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DOTA - Optique théorique et appliquée

Imagerie laser 3D

Un imageur laser 3D est un système d’acquisition en trois dimensions. A la différence d’un appareil « photographique » qui acquiert la couleur des objets dans le visible ou dans l’IR, un imageur laser 3D mesure l’information de distance pour chaque direction d’observation. On obtient ainsi un nuage de points en trois dimensions qui peut contenir des informations additionnelles comme la réflectance de la cible visée. Comme pour les appareils photographiques, l’imageur laser 3D possède un champ de vision qui lui est propre. Cependant le nuage de points étant en trois dimensions, il est possible de l’observer d’un point de vue différent de celui de l’acquisition et de présenter différemment une scène à un opérateur. Les zones masquées lors de l’acquisition ne seront pas pour autant visibles (effet d’ombrage). L’Onera s’est équipé d’un nouvel imageur laser scanner 3D dont la particularité est de pouvoir accéder au signal capteur dit full wave form. Un traitement adéquat du signal numérisé permet d’extraire les différents échos retour après plusieurs interactions du faisceau laser avec l’environnement. Un rappel du principe de fonctionnement de cet instrument est décrit sur la figure suivante.

    Principe de fonctionnement


La variation de la direction d’éclairement du faisceau laser dans tout le champ de vision de l’imageur permet d’obtenir un nuage de points complet. L’instrument mesure également l’amplitude de l’écho retour et permet, après étalonnage, de remonter à la réflectance d’une cible à la longueur d’onde du laser à 1,5 µm. L’imageur possède également une caractéristique essentielle que n’offrent pas la plupart des lasers scanners à savoir l’accès à l’onde complète du signal rétrodiffusé. Il permet d’échantillonner temporellement la totalité du signal reçu sur une seule ligne de visée. La forme de l’onde (sans traitement de l’instrument) peut être exploitée pour en extraire des caractéristiques particulières. Cette information supplémentaire peut, par exemple, être reliée au type de cible imagée (feuilles, troncs, fenêtre, mur…). La détection de plusieurs échos est rendue possible car la divergence du faisceau est faible. Au passage d’un milieu constitué par exemple par de nombreuses feuilles, une partie du faisceau est réfléchie et est rétrodiffusée vers le capteur pour générer un premier écho. L’autre partie est transmise à travers le milieu qui n’intercepte pas la totalité du faisceau laser. Il est alors possible de détecter les N échos successifs. Cette particularité est très intéressante pour visualiser le houppier d’un arbre ou « voir » à travers une vitre quelles que soient les conditions climatiques (utilisation par tout temps, de jour comme de nuit).

Le laser scanner de l’Onera permet également des prises de vue de la scène par un appareil photographique HD et de fusionner ensuite les deux images (3D + couleur). On obtient ainsi un nuage de points colorisés qui allie l’aspect 3D de la scène à la photographie.

La mesure de zones étendues est rendue possible sur plusieurs kilomètres carrés donnant accès à la cartographie précise d’un lieu. Ce modèle sert généralement à la réalisation de modèles numériques de terrain (MNT) ou d’élévation (MNE) avec une représentation fidèle de la géométrie des différents bâtiments ou de la végétation. La position globale du nuage de points est mesurée grâce au GPS intégré à l’instrument. Par exemple, la figure suivante représente une vue aérienne du campus ONERA ISAE CREPS de Toulouse. Chacun des millions de points du modèle est géoréférencé avec une précision bien supérieure à celle obtenue avec un GPS classique.

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