FR3052556A1

FR3052556A1 - Ensemble d'imagerie pour drone et systeme comprenant un tel ensemble monte sur un drone volant

Info

Publication number: FR3052556A1
Application number: FR1655459A
Authority: FR
Inventors: Antoine Beyeler; Eng Hong Sron
Original assignee: Parrot Drones SAS
Current assignee: Parrot Drones SAS
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2036-06-13
Also published as: FR3052556B1; US20170356799A1

Abstract

L'ensemble d'imagerie comprend : - un capteur multibande (5), comportant une pluralité de capteurs de lumière (7) pour mesurer chacun une intensité lumineuse renvoyée par une cible (8) dans une bande de fréquences prédéterminée, - un détecteur d'ensoleillement (9), comportant une pluralité de capteurs témoins pour mesurer chacun une intensité lumineuse ambiante dans une des bandes de fréquence prédéterminées du capteur multibande (5) chacun associé à un filtre passe bande; - un module électronique (13) configuré pour calculer au moins une grandeur caractéristique de l'intensité lumineuse renvoyée par la cible (8) dans chaque bande de fréquence prédéterminée; le détecteur d'ensoleillement (9) comprenant un boîtier (21), les capteurs témoins étant fixés au boîtier (21), les filtres passe-bandes (17) étant fixés au boîtier (21) chacun en regard de la surface photosensible du capteur témoin associé.

Description

Ensemble d’imagerie pour drone et système comprenant un tel ensemble monté sur un drone volant L’invention concerne en général les ensembles d’imagerie embarqués sur des drones, notamment pour l’agriculture.

Plus précisément, l’invention concerne selon un premier aspect un ensemble d’imagerie prévu pour être embarqué sur un drone. US 2014/0022381 décrit un ensemble d’imagerie avec un capteur multibande prévu pour mesurer l’intensité lumineuse dans une pluralité de bandes de fréquence prédéterminées, et un détecteur d’ensoleillement prévu pour mesurer le niveau de l’intensité lumineuse ambiante dans les mêmes bandes de fréquence prédéterminées.

Le détecteur d’ensoleillement comporte un appareil de prise d’images avec un écran photosensible matriciel, intégré au capteur multibande. Le détecteur d’ensoleillement comporte en outre une pluralité de fibres optiques et des fibres passe-bande. Chaque fibre passe bande est associée à l’extrémité d’une fibre optique et filtre le rayonnement lumineux capté par la fibre optique. La fibre optique dirige la lumière captée jusqu’à une zone d’écran photosensible matriciel.

Un tel ensemble est complexe et fragile. Notamment, le rayon de courbure des fibres optiques doit être maitrisé et connu.

Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un ensemble qui soit plus simple et plus fiable. A cette fin, l’invention porte sur un ensemble d’imagerie pour drone, l’ensemble comprenant : - un capteur multibande, comportant une pluralité de capteurs de lumière pour mesurer chacun une intensité lumineuse renvoyée par une cible dans une bande de fréquences prédéterminée, les bandes de fréquences associées aux différents capteurs de lumière étant différentes les unes des autres, - un détecteur d’ensoleillement, comportant une pluralité de capteurs témoins pour mesurer chacun une intensité lumineuse ambiante dans une des bandes de fréquence prédéterminées du capteur multibande, le détecteur d’ensoleillement comprenant pour chaque capteur témoin un filtre passe-bande configuré pour qu’un rayon lumineux incident dans la bande de fréquence associée arrive à une surface photosensible dudit capteur témoin et qu’un rayon lumineux incident en dehors de la bande de fréquence associée n’arrive pas à la surface photosensible dudit capteur témoin ; - un module électronique configuré pour calculer au moins une grandeur caractéristique de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible dans chaque bande de fréquence prédéterminée, en utilisant les intensités lumineuses renvoyées par la cible dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées mesurées par le capteur multibande et les intensités lumineuses ambiantes dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées mesurées par le détecteur d’ensoleillement, le détecteur d’ensoleillement comprenant un boîtier, les capteurs témoins étant fixés au boîtier, les filtres passe-bandes étant fixés au boîtier chacun en regard de la surface photosensible du capteur témoin associé. L’ensemble peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le capteur multibande comporte un autre boîtier indépendant et séparé du boîtier du détecteur d’ensoleillement, les capteurs de lumière étant fixés audit autre boîtier ; - le détecteur d’ensoleillement comprend un diffuseur de lumière, fixé au boîtier en vis-à-vis des filtres passe-bandes, de telle sorte que les rayons lumineux incidents traversent le diffuseur de lumière avant d’atteindre les filtres passe-bandes ; - le détecteur d’ensoleillement comprend, pour chaque capteur témoin, une lentille convergente disposée en vis-à-vis du filtre passe-bande correspondant et interposée entre le diffuseur de lumière et ledit filtre passe-bande ; - le détecteur d’ensoleillement comprend une lentille convergente unique disposée en vis-à-vis de tous les filtres passe-bandes et interposée entre le diffuseur de lumière et lesdits filtres passe-bandes ; - le détecteur d’ensoleillement comprend, pour chaque capteur témoin, un écran disposé en vis-à-vis du filtre passe-bande associé et interposé entre le diffuseur de lumière et ledit filtre passe-bande, l’écran ayant un orifice conique convergeant du diffuseur vers ledit filtre passe-bande ; et - le détecteur d’ensoleillement comporte une plaque et un support fixé sur la plaque et délimitant une pluralité de puits, les capteurs témoins étant montés sur la plaque chacun au fond d’un des puits, les filtres passe-bandes étant montés dans les puits au-dessus des capteurs témoins.

