FR3082012A1 - Dispositif electronique, et procede, de commande d'un drone, programme d'ordinateur associe - Google Patents
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Abstract
Dispositif électronique (1) de commande d'un drone (14) équipé d'une caméra (18) adaptée pour capturer des images, le dispositif comprenant : - un module de pilotage (4) configuré pour recevoir une instruction de déplacement, pour déterminer une consigne de déplacement en fonction de l'instruction reçue et pour piloter un déplacement du drone et/ou de la caméra en fonction de ladite consigne ; caractérisé en ce que ledit module de pilotage est adapté pour déterminer une valeur de zoom couramment commandée pour les images de la caméra et pour calculer une vitesse dudit déplacement en fonction de ladite valeur de zoom, ladite vitesse étant une fonction décroissante de la valeur de zoom, la consigne déterminée comprenant ladite vitesse de déplacement calculée et ledit déplacement étant piloté conformément à ladite vitesse calculée.
Description
Dispositif électronique, et procédé, de commande d’un drone, programme d’ordinateur associé
L’invention concerne le domaine des drones, c’est-à-dire des appareils motorisés volants pilotés à distance. L'invention s'applique notamment aux drones à voilure tournante, tels que les quadricoptères, tout en s’appliquant également à d'autres types de drones, par exemple les drones à voilure fixe.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif électronique de commande d’un drone, le drone étant équipé d’une caméra adaptée pour capturer des images, le dispositif comprenant un module de pilotage configuré pour recevoir une instruction de déplacement, pour déterminer une consigne de déplacement en fonction de l’instruction reçue et pour piloter un déplacement du drone et/ou de la caméra en fonction de ladite consigne.
Quand un individu visionne les images capturées par un tel drone à un niveau de zoom donné, et qu’il change de niveau de zoom, les mouvements du drone ou de la caméra vont être subitement fortement atténués, apparaissant beaucoup plus lents ou au contraire amplifiés, apparaissant soudain beaucoup plus rapides, selon que le niveau de zoom est diminué ou augmenté.
Par exemple, pour une vitesse de rotation de X degrés par seconde (°/s) du drone autour de l’axe de lacet ou de la caméra en rotation verticale, Y mètres (m) de ce mur auront été parcourus en 1s, ce qui peut se traduire par un défilement au centre de l’image de Z pixels par seconde (pixel/s). Si un zoom x3 est maintenant commandé pour l’image, l’individu aura l’impression d’être situé 3 fois plus proche de ce mur et, si le même mouvement de rotation du drone ou de la caméra se produit, l’image se décalera toujours de Y m en 1 s, mais le défilement au centre de l’image semblera être 3 fois plus rapide (3Z pixel/s).
Ceci provoque une rupture dans l’affichage des mouvements, qui ne sont donc pas restitués de manière fluide. Ceci induit en outre des difficultés de pilotage des mouvements du drone ou de la caméra, sur la base des images affichées par exemple sur écran tactile ou en vision immersive (également appelée « vision FPV » de l’anglais First Person View) à l’aide d’un casque.
A cet effet, suivant un premier aspect, l’invention propose un dispositif électronique de commande d’un drone du type précité caractérisé en ce que ledit module de pilotage est adapté pour déterminer une valeur de zoom couramment commandée pour les images de la caméra et pour calculer une vitesse dudit déplacement en fonction de ladite valeur de zoom, ladite vitesse étant une fonction décroissante de la valeur de zoom, la consigne déterminée comprenant ladite vitesse de déplacement calculée et ledit déplacement étant piloté conformément à ladite vitesse calculée.
Ainsi, le dispositif électronique de commande d’un drone selon l’invention correspond à un asservissement du déplacement du drone ou de la caméra en fonction de la valeur de zoom réglée pour l’affichage des images extraites de la capture vidéo par la caméra.
Dans des modes de réalisation, le dispositif électronique de commande d’un drone suivant l’invention comporte en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l’instruction de pilotage reçue indiquant une rotation autour d’un axe, le module de pilotage est adapté pour calculer une vitesse angulaire de rotation autour dudit axe selon une fonction inversement proportionnelle à la valeur de zoom ;
- le module de pilotage est adapté pour calculer la vitesse angulaire de rotation selon la formule suivante : Θ’= norrn.©’refmax/Nzoom, où :
norm est une valeur normalisée entre -1 et 1 et fournie par l’instruction de pilotage, 0’refmax est une vitesse angulaire de rotation maximum de référence autour dudit axe,
Nzoom indique la valeur de zoom.
-la caméra comporte un capteur d’images et un objectif hypergone, l’instruction de déplacement est une instruction d’orientation virtuelle de l’axe de visée centré au sein d’une zone réduite correspondant à une portion réduite du capteur d’images, et le déplacement est une orientation virtuelle dudit axe de visée. Suivant un deuxième aspect, la présente invention propose un drone comprenant une caméra adaptée pour capturer des images, caractérisé en ce que le drone comporte un dispositif électronique de commande d’un drone suivant le premier aspect de l’invention.
