Par : Oliver Bürkler, Directeur de la numérisation laser
Le marché mondial de la construction devrait croître de plus de 10 % par an ; les nouvelles technologies seront donc essentielles pour numériser et classer avec précision et efficacité les progrès réalisés sur les chantiers.
Comme indiqué dans le premier de cette série de trois articles, la société FARO a breveté sa technologie Hybrid Reality Capture alimentée par Flash Technology. Celle-ci fusionne les images panoramiques à 360° avec une numérisation plus rapide afin de créer des numérisations entièrement colorisés en moins de 30 secondes sans perte d'exactitude des données. Il s'agit d'un outil révolutionnaire. Le deuxième article de la série aborde certains des logiciels qui sous-tendent Flash Technology et son fonctionnement lorsque cette solution est utilisée avec les scanners laser Focus Core, Premium et Premium Max de FARO.
Tout se résume à des algorithmes de redimensionnement intelligents et propriétaires. La sortie comprend toutes les images collectées et les points capturés par un appareil photo Ricoh Theta Z1 à 360° et un scanner laser Focus Core, Premium et Premium Max, ce qui donne des numérisations en couleur plus nettes que les numérisations de même résolution obtenues avec les méthodes traditionnelles.
Lancée sur le marché en avril 2023, la technologie Hybrid Reality Capture alimentée par Flash Technology fonctionne comme un mode de numérisation pour scanners Focus qui est accessible via l'application mobile FARO Stream.
Il est également important de noter qu'un abonnement d'un an à Flash Technology est offert aux utilisateurs Focus Core et Premium, tandis que Premium Max est livré avec une licence perpétuelle.
Avec FARO Stream, disponible gratuitement sur les plateformes iOS et Android, les utilisateurs peuvent bénéficier des avantages suivants :
- Contrôle de tous les appareils FARO, les scanners laser Focus, les Orbis Mobile Scanner et les futurs scanners.
- Pré-enregistrement de numérisations capturées directement sur le terrain afin de s'assurer que les données sont complètes et de réduire les échecs de recalage hors site.
- Collecte de données complémentaires sous forme d’annotations marquées dans la numérisation avec des images ou des fichiers en pièces jointes.
- Téléchargement des données capturées directement dans Sphere XG pour un partage immédiat du projet avec les parties prenantes.
Grâce à l’accès aux données via FARO Sphere XG, une plateforme d’information SaaS sur le cloud, les numérisations Flash du scanner Focus sont idéales pour les entreprises et les organismes qui effectuent des numérisations de capture de la réalité 3D de grands volumes pour les bâtiments, infrastructures, corridors, mines et forêts dans le cadre des besoins dus à leur état actuel, pour le suivi de l’avancement des travaux et pour l'élaboration de plans de préparation à l'incident.
Comment fonctionne Flash Technology ? (redimensionnement ou extrapolation)
La solution Flash Technology pour la gamme de produits Focus repose sur un processus appelé redimensionnement, ou interpolation de l'image. Le redimensionnement, tel que défini par Upscale.media, débute par une image basse résolution pour en améliorer la qualité visuelle.
Ce processus a lieu grâce à un algorithme qui interpole entre deux images. Comme il n'a pas accès à l'ensemble des données (c'est-à-dire à tous les points de données possibles), tout ce que le logiciel peut faire est une estimation sur la base d'une formule mathématique. Il est important de noter que ce manque de données ne constitue en aucun cas une faille. Il s’agit au contraire d’une variable courante à laquelle nous sommes confrontés dans les domaines de la science et de l'ingénierie, où une valeur intermédiaire n’est pas connue mais peut être déterminée de manière probabiliste avec une grande probabilité d'exactitude sur la base des autres points de données connus.
Traditionnellement, les ingénieurs logiciels utilisaient l'interpolation, ou redimensionnement, pour créer des outils permettant aux utilisateurs d'agrandir les images, ce qui ajoutait des pixels. Pour créer une image agrandie fidèle à la réalité, les outils de redimensionnement utilisent les données de l'image originale pour interpoler de nouvelles valeurs, ce qui leur permet d'ajouter des pixels entre les points de données d'origine. Les ingénieurs logiciels peuvent également utiliser l'interpolation dans les jeux vidéo, pour coder les mouvements des personnages.
