WO2021090294A1 - Systeme de traitement de plantes - Google Patents

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WO2021090294A1
WO2021090294A1 PCT/IB2020/060534 IB2020060534W WO2021090294A1 WO 2021090294 A1 WO2021090294 A1 WO 2021090294A1 IB 2020060534 W IB2020060534 W IB 2020060534W WO 2021090294 A1 WO2021090294 A1 WO 2021090294A1
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WO
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spray
camera
treated
ground
nozzle
Prior art date
Application number
PCT/IB2020/060534
Other languages
English (en)
Inventor
Hugo SERRAT
Original Assignee
Bilberry Sas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bilberry Sas filed Critical Bilberry Sas
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Priority to US17/775,134 priority patent/US20220408715A1/en
Publication of WO2021090294A1 publication Critical patent/WO2021090294A1/fr

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M7/00—Special adaptations or arrangements of liquid-spraying apparatus for purposes covered by this subclass
    • A01M7/0089—Regulating or controlling systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4155—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by programme execution, i.e. part programme or machine function execution, e.g. selection of a programme
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45013—Spraying, coating, painting

Definitions

  • the present invention relates generally to systems for the intelligent spraying of plants in agriculture.
  • a spraying system for the treatment of plants in agriculture comprising a spray boom provided with a plurality of spray nozzles supplied by a spray control device, and comprising a set of cameras capable of taking images of a cultivation area, a digital processing device capable of analyzing the images taken by the camera, of identifying plants to be treated and of applying instructions to the spraying control device with a view to spray a product selectively on plants to be treated.
  • a spray nozzle to be activated and an instant of start of spraying is determined as a function of a certain number of parameters including the position of a plant to be treated in an image, the height of the camera relative to the ground, the orientation of the main axis of the camera and the forward speed of the system.
  • the present invention aims to fulfill at least one of the following three objectives:
  • a system for the treatment of plants, in particular in agriculture, comprising a spray boom provided with a plurality of spray nozzles supplied by a spray control device, and comprising a set of cameras capable of taking images. of an area to be treated, a digital processing device capable of analyzing the images taken by the camera, of identifying plants to be treated and of applying instructions to the spraying control device with a view to spraying a product selectively on plants to be treated.
  • each camera being able to take images of the cultivation area, characterized in that it comprises a memory in which are stored correspondence data between a camera frame of reference and a spray frame of reference, and in that the circuit digital processing is able, from said correspondence data, to apply to the images taken by each camera data of s ubdivision of the image into cells corresponding to areas of spraying on the ground by respective spray nozzles, thereby to determine directly from said subdivision data at least one nozzle to be activated and its moment of activation when a plant to be treated is identified in a given cell of the image.
  • the subdivision data comprises a grid having columns of cells corresponding to the trajectory of respective spray nozzles during the advancement of the system, and rows of cells corresponding to instants of spraying.
  • the nozzles are oriented so as to spray a treatment product in a general vertical direction, and the axes of the cameras are inclined obliquely forward and downward with respect to the advancement of the boom.
  • the system comprises a device for dynamically determining at least one geometric parameter of each camera with respect to the ground and for dynamically adjusting the subdivision data as a function of the variations of the geometric parameter (s).
  • the geometric parameter includes a height of each camera measured from the ground.
  • the geometric parameter includes a signal to control the height of each camera in relation to the ground.
  • the processing circuit is able to determine a rate of presence of plant to be treated in each cell where the presence of the plant is determined.
  • the system is able to activate a spray nozzle corresponding to a given cell only if said rate is greater than a threshold.
  • the system is able to activate a spray nozzle corresponding to a given cell as a function of the type of plant identified by the digital processing circuit.
  • the system is able to activate a spray nozzle corresponding to at least one neighboring cell of a cell in which the presence of a plant to be treated is detected.
  • RP generally flat ground in front of the boom (RP), itself positioned at a predetermined height relative to the ground, a reference pattern comprising a marking representative of the anticipated displacement of one or more spray nozzles on the ground during the progress of the system,
  • a method of selective spraying of an area of a field on which a system as defined above is moving is also proposed, characterized in that it comprises the following steps:
  • FIG. 1 is a schematic profile view of part of a system according to the invention moving over an agricultural area to be treated
  • FIG. 2A is a view of an area to be treated taken by a camera of the system of Figure 1,
  • FIG. 2B is a view of the same area with the projection on this area of a virtual subdivision grid
  • FIGS. 3A to 3E are schematic top views of the left half of the inventive spray system in different positions and in different states.
  • a processing system to which the present invention applies is for example that described in document WO2018142371A1 or WO2018154490A1 in the name of the Applicant, to which those skilled in the art will refer for more details.
  • such a system here comprises a tractor T from which extends to the left and to the right a spray boom RP, only the left half of this system being illustrated in Figures 3A to 3E.
