Thomas Decourselle / Ludovic Journaux / Jean-Noël Paoli / Frédéric Cointault / Fan Yang GMN /07/2011 GMN

Transcription

1 Thomas Decourselle / Ludovic Journaux / Jean-Noël Paoli / Frédéric Cointault / Fan Yang 01/07/2011

2 Eco-Phyto 2018 Réduction des doses => réduction nb molécules disponibles Efficacité et précision de l application de pesticides Réduction des pertes et des résidus Développement de techniques précises de quantification du spray Amélioration des techniques existantes 2

3 Processus global d application 3

4 Observer le comportement des gouttelettes lors de l impact Extraire les informations relatives à la gouttelette et à son mouvement avant et au moment de l impact Obtenir les caractéristiques de la surface d impact Déterminer les configurations permettant l adhésion des gouttelettes 4

5 Fournir une aide à la décision permettant d optimiser le processus de pulvérisation Choix de la buse (taille des gouttes) Choix du pulvérisateur (vitesse des gouttes) Composition de la bouillie (tension de surface) Choix du moment propice à la pulvérisation (rugosité de la feuille) 5

6 La gouttelette les paramètres de la goutte (énergie de surface, énergie cinétique) La feuille les paramètres de surface (rugosité) 6

7 Durée de l impact = quelques ms utilisation d une caméra rapide pour l observation? Petites gouttelettes en mouvement temps d exposition faible pour éviter les traînées ouverture diaphragme max 7

8 Besoin lumière puissante test halogène 500W Besoin lumière homogène (post-traitement) utilisation d un système à leds + dissipateur thermique 8

9 Phase Doppler Particle Analyzer Taille des gouttes et vitesse Taille des gouttes Deposition measurement Laser diffraction analyzers Evaluation des buses Optical imaging analyzers Distribution verticale du spray Vertical patternator Optical array probes Vitesse des gouttes Distribution du spray, flux, angle Spray distribution bench Distribution horizontale du spray Spray scanner 9

10 Observation du comportement de la gouttelette Générateur de gouttelettes Surface de contact Caméra HS Macro Video Zoom Lens Eclairage 10

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12 Générateur de gouttelettes 1. Mode On-demand 2. Mode Continu 12

13 Droplet generator Piezoelectric element 13

14 Théorie de l instabilité de Rayleigh-Plateau λ = 9.02 R v 0 f = Rayon de l orifice λ Vitesse du flux Signal électrique avec absorption time t ɑ = 0,5 ms, pulsation time t p = 10 ms et voltage peak Vp= ± 4,5V 14

15 Buse 1 Buse 2 ta (ms) 0.01; 0.25; 0.5; 1; 2; 5; 10 tp (ms) 0.01; 0.25; 0.5; 1; 3; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 35 Vp (V) Constante +/- 4.5 Buse 3 Buse 4 15

16 4 phases : la phase cinématique la phase d étalement la phase de relaxation la phase d équilibre 16

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18 Corrélation : très lent mais optimal Flots optiques : lent mais précis (sub pixel, mais vitesse limitée) Contours en mouvements : robuste Différence d images : rapide mais bruitée 18

19 Choix de la représentation de l objet : Un point (taille) Une primitive géométrique (rectangle, ellipse ) (rebond?) Un contour Détection des objets dans la scène : Détection de points d intérêt (textures) Segmentation (impact) Apprentissage supervisé (temps de calcul) Soustraction d arrière plan Suivi des objets : Evolution de contour Correspondance de forme 19

20 1 ère image Récupération de l arrière-plan (scène sans goutte, goutte hors champ de vue) Images suivantes Soustraction de l arrière-plan Inversion de l image Fermeture

21 Goutte en chute libre (shape matching) Pour les objets détectés, calcul du ratio : 4*pi*aire/perimetre² ratio : indice de forme (si égal à 1, on a une forme circulaire) + Tolérance de 5% 21

