EP3359931A1 - Dispositif et système de télédétection - Google Patents

Dispositif et système de télédétection

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EP3359931A1
EP3359931A1 EP16778364.6A EP16778364A EP3359931A1 EP 3359931 A1 EP3359931 A1 EP 3359931A1 EP 16778364 A EP16778364 A EP 16778364A EP 3359931 A1 EP3359931 A1 EP 3359931A1
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EP
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remote sensing
sensing device
sensor
spectral
matrix
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Pending
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EP16778364.6A
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German (de)
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Patrick Pirim
Frederic Villain
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Demand Side Instruments
Original Assignee
Demand Side Instruments
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Publication date
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    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G01J2003/2826—Multispectral imaging, e.g. filter imaging

Definitions

  • the present invention relates to a remote sensing device, in particular for monitoring the evolution of agricultural crops.
  • the present invention relates more particularly to a remote sensing device and a remote sensing system associated with it on the ground in a fixed position.
  • remote sensing is a process consisting essentially of taking images over several spectral bands in order to extract relevant information on scanned cultures.
  • remote sensing it is known to carry out the remote sensing processes by means of sensors embedded on board satellites, planes, ULM or drones, or by means of sensors on the ground. fixed station.
  • the combination of information recovered over several spectral bands makes it possible to create vegetation indices that can be used to estimate the state of the scanned cultures.
  • these vegetation indices can be used to estimate biomass, leaf density, chlorophyll content or other information related to the scanned cultures.
  • the recording of remote sensing images over several spectral bands is achieved by separating the optical source into several optical paths, each incorporating an objective, a sensor and an optical filter associated and specific to a single spectral band.
  • conventional systems require up to four different optical channels, or even more, for filtering light, for example in the visible and / or near-infrared domains.
  • Such conventional systems require complex precision mechanics to implement and are also difficult to miniaturize in view of the space required for the incorporation of the different optical channels, sensors and associated filters.
  • a remote sensing device in particular for monitoring the evolution of agricultural crops, comprising a single optical channel, and a plurality of elementary sensors arranged according to a matrix of predetermined shape, in which each elementary sensor is a multi-spectral sensor, in particular sensitive on a plurality of spectral bands, preferably at least on a spectral band in the visible range (B, V, R) and a spectral band in the near infrared (IR).
  • the remote sensing device satisfies the aforementioned problem by keeping only one optical channel and integrating the optical filters in each of the elementary sensors of the camera.
  • the present invention proposes to use only one optical channel with a single integrated sensor, or mosaic of sensors, including the necessary filters in an integrated manner.
  • the present invention allows to have all the information in one shot.
  • the present invention makes it possible to directly obtain a single image comprising the information in all the spectral bands studied at once.
  • the remote sensing device may therefore comprise a sensor of the type normally used for colorimetry, making it possible to recover information associated with several spectral bands on each element of the sensor at the same time.
  • the simplification of the device which includes only one optical channel and a single sensor incorporating all the filters, makes it possible to overcome the multiple individual calibrations required in the case of conventional remote sensing devices comprising several optical channels.
  • the present invention also advantageously makes it possible to overcome any prism or separating plate or similar device conventionally used to separate an optical source into several channels.
  • the present invention also to overcome the filters conventionally associated with each of the optical paths. Consequently, the present invention makes it possible to make a remote sensing device more compact and simpler than the remote sensing devices known from the state of the art.
  • the matrix of multispectral elementary sensors may be provided with a geometry function of the shooting form.
  • the size of the matrix of elementary sensors so that, in a preferred embodiment, its height corresponds to the two extreme points of view of the system.
  • the elementary sensors can be arranged substantially coplanarly. It is therefore possible to easily reproduce an essentially flat scanned surface, such as the surface of a field of agricultural crops.
  • the single optical channel may comprise an optical element, preferably of the convergent type, for example an objective of the type comprising a convergent lens, and the matrix of multispectral elementary sensors may be arranged on a focal plane of said element. optical.
  • the present invention advantageously allows to have only one optical channel.
  • the width of the matrix may then be about twice the focal length of said optical element. Since the shooting height is low compared to the maximum distance of analysis, the inclination of the optical axis must be measured in order to correct the position of the distant pixels.
  • the remote sensing device may further comprise a housing, preferably light-tight, provided such that the optical element is mounted frontally on an opening of said housing, and an electronic board mounted on a bottom of said housing opposite said optical element and supporting the matrix of elementary sensors.
  • a compact and lightweight device can be made, which can be adapted to remote sensing embedded on satellite, aircraft, ULM, drone or other air medium, but also to remote sensing ground stationary.
  • the outside of the housing can be configured to produce a Faraday cage, thus protecting the inside of the housing from lightning.
  • Such protection is particularly advantageous when the remote sensing device according to the present invention is used in a ground system fixed station, high, preferably of the order of 5 to 6 m minimum.
  • the housing would be of plastic or the like, it may be advantageous to attach strips of conductive material to the outside of the housing.
  • the remote sensing device may comprise one, in particular a single control unit. It is therefore possible to analyze the data recovered by the matrix of multispectral elementary sensors and to control other electronic elements using the same control unit.
