Comment choisir une caméra FPV pour quadricoptères et drones – Drone caméra

Comment choisir une caméra FPV pour quadricoptères et drones
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Comment choisir une caméra FPV pour quadricoptères et drones
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Des caméras FPV dédiées fournissent une vidéo en temps réel à faible latence aux pilotes de drones lorsqu’ils volent. Pour choisir la meilleure caméra FPV pour les drones de course et les multirotors en général, il y a quelques éléments à considérer dont nous discuterons dans ce tutoriel.

La caméra FPV est l’une des parties les plus importantes de la configuration FPV d’un quadcopter. La vidéo en temps réel capturée par la caméra FPV est envoyée au pilote via un émetteur vidéo.

Peu importe le transmetteur vidéo que vous allez utiliser, l’image que vous voyez est aussi bonne que votre caméra FPV.

J’ai compilé les spécifications de toutes les caméras FPV pour mini quad dans cette feuille de calcul afin que vous puissiez les comparer de plus près.

Si vous cherchez des recommandations, voici mon point de vue sur les meilleures caméras FPV.

Caméra FPV installée dans un drone de course

La taille et la forme des caméras FPV déterminent la facilité avec laquelle la caméra peut être montée dans un cadre multirotor donné.

Voici un petit historique de l’évolution de la caméra FPV au fil des ans.

Runcam est probablement l’une des premières sociétés spécialisées dans les caméras FPV. Ils fabriquaient des caméras de surveillance, mais de plus en plus de gens ont commencé à utiliser des caméras de vidéosurveillance pour FPV, donc Runcam s’est lentement tourné vers FPV.

En 2013 et 2014, la caméra CCD Runcam PZ0420 a été rendue populaire pour FPV. C’est un appareil photo si emblématique parce que c’était le meilleur appareil photo absolu à l’époque (principalement parce qu’il n’y avait pas beaucoup d’autres options).

Il est construit sur un PCB carré de 32×32 mm sans aucune protection et ils sont généralement appelés «caméras embarquées». Les composants d’une caméra embarquée sont complètement exposés et peuvent être facilement endommagés en cas de collision.

En 2014, Runcam a sorti l’une des toutes premières caméras conçues spécifiquement pour FPV avec boîtier de protection – la Runcam Sky. Cela a commencé la tendance à mettre les caméras dans un étui de protection.

La dimension de la caméra FPV n’a pas été réglée avant que Foxeer ne sorte son emblématique HS1177 plus tard cette année-là. C’est un appareil photo 28×28 mm (hauteur et largeur), et cela est devenu la norme pour les prochaines années. Presque tous les mini-quads ont ensuite été conçus pour prendre en charge cette taille de caméra.

En 2016 et 2017, Runcam a développé des caméras encore plus petites et plus légères, la Swift Mini (21 mm de large) et la Swift Micro (19 mm). Et ces deux tailles font désormais partie de la norme.

Les tailles des caméras FPV sont déterminées par la largeur – la distance entre les deux trous de montage sur les côtés. Les tailles courantes aujourd’hui sont:

Standard, alias «taille réelle» (28 mm)
Mini (21 mm)
Micro (19 mm)
Nano (14 mm)

Une caméra FPV dédiée peut peser entre 4g et 20g.

Il existe également des caméras FPV «AIO» (tout en un) dotées d’un émetteur vidéo intégré (généralement monté à l’arrière de la caméra). Ils présentent un petit facteur de forme et un poids léger, mais ils ne sont généralement pas les meilleurs en termes de qualité d’image et de plage. Ceux-ci sont populaires dans les drones de taille micro tels que le Tiny Whoop, et nous ne les utilisons normalement pas sur les plus gros drones.

Le CCD et le CMOS sont deux types principaux de capteurs d’image dans les caméras FPV, chacun avec des caractéristiques et des avantages uniques.

Le CCD est une technologie plus ancienne et était le capteur d’image de référence pour les caméras FPV car il fonctionnait mieux que le CMOS à l’époque.

Mais la technologie CMOS s’est améliorée très rapidement et elle est maintenant aussi bonne que CCD, sinon meilleure. De nos jours, presque toutes les nouvelles caméras FPV utilisent des capteurs CMOS et elles s’améliorent constamment et sont moins chères.

