Qu’est-ce que la technologie de caméra FPV dans les drones et les meilleures utilisations

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Les caméras FPV sont petites, légères et d’un prix raisonnable. La caméra FPV est montée sur un drone pour envoyer une vidéo en temps réel au sol à l’aide d’un émetteur vidéo. La caméra FPV vous permet de voir où le drone vole et ce qu’il voit comme s’il avait ses propres yeux.

En fonction du drone, l’émetteur FPV enverra le signal vidéo en direct à votre écran de télécommande, moniteur, smartphone, tablette ou lunettes FPV.

Les caméras FPV vous permettent de voler plus haut et plus loin, certains des derniers drones pouvant voler jusqu’à 5 miles de distance en utilisant la technologie FPV. Les drones militaires ou les gros drones haut de gamme peuvent parcourir des milliers de kilomètres en utilisant la technologie FPV.

Cet article répond à la question de savoir quels sont les systèmes et technologies de caméra FPV. Nous expliquons ici la dernière technologie de caméra FPV sur les petits drones de course grand public, commerciaux et FPV, y compris les capteurs d’imagerie CMOS ou CCD, les champs de vision (FOV), la TVL, la plage dynamique et bien plus encore.

Lorsque vous comprenez la technologie des caméras FPV dans les drones, vous avez les connaissances nécessaires pour apporter des modifications et élargir la distance de la vidéo en direct FPV. Un autre article formidable à lire est intitulé «Extension de la vidéo en direct, du gain et de la portée des drones» qui explique plus en détail le fonctionnement des antennes, des émetteurs et des récepteurs.

Qu’est-ce que la technologie de caméra FPV dans les drones

Les informations ci-dessous sont extraites de l’article DroneTrest intitulé Guide d’achat de la caméra FPV.

Caméras FPV dédiées

Si vous utilisez déjà une caméra HD sur votre drone telle qu’une GoPro, Foxeer Legend ou Runcam HD, vous pouvez simplement connecter l’émetteur vidéo directement à la caméra pour obtenir un flux vidéo en direct. Ceci est assez courant pour la plupart des drones de photographie aérienne car cela vous permet de voir ce qui se trouve dans le cadre de votre appareil photo avant d’enregistrer ou de prendre une photo.

Cependant, l’inconvénient de l’utilisation de votre caméra d’action pour FPV est qu’elles ont toutes des problèmes de latence. Bien que la latence soit généralement d’environ 100 à 200 ms (millisecondes), elle est à peine perceptible avec le vol et le tournage en général. Cependant, cette différence de latence est trop lente pour les drones de course FPV.

Lorsque vous volez à 50 mi / h (une vitesse typique pour un coureur FPV expérimenté), un délai de 100 ms peut signifier que votre drone parcourra environ 6 pieds avant de recevoir la vidéo, ce qui pourrait signifier la différence entre le fait de manquer un obstacle ou de le heurter. En utilisant une caméra FPV dédiée, votre système FPV aura une latence beaucoup plus faible. Une latence inférieure à 40 ms est ce à quoi vous pouvez vous attendre.

Dans le reste de cet article, nous supposerons que vous décidez d’utiliser une caméra FPV dédiée et nous discuterons des aspects pertinents que vous devez prendre en compte lors de l’utilisation d’une caméra FPV dédiée.

Capteurs d’image de caméra FPV – CCD ou CMOS

Le capteur d’image de votre caméra FPV affectera ses performances. Les caméras FPV utilisent un capteur CMOS ou CCD. Alors, quel est le meilleur? La réponse courte en termes de qualité d’image est que les capteurs CCD sont meilleurs. Cependant, les capteurs CCD sont plus chers et pour les applications FPV, la légère amélioration de la qualité d’image ne justifie pas toujours le surcoût.

Quand les capteurs de caméra CMOS sont meilleurs

Comme mentionné ci-dessus, le principal avantage des caméras CMOS est qu’elles sont moins chères que les caméras CCD et ont des performances suffisamment bonnes pour les applications FPV. Le coût peut être un facteur important même si vous êtes un pilote de FPV as, car il n’est pas rare que vous plantiez votre drone de course FPV. Étant donné que votre appareil photo est monté à l’avant de votre quadricoptère, c’est généralement la première chose à absorber l’impact.

Cependant, la plupart des cadres de course FPV décents ont une sorte de protection de caméra intégrée pour éviter que la caméra ne subisse le plein impact. Les caméras CMOS sont également généralement plus légères et consomment moins d’énergie que le CCD, ce qui n’est vraiment important que sur certains micro-drones, mais c’est toujours quelque chose à leur avantage.

