Tester des capteurs dans le brouillard pour rendre les futurs transports plus sûrs

Les drones autonomes et les taxis autonomes qui peuvent fonctionner en toute sécurité dans le brouillard peuvent sembler futuristes, mais de nouvelles recherches à l'installation de brouillard de Sandia National Laboratories rapprochent l'avenir.

Le brouillard peut rendre dangereux les déplacements par voie maritime, aérienne et terrestre lorsqu'il devient difficile pour les personnes et les capteurs de détecter des objets. Les chercheurs de l'installation de brouillard de Sandia relèvent ce défi grâce à de nouvelles recherches optiques en imagerie informatique et en s'associant à des chercheurs de la NASA travaillant sur Advanced Air Mobility, Teledyne FLIR et d'autres pour tester des capteurs dans un brouillard personnalisé qui peut être mesuré et produit à plusieurs reprises à la demande.

Construite en 2014, la chambre à brouillard de Sandia mesure 180 pieds de long, 10 pieds de haut et 10 pieds de large. La chambre est doublée d'une feuille de plastique pour piéger le brouillard. Lorsque l'équipe commence un test, 64 buses sifflent lorsqu'elles pulvérisent un mélange personnalisé d'eau et de sel. Au fur et à mesure que la pulvérisation se répand, l'humidité s'accumule et un épais brouillard se forme. Bientôt, un observateur à l'intérieur ne pourra plus voir les murs, le plafond ou l'entrée à travers l'aérosol et les personnes et les objets à quelques mètres seront obscurcis ou complètement cachés.

Les chercheurs de Sandia mesurent soigneusement les propriétés du brouillard au fil du temps pour comprendre comment il se forme et change. En ajustant les paramètres environnementaux, les chercheurs peuvent modifier les propriétés du brouillard pour mieux correspondre au brouillard naturel.

"Notre équipe peut mesurer et caractériser complètement le brouillard que nous produisons dans l'installation, et nous pouvons générer à plusieurs reprises un brouillard similaire à des jours différents", a déclaré Andres Sanchez, ingénieur chimiste. "Il est important d'avoir des conditions cohérentes et mesurables lorsque nous testons les performances des capteurs dans le brouillard."

Des chercheurs du centre de recherche Ames de la NASA ont récemment visité Sandia pour effectuer une série d'expériences afin de tester la façon dont les capteurs disponibles dans le commerce perçoivent les obstacles dans le brouillard. Le groupe Revolutionary Aviation Mobility fait partie du projet Transformational Tools and Technologies de la NASA.

"Nous avons testé des technologies de perception qui pourraient être intégrées dans des véhicules aériens autonomes", a déclaré Nick Cramer, l'ingénieur principal de la NASA pour ce projet. « Nous voulons nous assurer que ces véhicules peuvent opérer en toute sécurité dans notre espace aérien. Cette technologie remplacera les yeux d'un pilote, et nous devons être capables de le faire dans tous les types de temps."

L'équipe a installé un drone stationnaire dans la chambre comme cible, puis a testé divers capteurs pour voir dans quelle mesure ils pouvaient percevoir le drone dans le brouillard.

"La chambre à brouillard des Sandia National Laboratories est extrêmement importante pour ce test", a déclaré Cramer. « Cela nous permet de vraiment régler les paramètres et d'observer les variations sur de longues distances. Nous pouvons reproduire de longues distances et divers types de brouillard pertinents pour l'environnement aérospatial. Cramer a déclaré que l'un des défis de la technologie de vol autonome est qu'il y aurait beaucoup de petits véhicules volant à proximité.

Teledyne FLIR a testé ses propres caméras infrarouges à l'installation de brouillard de Sandia pour déterminer dans quelle mesure elles détectent et classent les piétons et autres objets. Chris Posch, directeur de l'ingénierie, automobile, pour Teledyne FLIR, a déclaré que les caméras pourraient être utilisées pour améliorer à la fois la sécurité des véhicules d'aujourd'hui avec des fonctionnalités avancées de systèmes assistés par le conducteur telles que le freinage d'urgence automatique et les véhicules autonomes du futur.

"Les tests de brouillard sont très difficiles à faire dans la nature car ils sont si éphémères et il existe de nombreuses différences inhérentes généralement observées dans la taille des gouttelettes d'eau, la consistance et la répétabilité du brouillard ou de la brume", a déclaré Posch. "Comme l'installation de brouillard Sandia peut créer à plusieurs reprises du brouillard avec différentes teneurs en eau et tailles, l'installation était essentielle pour collecter les données de test de manière scientifique approfondie."

Sandia et Teledyne FLIR ont effectué plusieurs tests de performance avec des capteurs de sécurité de véhicule, notamment des caméras visibles, des caméras infrarouges à ondes longues, des caméras infrarouges à ondes moyennes, des caméras infrarouges à ondes courtes et un lidar. Posch a déclaré que les résultats ont montré que les caméras infrarouges à ondes longues de Teledyne FLIR peuvent détecter et classer avec précision les piétons et autres objets dans la plupart des brouillards, là où les caméras visibles sont mises à l'épreuve.

Une équipe de chercheurs de Sandia a récemment publié un article dans Optics Express décrivant les résultats actuels d'un projet de trois ans visant à utiliser l'imagerie computationnelle et la science derrière la façon dont la lumière se propage et se disperse dans le brouillard pour créer des algorithmes qui permettent aux capteurs de détecter, de localiser et d'imager des objets dans brouillard.

"Les méthodes actuelles pour voir à travers le brouillard et la lumière diffusée sont coûteuses et peuvent être limitées", a déclaré Brian Bentz, ingénieur électricien et chef de projet. "Nous utilisons ce que nous savons sur la façon dont la lumière se propage et se disperse dans le brouillard pour améliorer les capacités de détection et de connaissance de la situation."

Brian Bentz, ingénieur électricien et chef de projet, a déclaré que l'équipe a modélisé la façon dont la lumière se propage à travers le brouillard vers un objet et vers un détecteur – généralement un pixel dans une caméra – puis a inversé ce modèle pour estimer d'où vient la lumière et les caractéristiques du objet. En changeant de modèle, cette approche peut être utilisée avec de la lumière visible ou thermique. Bentz indique que l'équipe a utilisé le modèle pour détecter, localiser et caractériser des objets dans le brouillard et travaillera sur l'imagerie d'objets au cours de la dernière année du projet.