La technologie Hybrid Reality Capture fonctionne selon ces mêmes principes. La numérisation 3D à faible résolution est plus rapide à capturer, faisant que l'on obtient moins de données. Cependant, ces lacunes dans les données sont complétées par les données capturées à partir d’images panoramiques à 360°. C'est là que la redimensionnement des images entre en jeu. Avec Flash Technology, si un point d'image en provenance de l'appareil photo ne possède pas le point 3D correspondant et que des points voisins sont recherchés, le logiciel détermine s'il existe une coordonnée 3D pour ce point. Il interpole ensuite intelligemment entre les points voisins pour créer un nouveau point 3D permettant d'obtenir un pixel colorisé. Si l'angle de visualisation est trop plat, Flash Technology ne crée pas de point interpolé entre ces points.
Dans un deuxième temps, la technologie vérifie si l'angle d'incidence et la parallaxe des deux appareils photos ont pris ce point en charge. Si c'est le cas, le logiciel le conserve et continue à générer l'image.
Bon à savoir :
- Angle d'incidence : un rayon de lumière frappe une surface en un point. À partir de ce point, la ligne droite vers le haut, à 90° par rapport à la surface, est appelée normale. L'angle entre la normale et le rayon lumineux est appelé angle d'incidence. On mesure l'angle entre la normale, qui est à 0 degré, et le rayon lumineux.
- Parallaxe : déplacement apparent ou différence apparente d'orientation d'un objet vu à partir de deux points différents qui ne sont pas en ligne droite avec l'objet. La façon la plus simple de visualiser ce phénomène est de regarder un objet et de fermer un œil, puis l'autre. L’objet que vous regardez semblera changer de position selon l’œil avec lequel vous regardez. En réalité, la position de l'objet n'a pas changé. C'est votre perception de sa position qui a changé.
Un élément essentiel de ce qui rend la Flash Technology pour Focus Core, Premium et Premium Max si intuitive et si facile à utiliser est que toutes ces formules, toutes les mesures liées à l'angle d'incidence et à la parallaxe, l'acceptation et le rejet des points de données, et la ventilation des données réelles par rapport aux données redimensionnées sont effectués en coulisses. Tout ce que l'utilisateur verra est le composite hybride image panoramique/numérisation laser 3D entièrement colorisé.
Les avantages supplémentaires que l'utilisateur ne voit pas comprennent les suivants :
- Fonctionnement optimisé de la numérisation : il s'agit d'une fonctionnalité de numérisation qui, lorsque l'utilisateur appuie sur le bouton « démarrer », permet à l'appareil de coordonner les actions du scanner et leur séquence afin d'optimiser la vitesse ; quand le scanner commence à tourner, quand les images sont capturées, etc. Ainsi, par exemple, l'image panoramique est toujours prise en premier, avant la numérisation.
- Streaming optimisé vers les appareils mobiles : transfert optimisé et utilisation des nuages de points sur les appareils mobiles pour accélérer les recalages sur le terrain et utiliser efficacement les temps morts sur le site.
- Lecture grossière de l'inclinomètre : il s'agit d'un moyen de mesurer la planéité d'une numérisation. Traditionnellement, cette étape prend environ 10 secondes. Mais avec Flash Technology, il suffit d'une seconde pour obtenir les données nécessaires. Bien qu'une lecture d'inclinomètre d'une seconde soit moins précise qu'une lecture de 10 secondes, les données sont suffisamment exactes pour 99 % des cas d'utilisation existants et prévus pour de nouveaux clients.
