L'imageur laser 3D le plus puissant au monde

Le balayage laser aéroporté a produit des cartes et des informations étonnantes au cours des dernières années. Entre autres, il a révélé les faibles contours d'une grille de rues de ville médiévale disparue obscurcie par la jungle entourant Angkor Wat au Cambodge (voir Le balayage laser révèle de nouvelles parties d'une ancienne ville cambodgienne), un exploit qui a nécessité 20 heures de vol en hélicoptère pour cartographier 370 kilomètres carrés à une résolution d'un mètre.

Tir de l'espace : La navette spatiale Atlantis stationnée au Centre spatial Kennedy en Floride apparaît dans une image de 200 mètres sur 200 mètres prise de nuit à 13 600 pieds en seulement 18 secondes par une version précédente de la technologie avancée LIDAR.

Mais dans un hangar sécurisé de la base aérienne Hanscom à Bedford, dans le Massachusetts, le ventre d'un turbopropulseur Bombardier a été équipé d'une technologie qui pourrait mener à bien le travail cambodgien en une demi-heure environ. Le fuselage contient un nouveau système d'imagerie 3D LIDAR (détection et télémétrie de la lumière) qui fonctionne avec une vitesse et une résolution sans précédent, a déclaré Dale Fried, principal développeur du système au Lincoln Laboratory, un centre de R&D financé par le gouvernement fédéral et géré par le MIT.

Les systèmes LIDAR déclenchent des lasers et détectent les photons de retour, en utilisant le timing de ces voyages de retour pour mesurer la distance et ainsi créer des images 3D. Au cœur du nouveau système d'imagerie se trouve une micropuce contenant le plus grand réseau de pixels jamais détecté, qui ne détecte qu'un seul photon chacun, soit plus de 16 384 pixels au total. Le réseau de pixels, lorsqu'il est associé à des lentilles optiques, permet l'imagerie de zones plus larges. Les réseaux de ces détecteurs à photon unique sont capables de cartographier très rapidement de vastes zones, dit Fried.

Dans les systèmes LIDAR aéroportés d'aujourd'hui, les détecteurs individuels sont beaucoup moins sensibles ; et ils sont déplacés mécaniquement avec le laser qui émet la lumière pour capturer un champ de vision plus large.

Bien qu'aucune image du nouveau système prenant forme dans Hanscom ne soit accessible au public, une génération antérieure de la technologie, construite il y a quatre ans avec seulement un quart de pixels en moins, a été testée. Le système a été envoyé par l'armée américaine dans le cadre d'une mission humanitaire après le tremblement de terre de janvier 2010 en Haïti ; un seul passage d'un jet d'affaires à 10 000 pieds au-dessus de Port-au-Prince a permis de capturer des instantanés de 600 mètres carrés de la ville à une résolution de 30 centimètres, affichant la hauteur précise des décombres éparpillés dans les rues de la ville.

Ce système était déjà environ quatre fois plus rapide et plus détaillé que le système d'Angkor Vat. Mais le réseau de détecteurs maintenant dans le hangar Hanscom est encore 10 fois meilleur et pourrait produire des cartes beaucoup plus grandes plus rapidement, dit Fried.

La technologie utilise un semi-conducteur appelé arséniure d'indium et de gallium, qui fonctionne dans le spectre infrarouge à une longueur d'onde relativement longue qui permet une puissance plus élevée et donc des portées plus longues pour le balayage laser aéroporté.

Ce n'est qu'au cours de la dernière décennie que tableaux de pixels capables de détecter des photons uniques ont été construits. Pour la plupart, les systèmes d'imagerie résultants ont été confinés aux travaux gouvernementaux et militaires, tels que la cartographie rapide d'une grande partie du terrain escarpé de l'Afghanistan à la résolution d'un mètre nécessaire aux équipages d'hélicoptères pour trouver des zones d'atterrissage.

Puce légère : Un réseau de plus de 4 096 pixels, chacun capable de détecter un seul photon, se trouve au-dessus de la puce.

La technologie a été concédée sous licence à deux sociétés, Onde lumineuse de Princeton de Cranbury, New Jersey, et Spectrolab , une unité de Boeing, à Sylmar, en Californie, qui les transforme en produits. L'année dernière, Princeton Lightwave est devenu le premier à commercialiser la technologie qui a représenté Haïti. Le paquet résultant était de la taille d'une boîte à chaussures, bien qu'à un prix initial élevé de 150 000 $, destiné au marché des entrepreneurs de la défense.

Mais à mesure que le processus de fabrication des puces s'améliore et que les prix baissent, la technologie pourrait trouver beaucoup plus d'applications dans des domaines tels que la glaciologie, l'agriculture et l'archéologie, et peut-être même trouver sa place dans les voitures autonomes grand public, déclare Mark Itzler, PDG de Princeton. Onde lumineuse. À l'heure actuelle, les versions commerciales du LIDAR automobile qui peuvent voir à plus de quelques mètres coûtent plus de 30 000 $ et nécessitent généralement un appareil mécanique encombrant.

Alors qu'un certain nombre de types différents de LIDAR sont envisagés pour les voitures, l'approche à l'arséniure d'indium et de gallium présente un avantage à long terme ; il peut être monté en toute sécurité jusqu'à des niveaux de puissance extrêmement élevés. Les systèmes actuels utilisent du silicium, qui fonctionne dans les fréquences de la lumière visible. En conséquence, les mettre sous tension à des niveaux suffisamment élevés pour pouvoir s'attaquer à des tâches importantes, comme détecter un animal à 200 mètres d'avance, même sur une autoroute brumeuse, augmente le risque de blessure aux yeux. Assez de [fournisseurs automobiles] considèrent la sécurité des yeux comme un problème à long terme qu'ils sont très intéressés par la sensibilité à un seul photon aux longueurs d'onde où vous avez cette opération extrêmement sûre pour les yeux, dit Itzler.

Princeton Lightwave est en discussion avec les principaux fournisseurs de l'industrie automobile pour construire un premier prototype. Itzler dit que les coûts devront baisser précipitamment, mais il existe un précédent pour cela : le premier récepteur optique [utilisant de l'arséniure d'indium et de gallium] pour les réseaux de télécommunications à haut débit coûtait 5 000 $ - et aujourd'hui, il coûte 10 $, note-t-il.

Que la technologie soit ou non intégrée dans les voitures, dit Fried, l'élimination du besoin de certaines pièces mobiles et le développement de plus grands réseaux de détecteurs à photon unique révolutionneront finalement le prix de l'imagerie 3D, d'un facteur 10 ou plus, ainsi ouvrir de nouvelles applications.

Pendant ce temps, de nouvelles avancées dans les réseaux d'émetteurs à base de puces pourraient faciliter l'envoi de lumière sans faire tourner les pièces. Dans un papier dans La nature L'année dernière, d'autres chercheurs du MIT ont montré comment un réseau d'antennes en silicium de 64 x 64 pouvait prendre un seul faisceau laser et l'envoyer là où l'utilisateur le souhaitait en ajustant les tensions sur la puce.

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