Suivant un troisième aspect, la présente invention propose un procédé de commande d’un drone équipé d’une caméra adaptée pour capturer des images, ledit procédé comprenant les étapes mises en oeuvre par un dispositif électronique de commande et consistant à
- recevoir une instruction de déplacement, déterminer une consigne de déplacement en fonction de l’instruction reçue et
- piloter un déplacement du drone et/ou de la caméra en fonction de ladite consigne ;
ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- déterminer une valeur de zoom couramment commandée pour les images de la caméra ;
- calculer une vitesse dudit déplacement en fonction de ladite valeur de zoom, ladite vitesse étant une fonction décroissante de la valeur de zoom, la consigne déterminée comprenant ladite vitesse de déplacement calculée et ledit déplacement étant piloté conformément à ladite vitesse calculée.
Suivant un quatrième aspect, la présente invention propose un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en oeuvre un procédé tel que défini suivant le troisième aspect.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue d’un drone dans un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2 est une vue illustrant l’image d’un point fournie par la caméra dans le plan comprenant l’axe de visée et l’axe vertical de la caméra dans un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 est un organigramme d’étapes mises en oeuvre dans un mode de réalisation de l’invention.
Dans la suite de la description, l’expression « quasi-constant >> s’entend comme une variation entre plus ou moins 10% autour d’une même valeur, c’est-à-dire avec une variation d’au plus 10%, de préférence encore comme une variation entre plus ou moins 5%, c’est-à-dire avec une variation d’au plus 5%.
Sur la figure 1, un drone 14, c’est-à-dire un aéronef sans pilote à bord, comprend une caméra 18 configurée pour prendre des images d’une scène.
Dans l’exemple de la figure 1, le drone 14 comprend en outre un dispositif électronique de commande 1 configuré pour le réglage d’une valeur de zoom Nzoom de la caméra 18 et pour le pilotage d’un mouvement du drone 14 ou de la caméra 18.
Le drone 14 est un engin volant motorisé pilotable à distance, notamment via une manette 16, permettant à l’utilisateur 12 de saisir ses instructions de déplacement du drone 14 ou de la caméra 18.
Le drone 14 est par exemple un drone à voilure tournante, comportant au moins un rotor 20 (ou hélice) actionné par au moins un moteur. Sur la figure 1, le drone 14 comporte une pluralité de rotors 20, et est alors appelé drone multirotor. Le nombre de rotors 20 est par exemple égal à 4, et le drone 14 est alors un drone quadrirotor. En variante, non représentée, le drone 14 est un drone à voilure fixe.
Le drone 14 comporte un module de transmission 22 configuré pour transmettre, de préférence par ondes radioélectriques la ou les images acquises par la caméra 18, à destination d’un équipement électronique, tel que le module de réception, non représenté, du système électronique de visualisation 10, le module de réception de données, non représenté, de la manette 16 ou encore le module de réception de données de la tablette numérique multimédia 23 à écran tactile montée sur la manette 16, non représenté.
La caméra 18 peut, suivant les modes de réalisation, être fixe par rapport au drone 14 ou être déplaçable par rapport au corps principal 17 du drone, à l’aide de moteurs imprimant à la caméra des mouvements de rotation (voire de translation).
La caméra 18 est par exemple, dans le cas particulier considéré, une caméra montée sur une nacelle (de l’anglais gimbal), non représentée. La nacelle est, par exemple, articulée, à l’aide de moteurs, par rapport au corps principal 17 du drone 14, et est alors dite stabilisatrice, car elle stabilise la caméra 18 par rapport au corps 17 du drone et filtre notamment la plupart des mouvements parasites du corps 17. La nacelle permet alors d’améliorer alors la qualité des images acquises par la caméra 18.
En variante, la caméra 18 est une caméra à visée frontale permettant d’obtenir une image d’une scène vers laquelle le drone 14 est orienté. En variante encore ou en complément, la caméra 18 est une caméra à visée verticale, non représentée, pointant vers le bas et configurée pour capter des images successives d’un terrain survolé par le drone 14.
La caméra 18 comporte au moins un capteur d’image(s), non représenté, et un objectif, non représenté, associé au capteur d’image(s).
Sur la figure 2 sont représentés l’axe optique Z du capteur de la caméra 18, ainsi que l’axe vertical Y, perpendiculaire à l’axe Z, et l’axe X perpendiculaire à Y et Z.
Dans le mode de réalisation considéré, la caméra 18 est actionnable en rotation verticale (en l’anglais tilt), i.e. autour de l’axe X.
L’objectif est par exemple un objectif à focale fixe, tel qu’un objectif hémisphérique de type hypergone (de l’anglais fisheye), c’est-à-dire couvrant un champ visuel ayant un angle de vue, également appelé champ de vue et noté FOV (de l’anglais Field Of View), de valeur élevée, de l’ordre de 180° ou plus. L’obpctif est disposé devant le capteur d’image(s) 26 de façon que le capteur d’image(s) capte les images à travers l’objectif.