Selon un second aspect, l’invention porte sur un système comprenant un drone volant et un ensemble d’imagerie ayant les caractéristiques ci-dessus, monté sur le drone. En outre, le système peut présenter les caractéristiques suivantes : - le drone comporte un corps ayant des surfaces supérieure et inférieure prévues pour être tournées vers le haut et vers le bas respectivement quand le drone est en vol stationnaire, le capteur multibande étant fixé à la surface inférieure et le détecteur d’ensoleillement étant fixé à la surface supérieure.

Selon un troisième aspect, l’invention porte sur un procédé de calcul d’au moins une grandeur caractéristique de l’intensité lumineuse renvoyée par une cible dans une pluralité de bandes de fréquence prédéterminées, le procédé comprenant les étapes suivantes : - survol de la cible à l’aide d’un système comprenant un drone volant et un ensemble d’imagerie ; - pendant le survol, mesure par l’ensemble d’imagerie, à une pluralité d’instants successifs, de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible dans chacune desdites bandes de fréquences prédéterminées ; - pendant le survol, mesure par l’ensemble d’imagerie, à une pluralité d’instants successifs, de l’intensité lumineuse ambiante dans chacune desdites bandes de fréquence prédéterminées, et simultanément enregistrement d’un paramètre caractérisant l’orientation du détecteur d’ensoleillement par rapport au soleil ; - calcul de la grandeur caractéristique de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible dans chaque bande de fréquence prédéterminée en utilisant les intensités lumineuses renvoyées par la cible dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées préalablement mesurées et les intensités lumineuses ambiantes dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées préalablement mesurées ; l’étape de calcul comprenant : - une sous-étape de détermination de l’orientation de la cible par rapport au soleil ; - une sous-étape de calcul de l’intensité lumineuse totale reçue par la cible dans une des bandes de fréquence, utilisant seulement les intensités lumineuses ambiantes dans ladite bande de fréquence mesurées quand une différence entre l’orientation du détecteur d’ensoleillement par rapport au soleil et l’orientation de la cible par rapport au soleil est inférieure à une valeur prédéterminée. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d’un drone volant équipé d’un ensemble d’imagerie selon l’invention ; - la figure 2 est une représentation schématique illustrant le fonctionnement de l’ensemble d’imagerie de la figure 1 ; - la figure 3 est un graphique indiquant les niveaux de réflectance d’un type de culture agricole déterminé en fonction de la longueur d’onde de la lumière, et les bandes de fréquences mesurées par l’ensemble d’imagerie de la figure 1 ; - les figures 4 à 7 illustrent différents modes de réalisation du détecteur d’ensoleillement de l’ensemble d’imagerie de la figure 1 ; et - la figure 8 illustre schématiquement différents angles considérés dans le procédé de l’invention.

Comme visible sur la figure 1, l’ensemble d’imagerie 1 est destiné à être embarqué sur un drone, et plus précisément sur un drone volant 3. Il est prévu pour être utilisé dans le domaine de l’agriculture, typiquement pour surveiller la croissance des cultures.

Comme visible sur les figures 1 et 2, l’ensemble 1 comprend : - un capteur multibande 5, comportant une pluralité de capteurs de lumière 7 pour mesurer chacun l’intensité lumineuse renvoyée par une cible 8 dans une bande de fréquence prédéterminée ; - un détecteur d’ensoleillement 9, comportant une pluralité de capteurs témoins 11 (figures 4 à 7) pour mesurer chacun une intensité lumineuse ambiante dans une des bandes de fréquence prédéterminées du capteur multibande 5 ; - un module électronique 13, configuré pour calculer au moins une grandeur caractéristique de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible 8 dans chaque bande de fréquence prédéterminée, en utilisant les intensités lumineuses renvoyées par la cible 8 dans lesdites bandes de fréquence prédéterminées mesurées par le capteur multibande 5, et les intensités lumineuses ambiantes dans lesdites bandes de fréquence prédéterminées mesurées par le détecteur d’ensoleillement 9.

La cible 8, pour des applications dans le domaine de l’agriculture, correspond typiquement à une culture, par exemple un champ de maïs, de blé ou tout autre type de culture. Le capteur multibande 5 mesure l’intensité de la lumière réfléchie par les cultures dans les bandes de fréquence prédéterminées.