  • a stationary ground type remote sensing system comprising a remote sensing device according to the present invention mounted on a mast. Because of its compactness and simplicity, the remote sensing device according to the present invention is particularly suitable for installation in a fixed station on the ground.
  • the remote sensing device is rotatably mounted on the mast. It is therefore possible to scan a surface easily by installing the system at the center of the surface to be scanned.
  • the shooting can be performed by a succession of contiguous sectors, in particular 90 °, which ensures a good compromise between the geometric aberration of the wide angle and the reduced number of shots needed to cover a control area.
  • a remote sensing system comprising the remote sensing device according to the present invention
  • basic elements of a weather station can be integrated outside the housing of the device, and a transfer of information can be realized by a magnet.
  • the remote sensing system may therefore further include an integrated airspeed sensor.
  • the remote sensing system may therefore further include a rain sensor.
  • the remote sensing device may further comprise at least one magnetic sensor, and the airspeed sensor and / or the rain sensor may comprise a magnetized zone.
  • the magnetic field of said magnetized zone can control an electronic component in order to output an electronic signal in relation to the angular position of the airspeed sensor and / or the rain sensor.
  • the remote sensing system and the remote sensing device comprise a single control unit
  • the electronic signals can be analyzed by the single control unit.
  • the present invention thus further simplifies and saves space and material cost over conventional remote sensing systems.
  • the entire remote sensing system in particular the remote sensing device, can be at very low energy.
  • the transfer of the multi-spectral images can be done by hertzian transmission, preferably by Bluetooth.
  • FIG. 1 schematically illustrates an example of an embodiment of a remote sensing device according to the present invention, in cross sections according to a front view and a side view;
  • FIG. 2 diagrammatically illustrates an example of different wavelengths perceived by an elementary sensor of a matrix of elementary sensors
  • - Figure 3 schematically illustrates an example of an embodiment of the installation of a remote sensing device according to the present invention
  • - Figures 4a and 4b schematically illustrate the geometric perception acquired by the sensor of a remote sensing device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 schematically illustrates a block diagram of an embodiment of a remote sensing device according to the present invention.
  • FIG. 6 schematically illustrates an example of integration of a weather station according to an aspect of an embodiment of a remote sensing device on the present invention.
  • FIG 1 schematically illustrates, in a cross-section according to a front view (left in Figure 1) and a side view (right in Figure 1), respectively, an example of an embodiment of a remote sensing device 20 according to one aspect of the present invention.
  • the matrix 8 of multi-spectral elementary sensors 8 is coupled to a single optical input channel which, in a preferred embodiment, can be realized by an optical element. 4, in the direction of the optical axis 5.
  • the optic element 4 may preferably be an objective or simply a lens or any convergent type of optical element, in the following an objective 4 on the optical axis 5 , said box 21 may advantageously be hermetically sealed to light, and furthermore comprise an electronic card 3 integrating the elementary sensors 8 ⁇ and keeping them preferably at the focal length of the objective 4, on a wall of the box 21 opposite to the input or single optical path formed by the direction of the optical axis 5 of the lens 4.
  • the matrix 8 of 8xy elementary sensors coplanarly.
  • the electronic card 3 can therefore advantageously maintain the matrix 8 essentially on a focal plane of the objective 4, as is apparent from the cross section on the right-hand part of FIG.
  • the elementary sensors 8 can be arranged according to a matrix 8 of predetermined size so that the dimension in the width direction can be about twice the focal length of the lens 4 in order to have a field of 90 °, and the perpendicular dimension in the direction of the height can correspond to the two extreme points of view 6 and 7 .
  • the remote sensing device 20 frees itself from physical filters, as well as prism (s) and / or separator blade (s), since it comprises a matrix 8 of elementary sensors 8 ⁇ multi-spectral associated with the unique optical input channel.
  • Each of the elementary sensors 8 ⁇ can thus integrate several filters adapted to different predetermined wavelength bands, adjustable according to the need of the measurement to be made.
  • FIG. 2 is a graph showing schematically an exemplary and non-limiting selection of filters R, V, B in the visible range and IR in the near infrared, the abscissa of the graph representing the wavelengths of the different filters, and FIG. ordinate of the graph representing the normalized ratio of perceived values.
  • Each of the elementary sensors 8 ⁇ of the matrix 8 may therefore advantageously comprise such a set of integrated filters.
  • the optical path that is to say the geometry of the objective 4, as well as the geometry of the matrix 8 so that d 0 is of the order of 2 m, and that d n be of the order of 50 m, for a mast height H of about 5 to 6 m minimum.
  • the field of view can thus advantageously correspond to a triangle 11 of dimensions d n * 2 d n on a plane 1 of scanned cultures.
  • the triangle 11 can be of dimensions corresponding to about 50 m ⁇ 100 m. It is then possible, by associating the remote sensing device 20 with a rotating means 12, to rotate the shooting of an angle equivalent to the angle of view to cover plan 1 in its entirety.
  • the remote sensing device 20 mounted on the mast 2 at the position 0 can successively scan the triangle 1 1 of base AB, then, according to the direction of the desired rotation, hourly or counterclockwise, allotted by means of rotation 12, those of base BC, CD and DA or DA, CD and BC, respectively. Still in the above example, it is therefore possible to cover an area of the order of one hectare (100 m * 100 m) by successive rotations 90 ° of the remote sensing device 20 associated with the rotating means 12.