En variante, l’objectif est un objectif avec une focale variable.
Le zoom pour zoomer les images de la caméra 18 est par exemple un zoom numérique. Dans cet exemple, la plus petite focale correspond alors à l’intégralité d’une image acquise par le capteur, et une augmentation de la focale, correspondant à un zoom dans l’image, est obtenue en sélectionnant une zone de dimension réduite par rapport aux dimensions réelles du capteur d’image(s), la zone étant centrée sur un axe de visée de la caméra.
En variante, le zoom est un zoom optique de la caméra 18, l’objectif de la caméra étant alors un objectif à focale variable, et le réglage de valeur de zoom Nzoom est obtenu par un réglage de la focale de l’objectif.
En variante encore, le zoom de la caméra 18 est une combinaison d’un zoom numérique et d’un zoom optique.
Dans le cas particulier considéré, où la caméra 18 est montée mobile en rotation sur la nacelle stabilisatrice, l’axe de visée st modifiable au moins mécaniquement.
Dans un mode de réalisation, l’axe de visée est modifiable par traitement numérique, notamment lorsque l’objectif associé au capteur d’image(s) est un objectif hypergone, et un axe de visée virtuel de la caméra 18 est alors obtenu en définissant un capteur d’image(s) virtuel par sélection d’une zone de dimensions réduites par rapport aux dimensions réelles du capteur d’image(s), la zone étant centrée sur un axe de visée souhaité de la caméra 18. L’obtention d’une image à partir d’une zone de dimensions réduites du capteur d’image(s) 26 permet alors d’orienter virtuellement l’axe de visée dans la direction de la fenêtre du champ d’ensemble de la caméra 18 correspondant à la zone de dimensions réduites, sans modifier l’orientation physique de la caméra 18 qui reste alors immobile par rapport au corps 17 du drone 14, ni modifier son axe optique Z réel.
Selon l’exemple représenté sur la figure 1, un système électronique de visualisation 10 permet, dans des modes de réalisation, à l’utilisateur 12 de visualiser des images, notamment des images de la vidéo reçue de la part du drone à voilure tournante 14.
Le système électronique de visualisation 10 comprend un appareil électronique, par exemple, un ordiphone (de l’anglais smartphone), muni d’un écran d’affichage, et un casque 24 comportant un support de réception de l’appareil électronique, une surface d’appui contre le visage de l’utilisateur 12, en regard de ses yeux, et deux dispositifs optiques disposés entre le support de réception et la surface d’appui.
Le casque 24 comporte en outre une sangle de maintien 26 permettant de maintenir le casque 24 sur la tête de l’utilisateur 12.
L’appareil électronique est amovible par rapport au casque 24 ou intégré au casque 24.
Le système électronique de visualisation 10 est, par exemple, relié à la manette 16 via une liaison de données, non représentée, la liaison de données étant une liaison radioélectrique ou encore une liaison filaire.
Dans l’exemple de la figure 1, le système électronique de visualisation 10 comprend en outre un module de réception, non représenté, configuré pour recevoir au moins une image de la part du drone à voilure tournante 14 (ou de la manette 16), la transmission de l’image étant effectuée de préférence par ondes radioélectriques.
Le système de visualisation 10 est par exemple un système de visualisation en réalité virtuelle, c’est-à-dire un système permettant à l’utilisateur 12 de visualiser une image dans son champ visuel, avec un angle de champ de vision, également appelé FOV (de l’anglais Field Of Vision, ou Field Of View), ayant une valeur importante, typiquement supérieure à 90°, de préférence supérieure ou égale à 100°, afin de procurer une vision immersive pour l’utilisateur 12, au niveau de zoom commandé.
Dans des modes de réalisation, le système de visualisation 10 ne comporte pas de casque, mais un smartphone ou une tablette numérique.
Un tel système de visualisation 10 est optionnel et permet notamment d’augmenter « l’expérience utilisateur » en configuration de pilotage immersif, la visualisation des images et un pilotage sans utiliser ce système de visualisation sont également possibles.
La manette 16 est connue en soi, et permet par exemple de piloter les mouvements du drone à voilure tournante 14 et de la caméra 18. Dans le cas considéré, la manette 16 comprend deux poignées de préhension 28, chacune étant destinée à être saisie par une main respective de l’utilisateur 12, une pluralité d’organes 30 de commande, comprenant ici deux manches à balai (de l’anglais joystick) et des boutonsgâchettes (non représentés), chacun étant disposé à proximité d’une poignée de préhension 28 respective et étant destiné à être actionné par l’utilisateur 12, de préférence par un pouce respectif.
Dans un autre mode de réalisation, la manette 16 est mise en œuvre à la place via un ordiphone (de l’anglais smartphone) ou une tablette électronique, comportant l’écran d’affichage 23, de préférence tactile.
