S.A.D.E.P.A.N

Station Automatique de Détection et d’Enregistrement de Phénomènes Aérospatiaux Non identifiés.

Basée sur les enregistreurs All skydome, elle est piloté par un logiciel de détection de mouvement utilisé en vidéo-surveillance.

Sadepan1

Cette Station est composée de trois parties, une optique, une de détection et d’enregistrement, une de transmission d’alerte. Elle a pour fonction principale l’enregistrement de spectre lumineux issu d’un phénomène Aérospatial.

La prise de vue doit au moins scruter un champs de vision de 100° minimum , mais avec une préférence au 180°.

Les contraintes suivantes sont à prendre en compte :

– faible cout

– facilité d’installation

– modulable

– caméra située dans un azimut situé entre le lever et le coucher du Soleil, en fonction de l’angle d’ouverture de l’objectif, les perturbations peuvent durer plusieurs heures mais cela dépend également de l’élévation donnée à l’objectif.

– voisinage immédiat, respect vie d’autrui. La prise de vue ne doit pas permettre d’identifier une personne, On évitera donc en zone urbanisée de « détailler » le voisinage.

– emplacement facile d’accès pour la maintenance (hiver) et un endroit, parfois déporté, permettant la vision maximal du ciel. Attention à la direction du sud-ouest rendant le système sensible à l’éblouissement relatif du Soleil couchant en hiver….

A – Présentation

I – PARTIE DETECTION

Plusieurs logiciels de détections existent. Certains sont très spécialisés comme UfoCapture de Sonacoto ( version gratuite mais bridée et version compléte payante ) qui fonctionne sous Windows. Le logiciel utilisé et décrit ici, est ZoneMinder.

Bien que ce produit soit avant tout utilisé pour la vidéo-surveillance, il a de nombreux avantages :

  • Fonctionne sur toutes les distributions GNU/Linux ;
  • Supporte aussi bien des caméras analogiques, des webcams et des caméras réseaux ;
  • Dispose d’une interface web de contrôle et de visualisation des événements ;
  • Permet d’envoyer à l’aide du protocole FTP ou SMTP, les événements sur une machine distante ;
  • L’interface est traduite dans plusieurs langues dont le français.

Le logiciel est composé de plusieurs éléments écrits en C++, Perl et PHP. Les données sur les événements sont stockées dans une base de données MySQL et les images capturées par les caméras sous forme de fichiers au format JPEG sur le disque dur.

De plus, une version LiveCD existe, qui permet de l’installer et de l’utiliser sans avoir de compétences informatiques pointues.

II – PARTIE ENREGISTREMENT

Pour mettre en place ce système, il est nécessaire d’avoir les éléments suivants :

un ordinateur

une carte d’acquisition interne ou usb

Pour le choix de l’ordinateur, il faut faire attention aux points suivants :

1 – Processeur

Pour le choix du processeur, les points les plus importants sont la consommation électrique et la puissance du processeur. En effet, dans la plupart des cas votre machine fonctionnera 24h sur 24h et il faut mieux éviter un processeur qui ne prend pas en charge la gestion de l’énergie.

Le système nécessite de la puissance processeur pour la capture et l’analyse des images. La puissance nécessaire varie fortement en fonction :

  • du type d’images (couleur ou noir et blanc)
  • de la taille des images
  • du nombre d’images par secondes
  • du nombre de caméras de vidéo

En terme de ressources, des images en couleurs nécessitent 3 à 4 fois plus de ressources en terme de puissance CPU, mémoire et espace disque. Et la couleur n’apporte que peu de bénéfices en terme d’identification de spectre.

Une caméra Noir/Blanc couvrira les besoins en spectroscopie.

2 – Mémoire

Zoneminder utilise le système de mémoire partagée entre pour échanger les images entre les différents composants du système. Pour connaître la quantité de mémoire partagée nécessaire à votre système, il faut utiliser la formule suivante :

(Nombre de pixels contenus dans l’image) x (Nombre de couleurs dans l’image) x (Nombre d’images dans le tampon de capture) x (Nombre de caméras) x 1.1

Par exemple, pour une caméra qui capture des images d’une résolution de 320x240en 24bit, avec un tampon de 80 images :

( 320 x 240 ) x 24 x 80 x 1.1 = 162201600 bits, soit 16590438 kB, soit 16 MB.

Pour des raisons évidentes de performance, les pages de mémoire partagée doivent être obligatoirement stockées en mémoire vive. A cette utilisation mémoire, il faut ajouter la mémoire utilisée par les autres applications telles que : Apache, PHP et MySQL.

