Un LiDAR, c’est quoi ?

Le LiDAR est une méthode de télédétection et de télémétrie semblable au radar, mais qui émet des impulsions de lumière infrarouge, au lieu d’ondes radio, puis en mesure le temps de retour après avoir été réfléchies sur des objets à proximité. Connaissant la vitesse de la lumière, le capteur LiDAR peut calculer précisément la distance par rapport à chaque objet à partir du délai entre l’émission de l’impulsion laser et l’impulsion de retour. Chaque seconde, le LiDAR prend ainsi des millions de points de mesure précise de la distance, à partir desquels on peut produire une matrice 3D de son environnement. Cette cartographie détaillée peut renseigner sur la position, la forme et le comportement des objets.


Applications en automobile et en mobilité du LiDAR

Des véhicules de tous genres se servent du LiDAR pour déterminer quels obstacles se trouvent à proximité et à quelle distance ils sont. Les composantes LiDAR génèrent des cartes 3D qui permettent de détecter les objets, d’en déterminer la position et même de les identifier. Les subtilités découvertes par le LiDAR aident également le système informatique du véhicule à prévoir le comportement des objets et à adapter la conduite en conséquence.

Les véhicules semi-autonomes et autonomes comptent sur un amalgame de technologies de détection. Cet ensemble de capteurs comprend un radar, qui fournit des mesures constantes de la distance et de la vitesse et dont le rendement est peu pénalisé par la météo, mais dont la résolution est inférieure et qui peut difficilement cartographier les petits détails à longue distance. La vision par caméra, couramment utilisée en automobile et en mobilité, procure des renseignements 2D de haute résolution. Cependant, elle dépend beaucoup d’une puissante intelligence artificielle et d’un logiciel connexe pour traduire les données captées en interprétations 3D. Les conditions environnementales et l’éclairage peuvent grandement nuire à la technologie de vision par caméra.

Le LiDAR, quant à lui, offre des données de mesures 3D précises sur de courtes et de longues distances, même lorsque la météo et l’éclairage sont difficiles. C’est une technologie qui peut être alliée à d’autres données sensorielles pour produire une représentation très fidèle d’objets statiques et mobiles dans l’environnement du véhicule.

C’est ainsi que la technologie LiDAR est devenue une solution très accessible pour permettre la détection et l’évitement d’obstacles, ainsi que la navigation sécuritaire de différents environnements dans une panoplie de véhicules. Aujourd’hui, on utilise la technologie LiDAR dans un nombre d’applications de grande importance en automobile et en mobilité, dont les systèmes avancés d’aide à la conduite et la conduite autonome.

Principaux avantages du LiDAR

Résolution et précision:

Le LiDAR génère instantanément une énorme quantité de mesures et peut être précis à un centimètre près.

Cartographie 3D:

Les données LiDAR sont faciles à convertir en cartes 3D servant à interpréter l’environnement.

Performance en faible luminosité:

Le LiDAR n’est pas touché par les variations de la lumière ambiante et fonctionne bien dans toutes les conditions de faible luminosité.

Rapidité:

Les données LiDAR sont des mesures directes de la distance. N’ayant pas besoin d’être déchiffrées ou interprétées, elles permettent un fonctionnement rapide et réduisent le traitement nécessaire.

« Le LiDAR génère des données concrètes, faciles à traiter par l’informatique, sous forme de mesures exactes. Voilà pourquoi tous les joueurs sérieux dans la course à la voiture autonome considèrent le capteur laser comme un ingrédient indispensable de la voiture entièrement robotisée, c’est-à-dire qui ne nécessite aucun volant ou main humaine. »

Alex Davies, Wired.com

Possibilités commerciales du LiDAR

Grâce à ses capacités uniques de télédétection et de télémétrie sur de courtes et de longues distances, la technologie LiDAR est utilisée dans de nombreux domaines et applications. La nécessité du LiDAR pour étoffer et compléter l’ensemble actuel de capteurs automobiles (c.-à-d., vision par caméra, radar et technologies ultrasoniques) dans une optique de conduite autonome ouvre une nouvelle voie en rapide expansion à la multiplication des LiDAR en réponse à une forte demande et à de gros volumes.

Les analystes de Wall Street et des spécialistes de la recherche commerciale estiment à 130 millions de dollars américains les investissements qui seront réalisés en recherche et développement de technologies de conduite autonome entre 2015 et 2025, ce qui devrait pousser à près de 40 millions d’unités par année le marché des LiDAR automobiles d’ici 2026. La conduite autonome représente aujourd’hui le segment d’investissement le plus important en nouvelles technologies automobiles, surpassant même l’électrification et la connectivité à distance.

Le déploiement commercial de masse de véhicules entièrement autonomes (niveaux d’autonomie 4 et 5 de la SAE) est un objectif à long terme qui nécessite l’intégration de la technologie LiDAR. Au cours de la prochaine décennie, on s’attend toutefois à ce que les véhicules les plus déployés commercialement soient les véhicules de tourisme aux niveaux d’automatisation 2+ et 3 (ADAS et conduite semi-autonome) ; ceux-ci représenteraient donc la plus importante occasion pour les LiDAR automobiles.


LiDAR : mécanique ou solid-state

Les fabricants automobiles attendent avec impatience d’avoir accès à des solutions LiDAR automobiles qui offriront un rapport coût-performance optimal tout en ouvrant la porte à une automatisation importante des véhicules de série. Les LiDAR à balayage mécanique, populaires en recherche et développement et en prototypage de systèmes de conduite autonome, présentent plusieurs lacunes qu’il faut corriger.

Un LiDAR à balayage mécanique peut recueillir des données sur 360 degrés s’il utilise un ensemble laser-récepteur pivotant ou un miroir rotatif pour diriger le faisceau lumineux. Ces dispositifs utilisent de puissants lasers collimatés qui concentrent l’impulsion de retour sur le détecteur à l’aide d’éléments optiques très concentrés. Bien qu’ils procurent une cartographie détaillée de l’environnement, leur prix élevé (plusieurs milliers, voire plusieurs dizaines de milliers de dollars), leur complexité, les problèmes de fiabilité et leur grande taille en font un choix peu intéressant pour des déploiements commerciaux en automobile et en mobilité.

Les modèles solid-state, sans balayage mécanique motorisé, sont donc reconnus comme étant la meilleure avenue pour obtenir des solutions LiDAR pour le marché automobile de masse. Leur composition plus simple, sans pièces mécaniques, les rend intrinsèquement plus économiques à produire, ce qui leur ouvre la voie à une fabrication à grand volume et à une viabilité commerciale. Les LiDAR à illumination flash, en particulier, offrent une illumination instantanée et intégrale de la scène. Ils captent un grand nombre de subtilités des objets tout en utilisant beaucoup moins de données que les méthodes à nuage de points, ce qui rend le traitement très efficace.