La manette 16 comprend également une antenne radioélectrique 32 et un émetteur-récepteur radioélectrique, non représenté, pour l’échange de données par ondes radioélectriques avec le drone à voilure tournante 14, à la fois en liaison montante et en liaison descendante.
La tablette 23 numérique multimédia à écran tactile peut être fournie, en complément ou à titre d’alternative au regard du système de visualisation 10.
La manette 16 est configurée pour transmettre les instructions de pilotage, qui lui sont fournies par l’utilisateur 12, au dispositif électronique de commande 1.
Les instructions de pilotage que l’utilisateur 12 peut saisir via la manette 16 sont les suivantes :
- zoomer ou dé-zoomer l’image affichée sur l’écran du système de visualisation 10 (et aussi le cas échéant sur la tablette 23) en parcourant une plage de zooms, et en sélectionnant ainsi un niveau de zoom à un instant donné :par exemple ici Nzoom = x1 (image normale), x2 (image avec un grandissement de facteur 2), ou x3 (image avec un grandissement de facteur 3)...
- incliner la caméra 18 vers le haut ou vers le bas, i.e. en rotation verticale autour de l’axe X représenté en figure 2,
- déplacer le drone 14 :
rotation autour d'un axe de lacet 34 (de l’anglais yaw), pour faire pivoter vers la droite ou vers la gauche l'axe principal du drone ; on notera que dans le mode de réalisation considéré, l’axe de lacet 34 est parallèle ou confondu avec l’axe Y de la caméra 18 ;
rotation autour d'un axe de tangage 36 (de l’anglais pitch), pour le faire avancer ou reculer ;
rotation autour d'un axe de roulis 38 (de l’anglais roll), pour le décaler vers la droite ou vers la gauche ; et translation vers le bas ou vers le haut par changement du régime des gaz, de manière à respectivement réduire ou augmenter l'altitude du drone.
Le dispositif électronique de commande 1 est adapté pour régler le zoom à la valeur de zoom Nzoom, modifier au moins l’inclinaison de tilt de la caméra 18 et la vitesse de rotation verticale de la caméra par l’envoi, au moteur entraînant cette rotation, de consignes déterminées en fonction notamment d’instructions de pilotage fournies par l’utilisateur 12 (ou automatiquement), et déterminées en outre en fonction de la valeur de zoom ΝΖ00Γη.
Le dispositif (ou procédé) de commande selon l’invention permet de transformer automatiquement les instructions de pilotage (i.e. comprises dans les commandes utilisateur) saisies par l’utilisateur ou prises en compte par le pilote automatique, en commandes moteur (du drone ou de la caméra). En d’autres termes, le procédé de pilotage mis en œuvre automatiquement selon l’invention permet d’assister en temps réel le pilotage manuel de l’utilisateur.
Le dispositif électronique de commande 1 est adapté pour modifier au moins la vitesse horizontale du drone 14, un angle d’attitude du drone 14 (i.e. l’angle de tangage, et/ou l’angle de roulis, et/ou l’angle de lacet) et/ou la vitesse angulaire de l'attitude du drone 14 et des variations d'altitude, par l’envoi aux rotors du drone 14 de consignes qui sont déterminées automatiquement ou qui sont déterminées en fonction d’instructions fournies par l’utilisateur 12, et déterminées en outre en fonction de la valeur de zoom Nzoom. Le dispositif électronique de commande 1 est adapté pour modifier au moins l’angle de tilt de la caméra 18 par rotation par rapport au support 17 du drone (par pilotage des moteurs permettant le mouvement de la caméra 18 par rapport au support 17 du drone) et/ou la vitesse angulaire de rotation correspondante.
Le dispositif électronique de commande 1 comprend dans le cas considéré un module de réglage 3 configuré pour régler une valeur de zoom Nzoom de la caméra 18, et un module de pilotage 4 configuré pour commander un mouvement du drone 14 (par pilotage des moteurs du drone permettant son mouvement) et pour commander un mouvement de la caméra 18 par rapport au support 17 du drone (par pilotage des moteurs permettant le mouvement de la caméra 18 par rapport au support 17 du drone), le module de pilotage 4 étant configuré pour calculer des instructions de pilotage correspondant audit mouvement.
Dans l’exemple de la figure 1, le dispositif électronique de commande 1 comporte une unité de traitement d’informations 2, formée par exemple d’une mémoire 7 et d’un processeur 8, tel qu’un processeur de type CPU (de l’anglais Central Processing Unit), de type GPU (de l’anglais Graphies Processing Unit), de type DSP (de l’anglais digital signal processor), ou de type VPU (de l’anglais Vision Processing Unit), associé à la mémoire 7. Dans l’exemple de la figure 1, le dispositif électronique de commande 1 est embarqué à bord du drone 14.
