Brevet FR3064099A1 — publié le 20180921

Dispositif de phénotvpaqe Domaine technique La présente invention concerne un dispositif et un procédé de phénotypage de plantes, et en particulier de la partie aérienne de plantes. Etat de la technique Le phénotypage des plantes consiste à évaluer des caractéristiques observables des plantes. La connaissance des caractères observables des plantes permet d'étudier leur corrélation avec des comportements desdites plantes, et finalement de rechercher les plantes les mieux adaptées à une situation déterminée. Par ailleurs, le phénotypage permet de rechercher les corrélations avec les allèles des gènes caractérisés par la génomique et la génétique, et d'identifier ainsi leurs fonctions ainsi que des cibles de sélections variétales efficaces. Il existe un besoin permanent pour de nouveaux dispositifs et procédés efficaces et permettant d'enrichir le phénotype d'une plante. Un but de la présente invention est de répondre, au moins partiellement, à ce besoin. Résumé de l'invention A cet effet, l'invention propose un dispositif comportant : - un oscillateur adapté pour mettre en oscillation libre la partie aérienne d'une plante disposée à un emplacement de test ; - une caméra d'acquisition d'une série d'images de ladite plante ; et - un module d'analyse desdites images configuré pour déterminer, pour chaque image (I) de ladite série, une propriété de ladite image, puis évaluer une caractéristique relative à l'évolution temporelle de ladite propriété. De manière remarquable, ladite propriété de l'image est évaluée par une analyse de l'ensemble des pixels de ladite image, c'est-à-dire sans chercher à identifier, sur la dite image, une zone spécifique, par exemple correspondant à ladite plante ou à une marque disposée sur ladite plante. 3064099 2 Comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, cette analyse globale de l'image permet une évaluation extrêmement rapide de ladite propriété. La caractéristique relative à l'évolution temporelle de ladite propriété peut donc être évaluée rapidement. En outre, la propriété ainsi évaluée correspond à un 5 caractère de la plante qui, jusqu'à la présente invention, n'était pas utilisé pour le phénotypage. Le phénotype en est avantageusement enrichi. De préférence, un dispositif selon l'invention comporte encore une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes : ladite propriété de ladite image est une fonction de la somme des produits des 10 valeurs de pixel Vu x V' pour pour l'ensemble des pixels Pu et Pu' de la dite image et d'une image de référence, respectivement, i et j désignant les numéros de ligne et de colonne d'un pixel, respectivement ; ladite caractéristique relative à l'évolution temporelle de ladite propriété est une fréquence fondamentale ou une fréquence fondamentale ou une fréquence 15 supérieure de l'oscillation ou un amortissement associé à ladite fréquence fondamentale ou à ladite fréquence supérieure ; l'oscillateur est un injecteur de gaz ; l'oscillateur est configuré de manière à générer des impulsions de gaz qui durent moins de 1 seconde ; 20 l'injecteur de gaz comporte plus de 2 buses d'injection, de préférence alignées verticalement ; la caméra est configurée pour acquérir plus de 30 images par seconde ; le dispositif comporte au moins une caméra orientée vers le bas, de préférence disposée sensiblement au-dessus de l'emplacement de test ; 25 le dispositif comporte un fond de couleur uniforme, disposé de manière que la plante s'étende entre la caméra et ledit fond ; le dispositif comporte une source lumineuse comportant un ensemble de diodes électroluminescentes orientées de manière à éclairer ladite plante ; l'éclairage fourni par ladite source lumineuse est orienté vers ledit fond ; le dispositif comporte un plateau horizontal monté à rotation autour d'un axe vertical, et un moteur, de préférence électrique, commandé par un module de 3064099 3 commande configuré pour entrainer en rotation ledit plateau horizontal autour dudit axe vertical. L'invention concerne aussi un procédé de phénotypage, dans lequel, pour chaque plante d'une pluralité de plantes, on évalue, au moyen d'un dispositif selon 5 l'invention, une caractéristique relative à l'évolution temporelle d'une même dite propriété, puis on compare ladite caractéristique à un caractère et/ou à un comportement de la plante afin de déterminer une corrélation entre ladite caractéristique et ledit caractère et/ou comportement. Par exemple, le procédé permet de mesurer les fréquences fondamentales 10 d'oscillation de différentes variétés de blés, sous l'effet d'une impulsion donnée par l'oscillateur, puis de comparer les fréquences fondamentales ainsi obtenues à la capacité des blés à résister à la tempête sans se coucher. Définitions La « fréquence fondamentale » d'un signal est classiquement la fréquence du 15 premier mode propre vibratoire. Les « fréquences supérieures » sont classiquement les fréquences des modes propres vibratoires d'ordres supérieurs. Sauf indication contraire, les verbes « comporter », « présenter » ou « comprendre » doivent être interprétés de manière non restrictive. 