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L'immersion à 360°
Technologie 3D
Caméra LiDAR : fonctionnement, précision et usages
Comment un scanner LiDAR transforme-t-il un espace réel en millions de coordonnées tridimensionnelles ? Découvrez le principe de mesure, le fonctionnement du Time of Flight, les nuages de points et les applications professionnelles du LiDAR.
Comprendre le LiDAR
Mesurer un espace avec de la lumière.
Le LiDAR est une technologie de mesure 3D utilisée dans la topographie, l'architecture, la construction, l'industrie, la robotique ou encore la numérisation des bâtiments.
Son principe consiste à envoyer de la lumière vers une surface, à analyser son retour puis à déterminer la distance entre le capteur et l'objet observé.
Répétée dans de nombreuses directions, cette opération permet de créer une représentation géométrique extrêmement détaillée d'un environnement.
À retenir
LiDAR signifie Light Detection and Ranging. Il ne produit pas uniquement une image : il mesure directement la distance entre le capteur et les surfaces qui l'entourent.
Qu'est-ce qu'un système LiDAR ?
Un LiDAR est un système de mesure active. Contrairement à un appareil photo traditionnel qui capte essentiellement la lumière provenant de l'environnement, le LiDAR émet son propre signal lumineux.
Ce signal rencontre une surface — un mur, un sol, un meuble, une façade ou un élément naturel — puis une partie de cette lumière revient vers le capteur.
En analysant ce retour, le système peut déterminer la distance séparant le scanner de la surface observée.
Que se passe-t-il réellement pendant une mesure LiDAR ?
Derrière une visualisation 3D complexe se trouve une succession de mesures extrêmement rapides.
Cycle simplifié d'une mesure
01
Émission
Le capteur envoie un signal lumineux vers l'environnement.
02
Impact
Le signal atteint une surface présente dans la scène.
03
Retour
Une partie de la lumière est réfléchie vers le scanner.
04
Calcul
Le système transforme la mesure obtenue en information spatiale.
Time of Flight : comment calculer une distance avec la lumière ?
L'une des méthodes utilisées par les systèmes LiDAR repose sur le Time of Flight, ou temps de vol.
Le principe consiste à mesurer le temps nécessaire au signal lumineux pour atteindre une surface puis revenir au capteur.
Formule simplifiée
d = (c × Δt) / 2
d correspond à la distance mesurée, c à la vitesse de la lumière et Δt au temps écoulé entre l'émission et le retour. La division par deux tient compte du trajet aller-retour.
Comme la lumière se déplace extrêmement rapidement, le système doit mesurer des intervalles de temps minuscules avec une électronique de très grande précision.
Comment apparaît un nuage de points 3D ?
Une seule mesure LiDAR n'est pas particulièrement impressionnante : elle correspond essentiellement à une distance dans une direction donnée.
La puissance du système apparaît lorsqu'il répète cette opération des milliers ou des millions de fois.
X
Horizontal
Position d'un point sur un premier axe spatial.
Y
Profondeur
Position du même point sur un second axe.
Z
Hauteur
Information permettant de situer le point verticalement.
L'ensemble de ces coordonnées forme un nuage de points. Lorsqu'il est suffisamment dense, les formes de l'environnement deviennent clairement reconnaissables : murs, plafonds, sols, fenêtres, mobilier, escaliers ou façades.
Un nuage de points n'est pas une photographie : c'est une collection de mesures géométriques positionnées dans l'espace.
Précision, résolution et densité : trois notions différentes
Lorsque l'on compare des scanners LiDAR, plusieurs caractéristiques sont souvent mélangées alors qu'elles décrivent des choses différentes.
01
Précision
Elle indique l'écart potentiel entre la mesure obtenue et la position réelle de la surface.
02
Résolution
Elle correspond à la capacité du système à distinguer des détails ou des éléments très proches.
03
Densité
Elle indique la quantité de points obtenus sur une surface donnée.
Attention aux chiffres
Il n'existe pas une précision unique applicable à tous les LiDAR. Elle dépend notamment du capteur utilisé, de la distance, de l'angle de mesure, des matériaux observés et des conditions de captation.
Il n'existe pas qu'un seul type de LiDAR
Le principe général reste similaire, mais les systèmes peuvent être conçus pour des environnements et des échelles très différents.
LiDAR terrestre
Scanner un bâtiment depuis le sol
Souvent installé sur un trépied, il permet de numériser des bâtiments, infrastructures, façades et espaces intérieurs avec un niveau de détail élevé.
LiDAR mobile
Mesurer pendant le déplacement
Le scanner est déplacé dans l'environnement et peut être associé à d'autres capteurs afin d'estimer sa position tout au long de la captation.
LiDAR aérien
Cartographier de grandes surfaces
Installé sur un avion, un hélicoptère ou certains drones, il permet de relever de vastes zones et d'obtenir des données topographiques.
LiDAR embarqué
Donner une perception spatiale aux machines
Des capteurs compacts peuvent être intégrés à des robots, véhicules et autres systèmes autonomes afin d'analyser leur environnement.