En général, la plupart des pilotes de drones utilisent des caméras CMOS en raison de leur grande disponibilité et de leur coût. Nous recommandons actuellement cette caméra 800 TVL CMOS 1.4 pour FPV.

Quand les capteurs de caméra CCD sont meilleurs

Les caméras CCD utilisent un obturateur global, ce qui signifie que toute l’image est capturée en même temps. Les caméras CMOS utilisent un obturateur roulant et capturent l’image pixel par pixel de haut en bas, ce qui crée un effet de roulement.

Pour les applications FPV, cela signifie généralement que lorsque vous avez des vibrations à bord de votre drone, cela provoque un effet jello indésirable. Les caméras CCD n’ont pas ce problème et ont généralement une plage dynamique plus large, ce qui signifie qu’elles fonctionnent mieux dans des conditions très lumineuses et très sombres. Mieux que les caméras CMOS.

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Latence de transmission vidéo de la caméra FPV

La latence de votre caméra FPV est causée par le traitement par la caméra de toutes les informations du capteur d’image. Plus le traitement est rapide, plus la latence est faible. Les caméras d’action comme la GoPro traitent des images très détaillées (jusqu’à 4k) tout en émettant également de la vidéo en direct sur votre émetteur FPV.

Cela signifie qu’ils ont beaucoup plus d’informations à traiter, de sorte que la plupart des caméras d’action haute définition ont des valeurs de latence beaucoup plus élevées qu’une caméra FPV dédiée qui fonctionne sur des résolutions beaucoup plus faibles.

Comme indiqué précédemment, bien que cela soit à peine perceptible avec le vol général, la plupart des pilotes de drones préfèrent utiliser une caméra FPV dédiée lorsqu’ils pilotent un drone de course. Un délai de latence de 100 ms lors d’un vol à 50 mi / h peut signifier que votre drone parcourra environ 6 pieds avant que le pilote ne reçoive la vidéo. Dans de nombreux cas, le drone s’est déjà écrasé avant que le pilote ne s’en rende compte.

La plupart des caméras FPV ont une latence de moins de 40 ms, tandis que la plupart des caméras d’action auront une latence de 140 millisecondes ou plus.

La GoPro est une caméra extrêmement populaire et de nombreux drones sont fabriqués avec la GoPro à l’esprit. Si vous construisez votre propre drone et que vous souhaitez utiliser une GoPro comme caméra FPV, cette première vidéo vous montrera comment.

Mesurer la latence

Vous pouvez facilement mesurer la latence de votre équipement FPV. Tout ce que vous avez à faire est de faire face à votre caméra FPV une minuterie ou un chronomètre, avec sa sortie visible sur votre moniteur FPV. Avec un deuxième appareil photo, vous prenez une photo du chronomètre et de votre moniteur FPV dans le même plan.

En comparant le temps visible sur votre photo de la minuterie et du moniteur FPV, vous pouvez voir combien de temps le signal a pris pour voyager de votre caméra FPV à votre moniteur FPV qui est la latence. Un exemple de ceci est montré ci-dessous où la caméra FPV a une latence d’environ 100 millisecondes. Voici un autre article concernant tout le domaine de la transmission vidéo à faible latence.

Latence vidéo de la caméra FPV

Résolution TVL de la caméra FPV

Comme la plupart des caméras FPV fonctionnent sur la vidéo analogique, nous mesurons la résolution en lignes TV ou TVL, plutôt que le nombre de pixels réel commun avec la vidéo numérique. TVL est une mesure de la résolution horizontale de la caméra. Plus la résolution TVL sera élevée, plus l’image sera plus détaillée capturée par la caméra.

En général, il est toujours préférable d’obtenir une caméra de résolution TVL plus élevée si vous le pouvez. Cela dit, la TVL n’est pas le seul facteur qui dicte la qualité de l’image, car d’autres facteurs tels que la reproduction des couleurs, la latence et la plage dynamique sont également très importants.

Les résolutions TVL courantes pour les caméras sont les résolutions 420, 480, 600, 800 et 1000 TVL.

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De combien de TVL ai-je besoin?

Il y a beaucoup de débats sur Internet sur la TVL maximale, qui peut être alimentée par un émetteur FPV analogique standard. Le facteur le plus important sera la résolution de votre moniteur FPV ou de vos lunettes. Étant donné que la plupart des lunettes FPV ont une résolution VGA (800 x 480), une caméra FPV de 800 TVL ou moins serait nécessaire.

