Le lidar est une technologie laser qui permet de capturer les surfaces d'un objet ou d'un espace en trois dimensions. « Lidar » est l’acronyme de LIght Detection And Ranging.
Cette technologie remonte à 1938, lorsque des impulsions lumineuses ont été utilisées pour la première fois pour mesurer la hauteur des nuages. Mais ne vous y trompez pas : Le lidar est crucial pour une variété d'industries de pointe, notamment la robotique, les véhicules autonomes, l'exploration spatiale, la topographie, l'architecture, l'ingénierie, la construction, etc.
Il se peut même qu'un capteur lidar se trouve juste à côté de la 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 allons nous concentrer sur le type de lidar le plus couramment utilisé dans les applications de capture 3D. Il fonctionne selon le principe du « temps de vol ». Un peu comme les télémètres laser que vous utilisez pour mesurer les dimensions d'une pièce.
Commençons par explorer le fonctionnement du temps de vol dans un télémètre laser :
- L'appareil envoie un laser
- Le laser rebondit sur le mur
- ...et revient vers l'appareil
- L'appareil mesure le temps entre le tir et le retour (également appelé temps de vol du laser)
- L'appareil calcule la distance au mur
Que fait le dispositif ? Comme vous le savez, la vitesse de la lumière est constante. Si nous examinons l'équation très simple permettant de calculer la distance à l'aide du temps de vol (distance = vitesse x temps), nous remarquons que l'appareil connaît deux des variables : la vitesse et le temps. Il peut facilement calculer la distance.
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 le capteur lidar afin de capturer un espace en 3D, vous devrez diriger le laser afin qu'il capture automatiquement l'espace. Au fil des ans, les fabricants ont mis au point de nombreux moyens astucieux pour y parvenir, notamment des puces électroniques et des moteurs rotatifs.
La méthode la plus ancienne est le miroir. Pendant que le laser émet des centaines de milliers d'impulsions par seconde, le miroir tourne sur deux axes pour diriger les lasers afin qu’ils capturent tout l'environnement.
En quelques secondes, ce scanner laser 3D rudimentaire peut mesurer des millions de points en trois dimensions. Cela lui donne un nuage de mesures à point unique, mieux connu sous le nom de nuage de points : le type de données de base généré par un capteur lidar.
Quelle autre technologie y a-t-il dans un scanner lidar ?
Tout scanner laser 3D que vous pouvez utiliser est bien plus qu'un simple capteur lidar accompagné d’une méthode pour diriger le laser. Il comprend des technologies supplémentaires importantes qui vous permettent de capturer facilement votre environnement.
Un scanner lidar pourrait inclure :
- Un inclinomètre, un accéléromètre ou une centrale à inertie
Un capteur lidar tel que décrit ci-dessus n'aurait aucune idée de la direction à prendre pour monter ou descendre. Ces mécanismes utilisent la gravité, permettant à votre scanner laser 3D de comprendre sa position dans l’espace et d'orienter correctement le nuage de points. - Une caméra
Tous les appareils ne sont pas équipés d'une caméra, mais une caméra permet au capteur du scanner laser 3D de capturer des informations sur la couleur de son environnement, en plus des informations sur la distance et l'intensité. Une caméra est parfois utilisée dans les systèmes de numérisation mobile et fournit un flux de données supplémentaire pour l'algorithme SLAM.
(Cet algorithme est la technologie qui vous permet de marcher pedant que vous capturez. Vous pouvez en apprendre plus sur le SLAM sur notre page ici). - Un ordinateur
Pratiquement tous les scanners 3D comprennent un ordinateur. Il effectuera des tâches telles que le contrôle du capteur lidar, l'exécution de certains traitements du nuage de points et le stockage des données du nuage de points en mémoire. Dans un système de numérisation mobile, l'ordinateur exécute également l'algorithme SLAM. - Un écran
Vous pouvez sélectionner les paramètres de précision et de distance et, dans certains cas, voir les informations sur scan en temps réel. - Une station totale
Lorsqu'un scanner laser 3D est conçu pour mesurer avec la plus grande précision possible, il peut être associé à une station totale traditionnelle. Cela permet de verrouiller facilement le nuage de points aux points de contrôle.
Pour quelles applications la numérisation 3D par lidar est-elle utilisée ?
Comme nous l'avons expliqué précédemment, le lidar est utilisé pour une variété d'applications dans une variété d'industries. Mais lorsqu'ils sont intégrés à des scanners laser 3D, les capteurs lidar se spécialisent dans les applications où vous souhaitez capturer les mesures d’objets statiques, de structures ou de paysages.
Vous les verrez utilisés pour des projets tels que :
- Génération de plans d'étage
Utilisez le scanner laser 3D pour capturer une structure telle qu'un immeuble de bureaux, et utilisez le nuage de points pour créer un plan d'étage 2D à des fins de planification de l'espace. - Vérification de l'avancement des travaux
Produisez un nuage de points d'un chantier où la construction est en cours. Comparez-le au modèle de conception pour voir si tout se déroule comme prévu. - Modèles des 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 flux de travail de conception et de construction. - Flux de travail scan-to-BIM
De nombreux bâtiments ne disposent pas des données 3D nécessaires pour générer un modèle d'information du bâtiment, ou modèle BIM. Les scanners laser 3D peuvent capturer la structure, et utiliser le nuage de points pour générer un modèle BIM 3D. - Topographie
Capturez un paysage, un pont ou même une route et utilisez les données pour en créer une version virtuelle. - Bien d’autres encore
Ceci n’est qu'une liste très courte d'applications pour les scanners 3D. Ils peuvent également être utilisés dans les domaines de la sylviculture, de la sécurité publique, de la médecine légale, de la planification d'événements, de la numérisation de zones étendues et de nombreuses autres applications.
Conclusion
Le monde du lidar est vaste, complexe, évolue rapidement et nécessite plus qu'un simple article pour être expliqué. 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 écrivain indépendant spécialisé dans la technologie, ancien rédacteur en chef d'une publication spécialisée et passionné de plein air. Il estime qu'une rédaction claire et sans buzzword sur les technologies en 3D est un service public.