Voici un résumé des avantages et des inconvénients du CCD et du CMOS:

CCD

Moins d’effet jello dans les images grâce à l’obturateur global
L’image est plus «brute» et semble moins traitée. La résolution et les détails de l’image sont normalement inférieurs à ceux des meilleurs appareils photo CMOS
Bonnes performances dans la plupart des conditions d’éclairage, moins de bruit numérique en basse lumière
Pas la meilleure performance de gamme dynamique mais acceptable et transition claire / sombre
L’image a généralement un meilleur contraste que le CMOS
Les caméras avec capteurs CCD à travers la carte fonctionnent de manière similaire. Contrairement aux caméras CMOS, les performances varient beaucoup

CMOS

Les performances et le prix des caméras CMOS diffèrent considérablement – les caméras les plus chères sont généralement CMOS et, ironiquement, les caméras les moins chères sont également CMOS, tandis que le CCD se situe généralement dans la gamme de prix moyenne.
Latence généralement plus faible (à une ou deux exceptions près)
Une résolution plus élevée et une image plus nette, le compromis est un bruit numérique plus lourd et des artefacts
Les caméras FPV à faible luminosité / nuit ont tendance à utiliser de grands capteurs CMOS
Plus sensible au jello en raison du volet roulant
Habituellement plus flexible / dynamique avec les paramètres de la caméra

Pour plus de détails, consultez cet article sur les différences entre CCD et CMOS.

Il ne fait aucun doute que les meilleures caméras CMOS surpassent les caméras CCD de nos jours, telles que la Runcam Micro Eagle et Phoenix Oscar Edition.

Personnellement, je ne pense pas que le capteur d’image que vous souhaitez choisir soit important, tant que vous aimez l’apparence de l’image. Assurez-vous de vérifier les avis avant d’acheter, de voir comment ils fonctionnent dans les conditions d’éclairage dans lesquelles vous avez tendance à voler.

Il y a 2 rapports d’aspect parmi lesquels choisir dans les caméras FPV, 4: 3 et 16: 9. Le rapport hauteur / largeur n’a rien à voir avec la résolution, c’est juste la forme différente de l’écran.

16: 9 contre 4: 3

4: 3 est plus carré et a la forme d’un vieux téléviseur CRT tandis que 16: 9 est plus long qu’un écran d’ordinateur moderne.

L’un n’est pas toujours meilleur que l’autre, tout se résume au ratio pris en charge par vos lunettes FPV ou votre écran. Si vous avez un appareil photo 4: 3, mais que vos lunettes sont au format 16: 9, l’image apparaîtra étirée. Si vous avez un appareil photo 16: 9 mais un écran 4: 3, l’image apparaîtra écrasée.

Le rapport hauteur / largeur n’est pas directement lié à la vue périphérique, par ex. La caméra 16: 9 ne vous offre pas nécessairement un champ de vision plus large. Cela dépend en fait de l’objectif et du capteur d’image de votre appareil photo, dont nous parlerons plus tard.

Mais il vaut la peine de savoir que les capteurs CMOS ont un rapport d’aspect natif de 16: 9, tandis que celui du CCD est de 4: 3. Certaines caméras CMOS vous permettent de choisir entre 16: 9 et 4: 3 dans le réglage, mais le 4: 3 est obtenu en coupant les côtés d’une image 16: 9, et donc vous obtiendrez un champ de vision plus petit en 4 : 3.

Le champ de vision (FOV) d’une caméra FPV est déterminé par trois choses, la distance focale de l’objectif et la taille du capteur.

Distance focale plus courte => FOV plus large
Plus grande taille de capteur => FOV plus large

Comme mentionné précédemment, le format d’image peut également avoir un effet sur le champ de vision si l’appareil photo prend en charge les formats 16: 9 et 4: 3. Dans ce cas, lorsque vous sélectionnez 4: 3, il coupe simplement les deux côtés et vous obtenez un FOV plus petit.

Il n’y a pas de «meilleur» FOV, c’est entièrement une préférence personnelle et dépend parfois du type d’environnement dans lequel vous volez.

Pour vous donner une idée, voici une estimation approximative pour un appareil photo avec une taille de capteur de 1/3 ″ au format 4: 3:

Distance focale de l’objectif
Environ. FOV

1,8 mm
160 ° – 170 °

2,1 mm
150 ° – 160 °

2,3 mm
140 ° – 150 °

2,5 mm
130 ° – 140 °

2,8 mm
120 ° – 130 °

3,0 mm
110 ° – 120 °

Avec un FOV plus petit, l’image est plus zoomée et vous pouvez voir les choses plus clairement. Un champ de vision plus large vous permet de voir davantage l’environnement qui pourrait être préféré pour le vol de proximité et la course.

