Brevet FR3090133A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Système de prise de vue pour le phénotypage racinaire plein champ. [0001] Le phénotypage qui consiste à travailler sur les caractères physiques exprimés par une plante en fonction de son génotype et de son environnement est une discipline en pleine expansion. [0002] Si les premiers systèmes se sont essentiellement intéressés au aspects aériens des plantes en particulier avec l'utilisation de clrones ou de robots, on voit depuis plusieurs années apparaître des systèmes de phénotypage racinaire. Il est clair que visualiser les parties souterraines de plantes s'avère plus complexe que visualiser les parties aériennes. Des premiers essais destructifs ont été effectués et consistent simplement à un stade de développement donné d'arracher le végétal, généralement de nettoyer les racines, éventuellement de les ordonner puis de les imager. Les systèmes qui sont apparus, au contraire, s'efforcent de ne pas être destructif et de suivre le développement racinaire tout le long du cycle de vie de la plante. [0003] Il existe essentiellement deux types de systèmes : [0004] - Phénotypage en milieu contrôlé [0005] Ce type de phénotypage consiste à faire croître des végétaux dans un milieu contrôlé, à savoir généralement un rhizotron. Ce type de dispositif est conçu pour apporter à la plante les éléments nécessaires à sa croissance tout en offrant une facilité de prise de vue. Les rhizotrons peuvent cylindriques ou parallélépipédiques et présentent des parois transparentes. Les analyse se font généralement dans le domaine visible mais on trouve des dispositifs travaillant dans le domaine UV. IR et X. [0006] - Phénotypage plein champ [0007] Ce deuxième type de phénotypage est réalisé en plein champ avec un minimum d'équipement afin d'être au plus proche d'une croissance naturelle des végétaux. [0008] Des essais sont actuellement conduits avec l'utilisation de rayonnement X ou d'ultra-sons mais il n'existe pas de dispositif commercial. En revanche on trouve un système relativement simple qui est constitué d'un tube transparent enfoncé dans le sol de manière oblique qui permet ainsi de créer un champ de visualisation pouvant fournir des indications sur l'état racinaire. En effet, des racines peuvent se développer autour du tube et il suffit alors d'imager la surface extérieure du tube pour pouvoir généralement par traitement d'image obtenir des informations quantitatives et qualitatives sur la croissance en terre du végétal. [0009] Le système imageur est généralement constitué d'une barrette linéaire qui par rotation autour d'un axe sensiblement confondu avec l'axe du tube permet de réaliser 2 une vue panoramique d'une tranche du tube. Le système imagcur est ensuite déplacé dans le tube pour fournir l'image d'une autre tranche et cette opération est répétée pour obtenir des images de toute la zone utile du tube. Ces image peuvent ensuite être assemblées avant le traitement d'image ultérieur. [0010] Les inconvénients majeurs d'un tel système sont les suivant : [0011] - Nécessité d'assembler les images [0012] - Faible profondeur de champ duc à la faible distance entre l'imageur et les objets imagés [0013] - Temps important d'opération [0014] - Mécanique complexes [0015] - Opérateur sollicité pour le déplacement du capteur et le déclenchement de l'acquisition. [0016] L'invention ici décrite à pour objet de pallier les divers inconvénients précédemment décrits. [0017] Les dessins annexés illustrent l'invention : [0018] [Fig.1] représente une première implantation de l'invention [0019] [Fig.2] représente une seconde implantation de l'invention [0020] La figure 1 représente une section de la cage optique qui descend dans le tube (10) et image les racines lors de la descente et/ou de la remontée. Les principaux constituants de la cage optique sont : [0021] - un ou plusieurs câbles assurant des fonctions mécaniques pour charioter la cage optique à l'intérieur du tube, des fonctions électriques permettant l'alimentation des divers éléments électriques de la cage et des fonctions de transport d'information telles que télécommande de l'éclairage (5) et de la caméra (4) et transfert des images vers un système de traitement, typiquement un système informatique de type PC. [0022] - une paroi tubulaire (2) faite en matériau transparent tel que les verres minéraux ou organique et qui peut également assurer une fonction mécanique en solidarisant les pièces de support (11). L'axe de cette fenêtre est sensiblement confondu avec les axes des éléments (3) et (4). [0023] - un élément optique réfléchissant de révolution autour d'un axe central (3), préféren- tiellement un miroir optique en forme de cône de demi-angle au sommet voisin de 450 . Cet élément optique permet une prise de vue à 360° autour de son axe de révolution et convertit optiquement une tranche cylindrique en un disque ajouré. [0024] - un élément imageur (4) constitué d'un plan focal comprenant 1 ou plusieurs capteurs typiquement de type matriciel et d'un objectif en transmission. L'axe optique est sensiblement confondu avec l'axe optique de l'optique réflexive (3) et l'ensemble permet donc la prise d'image d'une tranche cylindrique en une seule acquisition du plan focal. 