  • the block diagram of Figure 5 details an example of an embodiment of the operation of a remote sensing device according to the present invention. It may therefore be the remote sensing device 20 previously described embodiments or a variant or another embodiment.
  • the shooting can be done along the optical axis 5 and can then be transmitted to the matrix 8 of elementary sensors. multi-spectral 8 ⁇ via a single input optical channel, here the objective 4.
  • the electronic card 3 can support and drive the 8xy elementary sensors to extract information from spectral intensity of each of the scanned sources.
  • This information can be transmitted to a general control unit 23 which can then transmit to a user this formatted information by means of a transmission unit 25, for example by radio, infrared or other wired or wireless network, in particular by Bluetooth .
  • the general control unit 23 can also manage the rotation control, notably at the end of the shooting cycle, via position control units 27a to 27d.
  • the general control unit 23 can also retrieve orientation information 26. (compass) and / or tilt and / or albedo, in order to apply the necessary corrections to the information sent.
  • the energy required for these different units can be recovered by a power receiver 24, as shown in FIG. induction or solar collector.
  • the remote sensing device 20 and the associated remote sensing system can be autonomous.
  • All the units described above in relation to the example illustrated in FIG. 5 can be preferably grouped together in the box 21, which can be mobile about a vertical axis of rotation, here the mast 2, as described in relation in Figure 3, and driven by a motor 35, also shown in Figure 5.
  • another part 22, which can be fixed, in particular with respect to the mast 2 can include an electronic unit 30 integrating a controller 31 able to drive the motor. 35 via a motor control unit 33 as a function of information from the position sensor 36 exchanged via an input / output unit 32, ie I / O.
  • This electronic unit 30 can then receive energy via an external power supply cable 37 and send this energy back to the receiver 24 at high frequency by means of a power transfer unit 34.
  • the rotating units (box) 21 and stationary 22 may be electrically connected and may be covered with electrically conductive areas 38, for example copper strips or other electrically conductive material, in order to provide a grounding and / or a Faraday cage to protect against lightning strikes, especially when the remote sensing device 20 is mounted on a mast 2 at least 5 or 6 m from the ground.
  • electrically conductive areas 38 for example copper strips or other electrically conductive material
  • FIG. 6 represents another example of a preferred embodiment of the present invention, in which elements of a weather station are integrated in the remote sensing device 20, in particular to the structure of the box 21, which advantageously makes it possible to eliminate external cabling and use the same single 23 controller for these related functions.
  • this arrangement can therefore be combined with a ground remote sensing system fixed station as described above so as to achieve a station integrating remote sensing and weather.
  • a rain gauge 40 with a cup 43, comprising a receptacle 44 can oscillate a magnet 41 in front of a magnetic sensor 42 arranged inside the cabinet 21 and can be connected to the single control unit 23.
  • an anemometer 47 having one of its blades different from the other (s) may make it possible to measure the wind speed as well as its direction with the aid of a magnet 45 and a magnetic sensor 46, the latter can also be arranged inside the box 21 and be connected to the single control unit 23.
  • the present invention makes it possible to dispense with conventional systems combining several optical paths of conventional systems comprising multiple lenses or separating optics such as prisms or splitter plates, in which each resulting optical path is associated with a single spectral band.
  • conventional systems comprising multiple lenses or separating optics such as prisms or splitter plates, in which each resulting optical path is associated with a single spectral band.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif de télédétection (20), en particulier pour le suivi de l'évolution de cultures agricoles, comprenant une seule voie optique (4, 5), et une pluralité de capteurs élémentaires (8xy) agencés suivant une matrice (8) de forme prédéterminée, dans lequel chaque capteur élémentaire (8xy) est un capteur multi-spectral, en particulier sensible sur une pluralité de bandes spectrales, de préférence au moins sur une bande spectrale dans le domaine visible (B, V, R) et une bande spectrale dans le proche infrarouge (IR). La présente invention se rapporte également à un système de télédétection employant un tel dispositif de télédétection (20).

Description

DISPOSITIF ET SYSTÈME DE TÉLÉDÉTECTION
La présente invention se rapporte à un dispositif de télédétection, en particulier pour le suivi de l'évolution de cultures agricoles. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif de télédétection et un système de télédétection qui lui est associé au sol en poste fixe.
La nécessité de suivre l'évolution de cultures agricoles est à l'origine de la télédétection, qui est un procédé consistant essentiellement en une prise d'images sur plusieurs bandes spectrales en vue d'extraire des informations pertinentes sur des cultures scannées. Suivant la taille des cultures et les besoins du suivi, il est connu de réaliser les procédés de télédétection au moyen de capteurs embarqués à bord de satellites, d'avions, d'ULM ou de drones, ou encore au moyen de capteurs au sol en poste fixe.
Dans les procédés de télédétection connus, la combinaison d'informations récupérées sur plusieurs bandes spectrales permet de créer des indices de végétation utilisables pour estimer l'état des cultures scannées. Ainsi, en fonction de la réflexion dans le visible et dans le proche infrarouge, ces indices de végétation peuvent permettre d'estimer la biomasse, la densité foliaire, le taux de chlorophylle ou d'autres informations relatives aux cultures scannées.
