Réussissez le choix de caméras pour les systèmes de transport intelligents en sept étapes

Certes, le choix de la caméra la plus adaptée à un STI peut s'avérer complexe, mais les intégrateurs et les OEM peuvent y parvenir en suivant ces directives.

Les systèmes de transport intelligents (ITS) améliorent la sécurité et la mobilité des transports, augmentent la productivité, appliquent les lois et, en fin de compte, contribuent à générer des revenus. Cependant, l'incapacité à prendre en compte les environnements difficiles et les besoins d'applications spécifiques lors du choix des caméras pour un STI entravera le fonctionnement efficace du système. En outre, il est difficile de savoir par où commencer en raison du nombre écrasant d'options.

Les caméras sont largement utilisées dans la technologie STI dans le cadre d'applications telles que la surveillance du trafic, la reconnaissance automatique des plaques d’immatriculation (ALPR ; appelée reconnaissance automatique des plaques d’immatriculation, ou ANPR, au Royaume-Uni), le contrôle d’accès, la surveillance des voies réservées aux véhicules à occupation multiple (VOM), le contrôle du stationnement, le contrôle de la vitesse et la protection des biens. En fonction de l'application, différents types de caméras et de systèmes peuvent être nécessaires. Tous les déploiements présentent des défis, peu importe que les caméras nécessitent de longs câbles et la capacité de résister à des environnements difficiles ou qu'elles aient besoin de systèmes intégrés avec des capacités de traitement de pointe pour un retour d'information rapide. L'examen attentif de ces facteurs peut garantir le fonctionnement efficace du système, une réduction du coût de possession et des opérations pérennes. Cet article présente les difficultés fréquemment rencontrées et les méthodes pour les surmonter afin d'assurer le succès des STI.

Commencez par la qualité d’image

Au moment de rechercher des caméras pour des applications STI, toute planification doit commencer par la qualité de l'image. Dans le cas des applications ANPR/ALPR, le système a deux tâches principales : reconnaître qu’une plaque de numéro/d’immatriculation se trouve dans le champ de vision de la caméra, puis décoder la plaque. Ces deux tâches sont sujettes à des erreurs. Les systèmes ANPR/ALPR performants nécessitent des images de haute qualité pour que le logiciel puisse effectuer des tâches de reconnaissance optique de caractères (OCR) et de vérification optique de caractères (OCV). Les concepteurs et les intégrateurs de systèmes ont besoin de caméras puissantes.

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Les caméras avec des capteurs d’image de faible qualité ne produiront pas d’images de haute qualité, c'est pourquoi le capteur d'images doit être un élément clé. La luminosité des scènes STI pouvant varier considérablement en raison de l'évolution des conditions d'éclairage extérieur, une caméra doit être en mesure de capturer et fournir des données et des détails sur les parties les plus claires et les plus sombres d'une image ainsi que sur les variations intermédiaires, quelles que soient les conditions d'éclairage. La mesure de la capacité d’une caméra à détecter des intensités lumineuses supérieures, maximales et minimales est appelée “plage dynamique”, et plus le nombre de décibels (dB) est élevé, meilleure est la qualité. Les capteurs d'image de haute qualité, tels que les capteurs CMOS à obturateur global des gammes Pregius et Pregius S de Sony, offrent une sensibilité élevée en raison de leur plage dynamique, ce qui les rend idéaux pour une variété d'applications STI.

La famille de caméras Blackfly S de Teledyne FLIR offre une gamme impressionnante de modèles de caméras équipées des capteurs d’image Pregius et Pregius S de Sony. Ils vont de 1,6 MPixels à 26 MPixels, ce qui les rend adaptés à un large éventail de tâches STI différentes. Les caméras BFS-PGE-161S7C-C (couleur) et BFS-PGE-161S7M-C (monochrome), par exemple, sont équipées du capteur Sony IMX542 Pregius S de 16,1 MPixels et offrent une plage dynamique de 70,46 dB, une capacité de saturation de 9609 e- et des mesures d'efficacité quantique de 45,76 % à 470 nm (bleu), 52,26 % à 525 nm (vert) et 33,49 % à 630 nm (rouge). L'achat d'une caméra haute résolution alors que l'application ne l'exige pas augmente le coût total du projet, mais se justifie si l'on envisage des scénarios futurs. Les intégrateurs et les OEM, par exemple, sont capables d'anticiper les opérations futures pour permettre l'extension des routes et éviter le remplacement ultérieur des caméras à faible résolution.

