Par Yasmin Elkalish

Si vous avez piloté un drone, il est fort probable que vous ayez déjà remarqué une oscillation anormale dans vos images à un moment donné. Cette distorsion donne généralement l'impression que quelqu'un a secoué la caméra pendant le tournage, créant un effet connu sous le nom d'« effet Jello » (ou effet de gélatine). Ce symptôme doit son surnom à sa ressemblance avec le dessert populaire, mais il est plus formellement appelé effet « rolling shutter » (obturateur déroulant).

Cet article explique les causes de l'effet Jello, les différences clés entre les types d'obturateurs et la manière dont vous pouvez corriger l'effet rolling shutter.

Table des matières

1. Causes de l'effet Jello
   1. Déséquilibre des hélices 
   2. Types d'obturateurs : Rolling, global et mécanique
2. Comment corriger l'effet rolling shutter

Figure 1 : Effet Jello dans des images de drone en paysage (Bob Hodge)

Causes de l'effet Jello

L'effet Jello dans les images de drone est causé par deux facteurs principaux : les vibrations produites par le drone lui-même et la méthode utilisée par le capteur de la caméra du drone pour capturer les images.

Déséquilibre des hélices et vibrations

Le déséquilibre des hélices est connu pour provoquer des vibrations indésirables qui peuvent réduire l'efficacité de vol du drone. Outre les performances de vol, les vibrations peuvent affecter d'autres fonctions du drone, telles que la vidéographie aérienne et la collecte de données, qui reposent sur un flux vidéo stable.

Lecture complémentaire : Comment réduire les vibrations des hélices sur les UAV

Les caméras de drone sont généralement montées sur des nacelles (gimbals), conçues pour absorber les micro-vibrations. Cependant, toutes les vibrations à haute fréquence ne peuvent pas être atténuées, et elles peuvent entraîner une distorsion des images. 

Le déséquilibre des hélices et des moteurs est la cause la plus fréquente d'instabilité et de vibrations excessives. Un système de propulsion déséquilibré accélère l'usure des composants mécaniques, contribuant à la défaillance des roulements et des moteurs. Cela crée une boucle de rétroaction positive de vibrations qui se propage dans tout le drone.

Cette vidéo est un excellent exemple de cet effet en action. Avant la rotation des hélices, le flux vidéo est clair et fluide. Dès que les hélices commencent à tourner, l'image prend un effet Jello, démontrant le lien entre la stabilité des hélices et la qualité vidéo.

Figure 2 : Effet Jello capturé au sol avec un mini-drone

Obturateur rolling, global et mécanique 

Nous avons discuté de ce qu'est l'effet Jello et quand il survient, mais examinons maintenant pourquoi il se produit. Tout dépend de l'obturateur de la caméra.

Les caméras de drone peuvent utiliser un obturateur électronique, tel qu'un obturateur déroulant (rolling shutter) ou global (global shutter), ou, plus rarement, un obturateur mécanique, comme un obturateur à plan focal ou à lamelles.

L'obturateur déroulant (rolling shutter) est une méthode de lecture couramment utilisée dans les caméras équipées de capteurs CMOS, idéaux pour les drones en raison de leur faible consommation d'énergie et de leur rentabilité. Le capteur CMOS fonctionne en capturant l'image ligne par ligne, un peu comme une imprimante à jet d'encre.

Cependant, la distorsion de l'obturateur déroulant est responsable de l'effet Jello observé dans les images vidéo de drone. Le problème survient lorsque les vibrations du drone provoquent de légers décalages dans la position de la caméra pendant la capture de l'image. Comme le capteur CMOS enregistre l'image ligne par ligne, au moment où il atteint le bas du cadre, la scène peut avoir légèrement changé. Cela entraîne l'« effet Jello » indésirable, créant une représentation déformée et imprécise de la scène réelle.

L'obturateur global (global shutter) a récemment été introduit dans les capteurs CMOS, utilisant une meilleure technique qui capture l'image entière simultanément plutôt que séquentiellement, résolvant ainsi les problèmes sous-jacents à l'effet Jello. Cependant, selon les fabricants, cette technologie est coûteuse et difficile à intégrer.

En conséquence, seules les caméras de drone les plus avancées utilisent un obturateur global.

Figure 3 : Différences d'exposition à la lumière entre l'obturateur rolling et global.