Conventionneliement, l'enregistrement des images de télédétection sur plusieurs bandes spectrales est réalisé en séparant la source optique en plusieurs voies optiques, incorporant chacune un objectif, un capteur et un filtre optique associés et spécifiques à une seule bande spectrale. Ainsi, les systèmes conventionnels nécessitent jusqu'à quatre voies optiques différentes, voire plus, permettant de filtrer la lumière par exemple dans les domaines visible et/ou proche infrarouge. De tels systèmes conventionnels nécessitent une mécanique de précision complexe à mettre en œuvre et sont également difficiles à miniaturiser en vue de l'espace requis pour l'incorporation des différentes voies optiques, capteurs et filtres associés.
Il existe donc un besoin d'amélioration et de simplification des dispositifs de télédétection existants. En particulier, il existe un besoin d'amélioration et de simplification des dispositifs de télédétection au sol en poste fixe. Cet objectif est atteint par un dispositif de télédétection selon la présente invention, en particulier pour le suivi de l'évolution de cultures agricoles, comprenant une seule voie optique, et une pluralité de capteurs élémentaires agencés suivant une matrice de forme prédéterminée, dans lequel chaque capteur élémentaire est un capteur multi-spectral, en particulier sensible sur une pluralité de bandes spectrales, de préférence au moins sur une bande spectrale dans le domaine visible (B, V, R) et une bande spectrale dans le proche infrarouge (IR).
Ainsi, le dispositif de télédétection selon la présente invention répond au problème susmentionné en ne gardant qu'une seule voie optique et en intégrant les filtres optiques dans chacun des capteurs élémentaires du dispositif de prise de vue. En d'autres termes, la présente invention propose de n'utiliser qu'une seule voie optique avec un seul capteur intégré, ou mosaïque de capteurs, incluant les filtres nécessaires de manière intégrée. Au lieu de faire une prise d'image d'un même champ au travers de plusieurs voies optiques, par exemple quatre voies optiques, correspondant chacune à l'une des bandes spectrales étudiées, ce qui résulte conventionnellement en une pluralité d'images, par exemple quatre images dans le cas conventionnel de quatre voies optiques, comprenant chacune des informations dans une seule bande spectrale, la présente invention permet d'avoir toutes les informations en une seule prise de vue. Autrement dit, la présente invention permet d'obtenir directement une seule image comprenant les informations dans toutes les bandes spectrales étudiées à la fois.
Avantageusement, le dispositif de télédétection selon la présente invention peut donc comprendre un capteur du type normalement utilisé pour la colorimétrie, permettant de récupérer des informations associées à plusieurs bandes spectrales sur chaque élément du capteur en même temps. La simplification du dispositif, qui ne comprend qu'une seule voie optique et un seul capteur intégrant tous les filtres, permet de s'affranchir des multiples calibrations individuelles requises dans le cas d'appareils de télédétection conventionnels comprenant plusieurs voies optiques.
De plus, d'autres appareils de télédétection conventionnels intègrent en alternative des systèmes de prisme(s) et/ou de lame(s) séparatrice(s) et/ou autres optiques séparatrices afin de séparer la lumière en plusieurs voies optiques en aval. De tels appareils conventionnels comprennent donc toujours une pluralité de filtres et capteurs individuels associés. Par comparaison, la présente invention permet également de manière avantageuse de s'affranchir de tout prisme ou lame séparatrice ou dispositif similaire utilisé conventionnellement pour séparer une source optique en plusieurs voies optiques, li est donc possible, grâce à la présente invention, de s'affranchir également des filtres associés conventionnellement à chacune des voies optiques. En conséquence, la présente invention permet de réaliser un dispositif de télédétection plus compact et plus simple que les dispositifs de télédétection connus de l'état de l'art. Avantageusement, la matrice de capteurs élémentaires multi-spectraux peut être prévue avec une géométrie fonction de la forme de prise de vue. Ainsi, il est possible d'adapter la taille de la matrice de capteurs élémentaires de telle sorte que, dans un mode de réalisation préféré, sa hauteur corresponde aux deux points de vue extrêmes du système. Préférablement, les capteurs élémentaires peuvent être agencés de manière essentiellement coplanaire. Il est donc possible de reproduire aisément une surface scannée essentiellement plane, telle que la surface d'un champ de cultures agricoles.