20 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et l'examen du dessin annexé, dans lequel la figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention. Description détaillée 25 La figure 1 représente un dispositif 10 de phénotypage d'une plante P selon l'invention. 3064099 4 Le dispositif 10 comporte une cabine 12 dans laquelle la plante P est disposée, une source lumineuse 14, un oscillateur 16, une caméra 18 et un module d'analyse 20. La cabine 12 comporte un plateau horizontal 22 et un fond 24 s'étendant 5 sensiblement perpendiculairement à l'axe optique 0 de la caméra 18. De préférence, le plateau horizontal 22 est mobile en rotation autour d'un axe vertical V. De préférence, il est entrainé en rotation par un moteur 25. Les racines de la plante P poussent dans un substrat, par exemple de la terre, contenu dans un pot 26 posé sur le plateau horizontal 22. La plante P est placée à 10 un emplacement de test E, de manière à s'étendre entre la caméra 18 et le fond 24. Le fond 24 est de préférence d'une couleur uniforme, par exemple noir. La source lumineuse 14 est agencée de manière à éclairer la plante P. De préférence, la source lumineuse est constituée de diodes électroluminescentes (LED). Avantageusement, l'éclairage est continu, ce qui permet d'utiliser une 15 caméra 18 à grande vitesse, sans que la qualité des images soit perturbée par une variation de l'intensité de l'éclairage. De préférence encore, la source lumineuse 14 est constituée d'une ou plusieurs barrettes de LED, éclairant la plante P vers le fond 24. L'oscillateur 16 est de préférence un injecteur de gaz G, de préférence d'air, 20 agencé de manière que des jets de gaz soient injectées dans la cabine en direction de la plante P. Les jets de gaz produits, ou « impulsions de gaz », sont fugaces et durent de préférence moins de 3 s, de préférence moins de 2 s, de préférence moins d'une seconde, de préférence moins de 0,5 s. Avantageusement, la mise en oscillation de la plante autour de sa position de 25 repos est ainsi possible sans contact avec la plante P, ce qui évite de l'abîmer. En outre, l'utilisation d'impulsions d'air est techniquement simple à réaliser et à contrôler. De préférence encore, l'oscillateur 16 comporte un circuit d'injection 30 comportant, de l'amont vers l'aval, une source de gaz sous pression 32, une 30 vanne 34 et une buse 36 apte à injecter ledit gaz suivant un axe d'injection J. De préférence, le dispositif comporte plusieurs circuits d'injection 30, de préférence 3064099 5 plus de deux, plus de trois circuits d'injection. Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif comporte quatre circuits d'injection, les buses 36 de ces circuits étant alignées verticalement et orientées de manière que leurs axes d'injection J soit sensiblement horizontaux. De préférence, les différents circuits 5 d'injection 30 sont alimentés par une source de gaz 32 commune, par exemple une bouteille sous pression. Les caractéristiques de l'oscillateur 16 sont adaptées en fonction de l'oscillation que l'on souhaite imposer à la plante P. En particulier, le débit, la vitesse et la direction d'injection du gaz injecté peuvent être modifiés. 10 Dans un mode de réalisation, la pression de la source de gaz est comprise entre 3 et 7 bar et/ou le diamètre de la buse d'injection est compris entre 2 et 10 mm. La caméra 18 est de préférence configurée pour acquérir plus de 30, de préférence plus de 50 images par seconde. La caméra 18 comporte un ensemble de capteurs élémentaires, classiquement 15 sous la forme d'une matrice rectangulaire. A un instant d'acquisition d'une image, chaque capteur élémentaire mesure une caractéristique de la lumière qu'il reçoit, en particulier la luminosité. Toujours classiquement, la caméra transforme les signaux élémentaires en une valeur pour un pixel de l'image, ou « valeur de pixel ». 20 Dans le mode de réalisation préféré, chaque image est ainsi constituée d'un ensemble de pixels dont la valeur est déterminée en fonction des caractéristiques de la lumière reçue par un capteur élémentaire correspondant. De préférence, le dispositif comporte encore un module de commande 17 des vannes 34, par exemple sous la forme d'un automate. Sur la figure, les lignes de 25 commande sont représentées en traits pointillés. De préférence, le module de commande 17 commande - la caméra 18 afin de synchroniser son fonctionnement avec celui de l'oscillateur, et en particulier pour qu'elle ne commence à acquérir des images qu'après la mise en oscillation de la plante P, et/ou 3064099 6 - le module d'analyse 20 afin de synchroniser son fonctionnement avec celui de la caméra 18, et/ou - la source lumineuse 14, de préférence en fonction du fonctionnement de la caméra 18, et/ou 5 - le moteur 25, de préférence de manière à orienter la plante autour de l'axe V, conformément à une consigne fournie par l'opérateur. Dans un mode de réalisation préféré, le module de commande 17 comporte un ou plusieurs programmes déterminant les propriétés des impulsions de gaz, et en particulier les instants et les durées d'ouverture des vannes 34, ainsi que la 10 chronologie de fonctionnement de la caméra 18, voire des sources lumineuses 14. Par exemple, le module de commande 17 peut être programmé de manière à commander les vannes 34 afin qu'elles injectent des impulsions de gaz vers la plante P, de préférence suivant un cycle préprogrammé, par exemple toutes les 10 s pendant 1 minute. 