4 identifie la valeur maximum Fcorr_max de chaque fonction de corrélation Fcorr associée à chaque module d'acquisition élémentaire 32i,j et la compare à une valeur seuil Vs.
[0094] Dans le cas où la valeur maximum d'une fonction de corrélation Fcorr est supérieure à la valeur seuil Vs, la séquence modulante Seq est considérée comme détectée par l'unité de calcul 4 dans le signal de détection élémentaire SdeiJ issu du module d'acquisition élémentaire 32i,j associé à cette fonction de corrélation Fcorr. Un objet O est donc détecté dans la plage angulaire, ou le pixel, surveillée par ce module d'acquisition élémentaire 32i,j et l'unité de calcul 4 peut alors estimer, dans une sixième étape E6, la valeur T du temps de vol du faisceau lumineux Fl entre l'objet O et le véhicule, associée à cette valeur maximum, ainsi que la distance d séparant l'objet 0 du véhicule.
[0095] En revanche, dans le cas où la valeur maximum d'une fonction de corrélation Fcorr est inférieure à la valeur seuil Vs, c'est-à-dire en l'absence de détection de ladite séquence de données Seq dans le signal de détection élémentaire SdeiJ généré par un module d'acquisition élémentaire 32i,j, l'unité de calcul 4 génère, dans une septième étape E7, des combinaisons Csde de ce signal de détection élémentaire SdeiJ et de chaque signal de détection élémentaire Sdei-l,j, Sdei+l,j, Sdei,j-1 et Sdei,j+1 généré par les modules d'acquisition élémentaire 32i-l,j, 32i+l,j, 32i,j-l et 32i,j+l situé immédiatement à droite, à gauche, en haut et en bas du module d'acquisition élémentaire 32i,j.
[0096] Pour chacun des signaux de détection élémentaires Sdei'J' généré par le module d'acquisition élémentaire voisin du module 32i,j, la combinaison Csde est réalisée en additionnant les signaux SdeiJ et Sdei'J'.
[0097] Les étapes E4 d'estimation des valeurs de la fonction de corrélation Fcorr et E5 de recherche de la valeur maximum Fcorr_max avec comparaison de cette valeur maximum à la valeur seuil Vs sont réitérées avec les séquences Csde résultant de ces combinaisons.
[0098] De nouveau, en l'absence de détection de ladite séquence de données Seq dans les différentes séquences Csde résultant de ces combinaisons, l'unité de calcul 4 génère, dans la septième étape E7, une nouvelle séquence Csde à partir de la séquence Csde précédente, obtenue à l'aide du module voisin dans une direction donnée au module initial 32i,j, et du signal de détection élémentaire Sdei'J' généré par le module d'acquisition élémentaire suivant dans cette direction donnée.
[0099] L'unité de calcul 4 itère ainsi les étapes E7, E4 et E6, jusqu'à ce que ladite séquence de données prédéterminée Seq soit détectée une combinaison Csde de signaux élémentaires et/ou jusqu'à ce qu'au moins une condition d'arrêt prédéterminée soit satisfaite.
[0100] La réitération des étapes E7, E4 et E6 pour une direction donnée est notamment interrompue lorsque le signal de détection élémentaire Sdei'J' généré par le module d'acquisition élémentaire suivant dans cette direction donnée à lui-même permis une détection de la séquence de données modulante Seq dans ce signal ou dans une autre combinaison Csde issue de ce signal ou employant ce signal. Il est ainsi considéré que ce module suivant définit ou fait partie d'un autre pixel dans lequel un autre objet a été détecté.
[0101] La réitération des étapes E7, E4 et E6 pour une direction donnée est également interrompue lorsque le nombre de modules d'acquisition élémentaires, dont les signaux de détection élémentaires Sdei'J' composent la combinaison Csde, dépasse une valeur seuil donnée, par exemple 20. Il est alors considéré qu'il n'y a pas d'objet à détecter au niveau d'un pixel défini par ces modules d'acquisition élémentaire ou que le compromis entre rapport signal à bruit et résolution angulaire n'est plus satisfaisant.
[0102] La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, à savoir fournir un système lumineux d'un véhicule automobile, capable de réaliser à la fois une fonction photométrique réglementaire donnée et une fonction de télémétrie, et permettant de parvenir à un compromis optimal entre le rapport signal sur bruit et la résolution angulaire. Ces objectifs sont notamment atteints à l'aide d'une adaptation à la volée de la taille d'une plage angulaire élémentaire de détection, par agrégation des signaux de détection des modules d'acquisition élémentaires du module de réception lorsque ces signaux ne permettent pas seul de détection un objet.
