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Un petit capteur qui numérise en temps réel

L'année 2006 a été riche en découvertes pour la communauté scientifique de Québec.

Chacun dans son domaine, des chercheurs de la région se sont activé les neurones, ont fait valser les éprouvettes, écrit de nouveaux chapitres de l'histoire scientifique. Le Soleil vous présente, à raison d'une par jour, les 11 percées les plus marquantes de l'année.

Quand le fruit de plusieurs années de travail tient dans une seule main, certains sont portés à croire qu'il s'agit d'un échec. Mais dans le cas de la caméra 3D développée par Patrick Hébert, professeur au département de génie électrique et génie informatique de l'Université Laval, c'est tout le contraire.

L'engin s'est en effet attiré prix et éloges en 2006, en plus de connaître des débuts commerciaux prometteurs depuis sa mise en marché par une entreprise de la Rive-Sud, en 2005. Il permet de numériser rapidement des objets grâce à un capteur pesant moins d'un kilo et que l'on manipule à la main. C'est là, d'ailleurs, une de ses particularités les plus intéressantes car les autres scanners 3D doivent être montés sur des axes qui les rendent difficiles à transporter. Il s'agit également du seul dispositif du genre pouvant reconstruire les formes en temps réel.

Défis de taille

Ces deux caractéristiques, si elles peuvent sembler banales en cette ère de miniature et d'instantané, furent au contraire des défis sur lesquels bien des ingénieurs se sont butés pendant des années.

Patrick Hébert a commencé à y plancher dès 1996, alors qu'il était à l'emploi du Conseil national de la recherche du Canada. Il arrivera à l'Université Laval en 2000.

Le principe des caméras 3D est toujours le même : envoyer un laser sur l'objet à numériser et répérer le «petit point rouge» à l'aide d'une caméra. Lorsque le laser et la caméra pointent dans la même direction, ils décrivent un angle dont se sert un logiciel pour calculer à quelle distance se situe le point: plus l'angle est aigu, plus la distance est grande. En répétant cette opération des milliers de fois, on obtient un ensemble de points qui recréent la forme de l'objet.

«Le défi, à la fin des années 90, c'était de transformer les systèmes, qui étaient habituellement montés sur des axes de translations et de rotation en laboratoire (ndlr : ces axes permettaient au scanner de connaître sa position), pour avoir une caméra complètement dans la main qu'on manipulerait comme un fusil à peinture, se souvient M. Hébert. Mais, à ce moment, le problème était que la caméra devait calculer elle-même sa position dans l'espace.» Pour ce faire, le professeur eut l'idée d'installer un autre laser sur le capteur, qui fixerait des points dont l'engin se servirait comme repères. C'est ainsi qu'il a «libéré» sa caméra des systèmes de positionnement extérieurs et encombrants.

Premier prototype

Un premier prototype fut terminé en 2000. Mais d'autres obstacles devaient encore être surmontés : reconstruire la surface des objets, au lieu de produire un ensemble de points. «Et on voulait le faire en temps réel», ajoute M. Hébert, ce qui augmentait tellement la complexité de la tâche que même des ordinateurs très performants y mettaient un temps fou. «Les premières années, juste pour faire de petites sections, ça prenait une nuit de calculs.»

C'est alors qu'est entré en scène un brillant étudiant au doctorat, Dragan Tubic, qui a complété ses études sous la supervision de M. Hébert et de son collègue Denis Laurendeau.

Jusque-là, les opérations mathématiques étaient considérablement alourdies par le fait que leur complexité croissait de façon exponentielle : si, par exemple, on doublait le nombre de points à traiter, le nombre de calculs quadruplait. «L'idée de Dragan, qui a développé toutes les méthodes mathématiques pour faire ça, c'est que tous les aspects de la modélisation doivent être dans un ordre de complexité linéaire avec le nombre de données. Il ne faut pas que le système écrase quand on accumule les données. Il faut qu'il puisse les traiter tout le temps avec la même vitesse.»

M. Tubic a d'ailleurs remporté en octobre le premier prix du Défi innovation du Conseil de recherche en sciences naturelles, remis aux étudiants dont les résultats de recherche mènent à la mise au point de produits commercialisables. À la soutenance de son doctorat, un de ses évaluateurs avait même déclaré que des thèses de cette qualité ne se voyaient qu'une fois aux dix ans.

L'ancien étudiant travaille maintenant pour Créaform, une entreprise de la Rive-Sud à qui l'Université Laval a accordé une licence pour la mise en marché, en mai 2005, de ces découvertes. Créaform a vendu en octobre dernier la 100e unité de sa caméra «Handyscan 3D» et a versé ses premières redevances à l'Université cette année.

La caméra trouve des applications dans des domaines aussi divers que le design, la médecine et les musées.




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