Cependant, lorsque le FOV devient trop grand, l’image apparaîtra plus déformée, ce que l’on appelle l’effet «fish eye». Les objets du milieu apparaîtront plus petits et plus éloignés qu’ils ne le sont en réalité, tandis que les bords de l’image apparaîtront incurvés et déformés.

Personnellement, je trouve que 140-160 degrés est une bonne plage pour FPV, généralement un objectif de 2,1 mm à 2,5 mm pour un capteur 1/3 ″.

Ceci est un bon exemple de différents FOV (du plus étroit au plus large).

Deux tailles de capteur principales: 1 / 1,8 « et 1/3 » – la première est plus grande tandis que la seconde est plus petite.

La taille du capteur affecte les performances de faible luminosité et la plage dynamique. Il est presque toujours vrai qu’un appareil photo doté d’un capteur plus grand offre de meilleures performances par faible luminosité compte tenu des mêmes paramètres. Un capteur plus grand offre également un champ de vision plus grand étant donné la même lentille focale.

Vous pouvez remplacer l’objectif sur un appareil photo FPV pour obtenir un FOV ou une qualité d’image différente. Les objectifs des caméras FPV sont différents sur deux points principaux: la distance focale et la taille du fil.

J’ai un article sur les objectifs des caméras FPV si vous voulez en savoir plus.

Les appareils photo grand format ont normalement des objectifs avec des fils de 12 mm de diamètre que vous pouvez visser dans le boîtier. Nous appelons cela des objectifs M12.

Des objectifs plus petits sont également utilisés dans certains appareils photo afin de le rendre plus petit et plus léger. Ces lentilles ont normalement un filetage de 8 mm de diamètre – les lentilles M8.

Les objectifs M12 sont plus gros et plus lourds. Ils sont normalement utilisés dans les appareils photo de taille mini et standard. Ils laissent entrer plus de lumière, donc la qualité d’image est généralement meilleure que les objectifs M8. Les objectifs M8 sont très compacts et principalement utilisés dans les appareils photo Micro et Nano.

La large plage dynamique (WDR) est une technologie qui vise à améliorer les détails de l’image dans des conditions d’éclairage extrêmes où les zones claires et sombres sont présentes dans le même cadre.

WDR – Large plage dynamique d’une caméra FPV

Comme vous pouvez voir l’image à gauche, elle est sous-exposée, vous pouvez très bien voir le soleil et les nuages, mais l’arbre et les buissons sont tous sombres. Sur la droite, nous avons une image légèrement surexposée, les arbres sont tous visibles maintenant mais le ciel est soufflé. L’image du milieu représente la meilleure plage dynamique la plus large des trois images, vous pouvez voir les nuages ​​et les arbres en même temps.

Une fois que vous aurez compris le concept, vous commencerez à apprécier l’importance de la capacité WDR dans les caméras FPV, car cela vous aide à mieux voir en vol. La plupart des caméras FPV ont un certain degré de WDR, mais les performances WDR peuvent varier.

Si vous prévoyez de voler à l’intérieur, au coucher du soleil / à l’aube, ou même la nuit, alors vous devez vous renseigner sur les performances de faible luminosité d’une caméra FPV. Certains sont conçus plus spécifiquement pour une faible luminosité que d’autres.

Voici une comparaison par faible luminosité de certaines caméras FPV populaires que j’ai faites récemment.

La capacité de faible luminosité d’une caméra FPV est mesurée en LUX. Plus il descend, mieux c’est pour une faible luminosité. Par exemple, la Runcam Swift 2 a une valeur LUX minimale de 0,01, tandis que celle de la Runcam Eagle 2 est de 0,0001, vous savez que la Eagle 2 va être meilleure à faible luminosité que la Swift 2.

Les caméras dotées d’un plus grand capteur d’imagerie fonctionnent également mieux en cas de faible luminosité, car plus de lumière pénètre dans le capteur.

La plupart des caméras FPV sont livrées avec un mode jour / nuit. Il permet à la caméra de produire des images en couleur et en noir et blanc en fonction de la sélection de l’utilisateur ou des conditions d’éclairage. Le «mode nuit» utilise une lumière proche infrarouge pour produire des images en noir et blanc et vous permet de mieux voir en basse lumière.

Est-il important de savoir lequel utiliser? C’est le cas et ce n’est pas le cas.

