Comment une mesure par drone devient une preuve

La question que personne ne pose à voix haute

Un rapport d’inspection est une affirmation. Il indique qu’un feu se trouve à un angle particulier, et que cet angle est à l’intérieur ou à l’extérieur de la tolérance. Quelqu’un le signe, quelqu’un l’archive, et un an plus tard un auditeur peut demander d’où vient ce chiffre.

La version honnête du doute est la suivante. Un drone transporte une caméra. Une caméra n’est pas un instrument au sens où un photomètre sur trépied est un instrument. Alors pourquoi le chiffre devrait-il être cru ? La réponse n’est pas que notre caméra est secrètement un appareil de laboratoire. C’est que la chaîne allant du capteur à la valeur rapportée est écrite, reproductible, et bornée par une incertitude déclarée. C’est ce qui transforme une image en preuve, et il vaut la peine de parcourir toute la chaîne plutôt que d’affirmer la conclusion.

Ce que le capteur enregistre réellement

Une caméra n’enregistre pas la lumière en candelas. Elle enregistre des comptes. Les photons traversent un objectif, frappent un capteur, sont amplifiés par le gain que le réglage d’exposition a sélectionné, et sont écrits sous forme d’entiers par canal. Ce nombre dépend de l’objectif, de l' ouverture, de l’obturateur, de la température du capteur, du codage, et de la distance à laquelle la lumière se trouvait. Rien de tout cela n’est une unité physique.

Le point de départ honnête est donc qu’une image brute est une observation, pas une mesure. Ce qui la rend utilisable, c’est tout ce qui lui est attaché. Chaque image dans notre pipeline porte un horodatage synchronisé avec le journal RTK GNSS du drone, ce qui signifie que nous connaissons la position de la caméra au moment où l’image a été prise, et nous connaissons la position relevée du feu que nous observons. L’image ne fournit qu’une seule chose : si le faisceau semblait rouge, blanc, ou entre les deux.

D’une observation à une grandeur physique

La grandeur qu’un rapport d’inspection PAPI communique est un angle, et un angle est un problème de géométrie, pas un problème de luminosité. Deux positions connues dans l’espace définissent un angle d’élévation entre elles. La contribution de la caméra est d’identifier le point le long de ce balayage angulaire où le signal change.

C’est ce que montrent les deux panneaux en haut de cet article. Le panneau de gauche trace les valeurs brutes des canaux rouge, vert et bleu en fonction de l’angle d’élévation lorsque le drone monte à travers le faisceau. Le panneau de droite trace la fraction rouge, r/(r+g+b). Le second est celui qui porte la mesure, car un rapport de canaux se normalise de lui-même. Divisez l’exposition par deux et chaque canal est divisé par deux avec elle, donc la fraction est inchangée. Survolez la même unité par une journée plus lumineuse et les valeurs absolues changent tandis que le point de croisement ne change pas.

Cela importe plus qu’il n’y paraît. Cela signifie que l’angle de transition rapporté ne dépend pas du fait que la caméra ait une réponse absolue connue. La bande ombrée dans le graphique est la région de transition, et l’angle rapporté est ajusté à travers elle plutôt que lu sur une seule image. Des centaines d’images votent, et le bruit sur la trace se moyenne au lieu de retomber sur un seul échantillon chanceux.

Ce que l’étalonnage signifie ici, et ce qu’il ne signifie pas

Il y a deux chaînes distinctes, et les confondre est la façon dont les fournisseurs exagèrent leurs affirmations.

La chaîne géométrique est la plus solide. Les positions proviennent du RTK GNSS référencé à une station de base, elle-même liée à un référentiel géodésique. Les paramètres internes de la caméra, la distance focale et la distorsion de l’objectif, proviennent d’un étalonnage basé sur une mire, effectué par objectif et enregistré avec une date. C’est un étalonnage d’instrument ordinaire au sens métrologique : un instrument comparé à un étalon connu, avec la comparaison documentée.

La chaîne optique est plus faible et nous devrions le dire. Notre caméra aéroportée n’est pas un photomètre étalonné , et nous ne délivrons pas de certificat d’étalonnage pour elle qui résisterait à un examen en tant que référence photométrique absolue. Lorsque l’intensité absolue importe plutôt qu’un rapport, le point d’ancrage doit venir d’ailleurs, soit d’une mesure de référence prise sur site, soit d’un étalonnage croisé avec un instrument qui porte un certificat. Comparer des unités entre elles sur le même vol, sous la même exposition, est une affirmation relative forte et une affirmation absolue faible.

