Un bateau n’est jamais vraiment immobile. Il tangue, oscille et roule à chaque vague, et toute caméra qui y est fixée bouge de la même manière. Ce mouvement ne reste pas à l’extérieur du cadre. Il fait partie intégrante de la séquence vidéo.
Pour un système d’IA tentant de repérer une bouée, un nageur ou un autre navire, une image instable est un problème avant même que l’analyse ne commence. La détection, le suivi et l’estimation de distance reposent tous sur la compréhension du mouvement propre de la caméra par rapport à la scène.
La compensation de mouvement estime ce mouvement et en tient compte pendant le traitement, fournissant une référence plus stable pour les algorithmes qui suivent. C’est l’une des tâches les moins visibles mais les plus importantes qu’une caméra d’IA marine effectue.
Heureusement, l’un de ses effets est facile à voir. Les exemples suivants comparent les séquences originales avec la vidéo stabilisée numériquement provenant de caméras visibles et thermiques.
Caméra en lumière visible, avant et après stabilisation
Caméra thermique, avant et après stabilisation
Ce que signifie réellement le « mouvement de la caméra » sur un bateau
Lorsqu’une caméra est fixée à un bateau, l’essentiel de ce qui bouge dans la vidéo n’est pas le monde qui change. C’est le bateau lui-même qui bouge sous la caméra. Les ingénieurs appellent cela l’ego-mouvement de la caméra : le mouvement propre de la caméra par rapport à son environnement.
Le mouvement d’un bateau se décompose en six mouvements distincts, connus en mécanique navale sous le nom de six degrés de liberté :
- Roulis : inclinaison d’un bord à l’autre, autour de la longueur de la coque
- Tangage : la proue qui monte et qui descend
- Lacet : rotation vers la gauche ou la droite
- Pilonnement : montée et descente verticale directe
- Cavalement : mouvement d’avant en arrière
- Embardée : glissement latéral
Parce que la caméra est rigidement fixée au bateau, elle hérite de ces six mouvements à la fois. La tâche principale de la compensation de mouvement est de déterminer comment la caméra a bougé, en utilisant des capteurs inertiels, des données visuelles, ou les deux combinés. L’image est ensuite corrigée pour supprimer ce mouvement.
Séparer le mouvement de la caméra du mouvement de l'objet
Lorsque nous regardons une vidéo, notre cerveau sépare automatiquement le mouvement de la caméra du mouvement du monde qui nous entoure. Dans un environnement maritime, nous comprenons que l’horizon est stable, que notre propre bateau se déplace avec les vagues et qu’un autre navire suit sa propre trajectoire.
Un système de vision par ordinateur n’a pas cette intuition. Il observe uniquement les changements de pixels entre les images. Un changement de position peut signifier que l’objet s’est déplacé, que la caméra s’est déplacée, ou une combinaison des deux.
L’effet peut déjà être observé via un exemple simple utilisant la stabilisation numérique qui équipe nos produits. En réduisant une partie du mouvement de la caméra, la trajectoire apparente de l’objet devient plus fluide et plus facile à suivre.
Cependant, ce n’est qu’une première étape. La stabilisation numérique peut réduire le mouvement visible, mais elle ne résout pas entièrement le défi de la compréhension de la scène. Le système d’IA doit encore estimer comment la caméra elle-même s’est déplacée afin de séparer le mouvement du navire du mouvement de l’objet.
C’est pourquoi la compensation de mouvement est une partie si importante de la perception marine : avant de comprendre ce qui se passe dans la scène, le système doit d’abord comprendre comment son propre point de vue se déplace.
La vidéo suivante montre ce processus à l’intérieur de notre système. En compensant le mouvement de la caméra, le mouvement causé par notre propre navire est séparé du mouvement des objets dans la scène. La trajectoire bleue représente donc une estimation améliorée du mouvement du voilier dans l’eau.
En séparant le mouvement de la caméra du mouvement de l’objet, le système d’IA obtient une représentation plus claire de l’environnement. Cela améliore la fiabilité de la détection, du suivi et de l’estimation de distance.
Comment fonctionne la compensation de mouvement en mer
Les caméras gèrent le mouvement sur les drones, dans les voitures et dans chaque appareil photo de téléphone. La pleine mer rend le problème plus difficile, car le mouvement ne s’arrête jamais et la scène n’offre au logiciel presque aucun point d’accroche.
Sur terre, un logiciel peut suivre des points de référence fixes tels que des bâtiments ou des bords de route pour déterminer comment une caméra a bougé. L’océan offre très peu de points de référence stables. Elle bouge, réfléchit la lumière et se ressemble dans toutes les directions.