  • the boom is equipped with a set of BPi spray nozzles regularly spaced or not and connected by respective control valves to a source of product to be sprayed under pressure, and a set of CAk cameras whose sight axes are plunging towards the 'before, extending preferably, but not necessarily, in vertical planes parallel to a longitudinal axis AL of the system.
  • the system moves over an agricultural area to be treated at V speed. More generally, it can be a system that moves over any type of land to be treated.
  • the lateral pitch of CAk cameras can be independent of the pitch of the nozzles. Its order of magnitude is typically a multiple of the lateral pitch of the nozzles.
  • the system also includes communication and digital CT processing circuits to receive the images captured by the CAk cameras, to determine, typically by learning processes, the presence of weeds in the images taken (by distinguishing them from cultivated species, or on bare ground), and to deliver individual spray control signals to the valves so as to essentially limit product spraying to areas occupied by weeds.
  • WO2018154490A1 describes determining when a valve is actuated based on the position of a weed in a captured image and a number of system parameters.
  • Each camera of such a system as described above captures images of the agricultural area to be treated with a plunging front sight axis which touches the ground at a distance of X meters in front of the camera, and the aperture of the camera is such that the dimension of the part of the area to be treated captured by the image, in the direction of advance of the system, is Y meters, as illustrated in FIGS. 1, 2A and 2B.
  • the digital processing circuits CT of the system are able to subdivide each image taken into a plurality of sub-images or cells according to a subdivision grid G such as illustrated in FIG. 2B and FIGS. 3A-3E, the shape of which is such that each cell in the image corresponds to a rectangular or square sub-area of the agricultural area to be treated.
  • the grid G here adopts a trapezoidal contour shape, the horizontal lines being transverse to the progress of the system and the other lines corresponding to vanishing lines in the bird's eye view generated by the camera. Note that in the case of a camera whose line of sight is oriented vertically, the outline of the grid G is rectantular.
  • the digital processing device takes into account in particular the geometric values defining the position of the camera (orientation of the line of sight along the 3 axes, height of the camera in relation to on the ground, distance between the camera and the spray nozzles
  • the digital processing device can also take into account any distortion of the image (vignetting, etc.) linked to its optics.
  • This subdivision in a first embodiment, is based on the one hand on the spacing between the nozzles, such that the center line MRi of a longitudinal row RLi of the grid G is located directly above a given nozzle BPi. In a particular case, there may be only one longitudinal row.
  • the grid is also based on a temporal subdivision, a delay or spraying delay ATj corresponding to a transverse row RTj of the grid G.
  • an initialization of the system is carried out on the basis of stored digital information typically comprising the position of each nozzle and each camera in a common three-dimensional frame of reference, the viewing angle of each camera (if necessary in the three planes of the frame of reference), a direction (most often vertical) and a pattern (shape of the cone) of spraying the nozzles, the speed V of the system advancement (which can typically be determined in real time and supplied to the system).
  • This information makes it possible in particular to deduce essential information such as the pitch of the nozzles and their relation with the position of the cameras both in the vertical direction, in the lateral direction and in the direction of advance of the system, and in combination with the information.
  • speed V or position of the system, the grid is constructed.
  • the speed or the position can be determined by different types of sensors including inertial unit, precision GPS unit, LIDAR, SLAM type simultaneous location and mapping system, etc.
  • the direction of sight of the camera (s) may be transverse to the direction of advance of the system, or even oblique.
  • an initial calibration of the system can be carried out by placing the spraying system on a flat surface and by affixing to this surface a tarpaulin or flexible sheet having a marking comprising a set of lines representing the trajectories of the nozzles on the ground when the system moves along its path - therefore spaced laterally by a distance equal to the pitch between the nozzles.
  • the system is then moved along this trajectory and the calibration images taken by each of the cameras comprise, on a plain background, a set of lines whose positions in the images correspond to the median lines of the subdivisions of the grid, the longitudinal lines of the latter being able to be determined and stored by simple extrapolation from the median lines captured.
  • the transverse lines of the grid are in turn determined from the camera orientation data, and will most often be horizontal lines in the pixel matrix of the captured images, whose positions in the image are calculated to correspond to intervals at constant ground, and therefore at constant travel times when the system is moving at its set speed.
  • the system can incorporate any other type of initialization or calibration.
  • This subdivision thus achieves a correspondence (“mapping” in English terminology) between each sub-zone of the agricultural zone to be treated, resulting from the subdivision by the grid G, and a pair (nozzle number, spray time).
  • the system determines in real time, by the aforementioned correspondence, which spray nozzle should be. activated, and when it should be activated.
  • the duration of spraying essentially depends on the size of the spray pattern on the ground relative to the size of a cell of the grid between two successive transverse separation lines, as will be described in detail below.
  • the smaller the dimension of the spray pattern in the direction of movement of the system the longer the spray time should be so as to cover the entire subdivision on the ground with sufficient product application.
