Un besoin d`acquisition d`images aériennes THR (qques mm)

L’Action de Recherche CAMLIGHT de
l’IGN
Réalisation d’une caméra métrologique pour drones :
avancement et premiers résultats
Contexte de l’Action de Recherche CAMLIGHT
 Généralisation de l’usage des drones civils (Delair-Tech, Drone-RC,
Sensefly, Trimble, Mikrokopter, Hélicéo, Vision du Ciel…)
 Un besoin d’acquisition d’images aériennes THR (qques mm) avec
ces drones parfois en quadri-canal : recherche INRA, archéologie,
géomètres experts, cadastre, architectes, levers linéaires de
précision…)
 On veut faire de la photogrammétrie avec ces images (cf diapo
suivante…)
 Plus généralement, besoin d’une caméra légère photogrammétrique
avec stockage interne pour applications aéroportées ET terrestres
 Marché des APN déjà très mature mais limité aux applications grand
public
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Les pré-requis pour un usage photogrammétrique
 Des images aux déformations modélisées et reproductibles
 Une netteté acceptable dans tout le champ de l’objectif
 Des aberrations modélisées et corrigées par étalonnage
 Des cadences d’acquisition élevées :
 entre 5 et 10 img/s soutenu pour ne pas se limiter aux drones "multirotors" pour stéréoscopie centimétrique
 Des objectifs à focales fixes
 Pas de dégradation d’image
 En option : connaissance position et/ou orientation caméra
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CAMLIGHT pour drones : caractéristiques attendues
 caméra haute résolution : 20Mpix (5120 x 3840 pixels)
 caméra haute cadence :
 acquisition 30 img/s avec CMOS global shutter CMV20000
 sauvegarde 5 à 10 img/s pleine résolution
 sauvegarde 20 à 30 img/s en 5 Mpix (binning)
 monture M Leica : pas de restriction choix objectifs
 CMOS Bayer ou noir et blanc
 caméra autonome pour sauvegarde : iSSD
 mesure inertielle intégrée
 couche batterie optionnelle
 et bien sûr un poids optimisé…
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Optimisation du poids d’une caméra
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Optimisation
du poids d’une caméra
synchronisation
150g
sans optique
temporelle précise
possibilité traitements
d’image hardware
Rolling shutter
global shutter
Global shutter
Tous les objectifs du marché
iSSD 128Go intégré
Et bientôt WIFI et GPS intégrés dans un form factor + petit
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CAMLIGHT : 1er test en vol sur Creil
 vol test effectué le 17 octobre 2014 : acquisition d’images couleur et
noir et blanc
Exemple d’une image bayer
acquise à Hvol = 30m sous
couvert nuageux.
Pixel sol = 5,5 mm
TdP = 0,5 ms
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CAMLIGHT : 1er test en vol sur Creil
 Drone utilisé : Hexakopter du SAA
 2 caméras utilisées : panchro et Bayer
 objectif : Leica Summicron-M 1 : 2/35mm
 sauvegarde sur µSDCard : cadence = 1img/3s
 météo très nuageuse : images bruitées
 6 vols avec plusieurs hauteurs de vol (30, 60 et 100m)
 Alimentation par étage batterie du Géocube
 Interfaçage avec carte Géocube pour obt° des sommets de PV déclenchés
Hvol = 100m
Hvol = 75m
Hvol = 55m
Hvol = 30m
Hvol = 23m
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Résultats et Perspectives
 Premiers enseignements :
 caméra rapidement interfacée avec le drone mécaniquement et
électroniquement
 bonne qualité géométrique des images
 mise en évidence de la nécessité d’un étalonnage radiométrique poussé pour
corrections des bruits liés au CMOS
 images rapidement exploitées dans MicMac/Apéro pour génération MNE
Sommets de prises de vues et points de liaisons lors d’un des vols du 17 octobre
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CAMLIGHT : 2nd test en vol sur Viabon
Batterie drone
 Site de Vinci situé dans l’Eure-et-Loir
entre Chartres et Orléans
géocube
 DroneCarte
de Vinci : DJI F550 mis en œuvre le 12/11/2014
GPS drone
Batteries géocube
Camlight
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CAMLIGHT : 2nd test en vol sur Viabon
