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26 Juin, 2024

La vision industrielle 3D, radicalement plus rapide et moins chère, n’utilise qu’un seul pixel

La vision industrielle 3D, radicalement plus rapide et moins chère, n’utilise qu’un seul pixel

Le suivi et la vision artificielle en 3D, tels qu’ils sont représentés par cette image, sont à la base de la capacité des véhicules autonomes et d’autres robots à comprendre le monde qui les entoure et à y réagir. La nouvelle technologie promet un énorme bond en avant en termes de vitesse, avec des économies massives en termes de coût, de stockage des données et de temps de traitement.

Les voitures autonomes dépendent de capteurs sophistiqués et d’une grande puissance de calcul. Un effort de recherche mené par l’université chinoise de Tsinghua permet de réduire les besoins informatiques grâce à un système de suivi qui ne nécessite qu’un seul pixel pour effectuer le travail.

Lorsque l’on a commencé à penser à des choses comme les voitures autonomes et les systèmes de sécurité intelligents, les systèmes de vision par ordinateur nécessaires pour les prendre en charge semblaient simples. Branchez une caméra à un processeur, ajoutez quelques algorithmes pour faire fonctionner le tout, et le tour est joué. Après tout, les humains traitent les images sans le moindre effort, avec seulement une biocaméra et un peu de matériel. À quel point cela peut-il être difficile ?

Il s’avère que c’est extrêmement difficile. L’œil humain est peut-être plus simple d’un point de vue optique (mais pas tant que ça), mais le traitement qui le sous-tend est d’une complexité époustouflante. Si l’on ajoute à cela la manière dont les humains utilisent ces informations et y réagissent par pur réflexe, l’émulation de cette capacité s’avère être une tâche quasi impossible.

L’avancée de l’équipe de Tsinghua consiste à mettre au point une méthode 3D permettant de suivre des objets en mouvement rapide à des vitesses inégalées tout en réduisant les besoins informatiques. L’astuce consiste à ne pas utiliser une image complète, mais un seul pixel.

Banc d’essai expérimental pour la méthode de suivi en 3D d’un seul pixel

« Notre approche ne nécessite pas de reconstruire l’image de l’objet pour calculer sa position, ce qui réduit considérablement les coûts de stockage des données et de calcul », explique Zihan Geng, chef de l’équipe de recherche. « Plus précisément, l’acquisition d’une coordonnée 3D ne nécessite que six octets d’espace de stockage et 2,4 microsecondes de temps de calcul. En réduisant les coûts de calcul et en améliorant l’efficacité, on pourrait réduire le coût de l’équipement nécessaire au suivi à grande vitesse, ce qui rendrait la technologie plus accessible et permettrait de nouvelles applications. »

Selon l’équipe, avec un seul détecteur, sa technique permet de suivre un objet 200 fois plus rapidement que les méthodes vidéo traditionnelles, sans aucune information préalable et avec une puissance de calcul minimale. Pour ce faire, elle projette des motifs lumineux géométriques sur l’objet et mesure l’intensité d’un seul pixel. À l’aide de mathématiques extrêmement complexes, la position et la trajectoire de l’objet peuvent être calculées.

Dans un premier temps, l’équipe s’est appuyée sur des simulations, puis a rapidement utilisé un laser et un dispositif à micromiroirs numériques (DMD : Micro-mirror Device) pour éclairer une sphère métallique se déplaçant le long d’un fil en spirale incurvé. L’information contenue dans un pixel a permis au système d’effectuer les calculs nécessaires.

Jusqu’à présent, la technique est utilisée pour suivre un seul objet ; la prochaine étape consistera à passer à des objets multiples.

« Cette technologie pourrait renforcer les capacités de perception de technologies telles que les voitures autonomes, améliorer les systèmes de surveillance de la sécurité et offrir une surveillance et un contrôle de la qualité plus efficaces pour l’inspection industrielle », a déclaré Zihan Geng. « En outre, cette technique de localisation à grande vitesse peut être utilisée dans la recherche scientifique, comme les études sur les trajectoires de vol des insectes. »

https://doi.org/10.1364/OL.521176

https://www.optica.org/about/newsroom/news_releases/2024/june/researchers_achieve_practical_3d_tracking_at_record-breaking_speeds