  • the instant of the start of spraying is determined on the one hand from the position of the subdivision concerned in the grid, and on the other hand from the overall duration required between the moment when an image is captured and where the valve associated with the nozzle to be activated actually opens, this duration generally being a controlled delay constituting an intrinsic parameter of the system, which possibly depends on the position of the nozzle BPi on the ramp RP.
  • the system admits as input not a speed of movement of the system, but an instantaneous position of the system, as permanently determined by a GPS unit of precision, in particular centimetric GPS or other.
  • the lines of transverse subdivisions of the grid G are no longer determined by the measured speed of the system, but from the instantaneous position of the system as a function of time, given by the GPS unit.
  • the correspondence between the subdivision of the agricultural area to be treated and the nozzle spray map may become incorrect.
  • the system calculates a coefficient of weed development or rate of presence of weeds in that cell.
  • this coefficient is the percentage of the area of the subdivision occupied by weeds relative to the total area of the cell.
  • FIGS. 3A to 3E An example of the implementation of this functionality will be illustrated with reference to FIGS. 3A to 3E, on which the main equipment of the system as described above has been illustrated firstly, and secondly the projection on the ground Gk 'of the grid Gk used to subdivide the images taken by the camera CAk, and thirdly hatched areas materializing the presence of plants to be sprayed, typically weeds identified by the processing circuit in the images taken by said camera CAk.
  • Figure 3A illustrates a first phase of the movement of the system, arriving on a region of the area to be treated where such weeds are present and illustrated by dotted circles ADx whose size is related to the size or density of the weeds.
  • Figures 3B and 3C illustrate the position of the system after the elapse of a time equal to approximately 2 x Ai and 4 x At, respectively, where Ai is the spacing between two transverse subdivision lines, with a factor equal to the speed of advance of the system as explained above.
  • Figure 3D the grid Gk 'in relation to the weeds at a given moment in a new situation of presence of weeds.
  • the different sub-zones of the soil corresponding to the respective cells of the grid are designated by a combination of a letter and a number as illustrated.
  • the subdivisions X-1 to X-6 correspond to the paths of six respective spray nozzles BP1 to BP6 aligned substantially on the center of these subdivisions.
  • the AD1 weed zone located in the lower left corner of the figure straddles several subdivisions.
  • the system can also take into account the type of plant to be treated, in particular the type of weed, as detected in a captured image, in particular by modifying the presence level threshold. .
  • the shape of the spray pattern is generally circular, while each cell is rectangular. Consequently, the zone actually sprayed never exactly corresponds to the cell considered.
  • a spray pattern is chosen whose ground area is at least equal to the air of the corresponding cell located directly above the nozzle. In this way, in this case, the No.1 nozzle will continue to spray the weed or the set of weeds even in its part located, at the time of Figure 3D, in cell F1.
  • provision can be made to adjust the instants of the start and end of spraying for a given nozzle so that the zone effectively sprayed covers, in the direction of advance, more than the cells where the rate of coverage by the weeds is above the threshold.
  • the effective spraying starts one cell earlier (on J1) and ends four cells later (on C1 inclusive), so as to ensure a wider spraying than the plant to be treated. herself.
  • This makes it possible, for example, to guarantee, in particular in the event of system drift, wind liable to deflect the cone of sprayed liquid, etc., that the weed zone to be treated is effectively and sufficiently covered.
  • the system will then activate nozzle No. 2 (in this case no nozzle No. 0 because it is located at the end of the ramp) at the same time as nozzle No.
  • This choice of activating sputtering in neighboring cells can also be determined as a function of the type of weed identified in the image captured by the processing circuits.
  • the herbicide treatment is improved by at least one of the following aspects:
  • the present invention finds application in particular in the localized weeding of different types of land: agricultural land, traffic routes, in particular railways, etc.

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Abstract

Descriptif Un système pour le traitement de plantes notamment en agriculture, comprend une rampe de pulvérisation (RP) dotée d'une pluralité de buses de pulvérisation (BPi) alimentées par un dispositif de commande de pulvérisation, et comprenant un ensemble de caméras (CAk) aptes à prendre des images d'une zone à traiter, un dispositif de traitement numérique apte à analyser les images prises par la caméra, à identifier des plantes à traiter et à appliquer des consignes au dispositif de commande de pulvérisation en vue de pulvériser un produit sélectivement sur des plantes à traiter, chaque caméra (CAk) étant apte à prendre des images de la zone de culture. Selon l'invention, le système comprend une mémoire dans laquelle sont mémorisées des données de correspondance entre un référentiel de caméra et un référentiel de pulvérisation, et le circuit de traitement numérique est apte, à partir desdites données de correspondance, à appliquer sur les images prises par chaque caméra (CAk) des données (Gk) de subdivision de l'image en cellules correspondant à des zones de pulvérisation au sol par des buses de pulvérisation respectives, pour ainsi déterminer directement à partir desdites données de subdivision au moins une buse à activer et son instant d'activation lorsqu'une plante à traiter est identifiée dans une cellule donnée de l'image.

