Utilisation de la technologie LiDAR pour Caractériser la Vigne

hokuyoL’analyse de la bibliographie combinée avec la revue des technologies d’acquisition 3D a permis de sélectionner une technologie offrant les meilleures performances pour la mesure de la haie foliaire. Ainsi la technologie LiDAR est la seule à offrir des résultats performants par rapport à l’ensemble des critères choisis.

La technologie est ainsi:

    • Applicable – les essais effectués en laboratoire et sur le terrain montrent une mesure effective du feuillage

    • Embarquable – les capteurs de type LiDAR sont compacts et destinés à être embarqués sur des engins mobiles

    • Conditionnement des Données – les données capturées peuvent être conditionnées sous forme de nuage de points pour être ensuite analysées.

    • Robustesse / Réglages – la technologie a été éprouvée en extérieur et s’est montrée très robuste par rapport aux conditions variables telles que demandées dans le cahier des charges (variations de la météorologie, de la luminosité, de l’amplitude des vibrations, …)

    • Temps Réel – la technologie délivre des mesures en temps réel – de l’ordre de qq dizaines de millisecondes par capture de profil

    • Coût – le coût est important – de l’ordre de 5 à 10 kEuros par appareil

Principe de fonctionnement

LiDAR_1Le principe du temps de vol repose sur l’émission d’un signal laser qui, lorsqu’il va rencontrer la surface d’un objet, va être réfléchi jusqu’à sa source pour être analysé par un capteur. En connaissant la vitesse de la lumière et le temps nécessaire pour effectuer l’aller-retour, nous sommes en mesure de calculer la distance entre la source et la surface détectée.

LiDAR_2

Le signal laser va être émis plusieurs fois et envoyé sous un angle relatif à l’orientation du miroir installé dans le LiDAR. Avec cette manipulation le laser va ainsi balayer une tranche définie par l’angle de détection et la portée maximale du LiDAR.

 

 

LiDAR_3_1

Nous pouvons illustrer le fonctionnement en prenant l’exemple ci-contre qui présente une situation décrite : un cadre vert formant le contour, un carré bleu pour représenter le LiDAR et un cercle orange pour un obstacle. Le balayage laser s’effectue de la gauche vers la droite suivant la flèche jaune. On observe alors des croix bleues qui correspondent aux points mesurés.

 

 

La méthode du temps de vol est la plus adaptée à notre problème car elle répond aux besoins d’une caractérisation 3D. Cette solution est adaptée à la haie foliaire car les conditions extérieures n’affectent pas les résultats et les données retournées sont suffisamment précises. Ses temps de traitements sont très rapides ce qui en fait ainsi une solution adéquate pour du calcul en temps réel.

Technique de cartographie 3D associée

Methode_1
Le LiDAR est donc la technologie de vision 3D que nous utilisons pour mesurer la haie foliaire. Nous avons dirigé le capteur vers le sol afin d’obtenir une coupe verticale (ou un profil) du rang de vigne à un instant donné. En déplaçant le capteur LiDAR à l’intérieur d’un rang de vigne et en recalant les profils capturés, nous sommes en mesure de caractériser une partie du rang qui est alors composée de plusieurs coupes. On appelle ce procédé reconstruction 3D.

Methode_2

Application à la caractérisation d’un rang de vigne

Campagne de Mesure effectuée sur une parcelle expérimentale de la Chambre d’Agriculture à Rully (71).