Le lidar est une technologie laser qui permet de capturer les surfaces d'un objet ou d'un espace en trois dimensions. Le mot "lidar" est un acronyme pour LIght Detection And Ranging( détection et télémétrie par la lumière).
Les origines de cette technologie remontent à 1938, lorsque des impulsions lumineuses ont été utilisées pour la première fois pour mesurer la hauteur des nuages (sérieusement). Mais ne vous y trompez pas : Le Lidar est essentiel pour toute une série d'applications de pointe industries, notamment la robotique, les véhicules autonomes, l'exploration spatiale, la topographie, l'architecture, l'ingénierie, la construction et bien d'autres encore.
Il se peut même qu'il y ait un capteur lidar juste à côté de l'adresse caméra de votre iPhone, ou qu'il dirige votre aspirateur robotisé pour qu'il ne tombe pas dans les escaliers.
Comment fonctionne le lidar ?
Aujourd'hui, nous nous concentrerons sur le type de lidar le plus couramment utilisé dans les applications de capture 3D. Il fonctionne selon le principe du "temps de vol". C'est un peu comme les télémètres laser que vous utilisez pour déterminer les dimensions d'une pièce.
Commençons par étudier le fonctionnement du temps de vol dans un télémètre laser :
- L'appareil envoie un laser
- Le laser rebondit sur le mur
- ...et retourne à l'appareil
- L'appareil mesure le temps qui s'écoule entre le tir et le retour (également appelé temps de vol du laser).
- L'appareil calcule la distance par rapport au mur
Comment l'appareil peut-il faire cela ? Comme vous le savez, la vitesse de la lumière est constante. Si nous examinons l'équation très simple permettant de calculer la distance à partir du temps de vol (distance = vitesse x temps), nous constatons que l'appareil connaît maintenant deux des variables : la vitesse et le temps. Il peut donc facilement calculer la distance. Voilà.
Il existe d'autres types de capteurs lidar, dont certains mesurent la distance en utilisant la distorsion des formes d'onde. Nous y reviendrons dans un prochain article.
Comment fonctionne un scanner 3D lidar ?
Pour utiliser ce capteur lidar afin de capturer un espace en 3D, vous devez disposer d'une méthode permettant de diriger le laser de manière à ce qu'il balaie l'espace automatiquement. Au fil des ans, les fabricants ont mis au point de nombreux moyens astucieux pour y parvenir, notamment des micropuces et des moteurs rotatifs.
La méthode la plus ancienne est celle du miroir. Lorsque le laser émet des centaines de milliers d'impulsions par seconde, le miroir tourne sur deux axes pour diriger les lasers, qui recouvrent alors le milieu environnant.
En quelques secondes, ce scanner laser 3D rudimentaire peut mesurer des millions de points en trois dimensions. Il en résulte un nuage de mesures ponctuelles, mieux connu sous le nom de "nuage de points". nuage de points - le type de données de base généré par un capteur lidar.
Quelles sont les autres technologies présentes dans un scanner lidar ?
Tout scanner laser 3D que vous utilisez est bien plus qu'un simple capteur lidar et une méthode pour diriger le laser. Il comprend quelques technologies plus importantes qui vous permettent de capturer facilement votre environnement.
Un scanner lidar peut comprendre
- Inclinomètre, accéléromètre ou centrale inertielle (unité de mesure inertielle)
Un capteur lidar tel que décrit ci-dessus n'aurait aucune idée de la direction du haut ou du bas. Ces mécanismes utilisent la gravité, ce qui permet à votre scanner laser 3D de comprendre sa position dans l'espace et d'orienter correctement le site nuage de points . - caméra
Tous les appareils ne sont pas équipés d'un caméra, mais un caméra permet au capteur d'un scanner laser 3D de capturer des informations sur la couleur de son environnement, en plus des informations sur la distance et l'intensité. Un caméra est parfois utilisé dans les systèmes cartographie mobile comme un autre flux de données pour l'algorithme SLAM .
(Cet algorithme est la technologie qui vous permet de marcher comme vous capturez. Vous pouvez apprendre tout ce que vous voulez savoir sur SLAM sur notre page d'apprentissage ici). - Ordinateur
Presque tous les scanners 3D sont équipés d'un ordinateur embarqué. Celui-ci effectue des tâches telles que le contrôle du capteur lidar, le traitement des données nuage de points et le stockage des données nuage de points dans la mémoire. Dans un système cartographie mobile , l'ordinateur exécute également l'algorithme SLAM . - Écran
Vous pouvez donc sélectionner les paramètres de précision et de distance et, dans certains cas, voir un retour d'information sur le balayage. - Station totale
Lorsqu'un scanner laser 3D est conçu pour mesurer avec la plus grande précision, il peut être associé à une station totale traditionnelle. Il est ainsi facile de verrouiller le site nuage de points pour le contrôle des levés.
Quelles sont les applications de la numérisation 3D par lidar ?
Comme nous l'avons expliqué précédemment, le lidar est utilisé pour toute une série d'applications sur différents sites industries. Mais lorsqu'ils sont intégrés à des scanners laser 3D, les lidars capteurs sont spécialisés dans les applications où l'on souhaite capturer les mesures d'objets, de structures ou de paysages stationnaires.
Vous les verrez utilisés pour des projets tels que :
- planification Génération de plans d'étage
Utilisez le scanner laser 3D pour capturer une structure telle qu'un immeuble de bureaux, et découpez le nuage de points en 2D plan d'étage à des fins d'optimisation de l'espace. - tel que construit vérification
Produisez un site nuage de points d'un chantier de construction en cours. Comparez-la au modèle de conception pour voir si tout se déroule comme prévu. - Modèles de conditions existantes
Avant le début d'un projet de construction, capturez le site pour produire un modèle détaillé des conditions existantes afin de faciliter les processus de conception et de construction. - Flux de travail du scanner àBIM
De nombreux bâtiments ne disposent pas des données 3D nécessaires pour générer un modèle d'information sur le bâtiment ou un modèle BIM . Les scanners laser 3D peuvent capturer la structure et utiliser les données nuage de points pour générer un modèle 3D BIM . - Levé
Capturez un paysage, un pont ou même une route et utilisez les données pour effectuer un relevé virtuel. - Beaucoup plus
Il s'agit là d'une très courte liste d'applications pour les scanners 3D. Ils peuvent également être utilisés dans les domaines de la sylviculture, de la sécurité publique, de la criminalistique, de l'événementiel planification, de la cartographie de zones étendues et dans toute une série d'autres applications.
Recapitulatif
Le monde du lidar est vaste, complexe, évolue rapidement et nécessite plus qu'un simple article explicatif. Dans les mois à venir, nous continuerons à publier des articles comme celui-ci pour vous aider à comprendre tout ce que vous devez savoir sur le lidar.
Sean Higgins est un rédacteur indépendant spécialisé dans la technologie, un ancien rédacteur en chef d’une publication spécialisée et un passionné de plein air. Il pense qu’écrire clairement et sans mot à la mode sur les technologies 3D est un service public.