Les bandes de fréquence associées aux différents capteurs de lumière 7 sont différentes les unes des autres. Elles sont choisies en fonction de l’application considérée.

Dans un exemple typique, le capteur multibande 5 comporte quatre capteurs de lumière 7, prévus comme illustré sur la figure 3 pour mesurer l’intensité lumineuse dans une bande de fréquence V correspondant à la couleur verte dans le spectre visible, dans une bande de fréquence R correspondant à la couleur rouge dans le spectre visible, dans une bande de fréquence BR située dans le domaine de fréquence infrarouge immédiatement à proximité du spectre visible, et une bande de fréquence IFP correspondant à l’infrarouge proche.

Par exemple, la bande V est centrée sur une longueur d’onde de 550 nanomètres et présente une largeur de 40 nanomètres, la bande R est centrée sur une longueur d’onde de 660 nanomètres et présente une largeur de 40 nanomètres, la bande BR est centrée sur une longueur d’onde de 735 nanomètres et présente une largeur de 10 nanomètres, et la bande IRP est centrée sur une longueur d’onde de 790 nanomètres et présente une largeur de 40 nanomètres.

La réflectance des plantes, c’est-à-dire le pourcentage de l’intensité lumineuse incidente réfléchie par la plante pour chaque longueur d’onde, varie en fonction de l’état de la plante. Sur la figure 3, la courbe VV représente la réflectance d’une plante saine, en fonction de la longueur d’onde. La courbe VS représente la réflectance d’une plante stressée en fonction de la longueur d’onde. La courbe S montre la réflectance du sol en fonction de la longueur d’onde.

On voit que, aussi bien pour la courbe VV que pour la courbe VS, la réflectance dans le spectre visible est maximum pour la bande de fréquence V.

La différence de réflectance entre les plantes saines et les plantes stressées est plus importante dans la bande de fréquence R que dans la bande de fréquence V. La bande BR correspond à une zone du spectre où la réflectance augmente brusquement, aussi bien pour les plantes saines que pour les plantes stressées.

Dans le domaine de l’infrarouge proche, c’est-à-dire pour la bande IRP, on note une différence de réflectance très importante entre les plantes saines et les plantes stressées.

Ainsi, on comprend bien que les données d’intensité lumineuse renvoyées par la cible, qui est une culture dans le domaine agricole, pour les différentes bandes de fréquence prédéterminées, renseignent sur l’état de la culture. Ces données montrent notamment si la culture est sous stress ou pas.

Ce stress peut être un stress hydrique, la plante étant sous-alimentée en eau. Le stress peut également être dû à l’attaque d’un microorganisme, d’un parasite ou autre. L’intensité lumineuse mesurée par le capteur multibande 5 est fonction de l’ensoleillement ambiant. Le capteur d’ensoleillement 9 est donc prévu pour permettre de corriger les valeurs d’intensité lumineuse mesurées par le capteur multibande 5, en fonction de l’intensité lumineuse ambiante.

Cette correction est effectuée par le module électronique 13.

Le module électronique 13 est par exemple intégré dans le capteur multibande 5. En variante, il peut être embarqué sur le drone, ou encore être situé dans une unité de traitement d’informations distante. Le module 13 est par exemple un calculateur ou un ensemble de composants logiques programmables ou encore un ensemble de circuits intégrés dédiés.

Par exemple, l’intensité lumineuse renvoyée par la cible 8 dans une bande de fréquence prédéterminée mesurée par le capteur multibande 5 est corrigée proportionnellement à l’intensité lumineuse ambiante dans la même bande de fréquence prédéterminée mesurée par le détecteur d’ensoleillement 9.

En variante, la correction apportée est calculée d’une autre façon. Ces corrections sont de type connues et ne seront pas détaillées ici.

La grandeur caractéristique calculée par le module électronique 13 est par exemple l’intensité lumineuse renvoyée par la cible 8 dans la bande de fréquence prédéterminée corrigée en fonction des mesures du détecteur d’ensoleillement 9, ou correspond à la réflectance de la cible 8 dans la bande de fréquence prédéterminée, ou est tout autre grandeur pertinente.

Typiquement, le capteur multibande 5 comporte, en plus des capteurs de lumière 7, une caméra RGB 15, permettant de prendre des images dans le spectre visible de la cible 8, typiquement des cultures.

Le capteur multibande 5 comporte typiquement un module 16 de communication à distance par onde, par exemple de type wifi.

Chaque capteur de lumière 7 est typiquement un appareil de prise d’image, tel qu’un appareil photo ayant une résolution de 1,2 mégapixels par exemple.

Le capteur multibande 5 comprend typiquement pour chaque capteur de lumière 7 un filtre passe-bande non représenté, configuré pour filtrer les rayons lumineux incidents et ne laisser passer que ceux qui sont dans la bande de fréquence associée au capteur de lumière 7.