Avantageusement, la voie optique unique peut comprendre un élément d'optique, préférablement de type convergent, par exemple un objectif du type comprenant une lentille convergente, et la matrice de capteurs élémentaires multi-spectraux peut être agencée sur un plan focal dudit élément d'optique. Comme mentionné précédemment, la présente invention permet avantageusement de n'avoir qu'une seule voie optique. Ainsi, en adaptant l'objectif à l'entrée de ladite seule voie optique, il est possible de réaliser un dispositif de télédétection encore plus compacte que les appareils conventionnels. Préférablement, la largeur de la matrice peut alors correspondre à environ deux fois la distance focaie dudit élément d'optique. La hauteur de prise de vue étant faible par rapport à la distance maximale d'analyse, l'inclinaison de l'axe optique doit être mesurée afin de corriger la position des pixels lointains. Un champ d'une large surface peut ainsi être scanné avec plus de facilité qu'avec des appareils conventionnels. De plus, suivant un mode de réalisation préféré, le dispositif de télédétection selon la présente invention peut comprendre en outre un boîtier, de préférence hermétique à la lumière, prévu de telle sorte que l'élément d'optique soit monté frontalement sur une ouverture dudit boîtier, et une carte électronique montée sur un fond dudit boîtier à l'opposé dudit élément d'optique et supportant la matrice de capteurs élémentaires. Un dispositif compact et léger peut ainsi être réalisé, qui peut être adapté à la télédétection embarquée sur satellite, avion, ULM, drone ou autre moyen aérien, mais également à la télédétection au sol en poste fixe. De plus, suivant une variante avantageuse du dispositif de télédétection selon la présente invention, l'extérieur du boîtier peut être configuré de manière à réaliser une cage de Faraday, protégeant ainsi l'intérieur du boîtier de la foudre. Une telle protection s'avère particulièrement avantageuse lorsque le dispositif de télédétection selon la présente invention est utilisé dans un système au sol en poste fixe, à grande hauteur, préférablement de l'ordre de 5 à 6 m au minimum. Ainsi, dans un mode de réalisation dans lequel le boîtier serait en matière plastique ou similaire, il peut être avantageux d'attacher des bandes d'un matériau conducteur sur l'extérieur du boîtier.
De plus, suivant un mode de réalisation préféré, le dispositif de télédétection selon la présente invention peut comprendre une, en particulier une seule, unité de contrôle. Il est donc possible d'analyser les données récupérées par la matrice de capteurs élémentaires multi-spectraux et de commander d'autres éléments électroniques en utilisant la même unité de contrôle.
L'objectif est également atteint par un système de télédétection du type au sol en poste fixe comprenant un dispositif de télédétection selon la présente invention monté sur un mât. De par sa compacité et sa simplicité, le dispositif de télédétection selon la présente invention se prête particulièrement à une installation en poste fixe au sol.
Préférablement, le dispositif de télédétection est monté sur le mât de manière rotative. Il est donc possible de scanner une surface aisément en installant le système au centre de la surface à scanner. Notamment, suivant un aspect préféré du dispositif de télédétection selon la présente invention, la prise de vue peut être effectuée par une suite de secteurs contigus, en particulier de 90°, ce qui assure un bon compromis entre l'aberration géométrique du grand-angle et le nombre réduit de prise de vue nécessaires à la couverture d'une zone de contrôle. Ainsi, suivant la géométrie du capteur et de la voie optique en entrée du dispositif de télédétection selon la présente invention, il est possible d'effectuer une prise de vue au sol sur une grande surface, en particulier de l'ordre d'un hectare ( 00 m * 100 m), ce qui permet de scanner des zones de dimensions adaptées à l'agriculture.
Suivant un aspect préféré d'un système de télédétection comprenant le dispositif de télédétection selon la présente invention, des éléments de base d'une station météo peuvent être intégrés à l'extérieur du boîtier du dispositif, et un transfert des informations peut être réalisé par un aimant. Dans un mode de réalisation préféré, le système de télédétection peut donc comprendre en outre un capteur anémométrique intégré. Dans une variante ou en alternative, le système de télédétection peut donc comprendre en outre un capteur pluviométrique. De plus, dans le système de télédétection, le dispositif de télédétection peut comprendre en outre au moins un capteur magnétique, et le capteur anémométrique et/ou le capteur pluviométrique peuvent comprendre une zone aimantée. De plus, toujours dans des variantes avantageuses, le champ magnétique de ladite zone aimantée peut contrôler un composant électronique en vue de sortir un signal électronique en relation avec la position angulaire du capteur anémométrique et/ou du capteur pluviométrique.
De plus, lorsque le système de télédétection et le dispositif de télédétection comprennent une seule unité de contrôle, les signaux électroniques peuvent être analysés par la seule unité de contrôle. La présente invention permet donc encore une simplification et un gain de place et en coût de matériel par rapport à des systèmes de télédétection conventionnels.
De plus, suivant un autre aspect avantageux, l'ensemble du système de télédétection, en particulier le dispositif de télédétection, peut être à très faible énergie. Dans un mode de réalisation avantageux, il est donc possible d'utiliser un petit panneau solaire pour alimenter le dispositif et le système inventifs, pouvant être agencé par exemple à l'extérieur du boîtier du dispositif de télédétection.
Suivant encore un autre aspect préféré du dispositif de télédétection selon la présente invention, le transfert des images multi-spectrales peut se faire par transmission hert2ienne, préférablement par Bluetooth.