Description

Titre
Système de traitement de plantes
Domaine de l’invention
La présente invention concerne d’une façon générale les systèmes pour la pulvérisation intelligente de plantes en agriculture.
Etat de la technique
On connaît déjà par le document WO2018154490A1 au nom de la Demanderesse un système de pulvérisation pour le traitement de plantes en agriculture, comprenant une rampe de pulvérisation dotée d’une pluralité de buses de pulvérisation alimentées par un dispositif de commande de pulvérisation, et comprenant un ensemble de caméras aptes à prendre des images d’une zone de culture, un dispositif de traitement numérique apte à analyser les images prises par la caméra, à identifier des plantes à traiter et à appliquer des consignes au dispositif de commande de pulvérisation en vue de pulvériser un produit sélectivement sur des plantes à traiter.
Dans ce système connu, on détermine une buse de pulvérisation à activer et un instant de début de pulvérisation en fonction d’un certain nombre de paramètres comprenant la position d’une plante à traiter dans une image, la hauteur de la caméra par rapport au sol, l’orientation de l’axe principal de la caméra et la vitesse d’avancement du système.
Résumé de l’invention
La présente invention vise à remplir au moins l’un parmi les trois objectifs suivants :
- simplifier les calculs liés à ces opérations, notamment pour diminuer la consommation de ressources de calcul embarquées,
- fiabiliser l’association entre la localisation d’une plante à traiter et une buse à activer ainsi que l’instant de début de pulvérisation, et - rendre l’implémentation d’un système de reconnaissance de plantes par analyse d’image mieux adaptables à différents systèmes de pulvérisation du marché.
On propose à cet effet un système pour le traitement de plantes notamment en agriculture, comprenant une rampe de pulvérisation dotée d’une pluralité de buses de pulvérisation alimentées par un dispositif de commande de pulvérisation, et comprenant un ensemble de caméras aptes à prendre des images d’une zone à traiter, un dispositif de traitement numérique apte à analyser les images prises par la caméra, à identifier des plantes à traiter et à appliquer des consignes au dispositif de commande de pulvérisation en vue de pulvériser un produit sélectivement sur des plantes à traiter, chaque caméra étant apte à prendre des images de la zone de culture, caractérisé en ce qu’il comprend une mémoire dans laquelle sont mémorisées des données de correspondance entre un référentiel de caméra et un référentiel de pulvérisation, et en ce que le circuit de traitement numérique est apte, à partir desdites données de correspondance, à appliquer sur les images prises par chaque caméra des données de subdivision de l’image en cellules correspondant à des zones de pulvérisation au sol par des buses de pulvérisation respectives, pour ainsi déterminer directement à partir desdites données de subdivision au moins une buse à activer et son instant d’activation lorsqu’une plante à traiter est identifiée dans une cellule donnée de l’image.
Ce système comprend, avantageusement mais facultativement, les caractéristiques additionnelles suivantes, prises individuellement ou en toutes combinaisons que l’homme du métier appréhendera comme étant techniquement compatibles :
* les données de subdivision comprennent une grille possédant des colonnes de cellules correspondant à la trajectoire de buses de pulvérisation respectives lors de l’avancement du système, et des lignes de cellules correspondant à des instants de pulvérisation. * les buses sont orientées de façon à pulvériser un produit de traitement selon une direction générale verticale, et les axes des caméras sont inclinés en oblique vers l’avant et vers le bas par rapport à l’avancement de la rampe.
* le système comprend un dispositif pour déterminer dynamiquement au moins un paramètre géométrique de chaque caméra par rapport au sol et pour ajuster dynamiquement les données de subdivision en fonction les variations du ou des paramètres géométriques.
* le paramètre géométrique comprend une hauteur de chaque caméra mesurée par rapport au sol.
* le paramètre géométrique comprend un signal de commande de hauteur de chaque caméra par rapport au sol.
* le circuit de traitement est apte à déterminer un taux de présence de plante à traiter dans chaque cellule où la présence de la plante est déterminée.
* le système est apte à activer une buse de pulvérisation correspondant à une cellule donnée seulement si ledit taux est supérieur à un seuil.
* le système est apte à activer une buse de pulvérisation correspondant à une cellule donnée en fonction du type de plante identifié par le circuit de traitement numérique.
* le système est apte à activer une buse de pulvérisation correspondant à au moins une cellule voisine d’une cellule dans laquelle la présence d’une plante à traiter est détectée.
Selon un deuxième aspect, on propose un procédé de calibration d’un système tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- appliquer sur un sol généralement plan devant la rampe (RP), elle- même positionnée à une hauteur prédéterminée par rapport au sol, un motif de référence comportant un marquage représentatif du déplacement anticipé d’une ou plusieurs buses de pulvérisation sur le sol lors de l’avancement du système,
- prendre au moins une image avec une caméra correspondant à la buse ou aux buses concernées, et - déterminer à partir de la position du marquage dans la ou chaque image tout ou partie des données de subdivision pour la caméra considérée, pour ladite hauteur prédéterminée.