Dans le cas d’images couleurs 1Go de mémoire vive est un minimum raisonnable pour ZoneMinder. Mais la station qui sert de prototype se contente de 128 Mo.

3 – Stockage

L’ensemble des images capturées par le système est stocké sur le disque dur de l’ordinateur. Pour connaître, l’espace disque nécessaire, il vous suffit de télécharger, la feuille de calcul disponible sur le site de ZoneMinder :

La formule utilisé par cette feuille de style est la suivante :

(Nombre d’images par secondes) x (Nombre de caméras) x (Taille de l’image) x (Temps)

L’élément le plus important du calcul est la taille de l’image, voici quelques exemples :

  • Image couleur 384 x 288 en 8bit : 24ko
  • Image couleur 384 x 288 en 24bit : 44ko
  • Image couleur 640 x 480 en 8bit : 64ko
  • Image couleur 640 x 480 en 24bit : 96ko

Si on utilise, un système qui capture sur 24h, 10 images par secondes, à l’aide d’une caméra dans une résolution de 640 x 480 en 24bit, cela donne :

10 x 96 x 86400 = 82944000 ko, soit 82 Go

Comme en peut le constater l’espace disque nécessaire est très important.

L’utilisation d’un enregistrement en détection de mouvement réduit considérablement l’espace nécessaire.

Attention : par défault ZoneMinder conserve tous les évènements capturés, je vous conseille vivement de mettre en place une routine qui efface automatiquement les anciens événements.

III – PARTIE OPTIQUE

Le choix du système optique dépend principalement de l’écart entre la caméra et la station. Deux possibilités techniques :

1 – USB :

usb

le choix d’une caméra de type USB implique que la distance entre les deux soit limitée à la longueur du cordon disponible, à partir de 1.2 m. Il existe des rallonges actives USB 1 et 2 pour augmenter de 5 m la liaison. Il est donc possible de chaîner jusqu’à 5 fois, soit 25 m supplémentaires….

Une autre solution consiste au montage d’un extenseur compatible avec une liaison filaire RJ45 dédiée de 50 m, voire sur 100 et 500 m avec des modèles particuliers et fibres optiques. Le coût devient alors non négligeable.

N’importe quelle caméra USB, qui se caractérise notamment par une résolution (320×240) et capteur basiques ainsi qu’un taux de transfert images/seconde standard ne peut faire l’affaire. Il faut vérifier le comportement de la caméra sous luminosité extérieure normale car certaines saturent très rapidement, image partiellement ou totalement blanche ou orangée. Le drivers des webcams sous Linux ne sont pas tous de bonne qualité (problème de fiabilité du driver, problème de vitesse de capture, etc…)

Il faut de même faire attention aux caractéristiques de l’objectif, soit son angle de vision, les webcams USB bas de gamme sont souvent affectés par défauts d’image, déformation, flou, defaut manque de pixels etc..

Il existe deux principaux types de capteurs pour les caméras CMOS et CCD.

La qualité de l’image varie fortement en fonction du type et de la qualité du circuit électronique. Mais dans la pratique on peut dire que les caméras qui utilisent des capteurs de type CCD sont plus chères, plus consommatrices d’énergie mais de meilleure qualité. Les capteurs CMOS sont réservés au marché d’entrée de gamme. Mais attention, cela n’est pas forcément vrai dans tous les cas, car il existe d’excellentes caméras CMOS, en règle générale ces caméras sont aidées par le traitement numérique des données.

Pour le système, il est nécessaire de monter dans la gamme avec capteur CCD, nécessitant un budget un peu plus important comme les webcams de la gamme ToUcam Pro de Philips. Plébiscitée pour sa sensibilité, 1 lux, (donc une « bonne » capacité de fonctionnement dans les faibles luminosités, crépuscule), sa résolution, (640×480), sa bonne restitution (fidèlisation) des couleurs initiales.

2 – ANALOGIQUE :

Si la distance est supérieure au 25m voir le coût prohibitif, les caméras analogiques constitues une très bonne alternative.

ccd

– la technologie du capteur CCD ou mieux CCD HAD

– la sensibilité moins de 1 lux .

– la gestion de l’intensité lumineuse et sa réactivité, par compensation (AES+ auto-iris) ainsi que l’efficacité de traitement en contre-jour

– la caractéristique de l’objectif qu’il est possible de changer.

Elles existent aussi en 1/3 et ¼ capteur Sony HAD CCD.

