Le savoir-faire belge au service de l’agriculture de précision
Qui dit agriculture de précision dit aussi traitement spécifique des animaux et des végétaux. Cela sera encore davantage le cas à l’avenir avec une nouvelle caméra déjà utilisée sur des satellites. Notre pays est d’ailleurs partie prenante dans le développement de cette caméra réalisée par l’ESA et qui permet aujourd’hui à des caméras dites hyperspectrales d’être installées à bord de drones et d’observer des détails avec une précision de 4 à 5 centimètres.
L’imagerie hyperspectrale collecte et traite l’information dans une grande partie des différentes longueurs d’onde du spectre électromagnétique (ce spectre comprend également la lumière « visible » que nous pouvons voir avec nos yeux). Il est possible d’analyser les « empreintes digitales » laissées par certains objets dans le spectre électromagnétique afin d’en étudier les propriétés.
A l’heure actuelle, ce ne sont pas moins de trois clients qui utilisent d’ores et déjà la première version de la caméra ButterflEYE LS : au Danemark pour de la recherche sur la diversité biologique, en Australie pour des études liées à l’agriculture et enfin en Italie pour fournir des données commerciales à des agriculteurs. Les retours d’expérience ainsi acquis seront mis à profit pour finaliser la version commerciale de la caméra.
« Nos premier clients étaient particulièrement heureux de la haute résolution des images, qui est en ce moment ce qui se fait de mieux dans le domaine hyperspectral », explique René Michels, le CEO de la société allemande Cubert. Cette société réalise des prises de vue aériennes et collabore au développement de la caméra avec les Belges du VITO Remote Sensing à Mol et de imec à Louvain.
La caméra allie le potentiel d’une nouvelle puce hyperspectrale conçue par imec avec la capacité de traitement d’image du VITO, tout en étant alimentée par l’expérience accumulée par les satellites d’observation de la Terre de l’ESA.
La caméra pèse à peine 400 grammes mais est particulièrement puissante. Grâce à sa faible masse, elle peut être montée très facilement sur de petits avions sans pilote. Elle peut réaliser des mesures détaillées, non seulement dans le cadre de l’agriculture de précision, mais également pour la sylviculture, la surveillance des déchets et de la pollution, ainsi que pour le suivi de la biomasse.
Le pouvoir de la couleur
« Avec les images hyperspectrales, de très nombreuses bandes de fréquence très étroites – qu’on pourrait comparer à des couleurs – sont observées dans des longueurs d’onde visibles et quasi-infrarouges au lieu des bandes de fréquences plus traditionnelles rouge, verte, bleue et parfois aussi infrarouges ».
« En observant la réalité dans un plus grand nombre de couleurs, il devient possible d’observer certains phénomènes plus rapidement et de façon plus précise », explique Bavo Delauré de VITO Remote Sensing.
« Une caméra plus sensible aux subtiles nuances de couleurs permet de constater des anomalies que l’on ne verrait que plus tard à l’œil nu ou avec une caméra classique, lorsqu’il est alors trop tard pour corriger la situation ».
Il était possible à l’origine de « scinder » les couleurs en utilisant des prismes, mais cela conduisait à des optiques très complexes et à des caméras de dimensions assez importantes. Suite à des travaux conduits pour le satellite Proba-V, Luca Maresi (ESA) a proposé au VITO de relever le défi de la construction d’une caméra légère hyperspectrale basée sur une technologie alternative.
Une première étape a été de placer un filtre variable avant le capteur, résultant en un instrument qui est aussi compact qu’une caméra couleur traditionnelle et donc particulièrement adapté pour une utilisation à bord de petits satellites ou de drones.
La société néerlandaise Cosine Research emploiera un tel instrument pour sa caméra HyperScout qui volera dans l’espace à la fin de l’année à bord du nanosatellite GomX-4B.
Des spin-off issues du secteur spatial pour des applications sur terre
Afin de rendre la caméra encore plus polyvalente et mieux adaptée à une production en série, imec a développé un capteur de taille très réduite qui intègre le filtre hyperspectral. Cubert utilise ce filter-in-chip pour la nouvelle caméra ButterflEYE LS.
Les caméras hyperspectrales génèrent d’énormes quantités de données qui doivent être téléchargées dans le cloud informatique du VITO. C’est là qu’elles seront traitées, de telle sorte qu’un client reçoive l’information demandée, comme par exemple ce qu’on appelle les action maps.
« Il faut savoir exactement où regarder dans le spectre de couleurs pour observer les changements que l’on cherche et pouvoir en déduire l’information requise », commente Bavo Delauré.
« De plus, il est d’une certaine façon plus facile de prendre des images avec des satellites qu’avec des drones. Ces derniers sont sensibles aux déplacements d’air et sont moins stables que les satellites », ajoute encore René Michels (Cubert).
« Nous obtenons au final des quantités très importantes de données avec lesquelles il est très complexe de travailler. Nous n’y serions pas parvenus sans l’expertise du VITO dans le traitement des images ».
De l’observation de la Terre qui ne se réduit pas à du traitement de l’image
« Nombreux sont ceux qui utilisent aujourd’hui des drones et qui pensent pouvoir se lancer dans l’observation de la Terre, mais ce n’est évidemment pas aussi simple », ajoute Sam Waes, de la société belge Verhaert à Kruibeke. Cette dernière fait partie du programme de l’ESA pour le transfert de technologie.
« Le VITO dispose de toute la connaissance approfondie qui est nécessaire pour extraire l’information à partir de données hyperspectrales et il avait de plus déjà développé un prototype pour une telle caméra. Nous avons voulu voir s’il était possible de lancer cette caméra sur le marché ».
« Le résultat atteint est tout bonnement stupéfiant. Nous disposons désormais d’une caméra performante et extrêmement compacte qui nous permet d’observer localement les zones agricoles, tout cela en réutilisant des technologies d’origine spatiale. Cette caméra est capable d’effectuer des mesures plus détaillées et plus précises que jamais auparavant ».
L’ESA travaille à des améliorations supplémentaires
L’étape suivante est l’ajout de la capacité appelée « standalone processing », que le VITO et Cubert espérent pouvoir concrétiser en 2018 lorsque la caméra ButterflEYE LS sera complètement prête pour le marché commercial. Avec celle-ci, les utilisateurs seront capable de traiter eux-mêmes les données, sans intervention du VITO comme c’est le cas aujourd’hui. Un consortium auquel participe le VITO travaille avec l’ESA à l’optimalisation du logiciel du satellite, de sorte que les données de l’instrument HyperScout puissent déjà être traitées à bord du satellite.
« Pour les satellites, il s’agit d’une véritable révolution. Nous disposons désormais d’un système très compact capable de fournir en direct des informations immédiatement utilisables, par exemple en cas de feux de forêt ou de catastrophes naturelles ».
Enfin, il est question d’une puce encore plus sensible – 12 mégapixels au lieu de 2 mégapixels actuellement – qui est actuellement en développement dans le cadre d’un contrat de l’ESA mis en œuvre par un consortium dirigé par le VITO.