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CAMLIGHT : 2nd test en vol sur Viabon
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CAMLIGHT : 2nd test en vol sur Viabon
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CAMLIGHT pour drones : point d’avancement
 Une cadence d’acquisition encore loin de celle attendue
 pb sous-traitance pour câblage iSSD
 SanDisk arrête la fabrication du iSSD 128Go SATA → nouveau choix : iSSD en
PCI Express (pas besoin d’IP SATA)
 Conception et commande d’une carte électronique, intermédiaire, afin
de tester et valider le WIFI, le GPS et l’étage batterie
 Conception en parallèle de la version suivante de l’électronique pour
une caméra plus petite, intégrant tous les éléments, qui pourrait servir de
base à un montage de dossier d’industrialisation
 Début du travail de thèse de Ahmad AUDI sur le développement de
logiciels à l’intérieur de la caméra : recalage de plusieurs images pour
une image synthétique (pour pallier l’absence de TDI)
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CAMLIGHT pour drones : nombreuses sollicitations
 Un outil pour des travaux de doctorants
 Un instrument éveillant l’intérêt des sociétés fabriquant
ou opérant des drones civils. Parmi les nombreux
contacts : Delair Tech, Parrot, Hélicéo, Vision du ciel, …
 IGN partenaire, via la CAMLIGHT, du projet DIDRO,
projet de surveillance de digues en cas de crise basé sur
les drones.
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Mais aussi élément de base pour de futurs instruments IGN
Mise à profit de la petite taille de la CAMLIGHT pour des
configurations non-drones :
 Caméra aérienne super-spectrale pour acquisition couche OCS
du RGE
 Caméra aérienne oblique pour MNE urbains
 Caméra pour instruments de levers terrestres : véhicules
Stéréopolis, Viapolis, caméra "égouts"…
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CAMLIGHT pour caméra super-spectrale
 Définition : caméra super-spectrale = système à N canaux (N>10)
 Présence de caméras aériennes hyper-spectrales (N>100) sur le
marché : exemple de la société ITRES (www.itres.com)
 Pas d’existant sur le marché pour les caméras super-spectrales
aériennes
 Un projet de caméra super-spectrale spatiale : VENµS (CNES)
prévue en 2016 - 12 bandes VIS et pIR - pixel sol ~ 5m
 Etude ONERA-IGN/MATIS : classification urbaine possible à partir
de 15 bandes spectrales environ. Cf. travaux d’Arnaud Le Bris
 Solution envisagée 16 ou 25 caméras synchronisées
 Scénario probable : PVA synchronisée avec PVA RGE
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CAMLIGHT pour caméra oblique
 Etat de l’art : depuis quelques années des systèmes "commerciaux"
destinés à la PVA oblique
 RCD30 oblique de Hexagon Geosystems
 UltraCam Osprey de Microsoft Vexcel
 A3edge de VisionMap : méthode d’acquisition "sweep framing".
 Penta DigiCAM d’IGI…
 Points communs à tous ces systèmes :
 Utilisation de caméras Bayer couleur pour les images obliques pour façades
 Utilisation de caméras Bayer ou d’images fusionnées à partir d’une information
BAYER Couleur pour les images couleur de l’ortho des fonds de rues et des toits
 Perspectives avec CAMv2 : caméra multi-spectrale au Nadir et Bayer ou
multi-spectrale en oblique
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CAMLIGHT : perspectives et conclusions
 un design électronique devant encore évoluer :
 tests à venir pour validation iSSD PCI Express, WIFI et GPS
 nouveau design de la caméra plus petit en cours de dessin
 nous entamons à peine le développement de softs embarqués :
 absence de TDI : somme d’images à courts temps de pose
 sauvegarde d’une image choisie parmi N images acquises : optimisation
temps de pose, rejet mouvements parasites.
 malgré cette évolution permanente, la question de l’industrialisation
de la caméra se fait de plus en plus pressante…
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Merci
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