3 [0025] - des éléments d'éclairage (5) qui seront préférentiellement de type LEDs et qui peuvent éclairer en direct les objets à imager ou utiliser également l'optique réflexive (3) pour éclairer ces objets. Préférentiellement l'éclairage sera pulsé et synchronisé avec la période d'intégration de l'élément imageur. [0026] La cage se déplace à l'intérieur d'un tube cylindrique transparent (10) et les objets à imager sont situés à l'extérieur de ce tube et généralement en appui avec la surface extérieure. La configuration présentée ici permet d'avoir une profondeur de champ élevée du fait de la distance importante entre r imagcur et les objets imagés. Cette distance peut être ajustée en fonction des caractéristiques de l'optique réflexive (3), de la distance entre les platines (11), de l'objectif et de la taille et résolution du ou des capteurs optiques utilisés. La prise d'image peut être faite en continu ou préférentiellement synchronisée avec la descente ou la remontée de la cage optique. Le dispositif (13) permet de mesurer la distance parcourue par la cage optique dans le tube imageur. Ce capteur peut être un galet presseur associé à un codeur ou tout autre dispositif fournissant une mesure de distance parcourue. Ce capteur peut également être associé au dispositif mécanique de chariotage de la cage optique, en particulier si le chariotage est assuré par un moteur enroulant les câbles (1). On utilisera généralement une synchronisation permettant d'avoir un recouvrement entre deux images successives afin de pouvoir reconstituer facilement une image complète de la surface extérieure du tube (10) et des objets visibles. Les images sont obtenues par l'intermédiaire d'une optique réflexive de révolution et les images obtenues doivent être traitées pour obtenir une image classique correspondant au déroulé de la surface. Ce traitement est classique et procure une image de qualité relativement constante dès lors que la largeur de la couronne image n'est pas trop large. [0027] Une deuxième implantation est également proposé en figure 2. Celle-ci fournit l'avantage essentiel par rapport à la première implantation de ne pas nécessiter une fenêtre optique/mécanique (2) et d'améliorer ainsi la qualité image. La deuxième solution est entièrement autonome et présente des éléments complémentaires. [0028] Les 2 platines (11) sont autonomes et comportent des moyens de déplacement (6) dans le tube. Une solution peut être l'utilisation de roues présentant un coefficient de frottement suffisamment important pour que la platine se déplace sans frottement par rapport à la surface interne du tube. Ces roues ou galets seront préférentiellement au nombre de 3 ou 4 mais d'autres solutions peuvent être envisagés en nombre et forme telle que des chenilles. [0029] Ces éléments sont actionnés pour certains d'entre eux ou tous par des moteurs associés à une logique de pilotage. Il est important en particulier de garantir une assiette relativement stable et si la qualité de la motorisation n'est pas suffisante, il pourra être rajouté sur la plate-forme des senseurs tels que inclinomètre, magnétomètre ou gyroscope. Ce déplacement autonome permet aussi la synchronisation des prises de vue car il est facile de connaître la distance parcourue par le module en utilisant des informations issues du pilotage des éléments moteurs ou des éléments esclave éventuel. Pour illustrer cela, il suffit de considérer un système à quatre roues motrices entraînées par des moteur pas-à-pas synchronisés et de compter le nombre de pas effectués. 11 en serait de même avec un moteur de type brushless et codeur associé ou équivalent. [0030] Pour que le système fonctionne correctement, il faut que la distance entre les deux platines (11) soit constante au cours du déplacement. En effet, cette distance est essentielle pour le chemin optique et ne doit varier d'une valeur supérieure à la profondeur de champ du système diminuée de la profondeur de champ nécessaire à la prise de vue de racine. Pour cela, on pourrait configurer le système en entrée de tube avec la bonne inter-distance et considérer que le déplacement mécanique garantit que cette distance est suffisamment constante tout le long de l'exploration du tube. Préférentiellement, on utilisera un dispositif télémétrique (8) mesurant la distance entre platine et intégré à l'asservissement du dispositif. Il convient aussi de pouvoir échanger des informations entre les platines pour gérer l'asservissement de distance . Pour cela au moins un dispositif de communication préférentiellement sans fil (7) est installé sur les platines. Ce dispositif peut en particulier être optique ou utiliser une transmission radio. [0031] Une source d'énergie (9) est également intégré aux système pour alimenter l'ensemble des éléments nécessitant une alimentation électrique. [0032] Un module (12) permet de gérer le fonctionnement global du système et sera préfé- rentiellement construit autour d'un micro-contrôleur. [0033] A titre d'exemple, on peut donner une séquence de fonctionnement pour obtenir un enregistrement. [0034] - On introduit la platine inférieure dans le tube enterré devant être imagé et le module se déplace d'une distance donnée, typiquement de 8 cm. La platine supérieure est positionnée à l'entrée du tube. On active alors par télécommande son positionnement initial. La platine se déplace alors pour garantir la distance optique optimale entre les platines, typiquement 5 cm. [0035] On déclenche alors les acquisitions et les 2 platines vont se déplacer de manière synchrone et asservis. Tous les 1 cm, une acquisition va être déclenchée et va être directement transmise via le canal sans fil (8) ou stocké localement dans l'unité (12). Le système peut être pré-programmé pour parcourir une distance fixe ou préférentiellement on équipera la platine inférieure d'un dispositif de détection de fin de course (télémètre, interrupteur mécanique, ...). Le système se déplace alors en sens inverse pour être récupéré par l'utilisateur à la sortie du tube. [0036] On peut prévoir des modes automatiques de remontée en cas de dysfonctionnement des organes de contrôle. On peut également prévoir un système filaire permettant de récupérer l'ensemble en cas de défaillance générale. [0037] Les deux implantations ne sont que des exemples et il est évident que l'on peut mixer les éléments entre ces deux exemples pour obtenir des systèmes sur-mesure. 6