Le module de réglage 3 est apte à régler la valeur de zoom Nzoom, également appelée facteur de zoom, de la caméra 18, en fonction d’une instruction correspondante fournie par l’utilisateur 12 via la manette 16 et transmise depuis la manette 16 au module de réglage 3, le zoom de la caméra 18 étant, comme indiqué précédemment, un zoom numérique seul, ou un zoom optique seul, ou encore une combinaison d’un zoom optique et d’un zoom numérique. Le module de réglage 3 est en outre adapté pour indiquer tout nouveau réglage de valeur de zoom Nzoom au module de pilotage 4.
En considérant, en référence à la figure 2, que
- P est un point du monde (que l’on considère dans le plan (Y,Z)),
- Pcapt est le plan du capteur,
- Θ est l’angle entre le rayon lumineux allant de P vers le centre optique de la caméra et l’axe optique Z,
- f est la distance focale de la caméra, et
- y est l’image de P sur l’axe vertical Y du capteur, l’équation suivante est vérifiée :
y= f-tan(0) (1)
Notons que les grandeurs f et y peuvent être exprimées directement en pixels. Si nous introduisons un facteur de zoom de valeur Nzoom sur la caméra, l’équation devient :
y= f· Nzoom -tan (Θ) (2)
Si Nzoom = 1, la caméra 18 a son champ de vision maximal ; si Nzoom > 1, on diminue le champ de vision (le grossissement augmente).
Par l’action d’incliner verticalement la caméra 18, Θ varie, selon une vitesse angulaire θ’ (en rad/s). Cela se traduit par une variation de y, selon une vitesse y’ (en pixels/s).
L’invention enseigne d’adapter θ’ de façon à ce que la vitesse de déplacement des pixels y’ soit constante ou quasi-constante, et donc corresponde à un mouvement fluide, quel que soit le facteur de zoom et notamment lors des changements de zoom.
A partir de (2), on peut calculer :
y =θ-f · Nzoom-(1+tan2 (Θ)) (3)
Soit, au centre de l’image (0 = 0 rad) :
y =0 -f · Nzoom.
Pour obtenir un défilement de pixels y’ref constant (dans un autre mode de réalisation, on visera à obtenir un défilement quasi-constant) au centre de l’image quel que soit le facteur de zoom, on peut donc choisir une commande de vitesse de rotation de la caméra 0’ où
0’ = 0’ref / Nzoom (4)
O’ret étant une valeur de vitesse de référence pré-calibrée ou choisie préalablement par l’utilisateur 12 pour le champ de vision maximal (Nzoom = 1).
Ces principes ont été décrits en référence à une rotation verticale du capteur autour de l’axe X. Ils sont bien sûr déclinables pour une rotation du capteur autour de tout axe, notamment autour de Y (pour l’axe Z, il faut considérer un point de l’image autre que le centre, puisqu’au centre la vitesse de défilement serait toujours nulle)..
Ces principes de l’invention ci-dessus exposés sont mis en oeuvre par le module de pilotage 4 dans un mode de réalisation de l’invention. Ainsi, ce module de pilotage 4 est adapté pour, dès réception de la valeur de la valeur de zoom Nzoom transmise par le module de réglage 3, calculer au moins une vitesse maximum, correspondant à un défilement de pixels (quasi) constant, en fonction de cette valeur de zoom.
Typiquement, dans le cas considéré (où une rotation de la caméra 18 autour de l’axe X vis-à-vis du support 17 de drone peut être réalisée par commande d’un moteur), le module de pilotage 4 est adapté pour calculer la vitesse angulaire maximale 0’ autour de l’axe X : 0'max = 0’ref_max / Nzoom où 0’ref_max étant une valeur de vitesse de référence précalibrée ou choisie préalablement par l’utilisateur 12 pour le champ de vision maximal (NZoom = 1) correspondant à une vitesse maximale définie de rotation autour de X et stockée dans la mémoire 7.
Le module de pilotage 4 est adapté pour recevoir des instructions de mouvement de la caméra fournie par l’utilisateur 12 via la manette 16.
Dans le cas considéré, le mouvement de la caméra 18 en rotation autour de l’axe X est commandé par l’utilisateur par actionnement, entre deux butées, d’un boutongâchette -non représenté- de la manette 16, résultant en une instruction normalisée, nommée norm, comprise entre -1 et 1, et représentative de la vitesse de rotation.
Quand le module de pilotage 4 reçoit l’instruction de rotation selon X de la caméra avec la vitesse de rotation angulaire norm, il est adapté pour calculer la vitesse angulaire de rotation θ’ de la caméra 18 selon l’invention autour de l’axe X :
θ = θ rnax-nOrm = Θ ref max ΠΟΓΠΊ / Nzoorn (5)
Le module de pilotage 4 est ensuite adapté pour commander au moteur de rotation de la caméra 18 une rotation autour de X à cette vitesse θ’.
Dans le cas considéré, le module de pilotage 4 est en outre adapté pour recevoir des instructions de mouvement du drone 14 fournies par l’utilisateur 12 via la manette 16.
