Avec une gamme innovante de LiDAR OS-1, Ouster atteint des performances incroyables dans un format compact et économique.
Dans cet article, nous verrons la technologie disruptive qui permet à Ouster de proposer une gamme de capteurs lidar compacts et économiques basés sur des semi-conducteurs, dans des configurations solid-state et à balayage.
Au rapport qualité prix du Lidar OS-1-16, il convient de s’interroger : comment un lidar si sophistiqué peut-il atteindre de telles performances, être aussi léger et compact, collecter des images de l’environnement en plus des données lidar et pourtant, être moins cher que d’autres produits comparables de ce type ?
La réponse est simple. La technologie de ce lidar n’est pas la même que celle utilisée par les autres fabricants. Dans cet article, nous examinerons un peu plus en détail la technologie utilisée et la manière dont elle permet à ce capteur de fonctionner sur toutes les voitures et les robots autonomes.
Pour ce faire, nous commencerons par expliquer le terme de «flash multifaisceaux» (Multibeam Flash). Il repose principalement sur une utilisation peu commune de la longueur d’onde 850 nm du laser. La plupart des systèmes lidar fonctionnent avec des longueurs d’onde légèrement plus grandes pour s’affranchir des effets de la lumière solaire ambiante, ce qui est plus évident à des longueurs d’ondes plus basses. C’est une condition fondamentale pour mieux cerner les obstacles.
A 850nm, la lumière du soleil est 3 à 10 fois plus forte que sur les autres longueurs d’onde couramment utilisées. Ouster a mis au point une technologie brevetée unique axée sur le rejet de la lumière ambiante, comme des lunettes de soleil pour ses capteurs, qui permet de bien voir dans une gamme de lumière qui, sinon, pose énormément de problèmes. Fonctionner dans la longueur d’onde 850nm, permet de révéler plus de données, contrairement aux capteurs concurrents opérant dans des spectres où la lumière solaire est moins intense. Cela apporte plusieurs avantages :
- Atténuation de l’énergie laser due à l’humidité de l’air
En fonctionnant à 850 nm, l’énergie laser est moins absorbée par la vapeur d’eau présente dans l’air, ce qui garantit des performances constantes, même en cas de variation de l’humidité de l’air.
- Meilleure portée et plus haute résolution
Travailler à des longueurs d’onde inférieures permet de mieux capturer la lumière réfléchie, le CMOS peut en voir environ deux fois plus. Plus de lumière signifie que la portée est plus longue (120 mètres à 80% de réflectivité pour l’OS-1-16) que pour les autres lidars et que la résolution est plus élevée (1,2 cm pour OS-1-16).
- Imagerie de haute qualité
Le logiciel du Lidar OS-1 génère des images de profondeur à résolution fixe, des images de signaux et des images ambiantes en temps réel, sans utiliser une caméra. Les couches de données sont parfaitement synchronisées dans l’espace, sans décalage, ni effet d’obturation, avec une qualité d’images de 16 bits par pixel et un temps de réponse photo linéaire. Le processus de capture d’image est réalisé sans recourir à une caméra, car dans cette gamme de longueurs d’onde, le nombre de photons du soleil est important, ce qui permet de capturer des images. En outre, il est facile d’optimiser ces informations puisque dans ce spectre, le rapport signal sur bruit est élevé, et donc idéal pour la capture d’images à l’aube, au crépuscule ou par temps nuageux.
- Focus sur le rendement
L’éclairage de flux d’un lidar à flash conventionnel, bien que plus simple à développer, dissipe la puissance laser sur chacune des cibles rencontrées. En envoyant des faisceaux de précision de manière ciblée et focalisée, uniquement là où les détecteurs en recherchent, Ouster améliore considérablement l’efficacité de son Lidar par rapport aux Lidar à flash conventionnel.
Vidéo réalisée avec OS1-64
La fabrication repose sur une technologie semi-conductrice qui exploite une combinaison laser-détecteur unique : des lasers à émission de surface à cavité verticale (VCSEL = Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) et des diodes à avalanche à photon unique (SPAD = Single Photon Avalanche Diodes). Les VCSEL et les SPAD sont des technologies de pointe pour les lasers et les détecteurs largement déployés sur des capteurs non lidar. Jusqu’à présent, leur utilisation dans des systèmes lidar haute résolution posait des problèmes insurmontables.
L’architecture lidar flash multifaisceaux exploite les atouts des VCSEL et des SPAD : la technologie « flash » repose sur le principe que chaque pixel du capteur est éclairé par un laser et collecte la lumière simultanément comme une caméra avec flash, la technologie «multifaisceaux» se traduit par le principe de faisceaux de lumière qui éclairent de manière ciblée et avec grande précision au lieu d’une multitude de faisceaux qui inondent l’environnement.
Grâce à cette technologie, le lidar OS-1 d’Ouster peut générer des données lidar structurées pour lesquelles les espacements angulaires horizontaux et verticaux sont constants, comme une caméra. Cela permet au lidar de produire une carte de profondeur fixe de 2048 x 64 pixels, ainsi que des images d’intensité et de lumière ambiante sur chaque image. Cela en fait le capteur optique idéal pour les systèmes d’intelligence artificielle qui utilisent des méthodes d’apprentissage automatique adaptées à l’analyse d’imagerie visuelle (CNN = Convolutional Neural Networks) en plus d’applications classiques telles que navigation et détection. Les données Lidar structurées facilitent également le traitement des images et le ‘’labelling’’ des flux.
Pour résumer
Ouster présente une gamme de capteurs LiDAR compacts et économiques à base de semi-conducteurs, une technologie brevetée unique qui s’articule autour du rejet de la lumière ambiante, permettant ainsi d’optimiser la longueur d’onde laser à 850 nm. Elle permet d’obtenir des performances plus cohérentes et régulières, même en cas de variation d’humidité de l’air, avec une portée plus longue et une résolution plus élevée. Des images en temps réel peuvent être fournies sans caméra en addition d’un nuage de points. En envoyant des faisceaux de précision de manière ciblée, Ouster améliore considérablement l’efficacité des mesures par rapport à un lidar flash classique. Le Lidar OS-1 d’Ouster génère des données structurées, ce qui en fait le capteur optique idéal pour des systèmes d’intelligence artificielle, utilisant des méthodes d’apprentissage automatique adaptées à l’analyse d’imagerie visuelle.