L'invention sera expliquée plus en détail dans la suite au moyen de modes de réalisation avantageux et en s'appuyant sur les figures d'accompagnement suivantes, dans lesquelles : - la Figure 1 illustre schématiquement un exemple d'un mode de réalisation d'un dispositif de télédétection selon la présente invention, dans des coupes transversales suivant une vue de face et une vue de côté ;
- la Figure 2 illustre schématiquement un exemple de différentes longueurs d'onde perçues par un capteur élémentaire d'une matrice de capteurs élémentaires ; - la Figure 3 illustre schématiquement un exemple d'un mode de réalisation de l'installation d'un dispositif de télédétection selon la présente invention ; - les Figures 4a et 4b illustrent schématiquement la perception géométrique acquise par le capteur d'un dispositif de télédétection conformément à un mode de réalisation de la présente invention ;
- la Figure 5 illustre schématiquement une représentation synoptique d'un mode de réalisation d'un dispositif de télédétection selon la présente invention ; et
- la Figure 6 illustre schématiquement un exemple d'intégration d'une station météo suivant un aspect d'un mode de réalisation d'un dispositif de télédétection sur la présente invention.
La Figure 1 illustre schématiquement, dans une coupe transversale suivant une vue de face (à gauche sur la Figure 1) et une vue de côte (à droite sur la Figure 1), respectivement, un exemple d'un mode de réalisation d'un dispositif de télédétection 20 selon un aspect de la présente invention. Le dispositif de télédétection 20 comprend un capteur multi-spectral 8 composé d'une pluralité d'éléments de capteur ou capteurs élémentaires 8^, où les indices x et y représentent la ligne ou la colonne respective d'un capteur élémentaire dans la matrice du capteur 8, par exemple pour les lignes, x = 0, 1 ,..., n ; et pour les colonnes, y = 0, 1 ,... , p.
De plus, suivant un aspect de la présente invention, la matrice 8 de capteurs élémentaires 8^ multi-spectraux est couplée à une seule voie optique d'entrée qui, dans un mode de réalisation préféré, peut être réalisée par un élément d'optique 4, dans la direction de l'axe optique 5. L'élément d'otique 4 peut être préférablement un objectif ou simplement une lentille ou tout élément d'optique de type convergent, dans la suite un objectif 4 sur l'axe optique 5, monté frontalement sur un boîtier ou un coffret 21. Ledit coffret 21 peut être avantageusement hermétique à la lumière, et comprendre en outre une carte électronique 3 intégrant les capteurs élémentaires 8^ et les maintenant préférablement à la distance focale de l'objectif 4, sur une paroi du coffret 21 opposée à l'entrée ou voie optique unique formée par la direction de l'axe optique 5 de l'objectif 4.
Dans le cas de la surveillance de cultures agricoles, il apparaît avantageux de configurer la matrice 8 de capteurs élémentaires 8xy de manière coplanaire. La carte électronique 3 peut donc avantageusement maintenir la matrice 8 essentiellement sur un plan focal de l'objectif 4, comme il ressort de la coupe transversale sur la partie de droite de la Figure 1. Comme illustré sur la vue de la partie gauche de la Figure 1a, représentant une coupe transversale suivant une vue de face du dispositif de télédétection 20, les capteurs élémentaires 8^ peuvent être agencés suivant une matrice 8 de taille prédéterminée de telle sorte que la dimension dans le sens de la largeur puisse correspondre à environ deux fois la focale de l'objectif 4 afin d'avoir un champ de 90°, et la dimension perpendiculaire dans le sens de la hauteur puisse correspondre aux deux points de vue extrêmes 6 et 7.
De plus, suivant la présente invention, le dispositif de télédétection 20 s'affranchit de filtres physiques, ainsi que de prisme(s) et/ou de lame(s) séparatrice(s), car il comprend une matrice 8 de capteurs élémentaires 8^ multi-spectraux associés à l'unique voie optique d'entrée. Chacun des capteurs élémentaires 8^ peut donc intégrer plusieurs filtres adaptés à différentes bandes de longueur d'onde prédéterminées, ajustables selon le besoin de la mesure à effectuer. La Figure 2 est un graphe représentant schématiquement une sélection exemplaire et non-limitative de filtres R, V, B dans le domaine visible et IR dans le proche infrarouge, l'abscisse du graphe représentant les longueurs d'onde des différents filtres, et l'ordonnée du graphe représentant le rapport normalisé des valeurs perçues. Chacun des capteurs élémentaires 8^ de la matrice 8 peut donc avantageusement comprendre un tel jeu de filtres intégrés.
