Brevet FR3126850A1 — publié le 20230317

TÊTE OPTIQUE POUR SYSTÈME AGRICOLE DE PULVÉRISATION LOCALISÉE L’invention se situe dans le domaine de la pulvérisation agricole localisée à l’aide d’un engin agricole. Elle concerne un système de pulvérisation localisée et une tête optique pour ce système. Selon l’invention, la tête optique comprend : un objectif (120) agencé pour capter un flux lumineux d’une scène selon un axe optique (X), un premier capteur optique agencé pour recevoir le flux lumineux capté par l’objectif et générer des images de la scène dans au moins une première bande spectrale d’acquisition, et un premier ensemble (160) de M sources lumineuses (161), avec M supérieur ou égal à 3, chaque source lumineuse étant agencée pour émettre en direction de la scène un faisceau de lumière dans une première bande spectrale d’éclairage, la première bande spectrale d’éclairage couvrant au moins en partie la première bande spectrale d’acquisition, les sources lumineuses (161) étant montées autour de l’axe optique (X) de l’objectif. Figure à publier : figure 1 TÊTE OPTIQUE POUR SYSTÈME AGRICOLE DE PULVÉRISATION LOCALISÉE L’invention se situe dans le domaine de la pulvérisation agricole et, plus précisément, de la pulvérisation localisée à l’aide d’un engin agricole en fonction de données captées en temps réel. Elle concerne un système de pulvérisation localisée et une tête optique pour ce système de pulvérisation localisée. État de la technique antérieure La pulvérisation agricole a pour objectif d’appliquer sur des cultures différents produits de traitement visant de manière générale à augmenter leur croissance, leur rendement et/ou leur qualité. Les produits de traitement peuvent notamment être utilisés pour désherber, lutter contre les maladies, l’invasion d’insectes ou de parasites, et apporter les éléments nutritifs nécessaires au bon développement des cultures. Un système de pulvérisation comprend, de manière classique, une cuve agencée pour contenir un produit de traitement, éventuellement dilué, une rampe de pulvérisation comportant une pluralité de tronçons de pulvérisation équipés chacun d’une buse de pulvérisation, et un circuit hydraulique reliant la cuve aux différents tronçons de pulvérisation. La rampe de pulvérisation s’étend généralement selon un axe transversal par rapport à une direction longitudinale selon laquelle l’engin agricole évolue sur la parcelle. Le circuit hydraulique peut notamment comporter une pompe agencée pour aspirer du produit de traitement dans la cuve et le conduire vers la rampe de pulvérisation, et un régulateur de pression agencé pour maintenir la pression dans le circuit hydraulique à une pression seuil prédéterminée. Chaque buse de pulvérisation est agencée pour pulvériser du produit de traitement sur une largeur prédéterminée de la parcelle définie selon l’axe transversal. Dans un objectif de réduire l’utilisation des produits de traitement, les systèmes de pulvérisation ont été adaptés afin de permettre un traitement localisé des parcelles. Par traitement localisé, on entend une pulvérisation du produit uniquement sur les zones de la parcelle nécessitant effectivement un traitement. À cet effet, chaque tronçon de pulvérisation est également équipé d’un distributeur agencé pour prendre une position d’ouverture, dans laquelle une circulation du produit est possible depuis la cuve jusqu’à la buse de pulvérisation correspondante, et une position de fermeture, dans laquelle ladite circulation est bloquée. Les différents distributeurs peuvent être commandés individuellement. Le système de pulvérisation comporte en outre un système d’acquisition d’images et une unité de commande. Le système d’acquisition d’images est monté sur l’engin agricole et comporte au moins une caméra agencée pour acquérir des images de la parcelle quelques secondes avant le passage du système de pulvérisation. Généralement, il comporte une pluralité de caméras réparties le long d’un deuxième axe transversal par rapport à la direction longitudinale, de sorte à couvrir toute la largeur susceptible d’être traitée par le système de pulvérisation. L’unité de commande est configurée