Recommandé pour vous : Test des hélices à pale unique

Il existe deux types principaux d'obturateurs mécaniques standard dans les appareils photo reflex (DSLR). Les obturateurs à plan focal utilisent deux rideaux qui se déplacent devant le capteur : le premier ouvre l'ouverture pour commencer l'exposition, et après le temps d'exposition défini, le second suit dans la même direction pour la fermer. Les obturateurs à lamelles utilisent des lames qui s'ouvrent et se ferment à partir du centre du capteur. 

DJI a ajouté des obturateurs mécaniques à ses drones Phantom 4 RTK et Mavic 3 pour éliminer l'effet rolling shutter CMOS dans les applications de levés et de cartographie.

Bien que les obturateurs mécaniques éliminent les problèmes associés à l'effet Jello, le temps moyen avant défaillance (MTTF) de leurs pièces mobiles reste exacerbé par des vibrations excessives ; la caméra reste donc sensible à une baisse de performance due au déséquilibre.

Comment corriger l'effet rolling shutter (Jello)

À moins d'être prêt à dépenser de grosses sommes, il est difficile d'éviter l'obturateur déroulant et ses complexités avec les caméras de drone.

Cependant, vous pouvez apporter des modifications pour limiter l'effet. Dans vos paramètres, vous pouvez essayer de réduire la vitesse d'obturation et d'ajuster les filtres de lumière, ou utiliser un logiciel de stabilisation post-tournage pour tenter de polir le résultat. Cela dit, cela ne résoudra pas la cause profonde de l'effet Jello.

Vous pouvez traiter la cause profonde du problème, les vibrations, en améliorant vos nacelles ou en équilibrant vos hélices.

Comment équilibrer vos hélices

Chez Tyto Robotics, nous avons développé un système d'équilibrage dynamique des hélices qui permet aux utilisateurs de quantifier et de corriger les déséquilibres des hélices et des moteurs de leur drone.

En quelques rotations rapides, les utilisateurs peuvent obtenir un équilibrage de qualité ISO :

Figure 4 : Équilibrage dynamique des hélices en ajoutant des poids (source)

Conclusion

L'effet Jello dans les images de drone survient en raison du système de balayage ligne par ligne utilisé pour la capture d'image dans la plupart des caméras de drone. Lorsqu'il est combiné à des vibrations à haute fréquence et à des objets se déplaçant rapidement, des distorsions dans les images sont presque inévitables.

Puisque vous ne pouvez pas toujours contrôler le type d'obturateur ou la nature de la scène, le meilleur moyen de limiter la distorsion est de réduire les vibrations causées par des hélices et des moteurs déséquilibrés, un moyen efficace d'améliorer la qualité vidéo.

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Références :

1. Phantom Pilots. What causes the Jello video effect? Site web PhantomPilots. Publié en 2016.https://phantompilots.com/threads/what-causes-the-jello-video-effect.86315/#:~:text=Unbalanced%20props%20are%20the%20most,there%20is%20more%20play%20with

2. Mosaic51. Rolling vs. global shutter: Camera effects explained. Site web Mosaic51. Publié en 2022. https://www.mosaic51.com/technology/rolling-vs-global-shutter-camera-effects-explained/#:~:text=The%C2%A0consistency%20and%20accuracy%C2%A0of%20the%20images,%E2%80%98jello%20effect%E2%80%99%20or%20object%20segmentation

3. Wondershare Filmora. How to remove Jello effect and rolling shutter from aerial video. Site web Filmora. Publié en 2022. https://filmora.wondershare.com/drones/remove-jello-effect-rolling-shutter-from-aerial-video.html

4. DJI Enterprise. Mechanical shutter drones: The work of professional surveyors. Site web DJI Enterprise. Publié en 2022. https://enterprise-insights.dji.com/blog/mechanical-shutter-drones#:~:text=The%20work%20of%20professional%20surveyors,provide%2C%20you%20need%20a%20shutter

5. Micrathene FPV. The Jello effect: Causes, solutions, and tips for smooth video footage. Site web Micrathene FPV. Publié en 2023. https://www.micrathenefpv.com/blog/the-jello-effect-causes-solutions-and-tips-for-smooth-video-footage

6. 2Bridges Productions. 5 handy tips to fix rolling shutter Jello effect in aerial footage. Site web 2Bridges. Publié en 2022. https://www.2bridges.nyc/nycblog/5-handy-tips-to-fix-rolling-shutter-jello-effect-in-aerial-footage/