Scanner 3D compact avec caméra industrielle compacte au format carte d'IDS

Scanner 3D, terminal et logiciel

PlantEye se compose de trois modules : Scanner 3D, terminal et logiciel. Le scanner est acheminé au-dessus des lits de culture ou du peuplement végétal à l'aide d'un système de transport. Il communique sans fil avec le terminal, accessible depuis n'importe quel ordinateur portable ou tablette via un navigateur. Le chercheur peut ici consulter l'état actuel de la croissance des plantes sous forme de tableaux et de graphiques, saisir les mesures prises pour la gestion de la culture et documenter l'ensemble de la culture. Le troisième module du système est le logiciel PlantEye, qui analyse la gestion des cultures, le développement des plantes et les données climatiques, et identifie les potentiels d'optimisation.

Le logiciel permet un stockage sécurisé et à long terme dans une base de données centrale, il est compatible avec l'ordinateur climatique et dispose d'une fonction d'importation pour d'autres capteurs externes. Par exemple, l'écran affiche également les données météorologiques actuelles et les prévisions. Les peuplements végétaux sont divisés en grilles et une multitude de paramètres peuvent être visualisés pour chaque grille. Les écarts deviennent ainsi facilement visibles.

Grâce à la mobilité du scanner, le système est extrêmement performant.

En moins de deux heures, le scanner peut couvrir jusqu’à 4 000 m² de surface de culture, permettant de déterminer de façon automatique la surface foliaire, le volume végétal et la croissance en longueur des plantes. Le scanner utilise le procédé de triangulation laser, qui convient parfaitement à ce domaine d'application. Un laser intégré projette une ligne sur l'objet à mesurer depuis une direction donnée ; cette ligne lumineuse est capturée par une caméra depuis une autre direction sous forme d'image. Conformément au principe de triangulation, il est alors possible de calculer toutes les coordonnées des objets situés sur le plan lumineux. L'image 2D capturée par la caméra permet donc de générer un profil altimétrique 1D. Cette configuration de capteurs relativement simple peut être conçue de manière très compacte. Le scanner 3D PlantEye ne mesure que 420 x 200 x 95 mm et est extrêmement robuste, afin que sa technologie sophistiquée soit protégée de manière adéquate contre les conditions plutôt difficiles qui règnent dans les serres, notamment les projections d'eau et les températures élevées.

Phenospex intègre dans le scanner une caméra industrielle IDS au format carte.

Le modèle UI-1221LE est équipé d'un capteur CMOS mono avec une résolution WVGA (752 x 480), d'une interface USB et d'une monture d'objectif S-Mount. La caméra est conçue pour être intégrée dans des espaces très restreints – elle ne mesure que 3,6 x 3,6 x 2 cm environ – et offre une grande sensibilité dans le domaine du proche infrarouge. Ces deux fonctionnalités sont essentielles pour Phenospex. En effet, la conception compacte de la caméra permet de l'installer au centre du boîtier du scanner. Un miroir dirige ensuite le faisceau lumineux de la caméra vers les plantes. Il est ainsi possible d'obtenir un grand angle d'ouverture et une grande largeur de balayage même à de faibles distances du scanner. En raison de la grande sensibilité du capteur dans la gamme NIR, il a également été possible de sélectionner un laser dans la gamme des 930 nm, une longueur d'onde qui est bien réfléchie par les plantes. Un autre avantage de la caméra USB 2.0 au format carte est sa fréquence d'images relativement élevée, de près de 90 ips, car elle détermine la vitesse à laquelle le scanner peut être acheminé au-dessus des lits de culture. Dans le procédé de triangulation laser, le dispositif de capteurs doit être acheminé au-dessus de l'objet afin de pouvoir générer un profil altimétrique en 2D ou un nuage de points en 3D à partir d'un profil altimétrique en 1D. À une vitesse de mesure de 50 mm/s, le système PlantEye atteint une résolution de l'ordre du millimètre.

Les nuages de points sont ensuite analysés et segmentés. La plante est isolée, les feuilles sont identifiées et la surface est mesurée. La hauteur est également évaluée. Tous les paramètres sont alors à la disposition de l'utilisateur dans une base de données. Afin d'obtenir des performances optimales, notamment en termes de vitesse, Phenospex n'utilise pas de logiciel standard pour l'analyse d'images, mais un logiciel développé en interne, programmé en C++. Celui-ci extrait, à partir des données brutes, les paramètres mentionnés ci‑dessus en moins d’une seconde.

L'interface entre le Logiciel PlantEye et la caméra IDS est assurée par l'API uEye.

L’interface fait partie du SDK IDS Software Suite et prend en charge toutes les fonctionnalités du capteur de la caméra carte. Le SDK pour Windows et Linux (32 et 64 bits) est inclus dans la livraison des caméras IDS et est identique pour tous les modèles, qu'ils soient équipés d'une connexion USB 3.0, USB 2.0 ou GigE. Les clients OEM comme Phenospex en tirent un double avantage. D'une part, l'intégration des caméras est particulièrement simple et rapide, d'autre part, elle est indépendante du modèle et de l'interface. Il est ainsi possible à tout moment de passer d'une caméra USB 2.0 à un modèle plus performant équipé d'un port USB 3.0 ou Gigabit Ethernet sans aucune difficulté. Le SDK IDS Software Suite comprend également des programmes de démonstration pour l'intégration de caméras et la capture d'images avec les codes sources correspondants en C, C++ et VB. Les développeurs peuvent rapidement les intégrer dans leurs propres programmes et les adapter à des exigences spécifiques. Des interfaces directes sont disponibles pour de nombreux autres programmes courants de vision industrielle, tels que Common Vision Blox, HALCON, MERLIC, NeuroCheck ou LabVIEW.

Perspectives

Phenospex souhaite notamment augmenter davantage la vitesse de mesure du système PlantEye. Avec la philosophie des pilotes IDS, on mise sur une solution évolutive, au cas où un autre modèle de caméra de la vaste gamme du fabricant devrait être utilisé. Il ne serait alors pas nécessaire de reprogrammer l'application, seuls les paramètres spécifiques à la caméra devraient être ajustés en conséquence.