Tester des capteurs dans le brouillard pour rendre les futurs transports plus sûrs

Tester des capteurs dans le brouillard pour rendre les futurs transports plus sûrs

Andres Sanchez, à gauche, Jeremy Wright, au centre, et Brian Bentz se préparent pour un test optique dans l’installation de brouillard de Sandia National Laboratories. Bentz dirige un projet de trois ans visant à utiliser l’imagerie informatique pour détecter, localiser et imager des objets dans le brouillard. Cette photo a été prise avant la pandémie de COVID-19. Crédit : Randy Montoya

Les drones auto-volants et les taxis autonomes qui peuvent fonctionner en toute sécurité dans le brouillard peuvent sembler futuristes, mais de nouvelles recherches à l’installation de brouillard de Sandia National Laboratories rapprochent l’avenir.

Le brouillard peut rendre les voyages par voie navigable, aérien et terrestre dangereux lorsqu’il devient difficile pour les personnes et les capteurs de détecter des objets. Les chercheurs de l’installation de brouillard de Sandia relèvent ce défi grâce à de nouvelles recherches optiques en imagerie informatique et en s’associant à des chercheurs de la NASA travaillant sur Advanced Air Mobility, Teledyne FLIR et d’autres pour tester des capteurs dans un brouillard personnalisé qui peuvent être mesurés et produits à plusieurs reprises à la demande.

« Il est important d’améliorer les capteurs optiques pour mieux percevoir et identifier les objets à travers le brouillard afin de protéger la vie humaine, d’éviter les dommages matériels et de permettre de nouvelles technologies et capacités », a déclaré Jeremy Wright, ingénieur optique.

Construite en 2014, la chambre à brouillard de Sandia mesure 180 pieds de long, 10 pieds de haut et 10 pieds de large. La chambre est recouverte d’une bâche en plastique pour emprisonner le brouillard.

Lorsque l’équipe commence un test, 64 buses sifflent en pulvérisant un mélange personnalisé d’eau et de sel. Au fur et à mesure que la pulvérisation se propage, l’humidité s’accumule et un épais brouillard se forme. Bientôt, un observateur à l’intérieur ne pourra plus voir les murs, le plafond ou l’entrée à travers l’aérosol et les personnes et les objets à quelques mètres seront obscurcis ou complètement cachés.

Les chercheurs de Sandia mesurent soigneusement les propriétés du brouillard au fil du temps pour comprendre comment il se forme et se modifie. En ajustant les paramètres environnementaux, les chercheurs peuvent modifier les propriétés du brouillard pour mieux correspondre au brouillard naturel.

« Notre équipe peut mesurer et caractériser complètement le brouillard que nous produisons dans l’installation, et nous pouvons générer à plusieurs reprises un brouillard similaire à différents jours », a déclaré Andres Sanchez, ingénieur chimiste. « Il est important d’avoir des conditions cohérentes et mesurables lorsque nous testons les performances des capteurs dans le brouillard. »

Permettre des opérations sûres par tous les temps pour les véhicules autonomes, les avions et les drones

Des chercheurs du centre de recherche Ames de la NASA ont récemment visité Sandia pour effectuer une série d’expériences afin de tester comment les capteurs disponibles dans le commerce perçoivent les obstacles dans le brouillard. Le groupe Revolutionary Aviation Mobility fait partie du projet Transformational Tools and Technologies de la NASA.

Tester des capteurs dans le brouillard pour rendre les futurs transports plus sûrs

L’équipe de recherche examine les données provenant d’un test dans la chambre à brouillard des laboratoires nationaux Sandia. Cette photo a été prise avant la pandémie de COVID-19. Crédit : Randy Montoya

« Nous avons testé des technologies de perception qui pourraient entrer dans des véhicules aériens autonomes », a déclaré Nick Cramer, l’ingénieur en chef de la NASA pour ce projet. « Nous voulons nous assurer que ces véhicules sont capables de fonctionner en toute sécurité dans notre espace aérien. Cette technologie remplacera les yeux d’un pilote, et nous devons pouvoir le faire par tous les types de temps. »

L’équipe a installé un drone stationnaire dans la chambre comme cible, puis a testé divers capteurs pour voir dans quelle mesure ils pouvaient percevoir le drone dans le brouillard.

« La chambre à brouillard de Sandia National Laboratories est extrêmement importante pour ce test », a déclaré Cramer. « Cela nous permet de vraiment régler les paramètres et d’examiner les variations sur de longues distances. Nous pouvons reproduire de longues distances et divers types de brouillard qui sont pertinents pour l’environnement aérospatial. »

Cramer a déclaré que l’un des défis de la technologie d’auto-vol est qu’il y aurait beaucoup de petits véhicules volant à proximité.