15 La plante P ne présentant pas une géométrie de révolution autour de l'axe vertical V, et sa masse n'étant pas distribuée de manière homogène autour de cet axe, son comportement oscillatoire dépend de son orientation par rapport à l'oscillateur. Dans un mode de réalisation, le module de commande 17 est programmé de manière à commander le moteur 25 afin qu'il oriente la plante P 20 suivant une orientation prédéfinie. Le module d'analyse 20 reçoit les images I acquises par la caméra 18. Plus précisément, pour chaque image acquise, il reçoit l'ensemble des valeurs de la lumière reçue par les capteurs élémentaires. Dans un mode de réalisation, chaque capteur élémentaire mesure une valeur de 25 la lumière reçue correspondant à une seule couleur (image monochrome). Les valeurs de pixel des pixels de l'image sont alors égales aux valeurs de la lumière reçue par les capteurs élémentaires correspondant. Dans un mode de réalisation préféré, chaque capteur élémentaire mesure trois valeurs de la lumière reçue correspondant à trois couleurs, classiquement rouge, 30 vert et bleu. Le module d'analyse 20 ne reçoit alors pas les valeurs de pixel, mais 3064099 7 transforme les trois valeurs de la lumière reçue en une valeur de pixel unique, appelée « niveau de gris », classiquement en effectuant leur somme. Selon l'invention, le module d'analyse 20 effectue une opération globale, sur l'ensemble des pixels d'une image pour déterminer une propriété de l'image. Le 5 traitement d'un pixel lors de cette opération ne dépend pas de la nature de l'objet représenté par ledit pixel. En particulier, le module d'analyse ne cherche pas à identifier des pixels particuliers de l'image, qui correspondraient par exemple à la plante P ou à une marque qui aurait été appliquée sur la plante P. Autrement dit, le module d'analyse 20 effectue une analyse « en aveugle », indépendamment de 10 l'objet de l'image. On note Vu la valeur de pixel du pixel Pu sur l'image I traitée par le module d'analyse 20, et Vu' la valeur de pixel du pixel Pu' sur une image de référence I', i et j correspondant aux coordonnées du pixel de l'image considérée (numéros de ligne et de colonne du pixel). L'image de référence I' est de préférence l'image de 15 la plante dans la position de repos, c'est-à-dire alors qu'elle est immobile, avant d'être mise en oscillation. De préférence, le module d'analyse 20 effectue la somme S(I) des produits des valeurs Vu x V'u pour l'ensemble des pixels Pu et Pu'. Cette somme est maximale (Smax) lorsque l'image analysée I est l'image de référence I'. Elle fournit donc une 20 indication sur la corrélation entre l'image analysée et l'image de référence. De préférence encore, ladite somme est normée, c'est-à-dire divisée par la somme Smax des produits des valeurs Vu' x V'u pour l'ensemble des pixels Pu et Pu'. La somme normée S*(I) (égale à S(I)/Smax) constitue ainsi une propriété de l'image I comprise entre 0 (décorrélation totale) et 1 (corrélation totale). 25 Le module d'analyse 20 détermine la propriété pour chacune des images I transmises successivement par la caméra. L'évolution temporelle de la propriété S*(I) présente des oscillations qui correspondent aux mouvements d'oscillation de la plante. L'analyse de la propriété permet ainsi de caractériser la façon dont la plante oscille en réponse à l'action de l'oscillateur. 30 De préférence, on analyse l'évolution temporelle de la propriété afin de déterminer la fréquence fondamentale et/ou une ou plusieurs fréquences supérieures de 3064099 8 l'oscillation, et/ou un amortissement associé à ladite fréquence fondamentale ou à ladite ou aux dites fréquences supérieures. Toutes les méthodes d'analyse connues sont applicables pour déterminer cette fréquence fondamentale. Il est également possible de mesurer la durée entre deux 5 passages par 1 de la courbe représentant l'évolution temporelle de la propriété. La fréquence fondamentale d'oscillation peut alors être évaluée comme l'inverse de deux fois cette durée. De préférence, le module de commande 17 est programmé de manière à effectuer une série de tests sur la plante, en faisant varier des paramètres, et en particulier 10 les circuits d'injection 30 sollicités et/ou l'ouverture des vannes 34 et/ou le nombre et la position des sources lumineuses éclairant la plante P et/ou l'orientation de la plante autour de l'axe vertical V. Dans un mode de réalisation préféré, la même