Interopérabilité des caméras numériques dans l'agriculture

Les caméras analogiques d'antan cèdent la place aux systèmes numériques avancés. Dans l'agriculture, les besoins des agriculteurs ont évolué et les caméras de meilleure qualité sont devenues plus courantes.

« À un moment donné, le monde est passé au numérique », explique David Smart, consultant John Deere et chef d'équipe à l'Agricultural Industry Electronics Foundation (AEF). « Ainsi, les attentes en matière de caméras plus performantes, de meilleure qualité et de génération d'images plus performantes se sont imposées. »

L'essor des technologies d'agriculture de précision permet aux agriculteurs de prendre des décisions fondées sur des données. Grâce aux caméras numériques et à leurs systèmes, ils disposent d'informations sur des aspects tels que l'état du sol, les besoins d'irrigation et la santé des cultures. Parmi les applications les plus répandues figurent désormais des robots agricoles sophistiqués, des drones et des véhicules de grande taille pour l'agriculture automatisée.

Les caméras numériques ont évolué pour offrir une haute résolution et permettent de faire pivoter l'image, de zoomer sur la zone d'intérêt, de diffuser des images dans différents formats et de modifier les résolutions et les fréquences d'images. Elles peuvent être équipées d'un éclairage LED ou d'une vision nocturne ; elles sont configurables.

Cette tendance en matière d'agriculture de précision devrait se poursuivre, les agriculteurs cherchant à accroître leur productivité et leur rentabilité. Selon Verified Market Reports, le marché des caméras et systèmes de surveillance agricoles était évalué à 100 milliards de dollars US en 2023 et devrait atteindre 194,87 milliards de dollars US d'ici 2030, avec un TCAC de 8,71 % sur la période 2024-2030.

« Les appareils photo numériques jouent un rôle très important dans l’industrie agricole, et pourtant ils n’ont pas le niveau de compatibilité entre les marques dont l’industrie a besoin », a déclaré Smart.

Complications de connexion

Connecter une caméra standard à un tracteur, quel que soit le fabricant, et l'utiliser pour afficher l'écran de la cabine représente actuellement un travail titanesque. Alors que les agriculteurs devraient pouvoir connecter n'importe quelle caméra à n'importe quel tracteur, ce n'est actuellement pas possible.

« Si vous souhaitez intégrer la caméra d'un autre fabricant, elle ne fonctionnera pas immédiatement. Il vous faudra modifier l'application logicielle installée sur votre écran, ce qui prend généralement au moins six mois pour intégrer un nouveau venu », explique Dennis Schäfer, responsable du groupe Logiciels chez Motek GmbH et chef adjoint du projet AEF Digital Camera Systems (DCS).

Bien qu'il existe plusieurs normes vidéo permettant le transfert de données vidéo et des normes permettant la configuration des caméras, il n'existe pas de norme permettant un système plug-and-play sans configuration.

La plupart des systèmes de caméras utilisés via un terminal embarqué à bord d'un tracteur sont basés sur des caméras analogiques. Chaque caméra est généralement reliée à un câble distinct pour transmettre l'image à la cabine de l'opérateur afin qu'elle soit affichée. Il arrive souvent que les opérateurs souhaitent visualiser plusieurs caméras simultanément, ce qui peut complexifier le système.

« Actuellement, même si un agriculteur possède un système de caméra analogique ou numérique sur son tracteur, il peut être amené à acheter un terminal supplémentaire pour un nouveau système de caméra d'outil, car celui-ci utilise un type de connecteur différent ou un protocole différent », a expliqué Smart. « Il existe une norme pour les caméras, mais elle est totalement inadaptée au principe du plug-and-play, qui garantit que toutes les caméras fonctionneront aussi bien avec le terminal. »

Dorsale HSI

Dévoilé à l'origine il y a 23 ans, ISOBUS fait référence au « système nerveux » standard ISO 11783 des équipements agricoles qui relie de manière transparente les tracteurs aux outils et aux options de rechange telles que les écrans et les joysticks, etc. Avec ISOBUS, les machines fonctionnent ensemble comme un système mieux que chaque composant ne peut fonctionner seul.