On propose également un procédé de pulvérisation sélective d’une zone d’un champ sur lequel un système tel que défini plus haut est en déplacement, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- déterminer dans une image prise par une caméra la localisation d’une plante à pulvériser,
- à l’aide des données de subdivision, déterminer directement par le circuit de traitement au moins une buse à activer et un instant de début de pulvérisation pour ou chaque buse à activer.
Brève description des dessins
D’autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 est une vue schématique de profil d’une partie d’un système selon l’invention se déplaçant sur une zone agricole à traiter,
- la Figure 2A est une vue d’une zone à traiter prise par une caméra du système de la Figure 1,
- La Figure 2B est une vue de la même zone avec la projection sur cette zone d’une grille virtuelle de subdivision,
- les Figures 3A à 3E sont des vues schématisées, de dessus, de la moitié gauche du système de pulvérisation de l’invention dans différentes positions et dans différents états.
Description détaillée de formes de réalisation
Un système de traitement auquel s’applique la présente invention est par exemple celui décrit dans le document WO2018142371A1 ou WO2018154490A1 au nom de la Demanderesse, auquel l’homme du métier se reportera pour plus de détails.
Comme le montrent schématiquement les Figures 1 et 3A à 3E, un tel système comprend ici un tracteur T à partir duquel s’étend à gauche et à droite une rampe de pulvérisation RP, seule la moitié gauche de ce système étant illustrée sur les Figures 3A à 3E. Il pourrait également s’agir de tout système mobile de traitement robotisé. La rampe est équipée d’un ensemble de buses de pulvérisation BPi régulièrement espacées ou non et reliées par des vannes de commande respectives à une source de produit à pulvériser sous pression, et un ensemble de caméras CAk dont les axes de visée sont plongeants vers l’avant, en s’étendant de préférence, mais non obligatoirement, dans des plans verticaux parallèles à un axe longitudinal AL du système. Le système se déplace sur une zone agricole à traiter à une vitesse V. Il peut s’agir plus généralement d’un système se déplaçant sur tout type de terrain à traiter.
Le pas latéral des caméras CAk peut être indépendant du pas des buses. Son ordre de grandeur est typiquement un multiple du pas latéral des buses.
Le système comprend également des circuits de communication et de traitement numérique CT pour recevoir les images capturées par les caméras CAk, déterminer, typiquement par des processus à apprentissage, la présence d’adventices dans les images prises (en les distinguant des espèces cultivées, ou sur sol nu), et pour délivrer des signaux individuels de commande de pulvérisation aux vannes de manière à essentiellement limiter la pulvérisation du produit aux régions occupées par des adventices.
Le document WO2018154490A1 décrit la détermination de l’instant auquel une vanne est commandée en fonction de la position d’une adventice dans une image capturée et un certain nombre de paramètres du système.
On va maintenant décrire en détail l’invention.
Chaque caméra d’un tel système tel que décrit ci-dessus capture des images de la zone agricole à traiter avec un axe de visée AV plongeant qui touche le sol à une distance de X mètres en avant de la caméra, et l’ouverture de la caméra est telle que la dimension de la partie de la zone à traiter capturée par l’image, dans le sens d’avancement du système, est de Y mètres, comme illustré sur les Figures 1 , 2A et 2B.
Les circuits de traitement numérique CT du système sont aptes à subdiviser chaque image prise en une pluralité de sous-images ou cellules selon une grille de subdivision G telle qu’illustrée sur la figure 2B et les Figures 3A-3E, dont la forme est telle que chaque cellule dans l’image correspond à une sous-zone rectangulaire ou carrée de la zone agricole à traiter. A cet effet, la grille G adopte ici une forme de contour trapézoïdal, les lignes horizontales étant transversales à l’avancement du système et les autres lignes correspondant à des lignes de fuite dans la vision en perspective plongeante générée par la caméra. A noter que dans le cas d’une caméra dont l’axe de visée est orienté verticalement, le contour de la grille G est rectantulaire. Afin de réaliser cette subdivision en cellules le plus précisément possible, le dispositif de traitement numérique prend en compte en particulier les valeurs géométriques définissant la position de la caméra (orientation de l’axe de visée selon les 3 axes, hauteur de la caméra par rapport au sol, distance entre la caméra et les buses de pulvérisation. De préférence, le dispositif de traitement numérique peut également en compte une éventuelle distorsion de l’image (vignetage, etc.) liée à son optique.