DJI a maintenant 3 lunettes FPV sur le marché, y compris un système de transmission haute définition, qui comprend une caméra FPV, une unité aérienne, des lunettes et une télécommande. La vidéo en direct est excellente avec une latence exceptionnellement faible.

Toutes les lunettes DJI sont examinées ici, y compris le système FPV numérique qui peut être utilisé sur des drones de bricolage, des drones de course et des robots.

Bande passante de l’émetteur FPV

L’autre facteur est la bande passante réelle de votre émetteur FPV, où des résolutions plus élevées nécessitent plus de bande passante. Étant donné que mes connaissances sont assez limitées en ce qui concerne les bandes passantes des émetteurs, je n’ai pas encore trouvé de réponse absolue. Mais pour autant que je sache, le consensus général est que la résolution TVL maximale que vous pouvez utiliser est de 600 TVL.

Cependant, certaines personnes sur divers forums affirment que vous pouvez aller jusqu’à 1000 TVL. Je ne peux pas dire la différence de résolution au-dessus de 600 TVL.

Résolution TVL de la caméra FPV

Caméras FPV et champ de vision

Le champ de vision (FOV) de la caméra FPV est une mesure de ce qu’elle peut voir autour d’elle comme défini par un angle comme indiqué ci-dessous.

Champ de vision et lentilles

Lors de l’achat d’une caméra FPV, ils ne spécifient parfois pas le champ de vision en angles, mais plutôt par la distance focale de l’objectif en mm. Le tableau ci-dessous peut être utilisé pour voir approximatif champ de vision de chaque objectif. L’œil humain a une distance focale d’environ 2,97 mm;

  • Objectif 1,2 mm – 185 °
  • Objectif 1,7 mm – 170 °
  • Objectif 2,1 mm – 158 °
  • Objectif 2,5 mm – 147 °
  • Objectif 2,8 mm – 130 °
  • Objectif 3,0 mm – 127 °
  • Objectif 3,6 mm – 92 °
  • Objectif 4,0 mm – 88 °
  • Objectif 6,0 mm – 78 °

Caméras FPV et champ de vision

Habituellement, pour les applications FPV, il est préférable d’avoir un champ de vision plus élevé, car cela vous permet de voir une zone plus large. Cependant, cela peut parfois déformer les images où l’horizon est souvent incurvé comme indiqué ci-dessous. Les derniers drones haut de gamme ont des caméras qui ne sont pas affectées par cet effet fisheye baril.

Voici un exemple de distorsion fisheye en barillet d’une caméra aérienne avec un champ de vision plus large. Champ de vision large de la caméra FPV avec effet fisheye baril

Quel champ de vision est le meilleur?

Certains pilotes préfèrent utiliser un champ de vision étroit, tandis que d’autres préfèrent utiliser un champ de vision plus large. Il est préférable d’essayer différentes caméras pour trouver un champ de vision dans lequel vous êtes à l’aise de voler. Certaines caméras FPV vous permettent de changer d’objectif, ce qui signifie que vous pouvez facilement essayer différents champs de vision.

Plage dynamique de la caméra FPV

La plage dynamique de votre caméra FPV détermine dans quelle mesure votre caméra peut enregistrer les détails dans les zones très sombres et très lumineuses d’une image. Un exemple est présenté ci-dessous. Lorsque la plage dynamique étendue est désactivée, les zones d’ombre affichent peu de détails par rapport à lorsque la plage dynamique étendue (WDR) est activée.

Ceci est important et très perceptible pour le vol FPV car vous regarderez généralement l’horizon. Si votre caméra a une plage dynamique faible, elle se concentrera au-dessus de l’horizon, rendant le sol noir, ne vous laissant voir aucun détail.

Une solution simple pour cela consiste à incliner légèrement la caméra vers le bas afin de toujours voir plus de terrain. La caméra ajustera ensuite l’exposition pour rendre le sol visible avec le ciel un peu délavé.

La plage dynamique d’une caméra n’est généralement pas publiée, mais de nos jours, la plupart des caméras FPV sont configurées pour avoir une large plage dynamique activée prête à l’emploi. Il est préférable de demander au vendeur ou de lire les critiques d’une caméra FPV spécifique avant de l’acheter.

Large plage dynamique de la caméra FPV

Caméras FPV – Infrarouge Cut / Sensitive

En général, la plupart des caméras, que ce soit pour FPV ou pour la cinématographie aérienne générale, ont un filtre infrarouge intégré. Un filtre de coupure IR empêchera toute lumière infrarouge d’atteindre le capteur de la caméra car la lumière infrarouge peut rendre la vidéo un peu délavée.