C’est là qu’intervient une unité de mesure inertielle, ou IMU. Plutôt que d’observer la scène, une IMU ressent directement le mouvement propre du bateau. À l’intérieur, des accéléromètres mesurent l’accélération linéaire le long de chaque axe, tandis que des gyroscopes mesurent la vitesse angulaire. Ensemble, ils permettent au système d’estimer l’orientation et le mouvement de la plateforme.
Aucun capteur n’est fiable seul. Les accéléromètres ne peuvent pas facilement distinguer le mouvement réel de l’attraction constante de la gravité, et les gyroscopes dérivent légèrement avec le temps à mesure que de petites erreurs s’accumulent. La combinaison des deux, une technique appelée fusion de capteurs, produit une estimation stable et continuellement corrigée de l’orientation de la plateforme. L’IMU effectue des prélèvements des centaines de fois par seconde, bien plus vite que la fréquence d’images vidéo, capturant ainsi des mouvements rapides qui autrement passeraient inaperçus entre les images.
Les caméras thermiques augmentent encore la difficulté. Une image thermique comporte beaucoup moins de texture visuelle qu’une image couleur normale, laissant au logiciel encore moins de caractéristiques auxquelles se rattacher. Cela rend la détection précise du mouvement plus importante, et non moins.
Deux façons de compenser le mouvement
Les systèmes d’IA maritimes combinent généralement deux approches complémentaires :
- La stabilisation numérique corrige l’image de manière logicielle, en utilisant le mouvement mesuré, sans pièces mobiles. Elle est légère et fiable, bien adaptée aux unités compactes et moins coûteuses.
- La stabilisation mécanique ajoute un support motorisé qui effectue physiquement une contre-rotation opposée au mouvement du bateau, maintenant la caméra à niveau avant même qu’une seule image ne soit capturée.
Le Sentry de SEA.AI utilise les deux. Ses caméras stabilisées et son traitement embarqué maintiennent le champ de vision stable. Un objet détecté reste proche du centre du cadre, même si le pont bouge en dessous.
Supprimer le mouvement au niveau du support et dans l’image est ce qui transforme une détection instable en une détection fiable. Une détection fiable, à son tour, est ce qui rend possible le suivi et l’assistance à l’évitement de collision.
Sa place dans une vision d’ensemble
La compensation de mouvement se situe à la base de tout ce qu’un opérateur voit réellement : détection, suivi multi-objets et liste des échos sur un écran. Elle est invisible lorsqu’elle fonctionne. Mais sans elle, une vague soulevant la poupe et un navire s’approchant par la proue sembleraient identiques pour un système de détection.
Avec la compensation de mouvement en place, le système reflète ce qui se passe sur l’eau, et non ce qui arrive au bateau. Cette distinction donne à l’équipage des informations sur lesquelles il peut agir. La compensation de mouvement est une couche de la technologie de SEA.AI, travaillant aux côtés de la détection et du suivi pour transformer une imagerie stabilisée en une conscience situationnelle fiable.
Questions fréquemment posées
Qu’est-ce que la compensation de mouvement ?
La compensation de mouvement est le processus consistant à mesurer le mouvement propre d’une plateforme de caméra (son roulis, son tangage et autres mouvements) et à utiliser cette information pour améliorer la façon dont la scène est interprétée, afin que la séquence reflète ce qui se passe réellement sur l’eau plutôt que le mouvement du bateau lui-même.
Pourquoi la compensation de mouvement est-elle importante pour le suivi et la prévention des collisions ?
Un système de suivi suit chaque écho d’une image à l’autre, en supposant que le mouvement à l’écran reflète un mouvement réel sur l’eau. Lorsque la caméra elle-même tangue et roule, cette hypothèse ne tient plus.
Une bouée stationnaire peut sembler se projeter à travers le cadre et être confondue avec un navire rapide. La suppression du mouvement propre de la caméra rétablit cette hypothèse, de sorte que les suivis restent continus et les relèvements précis.
Comment le SEA.AI Sentry reste-t-il stable en mer ?
Le Sentry combine un capteur inertiel compact, qui mesure le roulis, le tangage et le lacet en temps réel, avec une stabilisation à la fois mécanique et numérique.
La caméra est physiquement maintenue à niveau et la vidéo est corrigée image par image, de sorte qu’un objet détecté reste près du centre du cadre et continue d’être correctement suivi au fur et à mesure que le navire se déplace.
