Des phares d’automobiles intelligents pour voir à travers pluie et neige.

Depuis les débuts de l’automobile, on a doté les véhicules de phares pour rouler de nuit. La portée et la puissance de ceux-ci  ont fait bien des progrès, mais, en cas d’intempéries, ils éclairent  gouttes de pluie ou flocons de neige. Ceux-ci sont alors  perçus par les conducteurs sous forme de brillantes traînées lumineuses  qui perturbent la visibilité de la route.

A Carnegie Mellon University, Pittsburgh, USA, le professeur Srinivasa Narasimhan et son équipe se sont intéressés à ce problème. Ces spécialistes du traitement numérique des images ont imaginé des phares “intelligents” qui évitent d’éclairer les gouttes de pluie tout en illuminant la route.

Crédit Srinivasa Narasimhan.

Cette équipe avait préalablement mis au point un système informatique qui  éliminait d’une image vidéo l’effet de la pluie, de la neige et du brouillard. Ceci fonctionnait bien  mais obligeait le conducteur d’une voiture à regarder en plus de la route un  petit écran, ce qui créait un danger. Au contraire, avec le contrôle de l’éclairage présenté ici, le conducteur ou la conductrice regarde la route directement à l’œil nu.

 

Le prototype de laboratoire

Ce système  de phare innovant est composé d’un vidéoprojecteur, d’une caméra et d’une lame semi-transparente (Fig. 1). On  capture des images des précipitations en haut du champ de la caméra, un processeur numérique calcule les futures positions des gouttes ou flocons et le vidéoprojecteur crée un faisceau d’éclairage qui n’éclaire ni ces gouttes ni ces flocons. Entre la capture d’image initiale et la réponse du projecteur, il s’écoule environ 13 ms.

Fig.1. Schéma du dispositif. La caméra prend l’image des précipitations au sommet du champ, un calculateur détermine les positions ultérieures des particules de pluie ou neige et le vidéoprojecteur éclaire partout sauf aux points où sont prévues des particules .
Crédit Srinivasa Narasimhan.

Fig.2. Photo du système utilisé. Le vidéoprojecteur utilisé est un modèle standard du commerce ainsi que la caméra. Crédit Srinivasa Narasimhan.

Le vidéoprojecteur utilisé repose sur la technologie DLP (Digital Light Processing) : chaque pixel de l’image correspond à un micro-miroir actionné par effet piézoélectrique. Ces micro-miroirs font partie d’une matrice réalisée dans une puce de silicium.  Les micro-miroirs renvoient de façon sélective la lumière d’une lampe vers l’écran.

 

Le système à l’épreuve de la pluie artificielle

Le dispositif expérimental a été testé au laboratoire grâce à un générateur de pluie artificielle.

Fig.3. Photos de la pluie artificiellement générée éclairée, à gauche,
par un phare ordinaire, à droite, par le système de phare “intelligent”.
Crédit Srinivasa Narasimhan.

 

La vidéo suivante montre la différence  entre une pluie artificielle, éclairée, à gauche, par un phare standard et, à droite, par un phare “intelligent”.

Ce film a été réalisé avec une pluie artificielle d’une intensité de 90mm/h.Crédit Srinivasa Narasimhan.

Ce film a été réalisé avec une caméra fixe. Par simulation numérique, on a montré que, si la caméra se déplace, comme un véhicule, à 30 km/h, l’efficacité du système est de 70 % et qu’à 90 km/h, il permet encore de voir à travers la pluie.

L’actuel prototype de laboratoire fonctionne avec un temps de réponse  (ou latence) de 13 ms  et  une fréquence d’éclairage de 120 Hz. Si on arrive à augmenter cette fréquence et à réduire le temps de latence, on pourra atteindre une efficacité de 100% à une vitesse de 30 km/h. C’est à cela que s’emploie l’équipe de Carnegie Mellon University qui pense aussi rendre le dispositif plus compact, avec caméra et projecteur en un seul boitier et le munir d’une électronique embarquée et de faible coût.

Pour en savoir plus :
Phares intelligents CMU