Dans le cas considéré, le mouvement du drone 14 en rotation autour de l’axe de lacet est commandé par l’utilisateur par actionnement entre deux butées d’un autre bouton-gâchette -non représenté- de la manette 16, résultant en une instruction normalisée, norm’, comprise entre -1 et 1, et représentative de la vitesse de rotation.
Quand le module de pilotage 4 reçoit l’instruction de rotation autour de l’axe de lacet 34 du drone avec la vitesse de rotation angulaire norm’, il est adapté pour calculer la vitesse angulaire de rotation Φ’ selon le mode de réalisation de l’invention ici considéré, soit pour une valeur de zoom courante Nzoom :
Φ = Φ max.norm = Φ ref_max norm / Nzoom (6) où ΦΓΘ( max est une valeur de vitesse de référence pré-calibrée ou choisie préalablement par l’utilisateur 12 pour le champ de vision maximal (Nzoom = 1) correspondant à une vitesse maximale définie de rotation autour de l’axe 34 et stockée dans la mémoire 7.
Le module de pilotage 4 est ensuite adapté pour commander aux moteurs du drone 14 une rotation autour de l’axe 34 à cette vitesse Φ’.
Le fonctionnement du dispositif électronique de commande 1 selon l’invention va être à présent expliqué dans un exemple en regard de la figure 3 représentant un organigramme du procédé de commande 100 du drone 14 selon l’invention.
Lors d’une étape 101, le dispositif électronique de commande 1 règle, via son module de réglage 3, une valeur de zoom Nzoom de la caméra 18, suite à la réception d’une instruction correspondante en provenance de l’utilisateur 12. Cette valeur est transmise au module de pilotage 4. Les images de la caméra 18 sont alors fournies, notamment au système de visualisation 10, pour affichage au niveau de zoom ainsi commandé.
Dans une étape 102, une instruction de déplacement saisie par l’utilisateur 12 via la manette 16 est transmise au module de pilotage 4 du dispositif électronique de commande 1.
Dans le mode de réalisation considéré ici, l’instruction de déplacement indique par exemple une rotation verticale de la caméra.
Dans une étape 103, dès la réception de ladite instruction, le module de pilotage 4 détermine la vitesse verticale θ’ comme égale à 6’ref / Nzoom, conformément à la formule 4, laquelle est égale dans le cas considéré à 6’ref_max norm / Nzoom où la valeur norm est indiquée dans l’instruction de déplacement reçue par le dispositif électronique de commande 1 à l’étape 102. Puis le module de pilotage 4 commande au moteur de rotation de la caméra 18 une rotation autour de X à cette vitesse θ’.
Dès qu’une nouvelle valeur de zoom est réglée, le procédé 100 est réitéré à partir de l’étape 101.
Si une autre instruction de déplacement est ensuite transmise au dispositif électronique de commande 1, la valeur de zoom restant inchangée, l’étape 102 est réitérée sur la base de cette autre instruction.
L’instruction de déplacement ci-dessus considérée à l’étape 102 était une instruction de rotation de la caméra 18 selon X. Si elle avait été une instruction de rotation du drone 14 autour de l’axe de lacet 34, dans une étape 103, dès la réception de ladite instruction, le module de pilotage 4 aurait déterminé, conformément à la formule 6, la vitesse verticale Φ’ comme égale à Φ'ΓΘ(/ΝΖ00Π1,, laquelle est égale dans le cas considéré à Φ'ΓΘ( max norm’/Nzoom où la valeur norm’ est indiquée dans l’instruction de déplacement reçue par le dispositif électronique de commande 1 à l’étape 102. Puis le module de pilotage 4 aurait commandé aux moteurs du drone 14 une rotation du drone autour de l’axe de lacet 34 à cette vitesse Φ’.
Un tel procédé permet d’obtenir une vitesse de déplacement de l’image indépendante de la valeur de zoom, ce qui évite les artéfacts et décalages en termes de commande de mouvement de l’utilisateur en réaction à des changements de zoom. Le pilotage peut ainsi mieux contrôlé et la vidéo capturée par la caméra 18 paraît plus fluide.
Typiquement, l’exemple particulier décrit en référence aux figures, en reliant le niveau de zoom et le contrôle en vol, permet d’assurer les mêmes comportements de pilotage en yaw et en tilt caméra d’un point de vue du défilement des images capturées par cette caméra, quel que soit le niveau de zoom, par adaptation des vitesses de contrôle en rotation du drone et de la caméra en fonction du niveau de zoom.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, la consigne de déplacement est générée par le module de pilotage 4 suite à la réception d’une instruction de déplacement fournie par l’utilisateur 12. Dans un autre mode de réalisation, l’instruction de déplacement est fournie par un pilote automatique et non par l’utilisateur 12 via la manette
16. Similairement dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, la valeur de zoom est réglée par le module de pilotage 4 suite à la réception d’une instruction de zoom fournie par l’utilisateur 12. Dans un autre mode de réalisation, l’instruction de zoom est fournie de façon automatique.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, la caméra 18 considérée est actionnable en rotation autour de X, par rapport au corps principal 17 du drone. Dans un mode de réalisation, elle est en outre (ou à la place) actionnable en rotation autour de Y (en l’anglais pan), et/ou de Z, via des instructions fournies par l’utilisateur 12. Les mêmes principes que ceux décrits ci-dessus quant au contrôle de la vitesse de rotation autour de X sont bien sûr dans ce cas applicables au contrôle de la vitesse de rotation autour de Y et/ou Z suite à un (ordre de) mouvement de la caméra 18 par rapport au reste du drone 14.