Tel que représenté à la Figure 3, un dispositif de télédétection 20 tel que décrit dans le mode de réalisation ci-dessus peut-être monté dans un système de télédétection au sol, c'est-â-dire un système en poste fixe, en haut d'un mât 2 de hauteur H de manière à viser suivant son axe optique 5 une zone située à une distance d,, où i = 0, 1 ,..., n, et de ce fait couvrir une distance comprise entre d0 et dn, correspondant aux points de vue extrêmes 6, 7 du dispositif de télédétection 20 en une seule prise de vue, chaque intervalle entre les distances d0, di,..., dn ainsi couvertes correspondant à chacune des n lignes de la matrice de capteurs élémentaires 8^. Dans la pratique, il est généralement préférable de configurer la voie optique, c'est-à-dire la géométrie de l'objectif 4, ainsi que la géométrie de ia matrice 8 de telle sorte que d0 soit de l'ordre de 2 m, et que dn soit de l'ordre de 50 m, pour une hauteur de mât H d'environ 5 à 6 m au minimum. Tel que l'illustre la Figure 4a, le champ de vision couvert peut ainsi correspondre avantageusement à un triangle 11 de dimensions dn * 2 dn sur un plan 1 de cultures scannées. Dans l'exemple précité, le triangle 11 peut donc être de dimensions correspondant à environ 50 m χ 100 m. Il est alors possible, en associant le dispositif de télédétection 20 à un moyen de rotation 12, de faire tourner la prise de vue d'un angle équivalent à l'angle de prise de vue afin de couvrir le plan 1 dans son intégralité. Ainsi, comme il ressort de la Figure 4a, le dispositif de télédétection 20 monté sur le mât 2 à la position 0 peut scanner successivement le triangle 1 1 de base AB, puis, suivant le sens de la rotation désiré, horaire ou antihoraire, imparti par le moyen de rotation 12, ceux de base BC, CD et DA ou bien DA, CD et BC, respectivement. Toujours dans l'exemple précité, il est donc possible de couvrir une surface de l'ordre d'un hectare (100 m * 100 m) par rotations à 90° successives du dispositif de télédétection 20 associé au moyen de rotation 12.
La Figure 4b représente une partie du champ 1 perçue pour chaque capteur élémentaire multi-spectral 8xy qui peut donc visualiser une zone élémentaire 9^ du triangle 1 1 , où une notation analogue à celle des capteurs élémentaires 8^ est utilisée pour identifier les zones élémentaires 9np, avec x = 0, 1 ,... , n ; et y = 0, 1 , ... , p.
La représentation synoptique de la Figure 5 détaille un exemple d'un mode de réalisation du fonctionnement d'un dispositif de télédétection selon la présente invention. II peut donc s'agir du dispositif de télédétection 20 des modes de réalisation détaillés précédemment ou d'une variante ou d'un autre mode de réalisation. En gardant les notations et les signes de référence des modes de réalisation précédents, dans l'exemple détaillé à la Figure 5, la prise de vue peut se faire suivant l'axe optique 5 et peut alors être transmise à la matrice 8 de capteurs élémentaires multi-spectraux 8^ par l'intermédiaire d'une voie optique d'entrée unique, ici l'objectif 4. Comme indiqué précédemment, la carte électronique 3 peut supporter et piloter les capteurs élémentaires 8xy afin d'en extraire les informations d'intensité spectrale de chacune des sources scannées. Ces informations peuvent être transmises à une unité de contrôle général 23 pouvant ensuite transmettre à un utilisateur ces informations formatées au moyen d'une unité de transmission 25, par exempie par voie hertzienne, infrarouge ou autre réseau filaire ou sans file, en particulier par Bluetooth.
De plus, comme il ressort également de la Figure 5, dans un mode de réalisation préféré, l'unité de contrôle général 23 peut également gérer la commande de rotation, notamment en fin de cycle de prise de vue, par l'intermédiaire d'unités de contrôle de position 27a à 27d.
Comme il ressort encore de la Figure 5, dans un mode de réalisation préféré, l'unité de contrôle général 23 peut également récupérer des informations 26 d'orientation (boussole) et/ou d'inclinaison et/ou d'albédo, afin d'appliquer les corrections nécessaires aux informations envoyées.
Étant donné la faible consommation en énergie du dispositif de télédétection 20 selon la présente invention, l'énergie nécessaire à ces différentes unités peut être récupérée par un récepteur d'énergie 24, tel qu'illustré à la Figure 5, par exemple un capteur à induction ou un capteur solaire. De cette manière, le dispositif de télédétection 20 et le système de télédétection associé peuvent être autonomes.
Toutes les unités décrites ci-dessus en relation à l'exemple illustré à la Figure 5 peuvent être préféra blement regroupées dans le coffret 21 , qui peut être mobile autour d'un axe de rotation vertical, ici le mât 2, comme décrit en relation à la Figure 3, et piloté par un moteur 35, également représenté à la Figure 5.
De plus, dans un mode de réalisation avantageux, comme il ressort également de la Figure 5, une autre partie 22, pouvant être fixe, en particulier par rapport au mât 2, peut regrouper une unité électronique 30 intégrant un contrôleur 31 pouvant piloter le moteur 35 par l'intermédiaire d'une unité de commande de moteur 33 en fonction des informations issues du capteur de position 36 échangées par l'intermédiaire d'une unité d'entrée/sortie 32, soit E/S. Cette unité électronique 30 peut alors recevoir de l'énergie par un câble d'alimentation électrique externe 37 et renvoyer en haute fréquence cette énergie au récepteur 24 au moyen d'une unité de transfert d'énergie 34. La Figure 5 illustres également que les unités tournante (coffret) 21 et fixe 22 peuvent être reliés électriquement et peuvent être recouvertes de zones électriquement conductrices 38, par exemple des bandes de cuivre ou autre matériau électriquement conducteur, afin de réaliser une mise à la terrer et/ou une cage de Faraday permettant de se prémunir des coups de foudre, notamment lorsque le dispositif de télédétection 20 est monté sur un mât 2 à au moins 5 ou 6 m du sol.