pour déterminer des zones effectives à traiter à l’aide d’un traitement d’images effectué en temps réel sur les images acquises par le système d’acquisition d’images, et pour commander individuellement chacun des distributeurs selon les zones effectives à traiter. Pour un traitement efficace des images acquises par les caméras, et donc une pulvérisation adéquate de la parcelle, les images doivent être de bonne qualité. En particulier, elles doivent présenter un faible niveau de bruit et une exposition correcte. En pratique, cela implique généralement d’éclairer la scène à imager. Un apport de lumière est évidemment indispensable lorsque la pulvérisation est effectuée de nuit. Il peut également être souhaitable en cas de faible luminosité, ou en présence de zones d’ombre, notamment au lever et au coucher du soleil. Une solution pour éclairer l’ensemble de la scène imagée par les différentes caméras consiste à installer des projecteurs sur la rampe de pulvérisation. Afin d’éviter la formation d’ombres selon des axes distincts de l’axe de prise de vue de chaque caméra, un projecteur peut être associé à chaque caméra et agencé de manière à former un faisceau lumineux dont l’axe principal de propagation est aussi proche que possible de l’axe de prise de vue de la caméra. Toutefois, par construction, l’axe du faisceau lumineux et l’axe de prise de vue de la caméra ne peuvent être exactement confondus. Dans la mesure où les projecteurs sont relativement proches de la scène éclairée, ce décalage axial engendre l’apparition de zones d’ombre dans les images. Il s’ensuit des difficultés pour le traitement des images. Un but de l’invention est donc de proposer une solution pour acquérir des images d’une scène éclairée de façon homogène, sans zones sombres liées à la formation d’ombres par la source d’éclairage. Cette solution doit présenter des coûts de conception, de fabrication et de maintenance compatibles avec une utilisation à échelle industrielle. À cet effet, l’invention repose sur l’utilisation de plusieurs sources lumineuses montées autour de la caméra, de sorte que les faisceaux de lumière émis par les différentes sources lumineuses se combinent pour former un faisceau de lumière global dont l’axe principal se confonde avec l’axe de prise de vue de la caméra. Plus précisément, l’invention a pour objet une tête optique pour un système de pulvérisation localisée porté par un engin agricole. La tête optique comprend : un objectif agencé pour capter un flux lumineux d’une scène selon un axe optique, un premier capteur optique agencé pour recevoir le flux lumineux capté par l’objectif et générer des images de la scène dans au moins une première bande spectrale d’acquisition, et un premier ensemble de M sources lumineuses, avec M supérieur ou égal à 3, chaque source lumineuse étant agencée pour émettre en direction de la scène un faisceau de lumière dans une première bande spectrale d’éclairage, la première bande spectrale d’éclairage couvrant au moins en partie la première bande spectrale d’acquisition, les sources lumineuses étant montées autour de l’axe optique de l’objectif. La première bande spectrale d’acquisition et/ou la première bande spectrale d’éclairage peuvent couvrir au moins en partie le spectre visible, c’est-à-dire la bande de longueurs d’onde comprise entre 380 nm et 750 nm. Elles s’inscrivent par exemple chacune à l’intérieur du spectre visible. De préférence, la première bande spectrale d’acquisition s’inscrit entièrement à l’intérieur de la première bande spectrale d’éclairage. Autrement dit, chaque source lumineuse du premier ensemble émet un faisceau de lumière couvrant l’ensemble du spectre capté par le premier capteur optique. Selon une forme particulière de réalisation, la tête optique comprend, en outre : un deuxième capteur optique agencé pour recevoir le flux lumineux capté par l’objectif et générer des images de la scène dans au moins une deuxième bande spectrale d’acquisition, la deuxième bande spectrale d’acquisition étant distincte de la première bande spectrale d’acquisition, et un deuxième ensemble de N sources lumineuses, avec N supérieur ou égal à 