Bien avant que l’ADAS ne devienne assez sophistiqué pour garer une voiture tout seul, deux technologies bien plus simples résolvaient déjà discrètement le problème quotidien d’évaluer la distance à des choses qu’un conducteur ne peut pas voir directement : le bas du pare-chocs, le pilier juste derrière la lunette arrière, le trottoir caché sous le coffre. Les capteurs de stationnement à ultrasons et la caméra de recul abordent ce problème de deux manières totalement différentes, et comprendre pourquoi les deux existent encore côte à côte, plutôt que l’un ait simplement remplacé l’autre, tient à ce que chacun est réellement incapable de faire.
Le capteur qui ne voit rien du tout — il écoute
Un capteur de stationnement est, à la base, un petit sonar : un transducteur piézoélectrique intégré dans le pare-chocs émet une brève impulsion ultrasonique, généralement autour de 40 kHz, bien au-delà de ce qu’une oreille humaine peut entendre, puis mesure le temps que met l’écho de cette impulsion à revenir après avoir rebondi sur ce qui se trouve devant. Comme le son se déplace dans l’air à une vitesse connue et à peu près constante, ce temps aller-retour se convertit directement en distance — aucune caméra, aucun traitement d’image, aucun éclairage requis — ce qui explique précisément pourquoi les capteurs de stationnement fonctionnent de façon identique dans l’obscurité totale, un soleil aveuglant ou un brouillard épais, des conditions qui perturbent réellement un système basé sur une caméra. Le calculateur de la voiture transforme cette distance brute dans le bip que la plupart des conducteurs connaissent bien : bips plus espacés à distance importante, tonalité continue une fois qu’on approche de quelque chose que le seuil du capteur juge dangereusement proche.
Pourquoi les capteurs ont eux aussi leurs angles morts
Les capteurs à ultrasons sont réellement aveugles à tout ce qui se trouve hors de leur cône d’émission, et à tout ce qui ne réfléchit pas bien le son — un poteau métallique fin, le bord bas d’un trottoir, ou une surface fortement inclinée par rapport au capteur peuvent disperser l’impulsion au lieu de la renvoyer directement, donnant un écho faible ou totalement absent même si l’objet est réel et proche. C’est pourquoi les pare-chocs comptent généralement quatre à six capteurs plutôt qu’un ou deux : chacun couvre un cône étroit, et seul le chevauchement de plusieurs d’entre eux donne une couverture raisonnablement complète sur toute la largeur d’un pare-chocs. C’est aussi pourquoi le capteur à ultrasons classique se contente de dire « quelque chose se trouve à peu près à cette distance, dans cette zone générale » — il n’a aucun moyen de dire ce qu’est réellement cette chose, ni où exactement elle se situe dans son cône. Cette limite précise est exactement ce qu’une caméra sait bien combler.
La caméra : un détail riche, aucun véritable sens de la distance
Une caméra de recul, presque toujours montée près de la plaque d’immatriculation ou de la poignée du coffre avec un objectif grand angle ou fisheye pour maximiser le champ de vision dans un espace restreint, donne au conducteur exactement ce que les capteurs à ultrasons ne peuvent pas offrir : une image authentique de ce qui se trouve réellement derrière — un enfant, un chariot de courses, la forme précise d’une borne. Ce qu’elle ne donne pas gratuitement, c’est la distance : une seule caméra n’a aucun moyen intrinsèque de savoir si un objet est petit et proche ou grand et lointain, c’est pourquoi la plupart des systèmes superposent à l’image des lignes directrices dynamiques, des courbes qui se déplacent en temps réel avec l’angle du volant pour montrer la trajectoire prévue de la voiture, calculées à partir de la géométrie de direction plutôt que mesurées sur l’image elle-même. Les systèmes de vision à 360 degrés plus avancés assemblent les flux de quatre caméras ou plus — avant, arrière, et une dans chaque rétroviseur extérieur — en une seule vue virtuelle à vol d’oiseau de la voiture vue directement du dessus, un problème de traitement d’image en temps réel véritablement difficile, consistant à fusionner plusieurs flux grand angle déformés en un seul composite homogène et non déformé, mis à jour des dizaines de fois par seconde pendant que la voiture se déplace.
Deux technologies aveugles, une combinaison utile
Aucun des deux systèmes seul n’est suffisant pour ce dont a besoin l’assistant de stationnement automatique moderne : les capteurs de distance donnent des chiffres fiables et indépendants de l’éclairage mais aucun contexte ; les caméras donnent un contexte riche mais des chiffres faibles. Combiner les deux — les mesures de distance à ultrasons fusionnées avec la reconnaissance d’objets par caméra — est exactement ce qui permet à un système de stationnement assisté moderne de juger à la fois de la taille réelle d’un espace et de savoir si ce qui en délimite les bords est un trottoir inoffensif ou quelque chose que la voiture doit vraiment éviter, la même logique de fusion de capteurs utilisée à une échelle bien plus grande par la chaîne de perception derrière les niveaux plus élevés de conduite autonome, simplement compressée dans les quelques centimètres et les quelques secondes qui comptent lors d’une marche arrière dans un espace restreint.
La recherche européenne qui pousse la détection ultrasonique au-delà d’une dimension
La limite fondamentale d’un capteur de stationnement classique — il ne mesure qu’un seul chiffre de distance par cône, sans aucune notion de position ou de forme exacte — est précisément ce que le projet européen TOPOSENS (« 3D Ultrasonic Sensors for Automotive – Democratizing 3D Vision Through Sound », Horizon 2020, SME Instrument Phase 2, coordonné par Toposens GmbH, Allemagne, 2,45 M€ de contribution européenne sur 3,49 M€ de budget total, 2020-2022) s’est proposé de résoudre. Plutôt que la conception à microphone unique et écho unique des capteurs actuels, Toposens a construit un capteur doté de plusieurs microphones et d’un algorithme breveté qui convertit des échos superposés en un véritable nuage de points 3D — des coordonnées X, Y et Z pour chaque surface réfléchissante dans le rayon d’action, pas seulement un chiffre de distance — en visant explicitement la détection d’obstacles à courte portée, la protection des objets petits ou bas à proximité et sous la voiture, et les niveaux plus élevés de conduite automatisée où un seul chiffre de distance par zone n’est tout simplement pas une information suffisante pour agir en toute sécurité.
Photo: © Car-Shooters