scanner 3d

1. Qu’est ce qu’un scanner laser 3D ?
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scanner laser 3D ?
Qu’est ce qu’un scanner laser 3D ?
Vous connaissez et comprenez désormais les différents principes de numérisation,leurs
fonctionnement intrinsèque,et êtes en mesure d’identifier leurs forces et leurs faiblesses.
Capturer la réalité dans toute sa complexité,c’est s'adapter à des conditions toujours
nouvelles, avoir plusieurs outils à sa disposition,et surtout savoir lequel choisir.
Parmi les outils phares de la numérisation3D on ne manquera pas de citer en premier lieu le
scanner laser 3D.
Scanner laser 3D en station fixe
L’évocation de la numérisationappliquée à la constructionrenvoie généralement très
rapidement au terme de “laser-scanning” au point que les entreprises prestataires dans le
domaine se disputent à prix d’or ce terme dans leurs campagnes publicitaires.
Pourtant, comme vous le savez désormais, le LiDAR terrestre qui se cache derrière la
dénominationde “scanner laser 3D” n’est qu’une technique de numérisationparmi d’autres.
Comprendre cet engouement autour de ces outils plutôt que d’autres requiert des les étudier
en détail.

2. Voici des scanners laser 3D, reposant sur la technologie du LiDAR
Installation
Un scanner laser 3D est d’apparence comparable à d’autres types d’instruments de télémesure
habituellement utiliséspar les géomètres,telles les stations totales.
Comparaison entre une station totale (droite) et un scanner laser 3D (gauche, Leica RTC360)

3. Les scanners laser 3D en stationfixe doivent, comme leur nom l’indique,rester immobiles le
temps de la capture. Couramment,un trépied sera utilisé comme support, toutefois certaines
configurations peuvent amener à utiliser d’autres types de supports.
Lorsqu’une visibilité plus longue est attendue - en restant dans la limite des capacités du
scanner, variable selon le modèle - on pourra par exemple utiliser des perches de grande
hauteur équipées en tête d’une base stabilisatrice
Perche télescopique pour scanner laser 3D - source: scan-go.eu
La stabilisationen tête a pour objectif de pallier aux éventuelles oscillations dues au vent,
ou à la rotationdu scanner laser autour de son axe qui, sous l’effet de la hauteur importante du
support, ont tendance à détériorer la qualité du nuage de points généralement traduit par un
aspect de vaguelettes sur les surfaces planes.

4. Tout type de support peut être envisagé, dès lors que la stabilité du scanner est assurée lors de
la captation, à défaut de quoi, on devra parler de mobile-mapping et adjoindre des capteurs
corrigeant les mouvements induits lors de la mesure.
Composition d'un scanner laser 3D
Un scanner laser 3D se compose de plusieurs éléments.Le premier est sa base rotative
motorisée qui permet au scanner laser de décrire une rotationsur le même plan que le support,
lequel est généralement horizontal,mais peut se trouver volontairement incliné lorsque les
conditions de captations le nécessitent.
Un scanner laser 3D Faro suspendu au-dessus du vide... Mieux vaut vérifier deux fois
l'installation!
Au-dessus de cette base rotative repose le bloc principal du scanner laser 3D qui comprend
d’une part les éléments informatiques,et d’autre part, les capteurs nécessaires aux calculs du
nuage de points.

5. Base rotative d'un scanner laser 3D Faro Focus
Le fonctionnement intrinsèque de ces éléments n’ayant qu’une utilité limitée dans le cadre de
nos apprentissages,nous ne les détaillerons pas ici.
La seconde partie du bloc principal est composée d’un miroir rotatif orienté à 45 degrés,
servant de surface de réflexionau signal laser du LiDAR et le projetant de manière circulaire
sur un plan orthogonal au plan de rotationde la base.
Miroir rotatif scanner laser 3D - Faro Focus
Les rotations combinées de la base et du miroir projettent ainsi le laser dans toutes les
directions,le scanner se trouvant alors au centre d’une sorte de sphère de projection du
LiDAR.