Il est également important de noter que même si, nécessairement, certaines données ne sont pas capturées dans une image de Hybrid Reality Capture, cette petite perte n'est pas toujours uniforme. Dans une ligne entièrement verticale, par exemple, Flash Technology a une résolution complète. C'est l'espacement entre ces lignes qui augmente. Exprimé en degrés, le miroir du scanner laser Focus Core/Premium/Premium Max tourne à 100 rotations par seconde à 360°. Cela signifie que 100 fois par seconde, le scanner Focus crée deux lignes verticales, l'une devant le scanner et l'autre derrière. Puis le scanner tourne pendant 10 secondes pour la numérisation. Et pendant ces 10 secondes, il crée 2 000 lignes, soit 2 000 pas par 360° horizontalement.
Ce qu'il faut souligner ici, c'est que c'est le nuage de points 3D qui est redimensionné, et non pas l'image elle-même. Flash Technology prend les données susdites et les redimensionne à 4 000 pas horizontalement après leur traitement. Cela peut sembler contre-intuitif, mais c'est là que cette technologie est leader en matière de développement sur le marché. Tout au long du processus de capture, l'image de la PanoCam reste à 23 millions de points par photographie et c'est le nuage de points en arrière-plan qui est redimensionné.
Donc, pour l'utilisateur, il n'y a aucun impact visuel car l'image qu'il voit reste la même. Avant le redimensionnement, la numérisation en basse résolution ne générait une coordonnée 3D que tous les quatre pixels de la photo. Après le redimensionnement, il existe une coordonnée 3D pour pratiquement chaque pixel de la photographie.
Pourquoi Flash Technology est-elle différente et quels sont ses cas d’utilisation idéaux ?
Pour les clients qui travaillent depuis un certain temps dans le domaine de la mesure 3D et de la numérisation laser, un simple examen rapide des brochures Focus avec les améliorations apportées par Flash Technology devrait permettre de comprendre les facteurs distinctifs des produits. Mais pour les clients moins expérimentés ou les nouveaux acheteurs potentiels, l'ambiguïté peut persister, en particulier alors que d'autres entreprises de numérisation laser ajoutent également des images photographiques à des numérisations 3D.
Il y a plusieurs différences. La principale est que Flash Technology fonctionne comme un mode de numérisation indépendant du scanner, qui peut être activé et désactivé selon les besoins.
Un autre facteur de différenciation est la couleur. Historiquement, les numérisations colorisées étaient coûteuses et chronophages, en particulier pour les projets à grand volume nécessitant des centaines de numérisations. Pendant un certain temps, cet obstacle à l'adoption du produit était si élevé que certains clients ont complètement abandonné la numérisation colorisée, préférant s'en passer tout en réalisant des produits livrables qui restaient satisfaisants. Grâce à Flash Technology, la numérisation couleur ne prenant qu'une seconde à capturer, il est probable que Hybrid Reality Capture ravive l'intérêt pour cette capacité et fasse de la numérisation couleur une décision judicieuse sur le plan économique et temporel, sans doute pour la première fois depuis l'apparition de la numérisation colorisée.
Flash Technology a également la particularité d’aider à faire évoluer le marché vers une expérience plus visuelle dans son ensemble, car d’autres entreprises introduisent la photographie haute résolution, les vidéos et la capture d’images à 360°.
En résumé : Hybrid Reality Capture est une catégorie de capture d’images complètement différente, une façon innovante d'envisager la relation entre une image panoramique et un nuage de points 3D. Dans un sens, nous avons inversé le processus. Personne d’autre ne commence par l’image photographique pour ensuite redimensionner le nuage de points 3D afin d'augmenter le nombre de données. Cela était essentiel pour parvenir à débloquer une vitesse de capture sans précédent.
*Sources :À propos de l'auteur
Oliver Bürkler est directeur de la numérisation laser chez FARO Technologies, Inc. Il est titulaire d'un master en ingénierie de précision et en administration et ingénierie des affaires de l'université de sciences appliquées de Munich, en Allemagne. Depuis plus de 20 ans, en tant que membre de l'équipe de chefs de produit des scanners laser 3D de FARO, M. Bürkler travaille au développement du matériel de documentation 3D de FARO et sur les nouvelles innovations.