La principale différence entre NTSC et PAL réside dans la résolution et la fréquence d’images. PAL offre une résolution légèrement meilleure, tandis que NTSC permet une fréquence d’images plus élevée. Si vous voulez avoir une meilleure image, optez pour PAL. Mais si vous voulez des images plus fluides, NTSC fait un meilleur travail.

PAL: 720 x 576 à 25 ips
NTSC: 720 x 480 à 30 ips

Pour une comparaison plus détaillée, consultez cet article.

Conventionnellement, le NTSC est utilisé en Amérique du Nord, au Japon et en Corée du Sud tandis que PAL est utilisé dans la plupart des pays d’Europe, d’Australie et de grandes parties de l’Afrique et de l’Asie. Ce pourrait être une bonne idée de s’en tenir à la norme de votre pays. Mais cela n’a plus vraiment d’importance de nos jours, car les deux formats vidéo sont pris en charge par tous les équipements FPV.

Notez que vous devez choisir le format que votre appareil photo utilise dans Betaflight OSD afin que le texte s’affiche correctement.

TVL (TV Lines) est ce que les fabricants utilisent pour mesurer la résolution des caméras FPV analogiques.

Le nombre est basé sur le nombre de lignes noires et blanches alternées pouvant être affichées horizontalement dans l’image. Une caméra 600TVL signifie qu’elle peut afficher 300 lignes noires et 300 lignes blanches en alternance dans une seule image. Plus il y a de lignes TV, meilleure est la définition d’image que vous pouvez retirer de la caméra. Les caméras FPV TVL couramment vues sont 600, 700, 800 et 1200.

Cependant, une TVL plus élevée ne vous donne pas toujours une meilleure image en raison de la limitation de la transmission vidéo analogique 5,8 GHz, ainsi que de votre moniteur ou de vos lunettes FPV. Par exemple, 1200TVL ne sera pas deux fois plus net que 600TVL dans un système FPV analogique.

Il n’y a pas de moyen facile de vérifier les spécifications TVL revendiquées par les fabricants. Donc, ne vous inquiétez pas trop de ce nombre lors de l’achat d’une caméra FPV et basez votre décision sur la qualité réelle de l’image.

Il faut du temps à la caméra FPV pour capturer et traiter l’image avant de l’envoyer à l’émetteur vidéo. Le délai varie d’une caméra à l’autre dépend de son matériel ainsi que du logiciel.

La latence peut être un facteur décisif si vous aimez les courses de drones ou le vol à grande vitesse. Plus la latence est faible, plus le pilote peut réagir rapidement.

Imaginez si vous volez à 100 km / h, un retard de 50 ms (0,05 s) signifie que votre quad parcourra 1,4 m avant de pouvoir réagir sur les bâtons, ce qui pourrait faire la différence si vous heurtez ou manquez l’obstacle.

La latence n’est pas quelque chose d’imprimé sur les spécifications, donc je fais de mon mieux pour tester autant de caméras que possible et fournir ces informations à la communauté: FPV Camera Latency Testing.

Vous pouvez accéder au menu et aux paramètres de la caméra à l’aide d’un contrôleur fourni avec la caméra.

Grâce aux efforts des développeurs de logiciels de contrôleur de vol, nous pouvons désormais le faire depuis notre émetteur radio en connectant votre caméra au contrôleur de vol. Cela signifie que vous pouvez modifier les paramètres de votre caméra n’importe où sans emporter de contrôleur avec vous.

Voici le tutoriel pour configurer le contrôle de la caméra via la broche OSD.

Ces vidéos HD FPV que vous voyez sur Youtube sont capturées à l’aide de caméras d’action HD comme la GoPro ou la Runcam 3, qui est une caméra supplémentaire que les pilotes mettent sur leurs multirotors.

Certaines de ces caméras HD offrent une capacité de «sortie vidéo» et vous pouvez brancher un émetteur vidéo pour FPV. Mais la latence est normalement trop élevée pour le vol FPV (généralement plus de 100 ms). Vous vous planterez probablement avant même de le voir.

Par conséquent, j’utilise toujours une caméra FPV dédiée avec une caméra d’enregistrement HD. Il est également important de ne pas placer la caméra FPV sur un cardan, donc cela ne perturbe pas votre orientation.

Le DVR (enregistreur vidéo numérique) est utilisé pour enregistrer des images à partir de caméras FPV. Il y a deux façons de procéder.