3 – Précaution a prendre avec les caméras

Dans les endroits particulièrement exposés au alés climatiques, la caméra doit être placée dans un caisson de protection qui peut être climatisé et ventilé. Un assemblage en tube PVC est efficace pour l’extérieur (étanche) avec un capteur de type transfert hyper HAD, un cordon de 30 m et une alimentation. Angle opérationnel 70°, mais 85° voire 115° avec des autres objectifs.

Le comportement des caméras en présence d’une luminosité extérieure habituelle (côté sud, plan horizontal soit une élévation de 0°) est satisfaisant sachant que toutes les cameras, y compris les professionnelles sont encore plus ou moins sensibles à ce phénomène naturel d’éblouissement par le Soleil. On évitera quand même de diriger longuement l’objectif d’une quelconque camera (sans filtre) dans la direction (élévation : environ 65°) du Soleil d’été en pleine journée générant l’effet loupe.

Le non respect de cette recommandation peut avoir une conséquence irréversible sur l’électronique de la cam CMOS ou CCD pouvant atteindre une température interne bien supérieure à celle prévue par le constructeur… L’installation d’une protection d’objectif (cache) est vivement conseillée mais parfois inutile ou très limitée si la prise de vue envisagée est de type plein sud, soit un azimut proche de 180 °, avec un objectif grand angle (115°), mettant en scène un ciel occupant les 4/5 de l’image.

Généralement un capteur CMOS reproduira le Soleil par un point souvent noir et qu’un CCD par une tache lumineuse avec raie blanche verticale

4 – Angle de détection :

Pour couvrir une zone maximale du ciel ( 180° ) plusieurs possibilités :

tour1.jpg

Un objectif grand angle ( possible sur les caméra analogique, monture C ou CS )

Plan en annexe

Cloudbait Observatory

toure.jpg

Utilisation d’un miroir hémispherique.

Plan en annexe

Cloudbait Observatory

Attention quand même à la déformation de l’image pouvant ammener à des spectres inexploitable ( nécessité d’avoir un logiciel de redressement des images).

5 – connection a la station :

A –Type filaire :

La sortie vidéo (par fiche RCA jaune) de la camera est destinée à être connectée à un câble blindé coaxial de 75 Ohms. Un simple câble de télé (terrestre ou satellite) convient donc parfaitement, il pourra dépasser les 30/40 m de longueur sans problème. Avec du coaxial faible perte et à fort facteur de recouvrement, bien près de 100 m…et plus si insertion d’un ampli vidéo. Les connexions /connecteurs sont multiples (soudures en respectant la géométrie du câble) ou via fiches F, BNC, cinch, etc..

Alimentations

Ne pas oublier la télé-alimentation de la cam, par exemple, + par un brin séparé – par la tresse du coaxial. Prévoir transformateur filtré 220/12 V. Attention à ne pas envoyer le + sur l’âme du coaxial affectée à la seule vidéo.

Pour alimenter les caméras analogiques, il faut utiliser un transformateur. Les deux principales caractéristiques à prendre en compte sont l’ampérage et le voltage. La plupart des caméras nécessitent une alimentation stabilisée et un courant continu.

coax.jpg

La connexion entre la caméra et la carte d’acquisition est réalisée à l’aide de câbles vidéos analogiques de type BNC (75 Ohms) ou bien RCA.

Il est possible de changer le type d’extrémité avec des adaptateurs : RCA vers BNC et BNC vers RCA.

Le meilleur choix pour le câblage est de prendre un câble qui fait à la fois l’image et l’alimentation. Cela permet de n’avoir qu’un seul câble par caméra.

Côté ordinateur, celui-ci peut être équipé de 2 façons, soit :

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– d’une interface d’acquisition vidéo externe, module- adaptateur A.V- SVHS/USB 1.1, 2, c’est rapide à brancher.

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– d’une interface d’acquisition vidéo interne, carte. l’entrée RCA (jaune) de ces équipements étant connectée au coaxial.

Btype sans-fil :

L’avantage des systèmes radio est l’absence de pose de câbles de liaison visibles et encombrants, ni de perçages.