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Capturer la couleur, surmonter l’éblouissement

La couleur est une autre mesure importante de la qualité. Dans le cas de l’ANPR ou de l’ALPR, les images en noir et blanc montrent le numéro ou la plaque d'immatriculation, tandis que les images en couleur fournissent un contexte sur le déroulement d'une situation donnée (feux de signalisation, panneaux routiers à code couleur, etc.). La couleur est également importante dans les situations où les caméras montées sur les véhicules contrôlent les voitures mal stationnées. En Espagne, par exemple, les lignes bleues dans la rue indiquent qu’un conducteur doit payer pour la place de stationnement, tandis que les lignes vertes indiquent que la place est destinée à une personne qui vit dans le quartier. Les systèmes de vision intégrés peuvent vérifier automatiquement les infractions, mais ils ont besoin d’une reproduction des couleurs de haute qualité pour le faire.

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Les capteurs d’image réagissent de manière particulière à l’éclairage (efficacité quantitative), et chaque condition d’éclairage, telle que la lumière du soleil, a son propre spectre d’émissions, ce qui a un impact sur l’apparence d’une image lors de la capture. L’efficacité quantique détermine la capacité d’un capteur d’image à convertir des photons en électrons et varie en fonction de la longueur d’onde. Les outils de collecte des couleurs tiennent compte de la manière dont chaque canal de couleur interagit avec les autres et échelonnent indépendamment chacun des canaux de couleur. Une matrice de correction des couleurs mesure et compense ces interactions afin de reproduire plus fidèlement les couleurs réelles d'un sujet donné. Cette fonction est particulièrement importante dans les applications où des différences de couleur mineures peuvent avoir un impact négatif sur la précision et la fiabilité des résultats.

Les caméras et les systèmes de vision peuvent parfois avoir du mal à traiter les reflets et les éblouissements sur des surfaces réfléchissantes comme le verre. Par exemple, si un STI veut contrôler l'intérieur d'une voiture à des fins de surveillance des voies réservées aux VOM, les reflets et l’éblouissement du soleil peuvent empêcher la caméra de capturer des images de l’intérieur de la voiture. Teledyne FLIR propose deux caméras (GigE, USB) équipées du capteur de polarisation monochrome Sony IMX250MZR de 5 MPixels et une caméra (USB3) équipée du capteur de polarisation RVB Sony IMX250MYR de 5 MPixels.

Figure 2 : Les caméras de polarisation peuvent capturer des images de l’intérieur de la voiture même dans des scénarios difficiles où il peut y avoir des éblouissements ou des reflets.

Trouver un expert en matériel

Certains intégrateurs et OEM de l’industrie STI peuvent être plus spécialisés en matière de logiciels que de matériel. Il n'est pas facile de choisir, de tester et d'optimiser le matériel, mais un fournisseur de caméras expérimenté peut fournir des conseils techniques sur le projet et aider à sélectionner et à installer les caméras. Le fournisseur doit également recommander des partenaires de confiance pour les accessoires et les services qu'il ne propose pas, notamment les objectifs, le câblage, le boîtier et le développement de logiciels.

De plus, les OEM et les intégrateurs doivent bénéficier de services d'assistance pendant la phase de conception et de développement, ainsi que pour la configuration des systèmes et les conseils en matière de logiciels. Les utilisateurs doivent rechercher des sociétés de caméras qui fournissent ces services par le biais d’une combinaison d’ingénieurs système et d’équipes d’assistance avec des appels de contrôle fréquents. Avant de choisir un fournisseur de matériel, les utilisateurs finaux doivent également se renseigner sur l’assistance système ainsi que sur la manière dont le fournisseur gère les relations avec les clients.