3, chaque source lumineuse étant agencée pour émettre en direction de la scène un faisceau de lumière dans une deuxième bande spectrale d’éclairage, la deuxième bande spectrale d’éclairage couvrant au moins en partie la deuxième bande spectrale d’acquisition et étant distincte de la première bande spectrale d’éclairage, les sources lumineuses du deuxième ensemble étant montées autour de l’axe optique de l’objectif. La deuxième bande spectrale d’acquisition et/ou la deuxième bande spectrale d’éclairage peuvent couvrir au moins en partie le spectre infrarouge, c’est-à-dire la bande de longueurs d’onde comprise entre 750 nm et 1 mm. Elles s’inscrivent par exemple chacune à l’intérieur du spectre infrarouge. De préférence, la deuxième bande spectrale d’acquisition s’inscrit entièrement à l’intérieur de la deuxième bande spectrale d’éclairage. Autrement dit, chaque source lumineuse du deuxième ensemble émet un faisceau de lumière couvrant l’ensemble du spectre capté par le deuxième capteur optique. La tête optique peut comprendre un filtre dichroïque agencé pour réfléchir le flux lumineux dans la première bande spectrale d’acquisition et transmettre ledit flux lumineux dans la deuxième bande spectrale d’acquisition. Les capteurs optiques de la tête optique peuvent ainsi recevoir un flux lumineux selon un même axe de prise de vue, en l’occurrence l’axe optique de l’objectif. Le traitement des images en est facilité. Le nombre M de sources lumineuses du premier ensemble est par exemple égal à 6, 10, 12, 24 ou 48. De même, le nombre N de sources lumineuses du deuxième ensemble est par exemple égal à 6, 10, 12, 24 ou 48. Avantageusement, les sources lumineuses du premier ensemble sont agencées pour former un éclairage uniforme. Toujours avantageusement, les sources lumineuses du deuxième ensemble sont agencées pour former un éclairage uniforme. Par éclairage uniforme, on entend un éclairage tel que chaque point d’un plan illuminé par les sources lumineuses reçoive une même quantité de lumière. Selon une forme particulière de réalisation, les sources lumineuses du premier ensemble sont réparties angulairement de façon uniforme autour de l’axe optique de l’objectif. Autrement dit, deux sources lumineuses adjacentes du premier ensemble sont espacées d’un angle de 360/M degrés autour de l’axe optique de l’objectif. De même, les sources lumineuses du deuxième ensemble peuvent être réparties angulairement de façon uniforme autour de l’axe optique de l’objectif. Autrement dit, deux sources lumineuses adjacentes du deuxième ensemble sont espacées d’un angle de 360/N degrés autour de l’axe optique de l’objectif. Selon une autre forme particulière de réalisation, les sources lumineuses du premier ensemble sont réparties angulairement autour de l’axe optique de l’objectif de façon à former un éclairage uniforme de la scène imagée par le premier capteur optique. De même, les sources lumineuses du deuxième ensemble peuvent être réparties angulairement autour de l’axe optique de l’objectif de façon à former un éclairage uniforme de la scène imagée par le deuxième capteur optique. Par éclairage uniforme de la scène imagée par un capteur, on entend un éclairage tel que chaque point d’un plan moyen de ladite scène reçoive une même quantité de lumière. En particulier, lorsque la tête optique est inclinée vers le sol, plus une source lumineuse est disposée sur le haut de la tête optique et plus elle illumine une surface importante. Pour compenser cet effet, les sources lumineuses d’un ensemble peuvent être réparties avec un écart angulaire augmentant depuis la source lumineuse la plus haute vers la source lumineuse la plus basse. Selon encore une autre forme particulière de réalisation, compatible avec les précédentes, la puissance des sources lumineuses d’un ensemble est agencée pour former un éclairage uniforme de la scène imagée par le capteur optique associé. En particulier, lorsque la tête optique est inclinée vers le sol, la puissance des sources lumineuses peut diminuer depuis la source lumineuse la plus haute vers la source lumineuse la plus basse. Les sources lumineuses de chaque ensemble peuvent être