[0103] En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. En particulier, on pourra prévoir d'autres configurations des modules d'émission, et notamment un module d'émission employant d'autres types de source lumineuse que ceux décrits, comme une diode laser, une VCSEL ou une SLED ou une diode RGB. On pourra encore prévoir de réaliser d'autres fonctions photométriques que celle décrite, et notamment des fonctions d'éclairage de type croisement ou des fonctions de signalisation de type feu de position ou indicateur de direction.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de télémétrie (1) d'un véhicule automobile comprenant :
Un module de réception (3) apte à recevoir un faisceau lumineux (F2), dans lequel le module de réception (3) comporte une pluralité de modules d'acquisition élémentaires (32) comprenant chacun au moins un photodétecteur (32a) apte à convertir un signal lumineux qu'il reçoit en un signal électrique (Sel), chaque module d'acquisition élémentaire (32) étant apte à générer un signal de détection élémentaire (Sde) en fonction du ou des signaux électriques (Sel) convertis par le ou les photodétecteurs (32a) du module d'acquisition élémentaire (32) ;
Une unité de calcul (4) apte à recevoir les signaux de détection élémentaires (Sde) générées par les modules d'acquisition élémentaires (32) et apte à détecter dans chaque signal de détection élémentaire (Sde) reçu, la présence d'une séquence de données (Seq) prédéterminées ;
Caractérisé en ce qu'en l'absence de détection de ladite séquence de données (Seq) dans au moins un premier signal de détection élémentaire (Sdel) généré par un premier module d'acquisition élémentaire (321), l'unité de calcul (4) est agencée pour générer une combinaison dudit premier signal de détection élémentaire (Sdel) et d'un deuxième signal de détection élémentaire (Sde2) généré par un deuxième module d'acquisition élémentaire (322) voisin du premier module d'acquisition élémentaire (321) et pour détecter la présence de ladite séquence de données prédéterminées (Seq) dans ladite combinaison.
[Revendication 2] Système de télémétrie (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module d'acquisition élémentaire (32) comporte un comparateur (34) agencé pour comparer le signal électrique (Sel) converti par chaque photodétecteur (32a) à une valeur seuil (Vs) donnée et pour générer ledit signal de détection élémentaire (Sde) en fonction de ladite comparaison.
[Revendication 3] Système de télémétrie (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque module d'acquisition élémentaire (32) comporte une pluralité de photodétecteurs (32a), dans lequel le comparateur (34) est agencé pour comparer le signal électrique (Sel) converti par chaque photodétecteur (32a) à une même valeur seuil (Vs) donnée et pour générer un sous-signal de détection élémentaire en fonction de ladite comparaison et dans lequel le comparateur (34) est agencé pour sommer les sous-si- gnaux de détection élémentaires pour former le signal de détection élémentaire (Sde).
[Revendication 4] Système de télémétrie (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chaque signal de détection élémentaire (Sde) qu'elle reçoit, l'unité de calcul (4) est agencée pour estimer des valeurs d'une fonction de corrélation (Fcorr) entre ledit signal de détection élémentaire (Sel) et ladite séquence de données prédéterminées (Seq) et pour détecter la présence de ladite séquence de données prédéterminées (Seq) dans ledit signal de détection élémentaire (Sde) à partir desdites valeurs de la fonction de corrélation (Fcorr).
[Revendication 5] Système de télémétrie (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'unité de calcul (4) est agencée pour déterminer la valeur d'un pic (P) de ladite fonction de corrélation (Fcorr), pour comparer ladite valeur du pic (P) à une valeur seuil (Vs) prédéterminée et pour détecter la présence de ladite séquence de données prédéterminées (Seq) dans ledit signal de détection élémentaire (Sde) en fonction de ladite comparaison.
[Revendication 6] Système de télémétrie (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de calcul (4) est agencée pour générer ladite combinaison dudit premier signal de détection élémentaire (Sdel) et d'un deuxième signal de détection élémentaire (Sde2) généré par un deuxième module d'acquisition élémentaire (322) voisin du premier module d'acquisition élémentaire (321) en additionnant lesdits premier et deuxième signaux de détection élémentaire (Sdel, Sde2).
[Revendication 7] Système de télémétrie (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de calcul (4) est agencée pour, en l'absence de détection de ladite séquence de données prédéterminées (Seq) dans une première combinaison de signaux de détection élémentaire (Csdel) générés par une pluralité de modules d'acquisition élémentaires (32) : générer une deuxième combinaison (Csde2) de ladite première combinaison (Csdel) et d'un signal de détection élémentaire (Sde) généré par un module d'acquisition élémentaire (32) voisin de ladite pluralité de modules d'acquisition élémentaires (321, 322) ; détecter la présence de ladite séquence de données prédéterminée (Seq) dans ladite deuxième combinaison (Csde2) ; l'unité de calcul (4) étant agencée pour itérer les étapes de génération d'une combinaison de signaux élémentaires (Csde) et de détection de ladite séquence de données prédéterminées (Seq) dans ladite combinaison (Csde), jusqu'à ce que ladite séquence de données prédéterminée (Seq) soit détectée dans une combinaison de signaux élémentaires et/ou qu'au moins une condition d'arrêt prédéterminée soit satisfaite.
[Revendication 8] Système de télémétrie (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'unité de calcul (4) est agencée pour générer ladite deuxième combinaison (Csde2) à partir de ladite première combinaison (Csdel) et d'un signal de détection élémentaire (Sde) généré par un module d'acquisition élémentaire (32) voisin de ladite pluralité de modules d'acquisition élémentaires (321, 322) et situé dans une direction donnée du premier module d'acquisition élémentaire (321) à partir duquel la première combinaison a été générée (Csdel).
[Revendication 9] Système de télémétrie (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite condition d'arrêt est satisfaite si le nombre de modules d'acquisition élémentaires (32) composant ladite pluralité de modules d'acquisition élémentaires est supérieur à un nombre seuil prédéterminé.
[Revendication 10] Système de télémétrie (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite condition d'arrêt est satisfaite si l'unité de calcul (4) a détecté la présence de ladite séquence de données prédéterminées (Seq) dans le signal de détection élémentaire (Sde) reçu dudit module d'acquisition élémentaire voisin.
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