22 22

23 Déformation de la goutte 23

24 (Kass, Witkin and Terzopoulos, 1988) Contour actif en mouvement => attraction aux coins et aux frontières Contour lisse => un modèle d énergie est utilisé pour la régularisation. Matching au moyen de la minimisation de cette énergie Energie combinaison pondérée de forces externes et internes Forces internes liées à la forme du snake Forces externes liées à l image et/ou à des pré-traitements HN v( s) = ( x( s), y( s)) avec x( s), y( s) les coordonnées le long du contour s ([0,1]) L énergie fonctionnelle : 1 E = ( E ( v( s)) + E ( v( s)) + E ( v( s))) ds snake int image con 0 Eint due aux courbes qui permettent d imposer des contraintes de lissage Econ permettant de positionner le snake au minimum local désiré 24

25 (Kass, Witkin and Terzopoulos, 1988) Seulement Eint et Eimage Premier contour après pré-traitements Image de l énergie externe Image de l évolution du snake Superposition contour actuel / image d origine 25

26 26

27 Méthode basée sur la minimisation d une fonction énergie temps calcul important Idée : ajouter 3 ème énergie basée sur des indices de forme afin d accélérer le processus 27

28 L équilibre entre ces énergies permet de classer les gouttes Densité Diamètre Tension de surface Les caractéristiques d impact des gouttes sont décrites par ce nombre nécessité d obtenir les informations de taille et vitesse lors de l observation avant et après l impact 28

29 Diamètre vs. images Vitesse vs. Images Buse 1 : tɑ = 1ms, tp = 15ms; Buse 2 : tɑ = 0.25 ms, tp = 15 ms; Buse 3 : tɑ = 0.01ms, tp = 15ms; Buse 4: tɑ = 5ms, tp = 0.5 ms. 29

30 Récupération des données de taille et vitesse de la goutte détermination du nombre de Weber correspondant Observation du comportement de la goutte (adhésion/rebond) Pour une surface donnée, chaque transition (adhérence/rebond, rebond/éclatement) est corrélée à une valeur spécifique du nombre de Weber 30

31 Micheline Verhaegge Pour chaque classe de surface de feuille de vigne, on détermine les nombres de Weber critiques 31

32 Pour chaque classe de surface, on va chercher la relation entre les nombres de Weber critiques et nos paramètres de surface (angles de contact, rugosité ) 32

33 Image de la surface d une feuille de vigne prise au rugosimètre interférométrique 33

34 Images de feuilles de tomate, ray grass, blé mûr, pois, blé jeune et prêle prises au MEB Analyse de texture par : 1/ Descripteurs Généralisés de Fourier 2/ Méthodes Statistiques (matrices de cooccurence ou de longueurs de plages) + paramètres d Haralick correspondants. 34

35 Système avec éclairage backlight Méthode : circle fitting 35

36 Problème: surface de rugosité hétérogène 3 angles (a1, a2, a3) : angles au niveau de nervure primaire, nervure secondaire, zone sans nervure 36

37 Prise en charge de l éclatement des gouttelettes Etat de l art sur les indices de formes puis intégration d une 3 ème énergie dans le calcul du contour évolutif Améliorer la caractérisation de la rugosité avec d autres paramètres de texture (Local Binary Pattern, matrices de longueur de plages, ) Augmentation de la vitesse d impact (tunnel aérodynamique) Amélioration de la segmentation (angle de contact) Robustesse du tracking aux bruits Travail avec un spray réel 37

38 Comparaison des résultats avec des mesures par Phase Doppler Particle Analyzer (PDPA) + méthodes traditionnelles. Développement d un modèle vibratoire 38

39 Mode On- demand Buse 1, ta = 25 ms, tp = 10 ms -> +/- 700 µm A comparer aux résultats de traitement des images 39

40 Vertical patternator Spray distribution bench Field crop spray application Orchard crop spray application 40

41 «Quantification et modélisation par traitement d'images de la répartition des produits pulvérisés à l'échelle de la feuille en fonction de son état de surface, de la nature du produit et des conditions naturelles» Modèle mathématique et informatique robuste pour prédire la quantité et la répartition du produit sur une surface ou un volume foliaire. Tenir compte des paramètres : 1/ intrinsèques liés à la pulvérisation (caractéristiques des gouttes, texture hydrophile ou hydrophobe des feuilles, vibration des feuilles, mouvement de la pulvérisation, type de buse, ) 2/ de ceux liés au produit pulvérisé (viscosité,..) 3/ extrinsèques (conditions environnementales, turbulences aérodynamiques, hydrométrie, température, ). MODELE VIBRATOIRE 41