« Nous devons être en mesure de détecter et d’éviter ces petits véhicules », a déclaré Cramer. « Les résultats de ces tests nous permettront de déterminer quelles sont les lacunes actuelles de la technologie de perception pour passer aux véhicules autonomes. »

L’installation de brouillard aide à prouver la technologie

Teledyne FLIR a testé ses propres caméras infrarouges à l’installation de brouillard de Sandia pour déterminer dans quelle mesure elles détectent et classent les piétons et autres objets. Chris Posch, directeur technique, automobile, pour Teledyne FLIR, a déclaré que les caméras pourraient être utilisées pour améliorer à la fois la sécurité des véhicules d’aujourd’hui avec des fonctionnalités avancées de systèmes d’assistance à la conduite telles que le freinage d’urgence automatique et les véhicules autonomes du futur.

« Les tests de brouillard sont très difficiles à faire dans la nature car ils sont si éphémères et il existe de nombreuses différences inhérentes généralement observées dans la taille des gouttelettes d’eau, la cohérence et la répétabilité du brouillard ou du brouillard », a déclaré Posch. « Comme l’installation de brouillard de Sandia peut créer à plusieurs reprises du brouillard avec une teneur en eau et une taille différentes, l’installation a joué un rôle essentiel dans la collecte des données de test d’une manière scientifique approfondie. »

Sandia et Teledyne FLIR ont effectué plusieurs tests de performance avec des capteurs de sécurité de véhicules, notamment des caméras visibles, des caméras infrarouges à ondes longues, des caméras infrarouges à ondes moyennes, des caméras infrarouges à ondes courtes et un lidar.

Posch a déclaré que les résultats ont montré que les caméras infrarouges à ondes longues de Teledyne FLIR peuvent détecter et classer avec précision les piétons et autres objets dans la plupart des brouillards, où les caméras visibles sont mises à l’épreuve.

Tester des capteurs dans le brouillard pour rendre les futurs transports plus sûrs

Des membres de l’équipe de recherche sur les chambres à brouillard de Sandia National Laboratories à l’intérieur de l’installation après la mise en place d’une expérience. Cette photo a été prise avant la pandémie de COVID-19. Crédit : Randy Montoya

Nouvelle recherche pour détecter, localiser et imager des objets à travers le brouillard

Une équipe de chercheurs de Sandia a récemment publié un article dans Optique Express décrivant les résultats actuels d’un projet de trois ans visant à utiliser l’imagerie informatique et la science derrière la façon dont la lumière se propage et se disperse dans le brouillard pour créer des algorithmes permettant aux capteurs de détecter, localiser et imager des objets dans le brouillard.

« Les méthodes actuelles pour voir à travers le brouillard et avec la lumière diffusée sont coûteuses et peuvent être limitées », a déclaré Brian Bentz, ingénieur électricien et chef de projet. « Nous utilisons ce que nous savons sur la façon dont la lumière se propage et se disperse dans le brouillard pour améliorer les capacités de détection et de conscience de la situation. »

Bentz a déclaré que l’équipe a modélisé la façon dont la lumière se propage à travers le brouillard vers un objet et vers un détecteur (généralement un pixel dans une caméra), puis a inversé ce modèle pour estimer d’où venait la lumière et les caractéristiques de l’objet. En changeant de modèle, cette approche peut être utilisée avec la lumière visible ou thermique.

Bentz dit que l’équipe a utilisé le modèle pour détecter, localiser et caractériser des objets dans le brouillard et travaillera sur l’imagerie d’objets au cours de la dernière année du projet. L’équipe a utilisé l’installation de brouillard de Sandia pour des validations expérimentales.

Parallèlement à cette recherche, l’équipe de Sandia a créé deux chambres à brouillard de paillasse pour soutenir un projet du partenaire de l’alliance universitaire, West Lafayette, Purdue University, basée dans l’Indiana.

Sandia étudie et caractérise le brouillard généré par sa nouvelle chambre à brouillard de paillasse, tandis que Purdue utilise son système jumeau pour effectuer des expériences.

Le professeur de Purdue, Kevin Webb, dirige des recherches pour développer une technologie d’imagerie basée sur la façon dont la lumière interfère avec elle-même lorsqu’elle se diffuse et en utilisant ces effets pour détecter des objets.

L’équipe Sandia a récemment présenté ses travaux à SPIE et CLEO.


Les mauvaises données météorologiques pourraient aider les véhicules autonomes à voir


Plus d’information:
Brian Z. Bentz et al, Transport léger avec faible dépendance angulaire dans le brouillard, Optique Express (2021). DOI : 10.1364 / OE.422172

Brian Z. Bentz et al, Détection et localisation d’objets cachés dans le brouillard, Technologie de réalité virtuelle, augmentée et mixte (XR) pour les opérations multi-domaines II (2021). DOI : 10.1117/12.2587995

Fourni par les laboratoires nationaux Sandia

Citation: Tester des capteurs dans le brouillard pour rendre les transports futurs plus sûrs (2021, 18 novembre) récupéré le 18 novembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-11-sensors-fog-future-safer.html

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