Ce schéma présente une « architecture de référence » pour des systèmes HSI imaginés et leur connectivité. L'ISOBUS actuel (ISO11783) est toujours présent, même si le schéma se concentre principalement sur le HSI. La connectivité aux outils avant et arrière, aux caméras, aux dispositifs de rechange (ADEV1), aux kits de rechange (AKIT) et même aux autres machines à proximité via les communications sans fil sur le terrain (WIC) est représentée. (Illustration : Agricultural Industry Electronics Foundation)

L'AEF, une organisation mondiale à but non lucratif fondée pour améliorer la compatibilité entre les fabricants d'équipements agricoles, a présenté pour la première fois la nouvelle génération d'ISOBUS, connue sous le nom d'ISOBUS haute vitesse (HSI), lors de son Plugfest nord-américain en 2022. Avec une bande passante plus importante et une vitesse de connexion plus rapide - environ 4 000 fois plus rapide que la technologie d'origine - le HSI ouvrira de nouvelles opportunités d'innovation aujourd'hui et à l'avenir, car encore plus de performances et d'automatisation sont exigées.

L'AEF, en étroite collaboration avec le comité technique ISO 127, sous-comité 3 et le groupe de travail conjoint 16 – responsables à la fois de la HSI de nouvelle génération et de la norme de caméra existante – travaille à la mise à jour de la norme de caméra existante avec de nouvelles exigences qui se concentreront sur la création de caméras et de moniteurs entièrement plug-and-play.

« Au-delà de la mission initiale de l'équipe HSI, qui consistait à créer une technologie permettant un contrôle et une commande des outils bien plus performants, les caméras numériques ont été le tout premier cas d'utilisation basé sur HSI sur l'infrastructure HSI, suivi de la communication sans fil sur le terrain pour utiliser ces caméras. Tous ces éléments sont donc interdépendants en raison des avantages que ces caméras apportent au secteur », a déclaré Ryan Milligan, adjoint à la communication et au marketing de l'AEF.

« Les principaux aspects de la structure du HSI doivent être présents pour que les caméras puissent se brancher. Sinon, vous revenez à la création d'un tout autre réseau privé », a déclaré Smart.

Équipe d'appareils photo numériques

L'AEF a créé une équipe de projet sur les systèmes d'appareils photo numériques (DCS), réunissant plus de 20 experts en appareils photo numériques issus de sociétés membres de l'AEF réparties aux États-Unis, en Amérique du Sud, en Europe et en Asie, afin d'améliorer l'interopérabilité et l'intégration intermarques des appareils photo numériques.

La nouvelle norme permettra aux agriculteurs de choisir la caméra et le moniteur HSI les mieux adaptés à leurs besoins. Par exemple, ils peuvent souhaiter un moniteur plus petit (ou plus grand) que l'offre standard, ou choisir une caméra en fonction de ses capacités (résolution, fonctionnement jour/crépuscule/nuit, etc.). L'intégration standardisée de caméras et de moniteurs dans un système HSI permettra d'utiliser toute caméra HSI conforme ou non, répondant à un ensemble minimal d'exigences ; il suffit de la brancher et elle fonctionne.

« Dans le monde analogique, si vous avez 15 caméras sur votre outil et que vous souhaitez afficher toutes ces 15 caméras sur votre machine, vous devez soit ajouter du matériel spécialisé et coûteux qui mélange la vidéo en un seul flux pour un seul câble, soit faire passer 15 câbles de votre outil à votre machine car la ligne de données ISOBUS existante n'est tout simplement pas compatible avec la communication vidéo analogique et n'est pas capable du débit de données élevé qui serait nécessaire pour transmettre des flux vidéo numériques », a déclaré Niklas Niebrügge, ANEDO GmbH, un développeur de logiciels spécialisé dans les solutions de systèmes vidéo numériques et chef de l'équipe de projet AEF DCS.