disposées en anneau autour de l’axe optique de l’objectif. Dans chaque anneau, les sources lumineuses peuvent être disposées à une même distance de l’axe optique de l’objectif ou être disposées dans une plage de distances prédéterminée. De préférence, chaque anneau est centré sur l’axe optique. Lorsque les sources lumineuses d’un ensemble sont réparties angulairement de façon uniforme, le barycentre des sources lumineuses de l’ensemble considéré est situé sur l’axe optique de l’objectif. À titre d’exemple, les sources lumineuses du premier ensemble forment un premier anneau et les sources lumineuses du deuxième ensemble forment un deuxième anneau, l’objectif et les deux anneaux étant concentriques. Selon une forme particulière de réalisation, les sources lumineuses du premier ensemble sont agencées pour que chaque point de la scène reçoive de la lumière d’au moins deux sources lumineuses du premier ensemble. De même, les sources lumineuses du deuxième ensemble peuvent être agencées pour que chaque point de la scène reçoive de la lumière d’au moins deux sources lumineuses du deuxième ensemble. Toujours selon une forme particulière de réalisation, chaque source de lumière du premier ensemble est agencée pour qu’un axe principal de son faisceau de lumière soit parallèle à l’axe optique de l’objectif. De même, chaque source lumineuse du deuxième ensemble peut être agencée pour qu’un axe principal de son faisceau de lumière soit parallèle à l’axe optique de l’objectif. La tête optique selon l’invention peut comprendre, en outre, une unité de commande d’acquisition d’image agencée pour commander au moins un paramètre de prise de vue du premier capteur optique pour la génération d’une image par ledit premier capteur optique et/ou au moins un paramètre d’illumination des sources lumineuses du premier ensemble pour la génération d’une image par le premier capteur optique, en fonction d’un histogramme des niveaux de gris d’au moins une image précédemment générée par ledit premier capteur optique. La tête optique selon l’invention peut comprendre, en outre, une unité de commande d’acquisition d’image agencée pour commander au moins un paramètre de prise de vue du deuxième capteur optique pour la génération d’une image par ledit deuxième capteur optique et/ou au moins un paramètre d’illumination des sources lumineuses du deuxième ensemble pour la génération d’une image par le deuxième capteur optique, en fonction d’un histogramme des niveaux de gris d’au moins une image précédemment générée par ledit deuxième capteur optique. L’unité de commande d’acquisition d’image peut être la même pour le premier et le deuxième capteur optique, et/ou pour les sources lumineuses du premier et du deuxième ensemble. Les paramètres de prise de vue d’un capteur concernent notamment le temps de pose et le gain d’amplification. Les paramètres d’illumination des sources lumineuses concernent notamment l’intensité d’illumination et le rapport cyclique entre les phases d’illumination et de non-illumination. La tête optique peut comprendre, en outre, un diaphragme disposé entre l’objectif et le ou les capteurs optiques. Le diaphragme est par exemple disposé juste en aval de l’objectif. Lorsque la tête optique comprend deux capteurs optiques et un filtre dichroïque, le diaphragme peut être disposé entre l’objectif et le filtre dichroïque. Dans une autre forme de réalisation, la tête optique comprend un premier diaphragme disposé entre le filtre dichroïque et le premier capteur optique, et un deuxième diaphragme disposé entre le filtre dichroïque et le deuxième capteur optique. L’unité de commande d’acquisition d’image peut alors être agencée pour commander l’ouverture du ou des diaphragmes en fonction d’un histogramme des niveaux de gris d’au moins une image précédemment générée par le premier et/ou le deuxième capteur optique. L’invention a également pour objet un système de pulvérisation localisée porté par un engin agricole, comprenant : une cuve agencée pour contenir un produit de traitement, un circuit hydraulique, une rampe de pulvérisation comportant une pluralité de tronçons de pulvérisation reliés chacun à la cuve