Les solutions de traitement vidéo pour drones convertissent les images brutes provenant de capteurs d'observation de la Terre (EO), infrarouges, multispectraux et d'autres capteurs aéroportés en vidéos destinées à la transmission, à l'enregistrement, à l'analyse et au soutien des missions. Les processeurs vidéo pour drones peuvent assurer l'amélioration de l'image, la stabilisation, l'encodage, l'insertion de métadonnées, la synchronisation des images, l'analyse assistée par l'IA et le traitement géospatial.
Cette page présente des fournisseurs de solutions de traitement vidéo pour drones, destinées aux applications de renseignement, de surveillance et de reconnaissance (ISR), d’inspection, de cartographie et de connaissance de la situation.
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Les processeurs vidéo pour drones permettent aux aéronefs sans pilote de convertir les images brutes des capteurs en vidéos exploitables à des fins de transmission, d’enregistrement, d’analyse et de soutien aux missions. Selon la plateforme, le traitement peut s’effectuer directement à côté de la caméra, au sein d’un ordinateur dédié à la charge utile, ou via une architecture distribuée reliant les systèmes aériens et terrestres.
Les exigences imposées à un processeur vidéo de drone peuvent varier considérablement. Les petits drones peuvent privilégier la compacité et une faible consommation d’énergie, tandis que les plateformes plus grandes de renseignement, de surveillance et de reconnaissance (ISR) peuvent nécessiter une vidéo multicanal, un encodage haute résolution, la gestion des métadonnées et des analyses assistées par l’intelligence artificielle (IA). Les solutions de traitement vidéo efficaces doivent donc trouver un équilibre entre la qualité d’image, la latence, le débit de traitement, la bande passante de communication, ainsi que les contraintes de taille, de poids et de consommation d’énergie.
Une architecture vidéo pour drones combine généralement des interfaces de capteurs, des ressources de traitement embarquées, du matériel de communication et une infrastructure au sol. Les différentes étapes peuvent être intégrées dans un seul module de traitement vidéo ou réparties entre plusieurs sous-systèmes.
La répartition de ces fonctions influe sur la latence de bout en bout, la consommation de bande passante, la charge thermique, la capacité de traitement et la puissance électrique requise à bord de l’aéronef.
L’amélioration de l’image permet d’optimiser l’exploitabilité des séquences affectées par le bruit du capteur, les conditions atmosphériques, un contraste insuffisant ou un éclairage défavorable. Le traitement vidéo embarqué peut appliquer un filtrage spatial ou temporel, une accentuation de la netteté, un réglage du contraste et d’autres techniques avant que les images ne soient transmises ou analysées.
Processeur vidéo SPECTRE 5165 de Blitz Technology
La stabilisation électronique de l’image permet de compenser les vibrations de la cellule, les manœuvres et les mouvements résiduels non éliminés par la fixation de la caméra ou le cardan. Des algorithmes de traitement vidéo en temps réel estiment les mouvements entre les images et ajustent le signal de sortie afin de fournir une image plus stable aux opérateurs, aux systèmes d’enregistrement ou aux logiciels de vision par ordinateur.
L’optique de la caméra peut introduire une distorsion en barillet, une distorsion en coussinet ou d’autres effets géométriques qui réduisent la précision des mesures et la cohérence de l’image. Un processeur d’imagerie vidéo peut appliquer des données d’étalonnage et des transformations géométriques pour compenser ces caractéristiques, en particulier lorsque les images sont également utilisées à des fins de mesure ou de géolocalisation.
Les caméras de drones peuvent être confrontées à des scènes comportant des ombres profondes, un ciel très lumineux, des reflets ou une lumière ambiante limitée. Le traitement de la plage dynamique et en basse lumière permet de préserver les détails utiles dans des conditions d’éclairage difficiles, tout en réduisant le bruit qui devient plus visible lorsque le gain du capteur est élevé.
Les unités de traitement vidéo peuvent générer plusieurs sorties à partir d’un seul flux de données provenant d’un capteur, chacune étant optimisée pour une destination différente. Le redimensionnement et le recadrage permettent de réduire la quantité d’images transmises ou d’isoler une zone d’intérêt, tandis que la conversion de format assure l’interopérabilité entre les capteurs, les écrans, les enregistreurs, les encodeurs et les systèmes réseau utilisant différents formats vidéo.
Une synchronisation précise permet de corréler la vidéo avec les données de navigation de l’aéronef, plusieurs caméras ou d’autres capteurs de la charge utile. Un module de traitement vidéo en temps réel peut appliquer des horodatages précis et coordonner l’acquisition des images avec les systèmes de navigation ou de mission afin de maintenir des relations temporelles cohérentes tout au long de la chaîne de traitement et de transmission.