Les capteurs témoins 11 du détecteur d’ensoleillement 9 sont par exemple des photodiodes. De telles diodes transforment un rayonnement lumineux en signal électrique.

Les capteurs témoins 11 sont prévus pour mesurer chacun l’intensité lumineuse ambiante dans une des bandes de fréquence prédéterminées du capteur multibande 5, comme indiqué ci-dessus. Les capteurs témoins 11 mesurent l’intensité lumineuse ambiante dans des bandes de fréquence différentes les unes des autres. Ainsi, il y a le même nombre de capteurs témoins 11 que de capteurs de lumière 7.

Pour filtrer les rayons lumineux incidents, le capteur d’ensoleillement 9 comprend pour chaque capteur témoin 11 un filtre passe-bandes 17 (figures 4 à 7), configuré pour qu’un rayon lumineux incident dans la bande de fréquence associée au capteur témoin 11 puisse arriver à la surface photosensible 19 du capteur témoin, et qu’un rayon lumineux incident en dehors de la bande de fréquence associée n’arrive pas à la surface photosensible 19 du capteur témoin 11.

Comme visible notamment sur les figures 2 et 4, le détecteur d’ensoleillement 9 comprend un boîtier 21, les capteurs témoins 11 et les filtres passe-bandes 17 étant fixés audit boîtier. On voit sur la figure 4 que les filtres passe-bandes 17 sont fixés chacun en regard de la surface photosensible 19 du capteur témoin 11 associé.

Plus précisément, le détecteur d’ensoleillement 9 comprend une plaque 23 et un support 25 fixé sur la plaque 23. La plaque 23 et le support 25 sont typiquement fixés à l’intérieur du boîtier 21.

Les capteurs témoins 11 sont montés sur la plaque 23. La plaque est typiquement un circuit imprimé (PCB en anglais : Printed Circuit Board >>).

Le support 25 délimite une pluralité de puits 27, les capteurs témoins 11 étant disposés au fond chacun d’un puits. Les puits 27 sont fermés à une extrémité par la plaque 23 et sont ouverts à l’extrémité opposée.

Pour un détecteur d’ensoleillement 9 comportant quatre capteurs témoins 11, les puits sont disposés par exemple sur les angles d’un carré.

Les filtres passe-bandes 17 sont montés dans les puits 27, au-dessus des capteurs témoins 11.

Plus précisément, chaque filtre 17 est monté de telle sorte que la surface photosensible 19 du capteur témoin associé 11 soit en face du filtre passe-bandes 17 suivant l’axe central du puits 27.

Dans le mode de réalisation de la figure 4, le détecteur d’ensoleillement 9 comprend un diffuseur de lumière 29, fixé au boîtier 21 en vis-à-vis des filtres passe-bandes 17. Ainsi, les rayons lumineux incidents traversent le diffuseur de lumière 29 avant d’atteindre les filtres passe-bandes.

Le diffuseur de lumière 29 est par exemple sensiblement parallèle aux filtres passe-bandes 17 et situé légèrement à distance, au-dessus des filtres passe-bandes 17. Il est situé au-dessus du support 25. Typiquement, il est fixé dans une fenêtre 31 ménagée sur le boîtier 21 (figure 2), en vis-à-vis du support 25

Le diffuseur 29 permet d’obtenir une excellente correction de l’intensité lumineuse mesurée par le capteur multibande 5. En effet, les capteurs témoins 11 doivent être représentatifs du fonctionnement d’une plante. Il est connu qu’une plante intègre l’énergie lumineuse de manière différente en fonction de l’angle d’incidence des rayons lumineux. Les rayons rasant la surface de la plante ne sont pas absorbés par celle-ci. Le diffuseur 29 est configuré de telle sorte que les rayons lumineux incidents RI formant avec la normale N au diffuseur un angle d’incidence a proche de 90“sont réfléchis presque en totalité.

Les rayons lumineux incidents formant avec la normale N un angle d’incidence a plus faible, sont réfléchis par le diffuseur 29 dans une proportion beaucoup plus faible.

Le diffuseur 29 est une plaque d’un matériau choisi de manière à diffuser pratiquement tout le flux lumineux incident, sans absorption. Une partie du flux lumineux incident est réfléchie, et une autre transmise à travers le diffuseur 29. Le flux lumineux transmis présente une luminance sensiblement identique dans toutes les directions, quelle que soit l’orientation du flux lumineux. Le diffuseur est sensiblement plat, afin d’avoir une réponse cosinusoïdale en fonction de l’angle incident.

Le diffuseur 29 est par exemple en Makrolon 2407 020080.

Comme le montre la figure 1 et la figure 2, le capteur multibande 5 comporte un autre boîtier 33 indépendant et séparé du boîtier 21 du détecteur d’ensoleillement.

Les capteurs de lumières 7 sont montés sur ledit autre boîtier 33.

