Caméra LiDAR : qu’est-ce que c’est ? Comment ça fonctionne ?

On parle de plus de plus du LiDAR, cette technologique connue pour son utilisation dans les voitures autonomes, les derniers IPhones d’Apple ou les cartographies de sites archéologiques. Mais qu’est-ce que le LiDAR, exactement et comment fonctionne-t-il ? Et quels sont les apports d’une caméra LiDAR comme la caméra 3D Matterport 3.

Qu’est-ce que le LiDAR ?

Le LiDAR, ou « Light Detection And Ranging », est une technologie de pointe utilisant des lasers inoffensifs pour les yeux. Cette méthode permet de « visualiser » le monde en trois dimensions.

Ainsi, elle offre aux machines et aux ordinateurs une perception détaillée et précise de l’environnement analysé. Elle capture les surfaces en trois dimensions, fournissant une représentation fidèle d’objets ou d’espaces. Développé initialement dans les années 1930 pour mesurer la hauteur des nuages, le LiDAR a considérablement évolué depuis.

Ce système fonctionne grâce à l’émission d’impulsions lumineuses. Ces impulsions, réfléchies par un objet ou une surface et renvoyées au capteur, permettent de mesurer le temps de retour de la lumière. Cette mesure révèle la distance exacte de l’objet ou de la surface.

Ainsi, le LiDAR est un capteur de « temps de vol » (ToF) extrêmement précis. Il est capable de détecter, d’analyser et de mesurer distances et mouvements avec une grande exactitude. Son utilisation est cruciale dans divers secteurs, tels que la météorologie, la cartographie, et il joue un rôle clé dans le développement des véhicules autonomes.

Comment fonctionne le LIDAR ?

Le LiDAR, un outil fascinant pour capturer notre monde en 3D, fonctionne sur un principe simple et ingénieux : le « temps de vol ».

Voici les étapes claires de son fonctionnement :

• Émission du laser : Le capteur LiDAR envoie des faisceaux laser dans l’environnement.
• Réflexion : Ces lasers rebondissent sur les objets et reviennent vers le capteur.
• Mesure : Le capteur mesure le temps pris par ces lasers pour revenir, appelé temps de vol.

La vitesse de la lumière étant constante (environ 299 792 458 m/s), la distance parcourue par le laser est calculée simplement. La formule est : Distance = (Vitesse de la lumière x Temps de vol) / 2. Avec ces données, on obtient une mesure précise de la position d’un objet.

En répétant ce processus des millions de fois par seconde, le LiDAR crée un « nuage de points ». Ce nuage est une carte 3D détaillée de l’environnement. Pour que ces mesures soient précises, le LiDAR est souvent équipé d’un GPS et d’un système de chronométrage.

Source : Cadden

Les points collectés par le LiDAR sont ensuite traités :

• Vérification et nettoyage : On s’assure de leur exactitude et on élimine les bruits.
• Classification : Les points sont classés (bâtiments, végétation, etc.).
• Conversion : Les points sont convertis en un format standard (souvent le format LAS) pour faciliter le partage et l’analyse.

Avec ce nuage de points, on peut modéliser en 3D l’espace étudié. Ces données 3D aident à naviguer dans des environnements complexes, comme le font les voitures autonomes.

La technologie permet alors de créer un modèle numérique d’élévation (DEM : une représentation tridimensionnelle du terrain et de tous les objets se trouvant dans cet espace) et/ou un modèle numérique de terrain (MNT : semblable au DEM mais sans les objets inclus (utilisé uniquement pour cartographie des terrains).

Le LiDAR, grâce à des composants tels qu’un scanner laser, un capteur et un processeur, capte ainsi tout notre monde avec finesse.

Radar / LiDAR : qu’est-ce qui change ?

Radar et LiDAR sont deux technologies de détection et de télémétrie, mais avec des différences notables. Le radar utilise des ondes radio pour sonder son environnement, tandis que le LiDAR utilise la lumière laser.

Voici les points clés qui distinguent ces deux systèmes :

• Type d’ondes : Le radar émet des ondes électromagnétiques de grande taille, contrairement au LiDAR qui utilise des faisceaux laser plus fins et précis.
• Résolution : Le radar a une résolution plus faible, ce qui rend difficile la distinction entre deux objets proches, tandis que le LiDAR, avec sa haute résolution, peut détecter et différencier des objets très rapprochés.
• Précision : Le LiDAR offre une précision supérieure dans la mesure des distances grâce à la vitesse constante de la lumière, permettant ainsi une cartographie 3D détaillée.
• Conditions d’opération : Le radar peut fonctionner dans l’obscurité et à travers le brouillard ou les nuages, ce qui n’est pas toujours le cas pour le LiDAR.
• Applications : Le LiDAR est privilégié pour l’altimétrie laser et la cartographie précise des contours, alors que le radar est utilisé pour la détection anticollision dans l’aviation ou le contrôle du trafic aérien.

Si le radar est adapté pour la détection à grande distance et dans des conditions météorologiques difficiles, le LiDAR excelle dans la précision et la création de modèles 3D détaillés pour des applications comme la conduite autonome. Choisir entre les deux dépend donc de l’usage spécifique et des conditions d’opération prévues.

A quoi peuvent servir les systèmes et les données Lidar ?