Trouver un équilibre : SWaP-C et performance

Le terme SWaP-C, très utilisé dans la recherche et le développement ainsi que dans les applications militaires, signifie “taille, poids, puissance et coût.” Les applications de tous types nécessitent des dispositifs, des systèmes et des programmes dotés d'un SWaP-C optimal. Il en va de même pour les applications STI. Ces dernières années, les caméras STI à carte et à faible coût ont gagné en popularité. Cependant, les caméras proposées dans des boîtiers plus petits ne suffisent pas. Ces caméras doivent trouver un équilibre entre SWaP-C et performance. L'une des façons d'y parvenir pour Teledyne FLIR est de garantir que toutes ses caméras à carte sont identiques en matière de fonctionnalités par rapport aux versions en boîtier de la caméra.

Figure 3 : Malgré leur conception compacte, les caméras à carte de Teledyne FLIR offrent les mêmes fonctionnalités que leurs homologues en boîtier.

L'une des tendances STI consiste à déployer des caméras à haute résolution pour couvrir plusieurs voies d'une autoroute. Il est donc possible que les intégrateurs qui utilisaient auparavant des caméras à carte avec des capteurs d'image à faible résolution cherchent, par exemple, à remplacer une caméra de 1,3 MPixels par une caméra de 8,9 MPixels ou de 12 MPixels. Toutefois, si la nouvelle caméra n’a pas le même facteur de forme que le modèle précédent, l’intégrateur devra la redessiner et la certifier à nouveau. Teledyne FLIR propose des caméras à carte avec le même facteur de forme — dans une variété de résolutions — afin que les intégrateurs puissent mettre à niveau les systèmes beaucoup plus facilement.

Transition vers des systèmes embarqués

Comme pour le marché de la vision industrielle, le STI a constaté une transition vers des systèmes embarqués dotés de capacités informatiques de pointe dans une conception à faible puissance et à petit facteur de forme. L'application qui vient d'abord à l'esprit lorsqu'on pense aux systèmes embarqués dans les STI est le déploiement à bord des véhicules, mais les systèmes embarqués peuvent convenir à presque n'importe quelle application STI ou de ville intelligente.

Les intégrateurs doivent évaluer certaines des options de matériel embarqué les plus populaires pour déterminer si elles sont adaptées. Par exemple, les caméras peuvent-elles fonctionner avec les modules intégrés Jetson TX2 ou Xavier de NVIDIA ? De nombreuses applications STI impliquent des algorithmes sophistiqués et nécessitent un système capable de les traiter.

À cette fin, Teledyne FLIR a lancé la carte de support Quartet™ pour TX2. Spécialement conçu pour les applications STI, il permet aux clients de connecter directement quatre caméras USB3 de niveau carte au TX2 sans avoir besoin de concentrateurs ou de convertisseurs. Chaque connecteur de la carte d’alimentation sur câble a son propre bus, il n’a donc pas besoin de partager la bande passante avec d’autres connexions. À titre d’exemple, avec le Quartet, les intégrateurs peuvent déployer simultanément une caméra couleur haute résolution pour le contexte général, une caméra monochrome pour l’ANPR/ALPR et une caméra polarisée pour voir à travers les pare-brise, — le tout dans un seul système connecté.

Figure 4 : Conçue pour le Jetson TX2, la carte de support Quartet permet de connecter jusqu'à quatre caméras aux applications où l'espace est limité.

Conception robuste et fiable

Les caméras déployées dans les applications STI doivent être capables de gérer la tâche d’un point de vue physique. Dans le cas d’applications embarquées, les intégrateurs doivent tenir compte de la capacité des caméras à fonctionner dans des températures extrêmes. Malgré leur intégration dans un boîtier de protection pour résister aux intempéries, les caméras doivent néanmoins fonctionner à des températures élevées (supérieures à 50 degrés Celsius), raison pour laquelle Teledyne FLIR s'assure que tous ses modèles de caméras ont passé avec succès les tests HALT (Highly Accelerated Life Testing), garantissant qu'aucune défaillance de la caméra ne se produit de -30 à 80 degrés Celsius.

