pour la cartographie sanitaire des vignobles
2.2.1 Un cahier des charges adapté à l’épidémiosurveillance
L’instrumentation utilisée pour acquérir les images de vigne à partir desquelles l’état sanitaire est évalué doit répondre à certaines contraintes inhérentes à l’épidémiosurveillance et aux méthodes de traitement d’images. Premièrement, il faut pouvoir observer la vigne dans son plan de palissage. En effet la vigne est une culture conduite en « haie foliaire », i.e. la majorité de sa surface foliaire est présente dans le plan vertical. C’est aussi dans ce plan que sont présents les fruits sur lesquels on peut également observer des symptômes. Ils peuvent se révéler cruciaux lors d’épidémies sévères qui causent des pertes importantes de récolte. Il est donc préférable d’utiliser un capteur terrestre plutôt qu’un vecteur aérien comme un drone afin d’observer la vigne de face plutôt que du dessus. En outre, les symptômes du mildiou et plus généralement des pathologies cryptogamiques sont de petite taille, de l’ordre de quelques centimètres voire quelques millimètres pour les symptômes précoces les plus discrets. Il faut donc être en mesure de réaliser des acquisitions de proximité pour garantir une résolution spatiale suffisante pour observer les détails caractérisant les symptômes à l’étude. De plus l’épidémiosurveillance nécessite en principe une observation fréquente des parcelles avec une couverture dense afin de pouvoir détecter les symptômes au plus proche du début d’une épidémie. Il convient donc d’utiliser un capteur automatisé et embarqué sur un engin pouvant parcourir le vignoble dans la journée. Concernant la nature du capteur, les éléments du chapitre 1 mènent à considérer un imageur couleur, puisque les pathologies
2.2. Instrumentation : un capteur embarqué autonome pour la cartographie sanitaire des vignobles
interagissent principalement avec la lumière dans le visible pour former des symptômes dûs aux modifications spatiales dans la pigmentation des feuilles. Par ailleurs, l’évaluation de l’état sanitaire à partir d’images repose sur les propriétés statistiques des images. Il s’agit de modéliser différents types de tissus sains et de tissus symptomatiques afin d’établir une règle de décision. Pour ce faire, les images obtenues doivent être les plus homogènes possibles en termes de résolution, de distance et d’angle de capture et surtout d’illumination. Cette homogénéité permet de préserver les propriétés intrinsèques aussi bien des motifs sains que des motifs symptomatiques des tissus telles qu’on peut les observer à l’œil nu. Ainsi les variabilités mesurées dans les images sont majoritairement issues des caractères propres aux tissus plutôt qu’aux sources de variabilité externes. L’obtention de ce pré-requis n’est pas une tâche triviale en particulier dans les conditions non contrôlées du travail en plein champ où les conditions météorologiques et la lumière naturelle peuvent être très variables entre les dates d’acquisition et même au cours du suivi d’une parcelle.
2.2.2 Composition du dispositif d’acquisition
Le dispositif utilisé, issu du projet EARN7 (Germain et al., 2016), est composé d’une caméra RGB industrielle d’une résolution de 5 Mpx (2584 × 1936) Basler Ace (acA2500-14gc GigE). Cette caméra possède des propriétés nécessaires aux conditions d’acquisition. Cette caméra est robuste aux contraintes de l’environnement agricole telles que les écarts de tem-pérature élevés, la poussière et l’humidité. Cette caméra est aussi équipée d’un obturateur de type « global shutter », qui contrairement aux caméras grand public(« rolling shutter »), permet d’exposer simultanément l’ensemble de la matrice de capteurs photosensibles. Cette propriété permet de réaliser des photographies sur des temps très courts (< 100µs) avec une exposition lumineuse homogène et mieux contrôlée de tous les pixels d’une même image. Cette gestion de l’exposition permet d’obtenir des clichés nets même si la caméra est en mouvement ou lorsqu’elle subit des vibrations importantes, ce qui permet de réaliser l’ac-quisition depuis un engin agricole au travail. De plus, la possibilité de réaliser un cliché sur un temps d’exposition très court permet de mieux contrôler la variabilité de l’illumination naturelle. En effet, la caméra est associée à un puissant flash au xénon de 58 GN8 (Neewer speedlite 750ii) qui permet d’émettre de la lumière à fréquence élevée (jusqu’à 50Hz). Cette association permet de s’affranchir des variations des conditions lumineuses naturelles. En effet, elle permet d’obtenir des images avec une illumination standard tout au long de la
7. Estimation Automatique des RendemeNts
8. le Guide Number correspond à la distance exprimée en pieds à laquelle l’intensité lumineuse émise correspond à la norme d’exposition ISO 10157
campagne d’acquisition, quelles que soient les variations de la couverture nuageuse, de l’en-soleillement ou des ombres portées. Cette association permet aussi de créer un effet de « nuit américaine » : le premier plan des images qui contient la végétation d’intérêt est illuminé tandis que le second plan qui contient des éléments non pertinents ou la végétation des autres rangs de culture est rendu obscur par la courte portée du système d’éclairage.
Le dispositif est complété par un récepteur GNSS9 qui permet de positionner les images dans les parcelles et de retrouver les pieds photographiés. Les coordonnées du capteur per-mettent aussi de déterminer s’il se trouve dans une parcelle d’intérêt ou si aucune acquisition ne doit être réalisée. De plus, le dispositif contient un télémètre à ultrasons qui permet de détecter la présence d’un pied de vigne à photographier ou s’il s’agit d’un pied manquant. Le télémètre permet également de mesurer la distance à la cible et ainsi de déterminer la taille des pixels des images. Enfin le capteur est complété d’un micro-ordinateur industriel conçu autour d’un processeur ARM à quatre cœurs qui permet de contrôler l’acquisition en fonction des données du GNSS et du télémètre et de stocker les images et les métadonnées. Tous ces éléments sont alimentés par une batterie 12V et fixés au sein d’un boîtier étanche pour former le dispositif d’acquisition présenté à la figure 7(b).
(a) Montage du capteur sur un tracteur vigne (b) Les éléments du capteur
Figure7: Instrumentation : système d’acquisition viticole autonome (issu du projet EARN)