Cette subdivision, dans une première forme de réalisation, est basée d’une part sur l’espacement entre les buses, de telle sorte que la ligne médiane MRi d’une rangée longitudinale RLi de la grille G soit située à l’aplomb d’une buse donnée BPi. Dans un cas particulier, il peut n’y avoir qu’une seule rangée longitudinale. La grille est également basée sur une suvbdivision temporelle, un retard ou délai de pulvérisation ATj correspondant à une rangée transversale RTj de la grille G. A cet effet, une initialisation du système est effectuée à partir d’informations numériques mémorisées comprenant typiquement la position de chaque buse et de chaque caméra dans un référentiel tridimensionnel commun, l’angle de visée de chaque caméra (si nécessaire dans les trois plans du référentiel), une direction (le plus souvent verticale) et un motif (forme du cône) de pulvérisation des buses, la vitesse V d’avancement du système (qui peut typiquement être déterminée en temps réel et fournie au système). Ces informations permettent notamment de déduire les informations essentielles telles que le pas des buses et leur relation avec la position des caméras à la fois en direction verticale, en direction latérale et dans la direction d’avancement du système, et en combinaison avec l’information de vitesse V ou de position du système, la grille est construite. La vitesse ou la position peuvent être déterminés par différents types de capteurs notamment centrale inertielle, unité GPS de précision, LIDAR, système de localisation et de cartographie simultanées de type SLAM, etc. Dans certaines applications, notamment pour le traitement de plantes sur des voies ferrées, la direction de visée de la ou des caméras peut être transversale à la direction d’avancement du système, voire oblique.
Si nécessaire, une calibration initiale du système peut être effectuée en disposant le système de pulvérisation sur une surface plane et en apposant sur cette surface une bâche ou feuille souple possédant un marquage comprenant un ensemble de lignes représentant les trajectoires des buses au sol lorsque le système se déplace selon sa trajectoire - donc espacées latéralement d’une distance égale au pas entre les buses. Le système est alors déplacé selon cette trajectoire et les images de calibration prises par chacune des caméras comportent, sur un fond uni, un ensemble de lignes dont les positions dans l’images correspondent aux lignes médianes des subdivisions de la grille, les lignes longitudinales de cette dernière pouvant être déterminées et mémorisées par simple extrapolation à partir des lignes médianes capturées.
Les lignes transversales de la grille sont quant à elles déterminées à partir des données d’orientation des caméras, et seront le plus souvent des lignes horizontales dans la matrice de pixels des images capturées, dont les positions dans l’image sont calculées pour correspondre à des intervalles au sol constants, et donc à des temps de parcours constants lorsque le système se déplace à sa vitesse de consigne.
Alternativement à la calibration par bâche physique au sol, le système peut incorporer tout autre type d’initialisation ou de calibration.
Cette subdivision réalise ainsi une correspondance (« mapping » en terminologie anglo-saxonne) entre chaque sous-zone de la zone agricole à traiter, issue de la subdivision par la grille G, et un couple (numéro de buse, instant de pulvérisation).
De la sorte, en fonctionnement, lorsqu’une plante devant recevoir une pulvérisation est localisée à un instant t dans une cellule donnée d’une image capturée, le système détermine alors en temps réel, par la correspondance précitée, quelle buse de pulvérisation doit être activée, et à quel instant elle doit l’être.
La durée de pulvérisation dépend quant à elle essentiellement de la dimension du motif de pulvérisation au sol par rapport à la dimension d’une cellule de la grille entre deux lignes de séparation transversales successives, comme on va le détailler dans la suite. En particulier, plus la dimension du motif de pulvérisation dans la direction de déplacement du système est courte, plus la durée de pulvérisation devra être longue de manière à couvrir l’ensemble de la subdivision au sol en appliquant la quantité de produit suffisante.
Par ailleurs, l’instant de début de pulvérisation est déterminé d’une part à partir de la position de la subdivision concernée dans la grille, et d’autre part à partir de la durée globale nécessaire entre le moment où une image est capturée et où la vanne associée à la buse à activer s’ouvre effectivement, cette durée étant en général un délai maîtrisé constituant un paramètre intrinsèque du système, qui éventuellement dépend de la position de la buse BPi sur la rampe RP.
Selon une variante de réalisation, le système admet en entrée non pas une vitesse de déplacement du système, mais une position instantanée du système, telle que déterminée en permanence par une unité GPS de précision, notamment GPS centimétrique ou autre. Dans ce cas, les lignes de subdivisions transversales de la grille G ne sont plus déterminées plus par la vitesse mesurée du système, mais à partir de la position instantanée du système en fonction du temps, donnée par l’unité GPS.
Réajustement de la correspondance images/motifs de pulvérisation
En cours d’opération, la correspondance entre la subdivision de la zone agricole à traiter et la carte de pulvérisation des buses peut devenir incorrecte.
Ceci peut se produire notamment avec les variations de la géométrie du sol et les mouvements de la rampe lorsque le tracteur se déplace sur un terrain irrégulier, ou encore avec une variation de vitesse d’avancement du système.