Les boîtiers 21 et 33 peuvent ainsi être montés de manière indépendante sur le drone 3. Ils ne sont pas raccordés l’un à l’autre par une fibre optique. Ils communiquent l’un avec l’autre par ondes, ou par l’intermédiaire d’un câble 35 permettant de transférer les données mesurées par le détecteur d’ensoleillement 9 au capteur multibande 5.

Ces données sont directement exploitées par le module électronique 13. Si le module électronique 13 est déporté à distance, les données mesurées par le capteur multibande 9 sont par exemple transférées au module électronique 13 par le module de communication à distance 16 équipant le capteur multibande 5.

Ainsi, dans l’invention, le détecteur d’ensoleillement constitue une unité autonome, indépendante du capteur multibande. Il n’est pas nécessaire d’employer des fibres optiques pour amener la lumière à un organe photosensible intégré au capteur multibande.

Un second mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence à la figure 5. Seuls les points par lesquels le second mode de réalisation diffère du premier seront décrits ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.

Dans le mode de réalisation de la figure 5, le capteur d’ensoleillement 5 comprend, pour chaque capteur témoin 11, une lentille convergente 35 disposée en vis-à-vis du filtre passe-bande 17 correspondant. La lentille 35 est interposée entre le diffuseur de lumière 29 et le filtre passe-bande 17.

Typiquement, la lentille convergente 35 est disposée à l’entrée du puits 27 dans lequel est disposé le filtre passe-bande 17.

Elle est fixée au support 25. Elle est montée par exemple avec une face convexe 37 tournée vers le diffuseur 29 et une face plane 39 tournée vers le filtre passe-bande 17. L’utilisation des lentilles permet d’améliorer la fiabilité de la mesure de l’intensité lumineuse ambiante dans les bandes de fréquence prédéterminées.

En effet, le diffuseur 29 a une réponse angulaire, au sens où pour un rayon lumineux incident ayant un angle d’incidence donné au niveau du diffuseur 29, le rayon transmis quittera le diffuseur 29 en formant un angle avec la normale N qui est fonction de la longueur d’onde du rayon incident. Le diffuseur 29 se comporte comme une source diffuse en sortie, c’est-à-dire vers les capteurs témoins 11.

Par ailleurs, les filtres passe-bandes utilisés sont de type interférométrique. Ils ont l’avantage d’avoir des pentes de coupure très raides. En revanche, du fait de la présence du diffuseur, ces filtres passe-bandes laissent passer une partie de l’énergie dans l’infrarouge, et ont une bande passante décalée vers le bleu.

Ce phénomène est particulièrement marqué pour un filtre passe-bande 17 centré sur la couleur verte du spectre visible. L’ajout d’une lentille convergente 35 permet de corriger ce phénomène.

En effet, les rayons lumineux transmis à travers le diffuseur 29 sont parallélisés par la lentille convergente 35, à l’instar du système optique d’un appareil photo.

Un troisième mode de réalisation va maintenant être décrit, en référence à la figure 6. Seuls les points par lesquels le troisième mode de réalisation se différencie du second mode de réalisation seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.

Le mode de réalisation de la figure 6 vise à résoudre les mêmes problèmes que celui de la figure 5, à savoir le biais introduit par le diffuseur 29 pour les mesures d’intensité lumineuse ambiante.

Dans le mode de réalisation de la figure 6, les lentilles convergentes 35 dédiées chacune à un capteur témoin 11 sont remplacées par une lentille convergente unique 41, disposée en vis-à-vis de tous les filtres passe-bandes 17, et interposée entre le diffuseur 29 et les filtres passe-bandes 17.

La lentille convergente unique 41 recouvre les quatre puits 27. Elle est fixée au support 25. Par exemple, elle a une face convexe 43 tournée vers le diffuseur 29 et une face plane 45 tournée vers les filtres passe-bandes 17.

Un quatrième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit en référence à la figure 7. Seuls les points par lesquels ce quatrième mode de réalisation diffère du second mode de réalisation seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.

Le quatrième mode de réalisation vise à pallier les mêmes problèmes que le second mode de réalisation, à savoir le biais introduit par le diffuseur dans les mesures du capteur d’ensoleillement.

Comme visible sur la figure 7, chaque lentille convexe 35 est remplacée par un écran 47 disposée en vis-à-vis du filtre passe-bande 17 et interposée entre le diffuseur de lumière 29 et ledit filtre passe-bande 17. L’écran 47 est opaque. Il est percé d’un orifice conique 49, convergent du diffuseur 29 vers le filtre passe-bande 17. L’orifice conique 49 présente un axe sensiblement perpendiculaire au diffuseur 29. L’extrémité la plus large de l’orifice 49 est plaquée contre le diffuseur 29. L’extrémité rétrécie 53 de l’orifice 49 est plaquée contre le filtre passe-bande 17. Elle est située, suivant l’axe central du cône, en vis à vis de la surface photosensible 19 du capteur témoin.