En ajoutant un filtre de coupure IR à la caméra, la vidéo aura des couleurs beaucoup plus lumineuses et vives. Il est préférable de choisir une caméra FPV avec un filtre de coupure IR (il y a de fortes chances que si le produit ne le mentionne pas, c’est parce qu’il en a un construit comme norme de l’industrie).

Désormais, il existe des situations particulières où l’on souhaite disposer d’une caméra sensible aux infrarouges, notamment en basse lumière. Les caméras sensibles aux infrarouges vous permettent de mieux voir au crépuscule et à l’aube car elles laissent entrer plus de lumière dans la caméra.

Cependant, il existe un compromis avec une qualité de couleur plus médiocre. Une comparaison entre les deux est présentée ci-dessous où vous pouvez voir que la caméra infrarouge bloquée a des couleurs beaucoup plus vives.

Caméras FPV Filtre de coupure IR sensible et bloqué

Une excellente caméra FPV qui vous permet de choisir entre les versions à coupe IR et sensible aux infrarouges est la Runcam Swift 2.

Caméras FPV pour étendre la plage de transmission

Si la portée de votre transmission vidéo en direct est de 2,4 km (1,5 mile) et que vous souhaitez voler plus loin, vous pouvez étendre la portée de la transmission vidéo avec quelques petits changements.

Utilisation conjointe d’une antenne à gain omnidirectionnelle et directionnelle

Le moyen idéal pour recevoir de la vidéo en direct est d’utiliser à la fois une antenne directionnelle pour obtenir le maximum de vidéo dans une direction. Ensuite, utilisez un contrôleur de diversité avec une antenne omnidirectionnelle, pour recevoir la vidéo en direct FPV lorsque vous vous déplacez à l’extérieur et derrière l’antenne directionnelle.

Ce que cela signifie vraiment, c’est que lorsque vous volez, il y aura des zones où l’antenne omnidirectionnelle aura le signal le plus fort et d’autres zones où l’antenne directionnelle aura le signal le plus fort. Un contrôleur de diversité commutera entre l’antenne directionnelle et l’antenne omnidirectionnelle.

Contrôleurs de diversité

Un contrôleur de diversité est utilisé pour relier au moins deux récepteurs vidéo sans fil. Vous pouvez acheter très facilement des contrôleurs de diversité avec de nombreux canaux. De nombreux passionnés de drones construisent leurs propres cartes de diversité à 2, 4 et 6 canaux.

Un Diversity Board doit pouvoir recevoir 2 canaux différents en même temps et pouvoir basculer automatiquement sur la meilleure antenne. Le FR632 est un exemple de panneau de diversité, également connu sous le nom de récepteur de diversité.

Caméras FPV Night & Starlight

Comme indiqué ci-dessus, lorsque vous utilisez des caméras dans des conditions de faible éclairage, le fait d’avoir un filtre sensible aux infrarouges peut améliorer les choses. Il existe également quelques caméras spécialisées conçues pour fonctionner dans des conditions plus sombres, vous permettant de voler au coucher ou au lever du soleil quand il fait plus sombre.

Dans de nombreux pays, il n’est pas légal de voler de nuit, mais c’est possible. Il y a deux options ici. La première consiste à utiliser une caméra FPV Starlight, qui a une très faible sensibilité lux lui permettant de fonctionner dans des conditions d’éclairage très faibles.

La sensibilité à la lumière, ou éclairage minimum, fait référence à la plus petite quantité de lumière nécessaire à la caméra pour produire une image de qualité utilisable. L’éclairement minimum est présenté en lux (lx), qui est une mesure de la luminescence.

En général, à condition qu’elle ne soit pas surexposée, l’image sera meilleure avec la quantité de lumière disponible dans la scène. Si la quantité de lumière est insuffisante, l’image sera bruyante ou sombre.

L’autre option est d’utiliser une caméra sans filtre IR et d’utiliser des lumières LED IR pour éclairer l’avant de votre drone FPV. Cependant, cela ne fonctionne bien que lorsque vous volez à basse altitude près du sol à proximité d’autres objets dans lesquels la lumière infrarouge peut rebondir.

Informations FPV et vidéo de configuration de base

Une autre caméra FPV haut de gamme est la Eagle Sparrow Swift Predator et la vidéo suivante passe en revue cette caméra FPV avec 3 autres caméras.

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