Comment fonctionne le LIDAR de l'iPad Pro ?
Par Didier Pulicani - Publié le
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LIDAR, Apple nous renvoie à une technologie utilisée dans la télémétrie professionnelles, du simple relevé topographique jusqu'aux usage spatiaux en passant évidemment par les voitures autonomes. D'ailleurs, Apple ne se prive pas de nous comparer son nouveau capteur à ceux utilisés par la NASA -rien que ça !
La technologie LiDAR (Light Detection and Ranging) permet de mesurer des distances en calculant combien de temps la lumière prend pour atteindre un objet donné et pour revenir à sa source. Extrêmement sophistiquée, cette technique sera employée par la NASA pour sa prochaine mission sur Mars. Nous l’avons adaptée afin qu’elle puisse se glisser dans le boîtier si fin et si léger de l’iPad Pro.
Notre scanner LiDAR exclusif utilise le temps de vol direct afin de mesurer la réflexion de la lumière jusqu’à cinq mètres de distance, en intérieur comme en extérieur. Avec sa précision de l’ordre du photon et sa vitesse de l’ordre de la nanoseconde, il ouvre un champ des possibles immense pour la réalité augmentée. Et au-delà.
Notre scanner LiDAR exclusif utilise le temps de vol direct afin de mesurer la réflexion de la lumière jusqu’à cinq mètres de distance, en intérieur comme en extérieur. Avec sa précision de l’ordre du photon et sa vitesse de l’ordre de la nanoseconde, il ouvre un champ des possibles immense pour la réalité augmentée. Et au-delà.
Comme je vous l'expliquais dans la vidéo (voir plus bas), un LIDAR est une sorte de
radar lumineux, utilisant les propriétés de la lumière pour en calculer l'espace (mais pas que) entre deux éléments : en déterminant la temps mis par un faisceau laser pour faire l'aller-retour jusqu'à un point donné, on en déduit la distance.
Il existe de nombreux types de LIDARs, les plus connus étant les modèles à balayage mécanique que l'on retrouve aussi bien dans les voitures autonomes qu'en architectures. Il permet d'obtenir des données sur 360 degrés grâce à un système pivotant : le laser va alors
balayerson environnement et recueillir un maximum de points. Mais ces systèmes présentent plusieurs inconvénients majeurs : ils sont chers, assez encombrants et surtout, leur partie mécanique a un impact important sur leur fiabilité. Bref, impossible pour Apple d'intégrer cela dans une tablette !
LIDAR à balayage mécanique utilisé dans les voitures autonomes d'Apple"
Un LIDAR utilisé en architecture pour mesurer les espaces en 3D
Les LIDAR modernes s'orientent désormais vers des modèles à semi-conducteurs ou solid-state en anglais. Comme leur nom l'indique, ils n'ont pas de balayage mécanique motorisé, ce qui les rend bien plus fiables et compacts, mais surtout plus économiques. Au lieu de faire tourner un faisceaux, ils reposent sur le principe d'une illumination instantanée et globale de la scène.
C'est donc cette dernière technologie qu'Apple utilise sur ses appareils, et ça ne date pas d'hier ! En réalité, Cupertino utilisait déjà ce type de LIDAR sur l'iPhone X pour sa technologie Face ID. Cette dernière repose sur des systèmes de diode laser à cavité verticale émettant par la surface, plus connus sous le nom de
VCSEL. La Pomme a d'ailleurs récemment investi des centaines de milliers de dollars dans son fournisseur exclusif Finisar, dont les usines se trouvent au Texas et le siège en Californie.
Les VCSEL ne sont pas réservés aux téléphones, mais ils font aussi leur nid dans les voitures modernes, comme l'Audi A8 par exemple. On les trouve même dans les AirPods ! Oui, oui, c'est ce capteur qui permet de savoir s'ils sont bien enfilés dans vos oreilles ! Evidemment, leur puissance et leur précision diffèrent suivant les usages mais le principe reste le même : via un système de miroirs de Bragg, ils offrent la possibilité de fabriquer des lasers émettant par la surface (et non sur la tranche) et donc de les multiplier facilement pour former matrices bidimensionnelles d’émetteurs lasers :
La puissance et le niveau de précision varie beaucoup suivant ce qu'on veut en faire. Dans le cas de l'iPad Pro, Apple utilise une matrice moins dense, mais plus puissante : là où Face ID est limité à quelques dizaines de centimètres, notre LIDAR est capable de projeter jusqu'à 5 mètres. En revanche, on perd un peu en définition face au capteur du visage, ce qui explique pourquoi la modélisation reste assez grossière pour le moment : là où Face ID projette 30 000 points, notre LIDAR dorsal semble en afficher deux ou trois fois moins !
Le LIDAR se montre donc suffisant pour modéliser une pièce en 3D, déterminer les objets présents dans son environnement et offrir un système de mesure plus fiable que l'utilisation de caméras traditionnelles. Mais pour améliorer le mode portrait ou scanner un objet de petite taille en 3D, ce n'est pas encore suffisant ! Gardons toutefois à l'esprit que le but finale de Tim Cook semble de développer des lunettes en réalité augmentée, et d'aider ses clients à obtenir des informations précises de l'environnement. Le LIDAR viendra donc épauler l'IA et le système de caméras en apportant une vue 3D beaucoup plus précise et facile à calculer en temps réel.
Le règle de l'app Mesures est plus précise, mais encore loin d'être parfaite !
Evidemment, il faudra une analyse plus complète des composants utilisés pour le LIDAR de l'iPad Pro pour obtenir plus de détails sur la puissance et la précision du produit. Inventés dans les années 70, les VCSEL ont beaucoup progressé ces dernières années, et il est probable que les prochaines générations offriront des capacités de modélisations inédites tout en se montrant toujours plus économes en énergie !
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Magnéto, Serge !