Par ailleurs, les mêmes principes que ceux décrits ci-dessus quant au contrôle de la vitesse de rotation du drone 14 autour de l’axe de tangage 36 et/ou de l’axe de roulis 38 sont bien sûr applicables au contrôle de la vitesse de rotation autour de chacun de ces axes suite à un (ordre de) mouvement du drone 14, dans le cas d’un drone à caméra nonstabilisée (car dans le cas d’un drone à caméra stabilisée, les mouvements en pitch et roll du drone sont compensés, et donc imperceptibles si la stabilisation fonctionne bien)..
Par ailleurs, l’invention peut être utilisée tant pour prendre en compte des mouvements de l’image, dus à de réels mouvements de la caméra et/ou drone, et peut être utilisée pour des mouvements de l’image dus à des mouvements virtuels de la caméra et/ou du drone, typiquement par prise en compte d’un axe de visée virtuel. Dans ce dernier cas, l’instruction de déplacement est une instruction d’orientation virtuelle de l’axe de visée centré au sein d’une zone réduite correspondant à une portion réduite du capteur d’images, et le déplacement est une orientation virtuelle dudit axe de visée.
Dans l’exemple décrit, les mouvements ont été définis sous forme de rotation et de vitesse de rotation. Dans d’autres modes de réalisation, les mouvements sont définis en outre - ou à la place de la rotation - sous forme de translation(s), le principe de prise en compte, dans la détermination de la vitesse pour la translation, de la valeur de zoom pour obtenir une vitesse constante ou quasi-constante de défilement selon l’invention étant maintenu (dans le cas d’une translation, il est alors nécessaire de connaître la distance entre la scène filmée et la caméra).
L’homme du métier comprendra que le dispositif électronique de commande 1 n’est pas nécessairement embarqué à bord du drone 14 et qu’en variante, non représentée, le dispositif électronique de commande 1 est au moins partiellement (voire totalement) externe au drone 14. Selon cette variante, le dispositif électronique de commande 1 est par exemple au moins partiellement embarqué dans la manette 16, notamment lorsque la manette 16 comporte un ordiphone. Le module de réglage 3 est par exemple disposé à l’extérieur du drone 14, et est distinct du drone 14, et est alors typiquement embarqué dans ladite manette 16.
En variante, le module de réglage 3 est remplacé par un module d’acquisition de la valeur de réglage courante du zoom, qui est réglé à l’extérieur du dispositif de commande 1.
Dans l’exemple de la figure 1, le module de réglage 3 et le module de pilotage 4 étaient réalisés chacun sous forme d’un logiciel exécutable par le processeur 8 et stocké dans la mémoire 7.
En variante non représentée, le module de réglage 3 et le module de pilotage 4 sont réalisés chacun sous forme d’un composant logique programmable, tel qu’un FPGA (de l’anglais Field Programmable Gate Array), ou encore sous forme d’un circuit intégré dédié, tel qu’un ASIC (de l’anglais Application Specific Integrated Circuit).
Lorsque le dispositif électronique de commande 1 est réalisé sous forme d’un ou plusieurs logiciels, c’est-à-dire sous forme d’un programme d’ordinateur, il est en outre apte à être enregistré sur un support, non représenté, lisible par ordinateur. Le support lisible par ordinateur est par exemple, un médium apte à mémoriser des instructions électroniques et à être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support lisible est un disque optique, un disque magnéto-optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, tout type de mémoire non volatile (par exemple EPROM, EEPROM,
FLASH, NVRAM), une carte magnétique ou une carte optique. Sur le support lisible est alors mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions logicielles.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1,- Dispositif électronique (1) de commande d’un drone (14), le drone étant équipé d’une caméra (18) adaptée pour capturer des images, le dispositif comprenant :5 - un module de pilotage (4) configuré pour recevoir une instruction de déplacement, pour déterminer une consigne de déplacement en fonction de l’instruction reçue et pour piloter un déplacement du drone et/ou de la caméra en fonction de ladite consigne ;caractérisé en ce que ledit module de pilotage est adapté pour déterminer une valeur de zoom couramment commandée pour les images de la caméra et pour calculer une vitesse 10 dudit déplacement en fonction de ladite valeur de zoom, ladite vitesse étant une fonction décroissante de la valeur de zoom, la consigne déterminée comprenant ladite vitesse de déplacement calculée et ledit déplacement étant piloté conformément à ladite vitesse calculée.15
- 2.- Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel, l’instruction de pilotage reçue indiquant une rotation autour d’un axe, le module de pilotage (4) est adapté pour calculer une vitesse angulaire de rotation autour dudit axe selon une fonction inversement proportionnelle à la valeur de zoom, ledit déplacement étant piloté conformément à ladite vitesse angulaire de rotation calculée.