Ainsi, comme le montre la figure 7, seuls les rayons lumineux quittant le diffuseur 29 suivant une direction pratiquement normale audit diffuseur 29 atteignent le filtre passe-bande 17 et éventuellement le détecteur 11. Les rayons lumineux quittant le diffuseur 29 suivant une direction qui s’écarte de la normale sont réfléchis par la surface de l’orifice conique et renvoyés. Ils n’atteignent pas le filtre passe-bande 17. L’angle d’ouverture du cône est choisi en fonction de l’effet recherché.

Par exemple, tous les rayons lumineux sortant du diffuseur 29 avec un angle supérieur à une valeur prédéterminée par rapport à la normale sont renvoyés, cette valeur étant par exemple de l’ordre de 12°.

Les défauts décrits précédemment, à savoir le décalage vers le bleu de la bande passante et le fait de laisser passer une partie de l’énergie dans l’infrarouge, sont supprimés.

Avantageusement, l’ensemble d’imagerie 1 est équipé d’un capteur d’orientation, par exemple d’une centrale inertielle, permettant en permanence de déterminer l’orientation du détecteur 9 par rapport à une direction de référence, le nord magnétique par exemple.

Dans ce cas, le module électronique 13 est configuré de préférence pour mettre en œuvre le procédé de calcul qui sera décrit plus bas.

Comme visible sur la figure 1, le drone 3 comporte par exemple un corps 55, un propulseur 57 à hélice à l’arrière du corps 55, et deux ailes 59. En variante, le drone est un quadricoptère.

Typiquement, le capteur multibande 5 et le détecteur d’ensoleillement 9 sont montés sur le drone de telle sorte que le capteur multibande 5 est tourné vers le bas et le détecteur d’ensoleillement 9 est tourné vers le haut quand le drone 3 est en vol stationnaire.

Dans l’exemple représenté, le corps 55 du drone présente des surfaces supérieures inférieures 61, 63 prévues pour être tournées vers le haut et vers le bas respectivement quand le drone 3 est en vol stationnaire.

Le détecteur d’ensoleillement 9 est fixé à la surface supérieure 61, de préférence directement sur la surface supérieure 61. Cette orientation est favorable pour mesurer l’intensité lumineuse ambiante.

Le capteur multibande 5 est fixé à la surface inférieure, soit directement soit par l’intermédiaire d’une pince telle que la pince 65 de la figure 1.

Le capteur multibande peut encore être fixé à une extrémité avant du corps par le biais de la pince 65.

Selon encore un autre aspect, l’invention porte sur un procédé de calcul de la grandeur caractéristique de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible dans la pluralité de bandes de fréquence prédéterminées.

Ce procédé comprend les étapes suivantes : - survol de la cible 8 à l’aide d’un système comprenant le drone volant 3 et un ensemble d’imagerie 1, monté sur le drone 3; - pendant le survol, mesure par l’ensemble d’imagerie 1, à une pluralité d’instants successifs, de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible 8 dans chacune desdites bandes de fréquences prédéterminées ; - pendant le survol, mesure par l’ensemble d’imagerie 1, à une pluralité d’instants successifs, de l’intensité lumineuse ambiante dans chacune desdites bandes de fréquence prédéterminées, et simultanément enregistrement d’un paramètre caractérisant l’orientation du détecteur d’ensoleillement 9 par rapport au soleil S; - calcul de la grandeur caractéristique de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible 8 dans chaque bande de fréquence prédéterminée en utilisant les intensités lumineuses renvoyées par la cible 8 dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées préalablement mesurées et les intensités lumineuses ambiantes dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées préalablement mesurées. L’ensemble d’imagerie 1 est avantageusement du type décrit plus haut. En variante, il est différent. L’intensité lumineuse renvoyée par la cible 8 dans chacune desdites bandes de fréquences prédéterminées est par exemple mesurée à l’aide du capteur multibande 5 décrit plus haut. L’intensité lumineuse ambiante dans chacune desdites bandes de fréquence prédéterminées est mesurée par exemple à l’aide du détecteur d’ensoleillement 9 décrit plus haut.

La grandeur caractéristique calculée est par exemple l’intensité lumineuse renvoyée par la cible 8 dans la bande de fréquence prédéterminée corrigée en fonction des mesures d’intensité lumineuse ambiante, ou correspond à la réflectance de la cible 8 dans la bande de fréquence prédéterminée, ou est tout autre grandeur pertinente.