Les intégrateurs doivent également prévoir les chocs et les vibrations lors du choix d'une caméra. Les caméras doivent être conformes aux spécifications de l’industrie en matière de chocs et de vibrations pour garantir la qualité de l’image et la fiabilité du système à long terme. Lors de l’achat d’une caméra, les intégrateurs doivent se renseigner sur le type de tests auxquels elle a été soumise. Les tests de vibration effectués sur les caméras Teledyne FLIR sont documentés publiquement.

En général, les caméras STI doivent être extrêmement fiables. Comme le veut une platitude du monde du sport, “la meilleure capacité est la disponibilité.” Les caméras doivent être capables d'effectuer les tâches requises pendant une longue période sans tomber en panne ou s’endommager et devoir être remplacées. Tous les intégrateurs STI connaissent le coût et les difficultés liés à la commutation de caméras dans un système déjà déployé. Les intégrateurs peuvent éviter les désagréments et l’embarras en choisissant des caméras de haute qualité qui ont fait leurs preuves dans un environnement STI pendant de nombreuses années.

Exploitation des horodatages et des données GPS

Les caméras GigE Vision sont populaires dans les applications STI pour plusieurs raisons, notamment leur capacité à supporter des longueurs de câble extrêmement importantes. Une autre raison, peut-être un peu moins connue, est leur capacité à prendre en charge le protocole de temps de précision (PTP) IEEE 1588. Les caméras qui prennent en charge le PTP IEEE 1588 horodatent précisément les images au point d'exposition. En outre, la norme offre des fonctionnalités avancées, comme la possibilité pour plusieurs caméras d'exécuter une acquisition d'image synchronisée sur la base d'une commande interne basée sur le temps, sans nécessiter de déclenchement externe.

Figure 5 : Le temps de propagation est calculé et pris en compte dans la synchronisation des horloges entre les appareils. Le premier envoie deux signaux à l’esclave (1) et (2). Le second renvoie ensuite un signal (3) et le temps de propagation est ainsi calculé et appliqué pour synchroniser les horloges (4).

Cette norme est importante, car elle permet de se synchroniser avec du matériel externe et d'intégrer des données GPS dans les flux d'images. Il s'agit, par exemple, de la détection précise des véhicules en violation de la limite de vitesse (sans radar). Les horodatages provenant de deux points différents peuvent aider à déterminer si un véhicule a dépassé la limite de vitesse, et les temps d'image précis provenant des deux points simplifieront également l'analyse de haute précision de la vitesse.

Les horodatages sont également importants pour l’application automatique du péage par portique. Un horodatage inexact ne produira pas une image de l’ensemble de la voiture ; l'horodateur doit être synchronisé pour le contrôle du péage. Lors de la conception du système, il faut tenir compte de la nécessité de l'horodatage avant l'achat.

Garantir le fonctionnement efficace du système

Certaines caméras disponibles sur le marché aujourd'hui finiront inévitablement par tomber en panne et provoquer des maux de tête, — sans parler des pertes de temps, d’argent, de réputation et de confiance du public. Lors de l'évaluation des caméras, n'oubliez pas de vous renseigner sur la qualité de l'image, la flexibilité du matériel, les capacités intégrées, la conception physique et la fiabilité, ainsi que sur l'importance de l'horodatage et des données GPS. En examinant ces facteurs, les intégrateurs garantissent le fonctionnement efficace de l'ensemble du système.

Teledyne FLIR propose une gamme de caméras industrielles robustes et compactes qui peuvent être déployées de manière fiable dans divers projets STI et couvrent les besoins en basse résolution (1,3 MPixel) jusqu'à la haute résolution (20 MPixel-plus) pour la couverture de plusieurs voies. Contactez-nous dès aujourd’hui pour découvrir comment vos applications STI peuvent être transformées par nos caméras, — qu'elles soient prêtes à l'emploi ou personnalisées en fonction de vos besoins spécifiques.

Figure 6 : Les caméras telles que la Blackfly S de Teledyne FLIR exploitent la dernière technologie de capteur d'image CMOS de la gamme Pregius et Pregius S de Sony.