La mise à niveau révolutionnaire 1 000 fois vers les capteurs de profondeur des voitures autonomes améliore la sécurité

• Les chercheurs développent une nouvelle approche qui améliore par mille la résolution des capteurs de profondeur à temps de vol.
• Il utilise des idées issues de l'interférométrie et du LIDAR qui permettent de capturer des objets à une résolution plus élevée.
• Le système a une résolution en profondeur de 3 micromètres à une portée de 2 mètres.

L’évolution des voitures autonomes est là, et de grands acteurs comme Google et Tesla montent au premier plan. Cependant, cette technologie est associée à de nombreux problèmes de sécurité. Par exemple, que feraient les algorithmes s’ils détectaient soudainement un animal à l’avant d’une voiture en mouvement :prendraient-ils soin de l’animal ou vous sauveraient-ils d’abord ? De plus, les voitures autonomes ne peuvent pas fonctionner correctement sous de fortes pluies, ce qui remet en question le rôle que pourraient jouer les conducteurs en cas de défaillance de la technologie.

Une recherche récente du MIT tente de résoudre quelques-uns des problèmes liés à la technologie de conduite autonome. Ils ont développé une nouvelle méthode pour mesurer avec précision les distances à travers le brouillard, qui est plusieurs fois meilleure que la technologie des capteurs actuelle.

Les nouveaux capteurs de profondeur, combinés à une méthode de calcul efficace, améliorent par mille la résolution des capteurs de profondeur à temps de vol. C'est le type de résolution qui permet de détecter facilement des objets dans le brouillard et de rendre les voitures autonomes plus sûres.

Portée de vision

La technologie existante est suffisamment performante pour le système d’aide au stationnement intelligent (IPAS) et les systèmes de détection de collision. Ils ont une résolution en profondeur de 1 centimètre à une portée de 2 mètres. La résolution diminue de façon exponentielle à mesure que la portée augmente. Dans le pire des cas, cela pourrait même entraîner la mort.

Le nouveau système de temps de vol a une résolution en profondeur de 3 micromètres pour la même portée de 2 mètres. Le chercheur principal, Achuta Kadambi, a effectué quelques tests au cours desquels il a transmis un signal lumineux via une fibre optique d'un demi-kilomètre (avec des filtres spatiaux uniformes) pour simuler la réduction de puissance subie sur des distances prolongées. Il a découvert que le système ne peut encore atteindre qu'un centimètre de résolution en profondeur à une portée d'un demi-kilomètre.

Comment ça marche ?

Les deux facteurs qui déterminent la résolution du système sont la longueur de l'éclat lumineux et le taux de détection.

Une très courte rafale de lumière est émise et la caméra calcule le temps que met la lumière pour revenir. L'heure indique à quelle distance se trouve l'objet.
Le taux de détection fait référence au modulateur qui allume et éteint un faisceau lumineux. Les détecteurs existants peuvent effectuer environ 100 millions de calculs par seconde, ce qui limite le système à une résolution centimétrique en profondeur.



Le nouveau système utilise des idées issues de l'interférométrie et LIDAR qui permettent de capturer des choses à une résolution plus élevée.

L'interférométrie fait référence à la division d'un faisceau lumineux en deux parties égales, où une partie est projetée dans une scène tandis qu'une autre continue de circuler localement. Le faisceau réfléchi est ensuite fusionné avec celui qui circule localement. La différence de phase de ces deux faisceaux révèle la distance précise de l'objet.

La technologie LIDAR (Light Detection and Ranging), quant à elle, permet aux caméras lentes d'imager des données à haute fréquence (signaux de bande passante GHz).

LIDAR en cascade utilisant Beat Notes

Imageur à temps de vol de scans humains à 1 GHz, 500 MHz et 120 MHz

Référence :MIT Media Lab | 10.1109/access.2017.2775138

Les notes de battement sont généralement des sons à basse fréquence qui peuvent être détectés par des équipements à faible bande passante. Par exemple, si un appareil produit une hauteur de 330 Hz et l'autre produit 300 Hz, la fréquence différence, c'est-à-dire 30 Hz, est la note de battement.

Le même concept est appliqué aux faisceaux lumineux modulés, où l'interférence de deux faisceaux (en GHz) entraîne une note de battement à fréquence Hz. Le rythme contient toutes les données essentielles pour évaluer la distance.

Fondamentalement, c'est comme éteindre et allumer une lampe de poche des millions de fois en une seconde, mais cela se fait électroniquement plutôt qu'optiquement.

Les systèmes à basse fréquence peuvent fonctionner correctement dans le brouillard car ils diffusent la lumière. Étant donné que le déphasage est beaucoup plus élevé par rapport à la fréquence du signal dans les systèmes optiques GHz, ils compensent bien mieux le brouillard que les systèmes MHz.

Autres applications

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Les chercheurs ont montré un contrôle de la longueur du trajet à un minimum de près de 3 micromètres, soit environ 1/10ème de la largeur d'un cheveu humain. Une telle précision pourrait permettre l'inversion de la diffusion, permettant aux médecins et aux chercheurs en médecine de voir plus profondément dans les tissus en utilisant des spectres de lumière visible.

Les robots pourraient naviguer dans un verger, au lieu de simplement cartographier la topologie. Et oui, la plupart des implémentations potentielles seraient en temps réel.