- 3. - Dispositif (1) selon la revendication 2, dans lequel le module de pilotage est adapté pour calculer la vitesse angulaire de rotation selon la formule suivante :©’= norrn.Q’refmax/N zoom?où :25 norm est une valeur normalisée entre -1 et 1 et fournie par l’instruction de pilotage, Q’refmax est une vitesse angulaire de rotation maximum de référence autour dudit axe, Nzoom indique la valeur de zoom.
- 4. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la caméra comporte un 30 capteur d’images et un objectif hypergone, l’instruction de déplacement est une instruction d’orientation virtuelle de l’axe de visée centré au sein d’une zone réduite correspondant à une portion réduite du capteur d’images, et le déplacement est une orientation virtuelle dudit axe de visée.
- 5. - Drone (14) comprenant une caméra (18) adaptée pour capturer des images, caractérisé en ce que le drone comporte un dispositif électronique (1) de commande d’un drone selon l’une des revendications 1 à 3.
- 6. - Procédé de commande d’un drone (14) équipé d’une caméra (18) adaptée pour capturer des images, ledit procédé comprenant les étapes mises en œuvre par un dispositif électronique de commande (1) et consistant à :- recevoir une instruction de déplacement,- déterminer une consigne de déplacement en fonction de l’instruction reçue et piloter un déplacement du drone et/ou de la caméra en fonction de ladite consigne ;ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :- déterminer une valeur de zoom couramment commandée pour les images de la caméra ;calculer une vitesse dudit déplacement en fonction de ladite valeur de zoom, ladite vitesse étant une fonction décroissante de la valeur de zoom, la consigne déterminée comprenant ladite vitesse de déplacement calculée et ledit déplacement étant piloté conformément à ladite vitesse calculée.
- 7. - Procédé de commande d’un drone selon la revendication 6, selon lequel, l’instruction de pilotage reçue indiquant une rotation autour d’un axe, une vitesse angulaire de rotation autour dudit axe est calculée selon une fonction inversement proportionnelle à la valeur de zoom, et ledit déplacement étant piloté conformément à ladite vitesse angulaire de rotation calculée.
- 8. - Procédé de commande d’un drone selon la revendication 7, selon lequel la vitesse angulaire de rotation le module de pilotage est calculée selon la formule suivante :Θ’= norm.Q’refmax/N zoom i où :norm est une valeur normalisée entre -1 et 1 et fournie par l’instruction de pilotage, O’refmax est une vitesse angulaire de rotation maximum de référence autour dudit axe, Nzoom indique la valeur de zoom.
- 9. Procédé de commande d’un drone selon l’une des revendication 6 à 8, selon lequel la caméra comporte un capteur d’images et un objectif hypergone, l’instruction de déplacement est une instruction d’orientation virtuelle de l’axe de visée centré au sein d’une zone réduite correspondant à une portion réduite du capteur d’images, et le déplacement est une orientation virtuelle dudit axe de visée.
- 10. Programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé selon l’une quelconque des 5 revendications 6 à 9.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1854618A FR3082012A1 (fr) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | Dispositif electronique, et procede, de commande d'un drone, programme d'ordinateur associe |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1854618 | 2018-05-30 | ||
| FR1854618A FR3082012A1 (fr) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | Dispositif electronique, et procede, de commande d'un drone, programme d'ordinateur associe |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3082012A1 true FR3082012A1 (fr) | 2019-12-06 |
Family
ID=65685413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1854618A Withdrawn FR3082012A1 (fr) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | Dispositif electronique, et procede, de commande d'un drone, programme d'ordinateur associe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3082012A1 (fr) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3281870A1 (fr) * | 2016-08-11 | 2018-02-14 | Parrot Drones | Procédé de capture d'une vidéo par un drone, programme d'ordinateur, et système électronique de capture d'une vidéo associés |
| US20180115721A1 (en) * | 2015-12-31 | 2018-04-26 | ZEROTECH (Shenzhen) Intelligence Robot Co., Ltd. | Image capturing system and method of unmanned aerial vehicle |
-
2018
- 2018-05-30 FR FR1854618A patent/FR3082012A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180115721A1 (en) * | 2015-12-31 | 2018-04-26 | ZEROTECH (Shenzhen) Intelligence Robot Co., Ltd. | Image capturing system and method of unmanned aerial vehicle |
| EP3281870A1 (fr) * | 2016-08-11 | 2018-02-14 | Parrot Drones | Procédé de capture d'une vidéo par un drone, programme d'ordinateur, et système électronique de capture d'une vidéo associés |
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