Archives pour l'étiquette Scanner laser

Deux nouvelles méthodes de scan 3D

Le Zebedee, scanner laser d’un nouveau genre

On connaissait les scanners laser classiques (rotation sur deux axes) ou encore les scanners à main, utilisés pour modéliser des objets.

Démonstration vient d’être faite qu’il est possible de modéliser la tour de Pise avec un scanner à main. Mais pas n’importe quel scanner à main. Il s’agit d’un système d’un nouveau genre, appelé Zebedee, composé :

  • d’un scanner laser 2D Hokuyo UTM-30LX (il tourne sur un seul axe, le rayon laser est émis sur un plan)
  • d’une centrale inertielle
  • d’un ressort (oui, un simple ressort)

Et ce ressort, c’est tout le secret du système. Le levé se fait simplement en marchant et en tenant le système à bout de bras. Le fait de marcher fait bouger le système qui est monté sur le ressort. L’ensemble scanner-centrale inertielle est alors en déplacement et son attitude devient aléatoire (les angles de tangage et de roulis évoluent).
Ainsi, le rayon laser est émis dans toutes les directions.

Commercialisé sous le nom ZEB1, il offre l’avantage d’être très rapide à mettre en oeuvre, facile d’utilisation (plus de stations successives) et d’être léger (encore que 700 g à bout de bras toute une journée, ça doit faire les biceps.) Mais surtout, il est beaucoup moins cher qu’un scanner laser traditionnel. Aucun prix n’est communiqué.

Question qualité et précision, il ne faut pas s’attendre à obtenir l’équivalent d’un scanner laser classique. Sur une surface plane, le bruit de mesure est de 30 mm au mieux. Une fois les surfaces calculées, la précision atteint 5 mm. Remarque : la portée est de 30 m. Mais il conviendra de s’approcher des détails pour densifier le nuage de points.

Le scanner Hokuyo utilisé ne gère pas l’intensité du retour laser. De ce fait, il n’est pas possible d’utiliser des cibles. L’utilisateur qui voudra géoréférencer son levé devra utiliser des sphères.

Seule ombre au tableau, le traitement des données. Il faut nécessairement passer par le serveur de calcul du fabriquant. C’est un service payant, mais cela évite d’investir dans un logiciel couteux et dans un ordinateur puissant. Heureusement, les données à envoyer ne sont pas excessivement lourdes (135 Mo pour un nuage de points résultant de 8 minutes de marche.)

En résumé, ce scanner devrait intéresser ceux qui réalisent principalement du levé d’intérieur. C’est le premier de son genre, les prochaines versions ne seront que meilleures.

Sources : CNet3dlasermapping.com, CSIRO

« Structure Sensor : capturer le monde en 3D »

Tel est le slogan choisi par l’équipe Occipital.

Ce système semble beaucoup plus orienté grand public que le Zebedee présenté ci-dessus. En effet, il s’adapte sur une tablette ou un smartphone. (Pour l’instant, le fonctionnement n’est prévu que sur iPad.) Une fois arrimé sur la tablette, il est alimenté et controlé par cette dernière.

Le fonctionnement est décrit dans la vidéo ci-dessous.

En réalité, Occipital s’est appuyé sur la plateforme Kickstarter pour financer le projet. Et le succès a été au rendez-vous : les 100 000 $ ont été récoltés en quelques jours.

Une caméra classique, une caméra infrarouge, des diodes infrarouge … Ça ne vous rappelle rien ? Le capteur Kinect bien sûr ! En réalité, l’équipe qui a développé le Kinect a intégré Occipital pour ce projet.

Ce projet n’est pas sans rappeler le système Scenect proposé par le constructeur de scanners laser FARO. Ce dernier utilise le capteur Kinect (développé pour la capture de mouvements pour la console XBOX de Microsoft) qui repose sur le même principe : éclairer la scène en infrarouge, capturer une image en direct et une autre en infrarouge. Il est gratuit (mis à part le capteur Kinect, pour quelques dizaines d’euros d’occasion.)

Le Structure Sensor semble toutefois beaucoup plus performant, du fait de la création du hardware spécifiquement pour les applications de scan 3D. Livraison prévue dès février 2014.

Pour plus d’informations : Structure Sensor sur Kickstarter.

Un nouveau concept de scanner-laser 3D dans le film Prometheus

Prometheus est un film de science-fiction réalisé par Ridley Scott, sorti en salles le 30 mai 2012. Pourquoi parler d’un film de science-fiction sur ce blog ? Et bien parce que ce film, dont l’intrigue est en 2093, montre un concept intéressant de scanner laser 3D pour réaliser la topographie souterraine des galeries d’une pyramide. Je vous laisse regarder la bande annonce.

Vous l’aurez sans doute remarqué : on voit la carte souterraine en 3D sous forme d’hologramme puis des sphères volantes qui balaient les parois d’un laser rouge, à environ 1’10 ». Ces sphères sont autonomes, elles explorent automatiquement toutes les galeries.

On voit que les sphères transmettent les données au vaisseau en direct et la carte se construit au fur et à mesure. J’ai vu le film au cinéma, en 3D, et le rendu est superbe 😉

Ci-dessous, on voit la carte des galeries. L’exploration ne fait que débuter et la carte se complète et se dévoile tout au long du film.

Carte des galeries sous forme d'hologramme
Carte des galeries sous forme d'hologramme - Positionnement des membres de l'équipe d'exploration.