Pour l’enregistrement du paramètre caractérisant l’orientation du détecteur d’ensoleillement 9 par rapport au soleil S, l’ensemble d’imagerie 1 est équipé d’un capteur d’orientation, par exemple d’une centrale inertielle, permettant en permanence de déterminer l’orientation du détecteur 9 par rapport à une direction de référence, le nord magnétique par exemple. L’orientation du détecteur d’ensoleillement 9 par rapport au soleil S est déterminée par exemple en calculant d’abord l’orientation du soleil par rapport à la direction de référence au point géographique et à l’heure où est effectuée la mesure. Puis, l’orientation du détecteur d’ensoleillement 9 par rapport au soleil S est déterminée en utilisant l’orientation du détecteur 9 par rapport à une direction de référence et l’orientation du soleil par rapport à la direction de référence. L’étape de calcul comprend une sous-étape ILT de calcul de l’intensité lumineuse totale reçue par la cible 8 dans au moins une des bandes de fréquence, à partir de l’intensité lumineuse ambiante mesurée dans la ou chaque bande de fréquence. Cette valeur est par exemple comparée à celle déterminée directement par le capteur multibande 5 et permet de corriger la valeur obtenue par le capteur multibande.

Pour ce faire, l’équation (1) suivante est avantageusement utilisée :

Esun.eff = Ss Esun.obj dA = (I - Io)/(Ts Ks gs) (c COS β + (1-ε))/ (ε cos κ -i- (1-ε)) (1) où

Esun.eff est l’intensité lumineuse totale reçue par la cible 8 dans la bande de fréquence ;

Ss est la sensibilité spectrale du détecteur d’ensoleillement pour la bande de fréquence ; Esun.obj est l’intensité lumineuse reçue par la cible 8 dans la fréquence λ ; I est l’intensité mesurée par le détecteur d’ensoleillement pour la bande de fréquence ; lo est l’intensité mesurée par le détecteur d’ensoleillement pour la bande de fréquence en l’absence de lumière ;

Kgest le gain du détecteur d’ensoleillement ;

Ts est le temps d’exposition ; gs est la sensibilité du le détecteur d’ensoleillement. ε est un paramètre obtenu par l’équation (2) suivante : ε = Ed / (Ed + Es) (2) où Ed est réclairement direct et Es l’éclairement diffusé. L’éclairement direct correspond à l’intensité lumineuse arrivant directement du soleil sur la cible. L’éclairement diffusé correspond à l’intensité lumineuse diffusée, arrivant sur la cible de toutes les directions.

On entend donc ici par intensité lumineuse totale reçue par la cible 8 dans la bande de fréquence, l’intégrale de l’intensité lumineuse reçue pour toutes les fréquences de la bande de fréquence.

Les angles β et κ sont représentés sur la figure 8. L’angle κ correspond typiquement à l’angle entre la direction du soleil S vu du détecteur d’ensoleillement 9 et la normale au détecteur d’ensoleillement 9. L’angle β correspond typiquement à l’angle entre la direction du soleil S vu de la cible 8 et la normale à la cible 8.

Pour une surface horizontale, l’angle β correspond à 90° -y, y étant l’altitude du soleil vu de l’observateur O (voir la partie gauche de la figure 8). L’étape de calcul comprend une sous-étape DOB de détermination de l’orientation de la cible 8 par rapport au soleil S. Cette sous-étape est effectuée par exemple par analyse d’images, à partir de photos de la cible 8 prises pendant le survol. Ces photos sont prises par exemple par la caméra RGB 15.

Cette sous-étape DOB permet donc de déterminer l’angle β. Cette valeur est utilisée à la sous-étape ILT, dans l’équation (1).

Le paramètre ε est connu seulement avec une forte marge d’erreur. Pour simplifier les calculs à l’aide de l’équation (1), on utilise à la sous-étape ILT seulement les intensités lumineuses ambiantes dans la bande de fréquence mesurées quand une différence entre l’orientation du détecteur d’ensoleillement 9 par rapport au soleil S et l’orientation de la cible 8 par rapport au soleil S est inférieure à une valeur prédéterminée.

En d’autres termes, on n’utilise que les intensités lumineuses ambiantes mesurées à des instants où les angles β et κ sont proches l’un de l’autre. Dans ce cas, le terme (ε cos β + (1-ε))/ (ε cos κ + (1-ε)) de l’équation (1) est proche de 1, de telle sorte que Esun.eff est indépendant de ε.

La valeur prédéterminée mentionnée ci-dessus correspond par exemple à une différence entre les angles β et κ inférieure à 20°, de préférence inférieure à 10°,encore de préférence inférieure à 2°.