Donc si la distance ou le parcours sont incompatibles avec le transfert matériel il existe la solution dite « sans fil » qui consiste à transporter l’image de la caméra par voie hertzienne.

sadepan2.jpg

Pour faire des transiter les images, il existe des solutions analogiques toutes prêtes. A la base on dispose toujours d’une caméra émettrice ou alors d’un bloc émetteur connecté à la caméra. Ces produits sont identiques quant à leurs caractéristiques, 4 canaux de 16 ou 18 Mhz entre 2.4 et 2.4835 GHz avec antenne souvent solidaire (type tige ou plate ) La puissance dite PIRE est de 10 mW, ou 10 dBm, ( 90 dBµV à 3 m ) pour que ces appareils dits à faible puissance puissent être utilisés librement à l’intérieur comme à l’extérieur des bâtiments en France et dans la plupart des pays européens.

Avec les systèmes sans fils (émetteur/récepteur, transmetteur, etc..), et également les kit de vidéo-surveillance sans fil, il est possible d’éloigner la caméra/émetteur jusqu’à 80 à 150 m, du récepteur placé dans la maison. On admet que la distance opérationnelle précitée est acquise normalement lorsque les ondes ne traversent pas plus qu’un mur (non armé) extérieur standard en briques (-10 dB) et une ou deux cloisons internes en plâtre. La toiture sèche est relativement « transparente » aux signaux à condition que le grenier ne présente pas d’isolation comportant notamment une feuille d’aluminium.. Les murs en béton et particulièrement ceux armés sont fortement absorbants.

D’autres cameras sans fil « CE » sont conçues pour usage extérieur, (IP) mais abritées (ex sous une avancée de toiture, auvent… ), avec ou sans récepteur etc

Si le récepteur de la caméra ou du transmetteur est placé « devant » un vitrage simple ou double (mais attention aux récentes vitres traitées à base d’oxyde, d’alumine et de magnésie, film métallique, incompatibles avec la propagation hertzienne) ouvrant vers la caméra, la distance opérationnelle peut être bien supérieure, 200 à 300 m et plus, surtout si l’émetteur est à vue, c’est à dire absence totale d’obstacles naturels et artificiels fixes et mobiles entre l’antenne d’émission et réception.

Si des antennes de réception directives à gain (parabole gain 28 à 19 dBi, panneau patch 21 à 9 dBi ) sont branchées au module de réception, la distance peut être encore plus importante qu’avant, on peut alors imaginer une prise de vue depuis un château d’eau, une tour etc.. à conditions de disposer d’une source électrique, secteur ou batterie alimentée par panneaux solaires.

Avec des panneaux solaires :

En zone isolée, point haut, ex piste de décollage parapente ou pistes de ski, table d’orientation/point de vue remarquable, pâturage etc.. les ressources en énergie électrique n’étant pas toujours disponibles voici quelques remarques pour mieux aborder ce problème en mode autonome:

L’énergie photovoltaïque peut être fournie par des panneaux solaires compatibles 12 V en silicium amorphe. Ce dernier est préférable car il assure un minimum de rendement même sous ciel couvert. La surface d’un panneau est au moins de 0.5 m2. Le panneau dirigé vers le Sud avec une élévation correspondant au sol d’hiver est complété d’une batterie et régulateur. Notons qu’il est utile de savoir que la consommation d’un transmetteur « CE » est de 180 mA et qu’une caméra (sans led ni audio ni chauffage ) débute vers 50 mA en CMOS et à partir d’environ 80 mA en CCD. Pour las caméras sans fil les données sont les mêmes, en général < 300 mA, 9 ou 12 V.

Faire préalablement un bilan d’énergie en fonction de la performance du système envisagé et de la consommation. Ne pas négliger la durée d’ensoleillement vraie, observée, particulièrement en montagne et en hiver. Ledit bilan doit aussi tenir compte de la durée de fonctionnement quotidien du système et dans une moindre mesure de la décharge naturelle de la batterie et de la consommation du régulateur. En montagne la taille du panneau peut être doublée, soit environ 1 x 1 m, et la capacité de la batterie plus importante. Il est difficile de fournir et garantir ces chiffres, c’est finalement en fonction du particularisme du site.

IV – CONCLUSION

La mise en place de station de ce type sur tout le territoire, permettrait d’avoir une couverture nationale de l’espace aérien.

Toutes connectées à un serveur centralisé, les alarmes pouvant mener à une triangulation et intervention en cas d’atterrisage.

Sa modularité et son faible coût en font un système de detection rapide a mettre en place.

Elle peut être aussi équipé d’une série de capteurs ( pression, fréquence, température … ) voir même de système de poursuite motorisé.



– 1 detection via cam Grd Angle. Envoi des coordonnées de zones vers la tourelle.
– 2 « accrochage » de la cible ( ca fait bidasse comme terme ), suivi et déclenchement prises de vue et data.
– 3 envoi d’une alerte.

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