La norme ISO/IEC 17025 définit ce qu’un laboratoire d’essais et d’étalonnage doit démontrer en matière de compétence et de résultats, et le Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure définit comment combiner et rapporter les composantes de l’incertitude. Les deux sont des cadres réels avec des exigences réelles. Aucun des deux n’est quelque chose qu’une entreprise peut revendiquer en décrivant bien son processus. Ce que nous avons est un protocole, pas une accréditation, et la différence mérite d’être énoncée franchement.

Où l’incertitude entre en jeu

L’incertitude est bornée, pas éliminée. Le budget ci-dessous est celui publié sur notre plongée dans l’algorithme , et chaque chiffre qu’il contient est le nôtre plutôt qu’une norme industrielle.

Deux choses dans ce tableau sont le point essentiel. Premièrement, la garantie est pire que le calcul, délibérément, car un budget assemblé dans un bureau n’est pas la même chose qu’un résultat obtenu dans le vent sur un aérodrome en exploitation. Deuxièmement, l’ensemble du budget se situe bien à l’intérieur de la tolérance de transition de couleur de l’Annexe 14 de l’OACI de 3 minutes d’arc, qui est le chiffre qui décide si une unité est hors tolérance . Une méthode de mesure n’a besoin d’être assez précise que pour trancher la décision pour laquelle elle est utilisée.

Pourquoi la reproductibilité l’emporte sur la précision

Face au choix entre une méthode plus précise que personne ne peut reproduire et une méthode légèrement plus grossière qui se reproduit, choisissez la seconde.

Une seule lecture très précise vous indique l’état d’un feu un après-midi donné. Elle ne peut pas vous dire si l’unité dérive, car il n’y a rien à comparer. La précision de mesure sans reproductibilité vous donne un chiffre et aucune tendance. Nos missions sont générées à partir du profil de l’aéroport et pilotées de manière autonome, de sorte que la même trajectoire de vol est reproduite lors de la visite suivante et les deux ensembles de données sont directement comparables. C’est aussi pourquoi une passe de vérification après un réglage de maintenance est une comparaison plutôt qu’un nouveau relevé.

La reproductibilité est aussi ce qui rend l’étalonnage sur site significatif. Vérifier un instrument à son point d’utilisation, dans les conditions dans lesquelles il travaille réellement, n’est utile que si les conditions sont enregistrées et que la procédure est la même à chaque fois.

Il y a une deuxième raison de préférer la borne déclarée. Une précision non déclarée n’est pas une affirmation plus forte, c’est une affirmation irréfutable. Si une méthode rapporte un angle et aucun intervalle autour de lui, personne ne peut dire si une différence de 2 minutes entre deux visites est une dérive réelle ou du bruit dans la méthode. Attacher une borne à chaque nombre est ce qui permet à une équipe de maintenance d’agir sur un changement, et c’est aussi ce qui permet à la méthode d’être erronée d’une manière que quelqu’un peut démontrer. Un nombre qui ne peut pas être vérifié n’est pas un nombre plus sûr.

Ce qui tient lors d’un audit des mois plus tard

La traçabilité au sens réglementaire ne concerne pas seulement les étalons. Il s’agit de pouvoir reconstruire comment un nombre spécifique a été produit, longtemps après que tous les impliqués aient oublié le jour.

✓ Les données brutes conservées signifient qu’un résultat contesté peut être recalculé. ✗ Un PDF avec un nombre dedans et rien derrière ne peut pas du tout être réexaminé.

C’est la différence entre un rapport et une preuve. Un rapport énonce une conclusion. Une preuve permet à quelqu’un d’autre d’atteindre la même conclusion de manière indépendante.

Ce que nous affirmons, et ce que nous n’affirmons pas

Nous affirmons une méthode documentée, une incertitude déclarée qui est conservatrice par rapport à notre propre budget calculé, des données brutes conservées, et des résultats qui se reproduisent d’une visite à l’autre. Nous n’affirmons pas une accréditation de laboratoire, et nous n’affirmons pas que notre caméra aéroportée est une référence photométrique absolue. Quiconque vous dit que sa caméra de drone est un instrument certifié a sauté une étape.

Si vous voulez les détails de ce qui est mesuré sur un PAPI et la tolérance à laquelle chaque paramètre est jugé, c’est sur la page d’inspection PAPI . Si vous voulez la norme derrière ces tolérances, nous l’avons couverte dans ce que l’Annexe 14 de l’OACI exige de votre PAPI .