Claims

REVENDICATIONS

1. - Ensemble d’imagerie pour drone, l’ensemble (1) comprenant : - un capteur multibande (5), comportant une pluralité de capteurs de lumière (7) pour mesurer chacun une intensité lumineuse renvoyée par une cible (8) dans une bande de fréquences prédéterminée, les bandes de fréquences associées aux différents capteurs de lumière (17) étant différentes les unes des autres, - un détecteur d’ensoleillement (9), comportant une pluralité de capteurs témoins (11) pour mesurer chacun une intensité lumineuse ambiante dans une des bandes de fréquence prédéterminées du capteur multibande (5), le détecteur d’ensoleillement (9) comprenant pour chaque capteur témoin (11) un filtre passe-bande (17) configuré pour qu’un rayon lumineux incident dans la bande de fréquence associée arrive à une surface photosensible (19) dudit capteur témoin (11) et qu’un rayon lumineux incident en dehors de la bande de fréquence associée n’arrive pas à la surface photosensible (19) dudit capteur témoin (11) ; - un module électronique (13) configuré pour calculer au moins une grandeur caractéristique de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible (8) dans chaque bande de fréquence prédéterminée, en utilisant les intensités lumineuses renvoyées par la cible (8) dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées mesurées par le capteur multibande (5) et les intensités lumineuses ambiantes dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées mesurées par le détecteur d’ensoleillement (9) ; le détecteur d’ensoleillement (9) comprenant un boîtier (21), les capteurs témoins (11) étant fixés au boîtier (21), les filtres passe-bandes (17) étant fixés au boîtier (21) chacun en regard de la surface photosensible (19) du capteur témoin (11) associé.
2. - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur multibande (5) comporte un autre boîtier (33) indépendant et séparé du boîtier (21) du détecteur d’ensoleillement (9), les capteurs de lumière (7) étant fixés audit autre boîtier (33).
3. - Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le détecteur d’ensoleillement (9) comprend un diffuseur de lumière (29), fixé au boîtier (21) en vis-à-vis des filtres passe-bandes (17), de telle sorte que les rayons lumineux incidents traversent le diffuseur de lumière (29) avant d’atteindre les filtres passe-bandes (17).
4. - Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en cé que le détecteur d’ensoleillement (9) comprend, pour chaque capteur témoin (11), une lentille convergente (35) disposée en vis-à-vis du filtre passe-bande (17) correspondant et interposée entre le diffuseur de lumière (29) et ledit filtre passe-bande (17).
5. - Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur d’ensoleillement (9) comprend une lentille convergente unique (41) disposée en vis-à-vis de tous les filtres passe-bandes (17) et interposée entre le diffuseur de lumière (29) et lesdits filtres passe-bandes (17).
6. - Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur d’ensoleillement (9) comprend, pour chaque capteur témoin (11), un écran (47) disposé en vis-à-vis du filtre passe-bande (17) associé et interposé entre le diffuseur de lumière (29) et ledit filtre passe-bande (17), l’écran (47) ayant un orifice conique (49) convergeant du diffuseur (29) vers ledit filtre passe-bande (17).
7. - Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur d’ensoleillement (9) comporte une plaque (23) et un support (25) fixé sur la plaque (23) et délimitant une pluralité de puits (27), les capteurs témoins (11) étant montés sur la plaque (23) chacun au fond d’un des puits (27), les filtres passe-bandes (17) étant montés dans les puits (27) au-dessus des capteurs témoins (11).
8. - Système comprenant un drone (3) volant et un ensemble d’imagerie (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, monté sur le drone (3).
9. - Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le drone (3) comporte un corps (55) ayant des surfaces supérieure et inférieure (61, 63) prévues pour être tournées vers le haut et vers le bas respectivement quand le drone (3) est en vol stationnaire, le capteur multibande (5) étant fixé à la surface inférieure (63) et le détecteur d’ensoleillement (9) étant fixé à la surface supérieure (61).
10. - Procédé de calcul d’au moins une grandeur caractéristique de l’intensité lumineuse renvoyée par une cible (8) dans une pluralité de bandes de fréquence prédéterminées, le procédé comprenant les étapes suivantes : - survol de la cible (8) à l’aide d’un système comprenant un drone (3) volant et un ensemble d’imagerie (1) ayant un détecteur d’ensoleillement (9); - pendant le survol, mesure par l’ensemble d’imagerie (1), à une pluralité d’instants successifs, de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible (8) dans chacune desdites bandes de fréquences prédéterminées ; - pendant le survol, mesure par l’ensemble d’imagerie (1), à une pluralité d’instants successifs, de l’intensité lumineuse ambiante dans chacune desdites bandes de fréquence prédéterminées, et simultanément enregistrement d’un paramètre caractérisant l’orientation du détecteur d’ensoleillement (9) par rapport au soleil (S); - calcul de la grandeur caractéristique de l’intensité lumineuse renvoyée par la cible (8) dans chaque bande de fréquence prédéterminée en utilisant les intensités lumineuses renvoyées par la cible (8) dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées préalablement mesurées et les intensités lumineuses ambiantes dans lesdites bandes de fréquences prédéterminées préalablement mesurées ; l’étape de calcul comprenant : - une sous-étape de détermination de l’orientation de la cible (8) par rapport au soleil (S); - une sous-étape de calcul de l’intensité lumineuse totale reçue par la cible (8) dans une des bandes de fréquence, utilisant seulement les intensités lumineuses ambiantes dans ladite bande de fréquence mesurées quand une différence entre l’orientation du détecteur d’ensoleillement (9) par rapport au soleil (S) et l’orientation de la cible (8) par rapport au soleil (S) est inférieure à une valeur prédéterminée.