Dans quels secteurs utilise-t-on le LiDAR ?
La possibilité de transformer rapidement un environnement réel en données spatiales explique pourquoi le LiDAR est aujourd'hui utilisé dans de nombreux domaines.
Architecture
Relevé de l'existant
Le scanner permet de documenter précisément un bâtiment avant une rénovation, une extension ou une nouvelle étude.
Construction
Contrôle et suivi
Les données 3D peuvent aider à comparer l'état réel d'un site avec les éléments prévus dans le projet.
BIM
Scan-to-BIM
Le nuage de points peut servir de base géométrique pour reconstruire ou mettre à jour une maquette numérique.
Patrimoine
Conservation numérique
La géométrie d'un bâtiment ou d'un monument peut être archivée sous forme numérique pour la documentation et l'étude.
Topographie
Analyse du terrain
Le LiDAR peut être utilisé pour mesurer le relief, l'altitude et différentes caractéristiques du terrain.
Pourquoi le LiDAR est-il particulièrement intéressant dans le bâtiment ?
Dans un bâtiment existant, les plans disponibles ne correspondent pas toujours exactement à la réalité actuelle.
Des transformations peuvent avoir été réalisées au fil du temps : nouvelles cloisons, extensions, modifications de circulation, changements de façade ou évolution des équipements.
Un relevé LiDAR permet de repartir de la géométrie réellement présente sur le terrain plutôt que de se fier uniquement à un document ancien.
Le principe du Scan-to-BIM
Dans un workflow Scan-to-BIM, le scanner capture l'environnement réel. Le nuage de points obtenu sert ensuite de référence pour construire une maquette BIM correspondant à l'existant.
Une distinction importante
Le nuage de points n'est pas automatiquement une maquette BIM. Il s'agit d'une représentation mesurée de l'espace, qui peut ensuite être interprétée et transformée en éléments architecturaux structurés.
Quelles sont les limites d'un scanner LiDAR ?
Le LiDAR est extrêmement puissant, mais la qualité du relevé dépend toujours de la scène observée et de la méthode utilisée.
Plusieurs situations peuvent compliquer la mesure :
- surfaces fortement réfléchissantes ;
- verre et matériaux transparents ;
- objets masquant une partie de l'environnement ;
- grandes distances ;
- angles de mesure très défavorables ;
- objets en mouvement pendant la captation ;
- zones impossibles à observer directement.
Pourquoi plusieurs positions de scan sont parfois nécessaires ?
Le scanner ne peut mesurer correctement que les surfaces qu'il peut atteindre visuellement avec son signal.
Une colonne, un meuble ou un mur peut masquer une partie de la scène. Le professionnel doit donc parfois déplacer le scanner afin de documenter l'espace depuis plusieurs positions.
LiDAR, visite virtuelle et digitalisation des espaces
Les technologies utilisées pour digitaliser un espace n'ont pas toutes la même fonction.
Une visite virtuelle vise principalement à permettre à un utilisateur de découvrir visuellement un lieu à distance, tandis qu'un relevé LiDAR cherche avant tout à obtenir des informations géométriques sur l'environnement.
Selon le matériel et le projet, ces différentes sources de données peuvent néanmoins être complémentaires.
L'image permet de comprendre l'apparence d'un espace. La mesure 3D permet d'en comprendre la géométrie.
Le LiDAR transforme la réalité en données exploitables
Le principe du LiDAR peut sembler simple : envoyer de la lumière, mesurer son retour puis calculer une distance.
Mais lorsque cette opération est répétée à très grande vitesse et dans de nombreuses directions, elle permet de produire une représentation tridimensionnelle extrêmement riche de l'environnement.
C'est cette capacité qui explique son utilisation croissante dans l'architecture, le BIM, la construction, la topographie, la robotique ou la documentation numérique des bâtiments.
Comprendre le LiDAR en quelques réponses
Que signifie LiDAR ?
LiDAR signifie Light Detection and Ranging. Il s'agit d'une technologie utilisant la lumière pour mesurer la distance entre un capteur et les surfaces qui l'entourent.
Quelle est la différence entre LiDAR et caméra ?
Une caméra produit principalement une information visuelle sous forme de pixels. Un LiDAR produit des mesures de distance pouvant être converties en coordonnées tridimensionnelles.
Qu'est-ce qu'un nuage de points ?
Il s'agit d'un ensemble de coordonnées 3D représentant les positions mesurées par le scanner dans son environnement.
Un LiDAR peut-il voir à travers les murs ?
Non. Un système LiDAR optique mesure les surfaces atteintes par son signal. Une paroi opaque bloque donc les surfaces situées derrière elle.
Pourquoi utiliser le LiDAR pour un bâtiment ?
Il permet notamment de documenter la géométrie réelle d'un bâtiment et de produire un nuage de points pouvant servir de référence pour différents travaux de modélisation ou d'étude.
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Panora360 accompagne les entreprises et établissements dans la création de visites virtuelles, la captation 360° et la valorisation numérique de leurs espaces.
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