« Notre mission est de fournir une nouvelle fonctionnalité AEF pour permettre des solutions vidéo prêtes à l'emploi et prêtes à l'emploi qui offrent une interopérabilité des composants du système de vision et une intégration facile pour les fabricants et les ventes après-vente dans le contexte de l'infrastructure HSI », a-t-il déclaré.

« Grâce à la numérisation de l'infrastructure HSI et à la standardisation des interfaces caméra, il est possible de diffuser plusieurs flux vidéo via un seul câble et de réduire la complexité et les coûts du faisceau de câbles », explique Niebrügge. « Associé au système plug-and-play, cet outil constituera une avancée majeure pour l'ensemble du secteur. »

Une fois les bases de la surveillance simplifiée des processus et de l'interopérabilité des composants plug-and-play terminées, d'autres cas d'utilisation et la collaboration avec différentes fonctionnalités AEF pour l'agriculture de précision sont possibles. Cela inclut, par exemple, la communication sans fil sur le terrain et la capacité à détecter différents objets et à diffuser ces informations sur la machine, ouvrant ainsi la voie à un avenir entièrement interopérable.

Regard sur la route

Bien que certains cas d’utilisation n’aient pas encore été imaginés, l’un des principaux objectifs de l’équipe HSI est de développer les bases d’une nouvelle norme de communication industrielle qui pourra évoluer pendant de nombreuses années à venir.

Pour garantir l'évolutivité, chaque cas d'utilisation et les exigences qui en découlent sont explorés individuellement afin de déterminer comment ces exigences pourraient évoluer dans des systèmes encore plus futuristes. L'équipe HSI traduit ensuite ce travail composite en une architecture prenant en charge des avancées majeures dépassant nos connaissances actuelles.

La nouvelle norme permettra aux agriculteurs de choisir une caméra et un moniteur conformes à la norme HSI qui répondront le mieux à leurs besoins. (Photo : KHL Staff)

« Ce n’est bien sûr pas un mince défi : savoir ce que nous ne savons pas encore », a déclaré Smart.

« L’une de nos principales tâches est d’étendre et d’améliorer la norme ISO 17215 (Véhicules routiers — Interface de communication vidéo pour caméras) afin de la rendre utilisable pour les combinaisons complexes de tracteurs et d’outils de flotte mixte que nous avons dans l’agriculture », a déclaré Niebrügge.

Selon Niebrügge, cela le rend également adapté aux industries des camions et des remorques, des engins de construction et de terrassement et de l'exploitation minière.

« Je pense que cette norme s'étendra à d'autres secteurs à l'avenir, car ce n'est pas un problème nouveau. L'ensemble des applications fixes et statiques utiliseront probablement également cette norme », a déclaré Schaefer.

« Les caméras Ethernet numériques sont relativement nouvelles sur les véhicules, mais nous les utilisons depuis des années pour la surveillance locale et résidentielle. Cependant, il n'existe pas de norme permettant simplement de brancher une caméra sur un réseau », a-t-il poursuivi. « La caméra s'affichera sur votre ordinateur à la fin de la journée, sauf si vous possédez le logiciel et la caméra du même fabricant. »

« Les applications stationnaires utiliseront probablement aussi cette norme. Le besoin d'un système de caméra prêt à l'emploi pourrait s'étendre bien au-delà des seuls secteurs d'activité dont nous parlons actuellement. »

Simplement Génial

Albert Einstein aurait dit : « N’importe quel imbécile intelligent peut rendre les choses plus grandes et plus complexes… Il faut une touche de génie et beaucoup de courage pour aller dans la direction opposée. »

Les équipes de projet AEF HSI et DCS développent une technologie complexe dans le but de la rendre plus simple, tant pour le client que pour l'utilisateur final.

« Lorsque l'équipe DCS aura terminé son travail, toute caméra conforme HSI sera compatible avec chaque moniteur/écran conforme HSI », a déclaré Smart.

L’équipe estime que la nouvelle norme ISO sera disponible à l’échelle mondiale d’ici 2027.

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