par le circuit hydraulique, chaque tronçon de pulvérisation étant équipé d’un distributeur et d’une buse de pulvérisation, chaque distributeur étant agencé pour prendre une position d’ouverture, dans laquelle une circulation du produit est possible depuis la cuve jusqu’à la buse de pulvérisation correspondante, et une position de fermeture, dans laquelle ladite circulation est bloquée, chaque buse de pulvérisation étant agencée pour pulvériser du produit de traitement sur une zone de la parcelle, un système d’acquisition d’images comportant une pluralité de têtes optiques telles que brièvement décrites ci-dessus, les têtes optiques étant montées sur la rampe de pulvérisation, et une unité de commande de pulvérisation configurée pour recevoir des images des têtes optiques et commander les tronçons de pulvérisation en fonction des images reçues. Le nombre de têtes optiques ne correspond pas nécessairement au nombre de tronçons de pulvérisation. Le système de pulvérisation peut comporter un nombre de têtes optiques inférieur au nombre de tronçons de pulvérisation lorsque l’étendue transversale des images acquises par les capteurs optiques est supérieure à l’étendue transversale de la zone couverte par chaque buse de pulvérisation. À l’inverse, le système de pulvérisation peut comporter un nombre de têtes optiques inférieur au nombre de tronçons de pulvérisation lorsque l’étendue transversale des images acquises par les capteurs optiques est inférieure à l’étendue transversale de la zone couverte par chaque buse de pulvérisation. L’unité de commande de pulvérisation est configurée pour commander individuellement chaque tronçon de pulvérisation en fonction des images reçues associées à ce tronçon de pulvérisation. Elle peut notamment mettre en œuvre un algorithme de traitement d’image permettant de déterminer si la zone d’une parcelle couverte par un tronçon de pulvérisation nécessite l’application du produit de traitement. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : représente, dans une vue en perspective, un exemple de tête optique selon l’invention pour un système de pulvérisation localisée ; représente, de façon schématique, un agencement des composants de la tête optique de la ; représente schématiquement un engin agricole équipé d’un système de pulvérisation localisée selon l’invention. Tête optique pour un système de pulvérisation localisée porté par un engin agricole, la tête optique (100) comprenant : un objectif (120) agencé pour capter un flux lumineux d’une scène selon un axe optique (X), un premier capteur optique (130) agencé pour recevoir le flux lumineux capté par l’objectif et générer des images de la scène dans au moins une première bande spectrale d’acquisition, et un premier ensemble (160) de M sources lumineuses (161), avec M supérieur ou égal à 3, chaque source lumineuse étant agencée pour émettre en direction de la scène un faisceau de lumière dans une première bande spectrale d’éclairage, la première bande spectrale d’éclairage couvrant au moins en partie la première bande spectrale d’acquisition, les sources lumineuses (161) étant montées autour de l’axe optique (X) de l’objectif. Tête optique selon la revendication 1, dans laquelle le premier capteur optique (130) est agencé de sorte que la première bande spectrale d’acquisition est située à l’intérieur du spectre visible. Tête optique selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant : un deuxième capteur optique (140) agencé pour recevoir le flux lumineux capté par l’objectif et générer des images de la scène dans au moins une deuxième bande spectrale d’acquisition, la deuxième bande spectrale d’acquisition étant distincte de la première bande spectrale d’acquisition, et un deuxième ensemble (170) de N sources lumineuses (171), avec N supérieur ou égal à 3, chaque source lumineuse étant agencée pour émettre en direction de la scène un faisceau de lumière dans une deuxième bande spectrale d’éclairage, la deuxième bande spectrale d’éclairage couvrant au moins en partie la deuxième bande spectrale d’acquisition et étant distincte de la première bande spectrale d’éclairage, les sources lumineuses (171) du deuxième ensemble étant montées autour de l’axe optique (X) de l’objectif. Tête optique selon la revendication 3, dans laquelle le deuxième capteur optique (140) est agencé de sorte que la deuxième bande spectrale d’acquisition est située à l’intérieur du spectre infrarouge. Tête optique selon l’une des revendications 3 à 4, dans laquelle les sources lumineuses (161) du premier ensemble (160) sont agencées pour former un éclairage uniforme, et/ou dans laquelle les sources lumineuses (171) du deuxième ensemble (170) sont agencées pour former un éclairage uniforme. Tête optique selon l’une des revendications 3 à 5, dans laquelle les sources lumineuses (161) du premier ensemble (160) sont réparties angulairement de façon uniforme autour de l’axe optique (X) de l’objectif, et/ou dans laquelle les sources lumineuses (171) du deuxième ensemble (170) sont réparties angulairement de façon uniforme autour de l’axe optique (X) de l’objectif. Tête optique selon l’une des revendications 3 à 6, dans laquelle les sources lumineuses (161) du premier ensemble (160) sont agencées pour que chaque point de la scène reçoive de la lumière d’au moins deux sources lumineuses du premier ensemble, et/ou dans laquelle les sources lumineuses (171) du deuxième ensemble (170) sont agencées pour que chaque point de la scène reçoive de la lumière d’au moins deux sources lumineuses du deuxième ensemble. Tête optique selon l’une des revendications 3 à 7, dans laquelle chaque source lumineuse (161) du premier ensemble (160) est agencée pour qu’un axe principal de son faisceau de lumière soit parallèle à l’axe optique (X) de l’objectif, et/ou dans laquelle chaque source lumineuse (171) du deuxième ensemble (170) est agencée pour qu’un axe principal de son faisceau de lumière soit parallèle à l’axe optique (X) de l’objectif. Tête optique selon l’une des revendications précédentes comprenant une unité de commande d’acquisition d’image (340) agencée pour commander au moins un paramètre de prise de vue du premier capteur optique (130) pour la génération d’une image par ledit premier capteur optique et/ou au moins un paramètre d’illumination des sources lumineuses (161) du premier ensemble (160) pour la génération d’une image par le premier capteur optique, en fonction d’un histogramme des niveaux de gris d’au moins une image précédemment générée par ledit premier capteur optique. Tête optique selon l’une des revendications précédentes, prise avec la revendication 3, comprenant une unité de commande d’acquisition d’image (340) agencée pour commander au moins un paramètre de prise de vue du deuxième capteur optique (140) pour la génération d’une image par ledit deuxième capteur optique et/ou au moins un paramètre d’illumination des sources lumineuses (171) du deuxième ensemble (170) pour la génération d’une image par le deuxième capteur optique, en fonction d’un histogramme des niveaux de gris d’au moins une image précédemment générée par ledit deuxième capteur optique. Système de pulvérisation localisée porté par un engin agricole, comprenant : une cuve (310) agencée pour contenir un produit de traitement, un circuit hydraulique, une rampe de pulvérisation (320) comportant une pluralité de tronçons de pulvérisation (321) reliés chacun à la cuve par le circuit hydraulique, chaque tronçon de pulvérisation étant équipé d’un distributeur et d’une buse de pulvérisation, chaque distributeur étant agencé pour prendre une position d’ouverture, dans laquelle une circulation du produit est possible depuis la cuve jusqu’à la buse de pulvérisation correspondante, et une position de fermeture, dans laquelle ladite circulation est bloquée, chaque buse de pulvérisation étant agencée pour pulvériser du produit de traitement sur une zone de la parcelle, un système d’acquisition d’images (350) comportant une pluralité de têtes optiques (100) selon l’une des revendications précédentes, les têtes optiques étant montées sur la rampe de pulvérisation (320), et une unité de commande de pulvérisation (340) configurée pour recevoir des images des têtes optiques et commander les tronçons de pulvérisation (321) en fonction des images reçues.