Dans ce cas, une nouvelle mise en correspondance, de façon dynamique, est nécessaire. Ceci peut être effectué en amenant le dispositif de traitement numérique à recalculer en temps réel les paramètres de la grille G en prenant en compte des facteurs de correction. Ces facteurs sont, de façon non limitative, les suivants :
- les variations d’orientation absolue des caméras, déterminées par exemple à l’aide d’une centrale inertielle équipant la rampe,
- les variations de la distance caméra-sol, mesurées dynamiquement à l’aide de tout dispositif approprié ou encore issues de données de commande de hauteur des caméras lorsque la rampe est équipée de moyens de réglage de hauteur,
- les variations du profil du sol en amont du système (par exemple en lien à la présence de pentes sur un sol accidenté), mesurées dynamiquement par exemple en mesurant la distance rampe-sol d’une part à l’aplomb de la caméra et d’autre part à une certaine distance en avant du système,
- les variations de vitesse d’avancement du système, mesurées par un tachymètre, par une centrale GPS, etc.
Selon un aspect de l’invention, pour décider de déclencher ou non une pulvérisation sur une sous-zone du sol correspondant à une cellule de l’image où la présence d’adventices a été déterminée à partir de l’analyse d’image, le système calcul un coefficient de développement d’adventices ou taux de présence d’adventices dans cette cellule. Dans un exemple de réalisation, ce coefficient est le pourcentage de la surface de la subdivision occupée par des adventices par rapport à la superficie totale de la cellule.
On va illustrer un exemple de mise en œuvre de cette fonctionnalité en référence aux Figures 3A à 3E, sur lesquelles on a illustré de première part les équipements principaux du système tels que décrits plus haut, de seconde part la projection au sol Gk’ de la grille Gk utilisée pour subdiviser les images prises par la caméra CAk, et de troisième part des zones hachurées matérialisant la présence de plantes à pulvériser, typiquement des plantes adventices identifiées par le circuit de traitement dans les images prises par ladite caméra CAk.
La Figure 3A illustre une première phase du déplacement du système, arrivant sur une région de la zone à traiter où de telles adventices sont présentes et illustrées par des cercles pointillés ADx dont la taille est en lien avec la taille ou la densité des adventices.
Les Figures 3B et 3C illustrent la position du système après l’écoulement d’une durée égale à environ 2 x Ai et 4 x At, respectivement, où Ai correspond à l’espacement entre deux lignes de subdivision transversales, avec un facteur égal à la vitesse d’avancement du système comme expliqué plus haut.
La Figure 3D la grille Gk’ en relation avec les adventices à un instant donné dans une nouvelle situation de présence d’adventices. Sur cette figure, les différentes sous-zones du sol correspondant aux cellules respective de la grille sont désignées par une combinaison d’une lettre et d’un chiffre comme illustré. Les subdivisions X-1 à X-6 (X désignant une lettre quelconque) correspondent aux trajectoires de six buses de pulvérisation respectives BP1 à BP6 alignées sensiblement sur le centre de ces subdivisions. La zone d’adventices AD1 située dans le coin inférieur gauche de la figure se situe à cheval sur plusieurs subdivisions.
On observe que le niveau de présence d’adventices dans les subdivisions G1 et H1 est supérieur au seuil de 50%, et que dans les cellules F1, G2 et D2, le niveau de présence est inférieur à ce seuil. En conséquence seule la buse No. 1 sera activée, sur un intervalle de temps correspondant au passage des cellules H1 et G1 (dans l’ordre de l’avancement du système).
Pour décider si une buse de pulvérisation doit être actionnée ou non, le système peut également prendre en compte le type de plante à traiter, notamment type d’adventice, tel que détecté dans une image capturée, notamment en modifiant le seuil de niveau de présence.
Par ailleurs, la forme du motif de pulvérisation est en général circulaire, alors que chaque cellule est rectangulaire. Par conséquent, la zone effectivement pulvérisée ne correspond jamais exactement à la cellule considérée. Avantageusement, on choisit un motif de pulvérisation dont l’aire au sol est au moins égale à l’air de la cellule correspondant située à l’aplomb de la buse. De la sorte dans le cas d’espèce la buse No.1 continuera à pulvériser l’adventice ou l’ensemble d’adventices même dans sa partie située, à l’instant de la Figure 3D, dans la cellule F1.
Selon un autre aspect, on peut prévoir d’ajuster les instants de début et de fin de pulvérisation pour une buse donnée pour que la zone effectivement pulvérisée recouvre, dans la direction d’avancement, davantage que les cellules où le taux de couverture par les adventices est supérieur au seuil.
Ainsi, dans l’exemple illustré sur la Figure 3E, la pulvérisation effective commence une cellule plus tôt (sur J1) et se termine quatre cellules plus tard (sur C1 incluse), de manière à assurer une pulvérisation plus étendue que la plante à traiter elle-même. Ceci permet par exemple de garantir, notamment en cas de dérive du système, de vent susceptible de dévier le cône de liquide pulvérisé, etc., que la zone d’adventice à traiter soit effectivement et suffisamment couverte. Selon un autre aspect encore, lorsqu’une adventice est détectée dans une cellule donnée, on peut prévoir d’activer les buses de pulvérisation adjacentes à la buse associée à cette cellule. Dans l’exemple de la Figure 3E, le système activera alors la buse No. 2 (ici absence de buse No. 0 car on se situe en bout de rampe) en même temps que la buse No. 1 pour couvrir les cellules H2 et G2. (on peut également envisager de couvrir les cellules J2, et F2, etc.). Ce choix d’activer la pulvérisation dans les cellules voisines peut également être déterminé en fonction du type d’adventice identifié dans l’image capturée par les circuits de traitement.