La plupart des lunettes FPV, comme celles de Fatshark et Skyzone, ont un DVR intégré qui enregistre les images du récepteur vidéo, c’est-à-dire que tout ce que vous voyez à l’écran peut être enregistré. Mais cela inclut également toute la rupture du signal que vous obtenez pendant le vol.

L’autre façon consiste à placer un DVR à l’intérieur du quadricoptère et à le connecter directement à la caméra FPV. J’appelle cela «DVR embarqué». De cette façon, vous pouvez enregistrer des images sans aucune interférence, et la qualité d’image a tendance à être meilleure car il n’y a aucune perte de qualité en passant le lien 5,8 GHz.

Mais de toute façon, le film ne sera pas aussi bon qu’une caméra HD comme la GoPro, mais c’est moins cher et plus léger à faire. Il existe maintenant des caméras HD légères qui peuvent enregistrer des vidéos 1080p, même jusqu’à 4K, tout en étant utilisées comme caméra FPV à faible latence, comme la Runcam Split.

C’est un peu hors sujet, mais je suis sûr qu’il y a des gens qui se demandent comment afficher toutes ces informations de vol utiles sur l’écran. Fondamentalement, un OSD (affichage à l’écran) est une fonctionnalité distincte intégrée à un contrôleur de vol, qui superpose du texte / des données sur vos images de caméra.

Ne pas confondre avec le menu de réglage des caméras FPV, que certains fabricants appellent également «OSD» dans la page du produit. Le menu de réglage de la caméra FPV est également techniquement «OSD», car c’est du texte qui apparaît à l’écran, mais ce n’est pas le terme que nous utiliserions normalement.

Le câblage de la caméra FPV dans votre drone dépend de l’application et des composants dont vous disposez.

Dans la forme la plus simple et la plus élémentaire, une caméra FPV a trois fils que vous devez connecter: signal vidéo, entrée de tension et masse.

Vous pouvez connecter la caméra FPV directement à un VTX, signal à signal, et vous devriez obtenir une image sur vos lunettes FPV (avec un récepteur vidéo fonctionnel, sur le même canal). Assurez-vous de connecter également la terre à la fois à la caméra FPV et au VTX pour que cela fonctionne correctement si vous les alimentez à partir de différentes sources.

De nos jours, la plupart des caméras FPV prennent en charge une large plage de tension d’entrée, par exemple 5V à 36V. Cela vous permet de les alimenter à partir d’une source d’alimentation régulée ou directement à partir d’une batterie LiPo (2S-8S).

Voici quelques bonnes pratiques sur la façon de connecter votre configuration FPV pour obtenir une vidéo plus propre.

La façon la plus courante de câbler une caméra FPV est probablement via le contrôleur de vol s’il a une puce OSD intégrée. Il devrait y avoir une entrée vidéo (Vin / CamS / Vi) sur le FC pour connecter le signal de la caméra à, et une sortie vidéo sur le FC pour se connecter au VTX.

Il peut y avoir d’autres connexions optionnelles dépendant des fonctionnalités de l’appareil photo, par exemple:

TX et RX (UART) – pour la connexion au FC afin que vous puissiez modifier les paramètres de la caméra avec votre radio
OSD ou Menu – pour brancher le joystick pour changer les paramètres de la caméra
VBAT ou VSEN – pour surveiller la tension de la batterie

Certaines caméras FPV ont un micro intégré, vous pouvez ensuite le connecter à votre VTX et retransmettre l’audio à vos lunettes FPV. Nous avons expliqué l’utilité de voler avec audio dans ce post.

Si vous n’avez pas besoin d’entendre des bips / moteurs de votre modèle pendant le vol, il n’est pas nécessaire d’avoir un microphone à bord.

J’espère que ce tutoriel vous a été utile et vous a aidé à choisir votre prochaine caméra FPV. N’hésitez pas à me laisser des commentaires ou des questions. Vol heureux!

Modifier l’historique

Déc 2014 – Article créé
Nov 2016 – Informations mises à jour sur le CMOS et le CCD, informations ajoutées sur l’OSD et la taille de la caméra
Mai 2018 – Ajout d’informations sur le contrôle de la caméra
Nov 2018 – Ajout d’informations sur la capacité de faible luminosité
Mar 2019 – Ajout d’un peu d’histoire sur le développement des caméras entre 2013-2016
Oct 2019 – Informations mises à jour concernant le FOV, les tailles d’objectif, les tailles de capteur, le CCD / CMOS, le micro intégré, le DVR et la connexion

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