Les systèmes et données LiDAR ont de multiples applications, révolutionnant plusieurs secteurs grâce à leur précision et leur polyvalence. Voici quelques domaines bénéficiant de cette technologie :

• Conduite autonome : Le LiDAR, surpassant radars et caméras, offre des mesures 3D précises pour la conduite autonome. Il prévoit le comportement des autres voitures, fonctionne bien dans diverses conditions lumineuses et météorologiques, et traite les données rapidement. Sa précision au centimètre et la facilité de conversion des mesures en cartes 3D le rendent essentiel pour l’adaptation de la conduite autonome.
• Cartographie : Le LiDAR, une technologie clé dans le domaine de la cartographie, est essentiel pour créer des cartes topographiques détaillées et précises. Les tâches d’arpentage impliquant cette technologie nécessitent la collecte de mesures tridimensionnelles pour générer des modèles numériques de terrain (MNT) et d’élévation (DEM) de paysages spécifiques. Cette capacité à capturer le relief avec précision est cruciale non seulement pour la création de modèles numériques de terrain, mais aussi pour des applications pratiques telles que la planification urbaine et la gestion des ressources naturelles.
• Architecture : Les architectes utilisent le LiDAR pour modéliser des bâtiments existants, aidant à la conception et à la rénovation. Les données 3D aident à visualiser des structures complexes et à intégrer de nouvelles constructions dans des environnements urbains denses.
• Immobilier : Dans l’immobilier, le LiDAR facilite l’évaluation des propriétés et la visualisation de l’espace. Les modèles 3D générés créés des plans d’étages précis aidant les clients à se projeter dans des espaces non construits ou à distance.
• Construction : Le LiDAR est devenu un outil incontournable dans la construction, utilisé pour le suivi précis des projets, la création de jumeaux numériques pour les applications BIM (Building Information Modeling), et la vérification de la conformité des travaux. Il facilite également la modélisation 3D pour la surveillance des structures, optimisant ainsi l’efficacité et la précision des opérations de construction.
• Visites Virtuelles: Grâce à la modélisation en 3D de haute précision du LiDAR, les utilisateurs peuvent explorer des espaces immobiliers, des monuments historiques ou des sites touristiques depuis leur écran, comme s’ils y étaient. Cette technologie offre une expérience immersive. Les musées et les galeries d’art se servent aussi du LiDAR pour créer des reproductions virtuelles de leurs espaces, rendant l’art et la culture plus accessibles à tous. Les visites virtuelles basées sur le LiDAR sont un outil puissant pour l’éducation et le tourisme, offrant une nouvelle dimension à l’exploration et à la découverte.

Chacun de ces domaines profite de la capacité du LiDAR à fournir des informations détaillées sur la forme et les dimensions des objets et des surfaces, transformant ainsi les manières de planifier, de construire et de gérer l’espace.

Caméra LiDAR / Caméra classique : quelles différences ?

La comparaison entre les caméras LiDAR et les caméras classiques révèle des différences fondamentales dans leur fonctionnement et leurs applications.

Le LiDAR, utilisant des impulsions laser, perçoit l’environnement en trois dimensions. Il génère des cartes 3D de haute résolution, offrant une précision de mesure des distances bien supérieure à celle des caméras standards.

Les caméras classiques, quant à elles, produisent des images bidimensionnelles. Elles doivent estimer la distance, ce qui peut conduire à des erreurs, tandis que le LiDAR mesure directement la distance grâce à la vitesse de la lumière. Cette précision est cruciale pour les systèmes autonomes qui nécessitent une navigation fiable.

Le LiDAR a aussi l’avantage de fonctionner indépendamment des conditions d’éclairage. Contrairement aux caméras qui dépendent de la lumière ambiante, le LiDAR utilise sa propre source lumineuse. Il reste donc efficace de nuit ou en présence de brouillard, là où les caméras peinent.

En outre, le LiDAR offre une vision panoramique et détaillée, semblable à celle d’un oiseau en vol, apportant une perspective complète de l’environnement. Cela dépasse les capacités d’une caméra qui, malgré une haute résolution, ne peut saisir la profondeur de manière aussi précise.

Pour la sécurité et la précision, les véhicules autonomes (comme les Tesla) s’appuient donc sur le LiDAR comme capteur principal. Les caméras, moins coûteuses, complètent le système pour plus de redondance. Cela souligne l’importance de combiner plusieurs technologies pour une détection optimale.

Caméra LiDAR 3D Matterport Pro3 : la précision d’un capteur haute technologie

VR Interactive, spécialiste des visites virtuelles, s’est doté d’une Caméra LiDAR 3D Matterport Pro 3. Pourquoi ? Parce qu’elle bénéficie de la technologie LiDAR et que c’est surement la meilleure caméra 3D du marché…

La caméra LiDAR 3D Matterport Pro3 incarne la précision d’un capteur de pointe. Elle transforme les espaces en jumeaux numériques détaillés, indispensables pour des mesures et estimations précises dans des domaines tels que l’immobilier, l’archéologie ou encore la planification de l’espace. C’est d’ailleurs une des technologie que nous utilisons chez VR Interactive pour réaliser les captations des visites virtuelles immobilières.

Grâce à la Pro3, chaque détail d’un lieu est capturé avec une précision à couper le souffle, permettant d’évaluer son potentiel et de détecter des limitations potentielles. C’est un outil réinventé, repensé pour répondre à des exigences élevées : des scans plus rapides et une précision accrue, même en extérieur.

Le capteur personnalisé de 20 mégapixels de la Pro3, avec son objectif à 12 éléments, offre une vue ultra-grand angle. Il produit des jumeaux numériques précis, avec des couleurs vives et réalistes, procurant une sensation d’immersion totale.

Les limites des espaces intérieurs sont désormais dépassées grâce à la technologie LiDAR de la Pro3, qui fonctionne parfaitement à l’extérieur, quelles que soient les conditions de luminosité. La précision atteint de nouveaux sommets, grâce au traitement avancé des données dans le cloud.

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Envie de créer des visites virtuelles haute précision avec la caméra LiDAR 3D Matterport Pro 3 ? Contactez-nous !