La Figure 6 représente un autre exemple de mode de réalisation préféré de la présente invention, dans lequel des éléments d'une station météo sont intégrés au dispositif de télédétection 20, en particulier à la structure du coffret 21 , ce qui permet avantageusement d'éliminer le câblage externe et d'utiliser le même unique contrôleur 23 pour ces fonctions connexes. Dans un mode de réalisation avantageux, ce montage peut donc être combiné à un système de télédétection au sol en poste fixe tel que décrit précédemment de manière à réaliser une station intégrant télédétection et météo. Ainsi, tel qu'il ressort également de l'exemple de mode de réalisation illustré à la Figure 6, dans une variante avantageuse d'un mode de réalisation préféré de la présente invention, un pluviomètre 40 à godet 43, comprenant un réceptacle 44, peut faire osciller un aimant 41 devant un capteur magnétique 42 agencé à l'intérieur du coffret 21 et pouvant être connecté à l'unique unité de contrôle 23.
De même, dans une autre variante avantageuse ou bien en complément à la variante précédente, comme illustré également à la Figure 6, un anémomètre 47 ayant une de ses pales différentes de la ou des autres peut permettre de mesurer la vitesse du vent ainsi que sa direction à l'aide d'un aimant 45 et d'un capteur magnétique 46, ce dernier pouvant aussi être agencé à l'intérieur du coffret 21 et être connecté à l'unique unité de contrôle 23.
En résumé, par son effet de synergie entre l'adoption d'une voie optique d'entrée unique et d'une matrice de capteurs élémentaires multi-spectraux, la présente invention permet de s'affranchir des systèmes conventionnels combinant plusieurs voies optiques d'entrée, qu'il s'agisse de systèmes conventionnels comprenant plusieurs objectifs ou bien des optiques séparatrices telles que des prismes ou des lames séparatrices, dans lesquels chaque voie optique résultante est associée à une seule bande spectrale. Il en résulte donc un dispositif et un système de télédétection améliorés et simplifiés par rapport aux appareils conventionnels. Finalement, l'homme de l'art appréciera que les différents exemples de modes de réalisation de la présente invention décrits ci-dessus peuvent être combinés entre eux afin de réaliser d'autres modes de réalisation toujours dans le cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de télédétection (20), en particulier pour le suivi de l'évolution de cultures agricoles, comprenant : une seule voie optique (4, 5), et une pluralité de capteurs élémentaires (8^) agencés suivant une matrice (8) de forme prédéterminée, dans lequel chaque capteur élémentaire (8xy) est un capteur multi-spectral, en particulier sensible sur une pluralité de bandes spectrales, de préférence au moins sur une bande spectrale dans le domaine visible (B, V, R) et une bande spectrale dans le proche infrarouge (ÎR).
Dispositif de télédétection (20) selon la revendication 1 , dans lequel la matrice (8) de capteurs élémentaires multi-spectraux (8^) est prévue avec une géométrie fonction de la forme de prise de vue.
Dispositif de télédétection (20) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les capteurs élémentaires (8^) sont agencés de manière essentiellement coplanaire.
Dispositif de télédétection (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la voie optique unique comprend un élément d'optique (4), préférablement de type convergent, et ia matrice (8) de capteurs élémentaires mu!ti-spectraux (8^) est agencée sur un plan focal dudit élément d'optique (4).
Dispositif de télédétection (20) selon la revendication 4, dans lequel la largeur de la matrice (8) correspond à environ deux fois la distance focale dudit élément d'optique (4).
6. Dispositif de télédétection (20) selon l'une des revendications 4 ou 5, comprenant en outre : un boîtier (21), de préférence hermétique à la lumière, prévu de telle sorte que l'élément d'optique (4) soit monté frontalement sur une ouverture dudit boîtier (21), et une carte électronique (3) montée sur un fond dudit boîtier (21) à l'opposé dudit élément d'optique (4) et supportant la matrice (8) de capteur élémentaires (8^).
7. Dispositif de télédétection (20) selon ia revendication 6, dans lequel l'extérieur du boîtier (21 ) est configuré pour réaliser une cage de Faraday. 8. Dispositif de télédétection (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une, en particulier une seule, unité de contrôle (23).
9. Système de télédétection comprenant un dispositif de télédétection (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 monté sur un mât (2).
10. Système de télédétection selon [a revendication 9, dans lequel le dispositif de télédétection (20) est monté sur le mât (2) de manière rotative.
11. Système de télédétection selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant en outre un capteur anémométrique (47).
12. Système de télédétection selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 , comprenant en outre un capteur pluviométrique (40). 13. Système de télédétection selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel le dispositif de télédétection (20) comprend en outre au moins un capteur magnétique (42, 46), et dans lequel le capteur anémométrique (47) et/ou le capteur pluviométrique (40) comprennent une zone aimantée (41 , 45).
14. Système de télédétection selon la revendication 13, dans lequel le champ magnétique de ladite zone aimantée (41 , 45) contrôle un composant électronique en vue de sortir un signal électronique en relation avec la position angulaire du capteur anémométrique (47) et/ou du capteur pluviométrique (40).
15. Système de télédétection selon la revendication 14, en combinaison avec un dispositif de télédétection selon la revendication 8, dans lequel les signaux électroniques sont analysés par la seule unité de contrôle (23).
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