De cette manière, on améliore le traitement herbicide par au moins l’un des aspects suivants :
- prise en compte de la déviation des motifs de pulvérisation par le vent;
- prise en compte des zones d’ombre vis-à-vis de la pulvérisation formées par des chaumes ou autres obstacles,
- pulvérisation sous des angles d’attaque différents pour toucher plus efficacement une adventice notamment de type buissonnant, etc.
Bien entendu, la présente invention n’est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, mais l’homme du métier saura y apporter de nombreuses variantes et modifications.
La présente invention trouve application notamment dans le désherbage localisé de différents types de terrains : terrains agricoles, voies de circulation notamment voies ferrées, etc.

Claims

Revendications
1 . Système pour le traitement de plantes notamment en agriculture, comprenant une rampe de pulvérisation (RP) dotée d’une pluralité de buses de pulvérisation (BPi) alimentées par un dispositif de commande de pulvérisation, et comprenant un ensemble de caméras (CAk) aptes à prendre des images d’une zone à traiter, un dispositif de traitement numérique apte à analyser les images prises par la caméra, à identifier des plantes à traiter et à appliquer des consignes au dispositif de commande de pulvérisation en vue de pulvériser un produit sélectivement sur des plantes à traiter, chaque caméra (CAk) étant apte à prendre des images de la zone de culture, caractérisé en ce qu’il comprend une mémoire dans laquelle sont mémorisées des données de correspondance entre un référentiel de caméra et un référentiel de pulvérisation, et en ce que le circuit de traitement numérique est apte, à partir desdites données de correspondance, à appliquer sur les images prises par chaque caméra (CAk) des données (Gk) de subdivision de l’image en cellules correspondant à des zones de pulvérisation au sol par des buses de pulvérisation respectives, pour ainsi déterminer directement à partir desdites données de subdivision au moins une buse à activer et son instant d’activation lorsqu’une plante à traiter est identifiée dans une cellule donnée de l’image.
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel les données de subdivision comprennent une grille possédant des colonnes de cellules correspondant à la trajectoire de buses de pulvérisation respectives lors de l’avancement du système, et des lignes de cellules correspondant à des instants de pulvérisation.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les buses (BPi) sont orientées de façon à pulvériser un produit de traitement selon une direction générale verticale, en ce que les axes (AV) des caméras (CAk) sont inclinés en oblique vers l’avant et vers le bas par rapport à l’avancement de la rampe.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif pour déterminer dynamiquement au moins un paramètre géométrique de chaque caméra par rapport au sol et pour ajuster dynamiquement les données de subdivision (Gk) en fonction les variations du ou des paramètres géométriques.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le paramètre géométrique comprend une hauteur de chaque caméra mesurée par rapport au sol.
6. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le paramètre géométrique comprend un signal de commande de hauteur de chaque caméra par rapport au sol.
7. Système selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de traitement est apte à déterminer un taux de présence de plante à traiter dans chaque cellule où la présence de la plante est déterminée.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il est apte à activer une buse de pulvérisation correspondant à une cellule donnée seulement si ledit taux est supérieur à un seuil.
9. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu’il est apte à activer une buse de pulvérisation correspondant à une cellule donnée en fonction du type de plante identifié par le circuit de traitement numérique.
10. Système selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il est apte à activer une buse de pulvérisation correspondant à au moins une cellule voisine d’une cellule dans laquelle la présence d’une plante à traiter est détectée.
11. Procédé de calibration d’un système selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- appliquer sur un sol généralement plan devant la rampe (RP), elle- même positionnée à une hauteur prédéterminée par rapport au sol, un motif de référence comportant un marquage représentatif du déplacement anticipé d’une ou plusieurs buses de pulvérisation (BPi) sur le sol lors de l’avancement du système,
- prendre au moins une image avec une caméra (CAk) correspondant à la buse ou aux buses concernées, et
- déterminer à partir de la position du marquage dans la ou chaque image tout ou partie des données de subdivision (Gk) pour la caméra considérée, pour ladite hauteur prédéterminée.
12. Procédé de pulvérisation sélective d’un terrain sur lequel un système selon l’une des revendications 1 à 10 est en déplacement, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- déterminer dans une image prise par une caméra la localisation d’une plante à pulvériser,
- à l’aide des données de subdivision, déterminer directement par le circuit de traitement au moins une buse à activer et un instant de début de pulvérisation pour ou chaque buse à activer.
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