plante est soumise à plusieurs tests qui ne diffèrent que par l'orientation de la plante autour de l'axe V. De 15 préférence, à chaque test, le module de commande 17 commande le moteur 25 de manière à faire tourner le plateau horizontal 22 d'un angle prédéterminé. Le traitement des résultats obtenus pour les différents tests permet avantageusement de s'affranchir du biais associé à l'orientation de la plante. Ce traitement peut consister, par exemple, à faire la moyenne des valeurs des caractéristiques 20 relatives à l'évolution temporelle de la propriété mesurées grâce à ces tests. Comme cela apparaît clairement à présent, l'invention fournit un moyen simple et rapide pour caractériser une plante, et en particulier pour évaluer un comportement oscillatoire d'une plante. L'étude des corrélations entre ce comportement oscillatoire et un comportement de la plante dans un 25 environnement particulier, par exemple sa résistance dans un environnement hostile, facilite avantageusement la recherche des plantes les plus performantes dans cet environnement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à des fins illustratives seulement. 30 En particulier, dans un mode de réalisation, le dispositif comporte plusieurs caméras, par exemple deux caméras. De préférence, le dispositif comporte au 3064099 9 moins une caméra orientée vers le bas, de préférence sensiblement verticalement, de préférence encore disposée à une altitude supérieure à l'altitude du sommet de la plante. La caméra peut ainsi observer la plante « par le dessus ». Des essais ont montré que l'analyse des images ainsi acquises permet 5 de caractériser l'évolution temporelle de la propriété avec une meilleure précision. La propriété n'est pas non plus limitée à S(I) ou S*(I). Par exemple, elle peut être issue d'une décomposition biorthogonale ou d'une décomposition en mode dynamique, en anglais « Dynamic mode decomposition », appliquées sur la matrice des valeurs de pixel V. Ces décompositions sont bien connues de 10 l'homme du métier. 15 REVENDICATIONS10 1. Dispositif comportant : un oscillateur (16) adapté pour mettre en oscillation libre la partie aérienne d'une plante (P) disposée à un emplacement de test (E) ; une caméra (18) d'acquisition d'une série d'images de ladite plante ; et un module d'analyse (20) desdites images configure pour déterminer, pour 15 chaque image (I) de ladite série, et par une analyse de l'ensemble des pixels de ladite image (I), une propriété (S*(I)) de ladite image, puis évaluer une caractéristique relative à l'évolution temporelle de ladite propriété. 2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ladite propriété de ladite image (I) est une fonction de la somme (S) des produits des valeurs de 20 pixel V1,1 x V'i pour l'ensemble des pixels Pii et Pu' de ladite image (I) et d'une image de référence (I'), respectivement, i et j désignant les numéros de ligne et de colonne d'un pixel, respectivement. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite caractéristique relative à l'évolution temporelle de ladite 25 propriété est une fréquence fondamentale ou une fréquence supérieure de l'oscillation ou un amortissement associé à ladite fréquence fondamentale ou à ladite fréquence supérieure. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'oscillateur est un injecteur de gaz. 3064099 11 5. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l'oscillateur est configuré de manière à générer des impulsions de gaz durant moins de 1 seconde. 6. Dispositif selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel l'injecteur de gaz comporte plus de 2 buses d'injection (36) alignées verticalement. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la caméra est configurée pour acquérir plus de 30 images par seconde. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins une caméra orientée vers le bas, de préférence disposée sensiblement au-dessus de l'emplacement de test. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un fond (24) de couleur uniforme, disposé de manière que la plante s'étende entre la caméra et ledit fond. 10. Dispositif selon la revendication précédente, comportant une source lumineuse (14) comportant un ensemble de diodes électroluminescentes orientées de manière à éclairer ladite plante (P), l'éclairage étant orienté vers ledit fond (24). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un plateau horizontal (22) monté à rotation autour d'un axe vertical (V), et un moteur (25) commandé par un module de commande (17) configuré pour entrainer en rotation ledit plateau horizontal autour dudit axe vertical. 12. Procédé de phénotypage, dans lequel, pour chaque plante d'une pluralité de plantes, on évalue, au moyen d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, une caractéristique relative à l'évolution temporelle d'une même dite propriété, puis on compare ladite caractéristique à un caractère de la plante afin de déterminer une corrélation entre ladite caractéristique et ledit caractère.