Les scanners laser 3D ont cet aspect :

Le scanner laser 3D de la compagnie Weyland Electronics
Le scanner laser 3D de la compagnie Weyland Electronics
Le scanner laser en action
Le scanner laser en action

Les puristes se poseront la question de savoir dans quel système le levé est réalisé, comment les scanner-laser 3D sont géoréférencés (surtout en galerie) et pourquoi avoir choisi un laser rouge et non vert …

Tout ceci semble n’être que science fiction. Sauf que …

Tout ceci semble être de la science-fiction. Certes, on sait faire voler de petits objets, tels des petits drones, qui pourraient embarquer un scanner. Les scanners laser que je connaissais jusqu’à présent font au moins 5 kg, charge difficilement supportable par un petit drone. Sauf que le fabricant japonais Hokuyo produit un scanner laser qui fait seulement … 160 g !

Le scanner laser de chez Hokuyo
Le scanner laser de chez Hokuyo

Vous pouvez retrouver les caractéristiques techniques de cet appareil ici, mais la précison annoncée est de ± 3 cm. Ce qui est suffisant pour lever une galerie souterraine sur une planète située aux confins de l’univers :p

Des chercheurs du GRASP (université de Pennsylvanie) ont adapté ce scanner laser sur un petit drone, ont probablement ajouté un système de localisation radio et ont abouti à ceci. (Ça commence à 12’30 ».) Personnellement, je suis bluffé !

Google nous prépare la 3D dans Google Maps …

Que nous réserve Google pour le 6 juin ?
« The next dimension of Google Maps » Pour l’instant, on est en 2D. (Une vue polaire dans Street View : angles vertical et horizontal.)
La « prochaine dimension » serait la 3D donc ? J’ai ma petite idée là-dessus …

Depuis plusieurs années déjà, les Google Car sillonnent les rues et routes d’un grand nombre de pays.
Pour l’instant, ce que l’on peut voir sur Street View sont de simples photos panoramiques géoréférencées. Mais cette photo du mat d’une Google Car me dit que d’autres données ont été acquises …

Vue détaillée d'un mat de Google Car
Vue détaillée d'un mat de Google Car (photo : ekstreme.com)

Ces voitures enregistrent donc au moins 3 données :

  • des images panoramiques (8 caméras grand angle sur le mat)
  • les coordonnées de chaque prise de vue (au moins métriques, à l’aide d’une antenne GPS bi-fréquence vraissemblablement, positionnée sur le toit de la voiture)
  • un nuage de points 3D (à l’aide de deux scanners-laser 3D accrochés de part et d’autre du mat de la voiture)

On peut soupçonner la présence d’une centrale inertielle dans le mat, afin de disposer de son attitude et de recaler à la fois les images et le nuage de points 3D à l’horizontale. On sait aussi que des données WiFi étaient enregistrées. Lorsque la voiture passait dans une rue, elle captait les routeurs WiFi. Comme la voiture embarque un GPS, elle pouvait associer une localisation à chaque routeur. Ainsi, lorsqu’un utilisateur de smartphone ne capte pas de signaux GPS mais des signaux WiFi, il peut quand même se géolocaliser. Cette technique fait aussi appel à la localisation des antennes relais captées par le téléphone. Outre Google, SkyHook-wireless travaille dans ce domaine. Désormais, ce ne sont plus les voitures qui enregistrent les points WiFi mais directement vos smartphones. 

Mais au fait, c’est quoi ces scanners-laser 3D ?

Pour faire simple, il s’agit d’appareils qui émettent un rayon laser (vert ou infrarouge) et qui mesurent la durée aller-retour de l’implusion laser. On peut donc en déduire la distance du point d’impact du laser (la façade d’une maison par exemple) depuis le mat.

Cette opération de mesure de distance est faite des centaines, voire des milliers de fois par seconde. Un petit miroir dans l’appareil, actionné par un moteur, réfléchit le rayon laser avant qu’il ne soit émis. On créé alors un balayage du laser, de haut en bas. On réalise donc un profil vertical. La voiture avance, donc on modélise une surface en 3D. On rappelle qu’un scanner se trouve de chaque côté de la voiture. Les relevés se font des côtés gauche et droit de la voiture, ce qui permet de lever tout le corps de rue.

Principe de fonctionnement du LMS500 de chez Sick (video YouTube.)

On dispose maintenant de notre nuage de points en 3D.

Source : Christian Früh

Comme dans un jeu-video, il faut  habiller cette surface 3D. Et pour cela, on va utiliser les photos réalisées et les « plaquer » sur le nuage de points :

Source : Christian Früh

Allons plus loin …

Imaginons maintenant que le même principe soit mis en place sur un avion …

L’avion prend des photos et créé un modèle 3D du sol avec un laser (lidar) ou par photogrammétrie. Tous les ingrédients sont réunis pour faire une maquette 3D. En combinant les données créées au sol plus celles créées en vol, on est capable de composer ceci :

Maquette 3D. Source : Christian Früh

Voilà à peu près ce que Google devrait nous présenter le 6 juin. Du moins j’en fais le pari 😉 On notera que ceci existe déjà peu ou prou dans Google Earth pour le relief et les bâtiments qui ont été dessinés manuellement.

Sources :

http://www.sick.com/group/EN/home/products/product_news/laser_measurement_systems/Pages/lms5xx_laser_measurement_sensors.aspx
http://www.ubergizmo.com/2012/06/google-to-hold-google-maps-event-this-coming-june-6/
http://ekstreme.com/thingsofsorts/fun-web/chatting-with-a-google-street-view-driver
http://www-video.eecs.berkeley.edu/~frueh/3d/