Les processeurs vidéo peuvent ajouter des informations visibles telles que la position de l’aéronef, l’altitude, le cap, la direction d’orientation du capteur, des horodatages et des repères de ciblage. Des métadonnées lisibles par machine peuvent, quant à elles, être synchronisées et transmises parallèlement aux images afin que les logiciels en aval puissent utiliser les informations relatives à la plateforme, aux capteurs, à la synchronisation et aux données géospatiales à des fins de géolocalisation, d’indexation, de visualisation, d’exploitation et d’analyse.
Logiciel de traitement vidéo de Sightline Intelligence
Les développeurs de drones peuvent mettre en œuvre le traitement vidéo à l’aide de plusieurs architectures de processeurs. Le choix dépend de la charge de travail de traitement, des exigences logicielles, de la puissance électrique disponible, de la gestion thermique, de la latence, des exigences en matière d’interface vidéo et de l’espace disponible pour la charge utile.
Une carte de traitement vidéo compacte peut suffire pour une charge utile ciblée, tandis que des systèmes plus exigeants peuvent nécessiter plusieurs processeurs ou des architectures de calcul hétérogènes qui répartissent l’acquisition, l’encodage, l’analyse et d’autres tâches entre différentes ressources de traitement.
Les systèmes de surveillance à grande échelle peuvent générer d’importants volumes d’images couvrant de vastes régions. Le traitement vidéo embarqué peut faciliter la compression, l’extraction des zones d’intérêt, la stabilisation et l’analyse automatisée, réduisant ainsi la quantité d’images brutes ou peu traitées devant être transmises en continu.
Les applications de vidéo en mouvement (FMV) nécessitent une capture et un traitement continus tout en maintenant une latence de bout en bout acceptable. Les processeurs vidéo embarqués peuvent encoder les séquences en temps réel et gérer dynamiquement le débit binaire en fonction de la liaison de communication disponible. La latence est influencée par divers facteurs, notamment les pipelines de traitement, la mise en mémoire tampon, la configuration des codecs, la structure des groupes d’images (GOP), le transport et les conditions du réseau.
Un processeur vidéo doté d’IA peut analyser des images consécutives pour détecter, classer et suivre des objets d’intérêt. L’exécution de ces fonctions à bord permet d’obtenir des détections, des coordonnées d’images, des données de suivi ou d’autres indications sans qu’il soit nécessaire de traiter l’ensemble des images brutes à la station au sol. Les coordonnées géographiques des cibles nécessitent en outre des données de navigation appropriées, ainsi que la géométrie des capteurs, leur étalonnage, la synchronisation et le traitement de la géolocalisation.
La vidéo géospatiale associe l’imagerie à la position, l’orientation, la synchronisation, l’orientation du capteur et d’autres métadonnées. Les systèmes de traitement vidéo embarqués peuvent aider à associer des emplacements ou des objets observés à des coordonnées géographiques lorsque des données de navigation et de capteurs appropriées sont disponibles, facilitant ainsi la cartographie, l’analyse du renseignement et la connaissance de la situation.
Le matériel de traitement vidéo permet d’encoder et de stocker les images ainsi que les métadonnées associées en vue d’un examen ultérieur. Les paramètres d’enregistrement peuvent être configurés de manière à trouver un équilibre entre la qualité d’image, la durée de la mission, la capacité de stockage disponible, l’intégrité des données et les exigences liées à l’analyse ultérieure.
Des algorithmesde vision par ordinateur peuvent identifier des objets, des activités ou des zones d’intérêt potentiels et les présenter à un opérateur pour une évaluation plus approfondie. Le traitement vidéo embarqué réduit la nécessité de transmettre chaque étape de l’analyse au sol et peut permettre un guidage plus rapide lorsque la bande passante de communication est limitée.
Module de traitement vidéo MiniCHARM-SDI de Chess Dynamics.
L’interopérabilité revêt une importance particulière lorsque les caméras des drones, les cartes de traitement vidéo, les liaisons de données, les ordinateurs de mission et les systèmes au sol proviennent de fournisseurs différents. Parmi les normes et technologies pertinentes, on peut citer :
Les intégrateurs de systèmes doivent également examiner comment chaque implémentation gère la synchronisation, les métadonnées, la mise en paquets et le transport réseau, les interfaces de contrôle, le chiffrement, l’authentification, le contrôle d’accès, les mises à jour logicielles sécurisées et les exigences plus générales en matière de cybersécurité.
Les progrès en matière d’efficacité de traitement permettent de confier des charges de travail de plus en plus sophistiquées aux aéronefs sans pilote. Parmi les avancées notables, on peut citer :
Ces avancées élargissent les capacités du traitement vidéo embarqué tout en augmentant la demande en matériel efficace et à faible latence, capable de prendre en charge des charges utiles de drones de plus en plus complexes sans dépasser les contraintes de l’appareil en matière de puissance, de température, de bande passante ou de charge utile.
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