6. De cette façon, et au terme de la rotation,le scanner finit par avoir illuminé de son laser tous
les objets visibles depuis sa position,de manière analogue à une ampoule éclairant une pièce
plongée dans l’obscurité.
Nuage de point isolé issu d'un scanner laser 3D en stationfixe. L'empreinte au sol correspond
à la zone occluse sous le scanner.
La plupart des scanners laser 3D sont équipés d’un appareil photo interne se situant à
l’intérieur du bloc principal et venant se substituer à l'émetteur laser au terme de la captation
LiDAR.
A nouveau grâce à la réflexionde l’image sur le miroir rotatif,qui ne tourne plus en continu
cette fois- ci, mais de manière saccadée, l’image enregistrée par le capteur photo possède
exactement la même origine que le nuage de points.
Les images ayant pour finalité de créer des bulles 360°, mais également de coloriser le nuage
de points, garantir la même origine de prise de vue pour le LiDAR et les photographies est
extrêmement important.

7. Miniature d'une bulle panoramique 360° produite par un scanner laser 3D et positionnée dans
le nuage de point.
Certains fabricants de scanners laser 3D n’ont toutefois pas souhaité intégrer de capteur photo
interne, en prévoyant la possibilité pour l’utilisateur de placer un capteur reflex de son choix
sur le dessus du scanner. Certes, cela conduit à une incohérence entre la positiondes points et
leur colorisation,mais cette dernière devient négligeable au-delà d’une distance d’une dizaine
de mètres,le gros avantage de ce choix étant la possibilité d’embarquer l’appareil photo de
son choix, ce qui peut considérablement améliorer la qualité des photos, et de ce fait la
colorisationdu nuage de points.
Fonctionnement d'un scanner laser 3D
L’utilisationd’unscanner laser 3D est très simple,ce qui explique en partie la prédominance
de cette terminologie dans les recherches web gravitant autour de la capture de réalité et de
numérisation3D de l’existant.
Pour mener une campagne de scan, il suffit d’un opérateur muni de son scanner et d’un
trépied. L’arpenteur a pour mission d’analyser l’espace à numériser et de détecter les
positions les plus adéquates pour lancer les scans, capacité qui s’acquiert au fur et à mesure
des campagnes et du travail d’assemblage qui en découle.
Placer le scanner aux endroits stratégiques permet de réduire le nombre de stations,tout en
maintenant un niveau de recouvrement suffisant entre elles , afin que l’assemblage des scans
en un scan unifié puisse être réalisé facilement par la suite, c’est la partie la plus complexe sur
travail.

8. Les positions de scans sont représentées par les bulles. Remarquez la stratégie de
positionnement au passage des portes.
Une autre responsabilité de l’arpenteur est de choisir les bons réglages pour chaque stationde
scan. En effet,numériser une chambre (surfaces mates, espaces restreints) ne requiert pas la
même configurationque pour scanner un hangar industriel (surfaces métalliques
réfléchissantes,grands espaces). Les scanners laser permettent de modifier certains
paramètres de numérisation,prenons ici l’exemple d’un scanner FARO Focus 3D :
Interface de réglage de la qualité
d'un scan - Faro Focus

9. L’arpenteur peut modifier la résolution du scanner, cette dernière ayant la même définition
que pour un appareil photo à savoir le nombre de points dans un espace donné.
Sur ce scanner, la résolutionest exprimée par la distance entre deux points situés à 10m du
scanner ce qui permet à l’utilisateurd’avoir une visibilité directe sur la qualité finale de son
scan. Pour une scène de grande envergure, la résolutiondevra donc être réglée sur une valeur
haute : les impulsions laser seront émises avec un pas réduit et donc en nombre plus élevé,
réduisant de ce fait la cadence de numérisation.
Un second réglage sur ce modèle FARO porte sur la “qualité” du scan exprimée par un
facteur allant de “2x” à “6x”. Cette échelle n’est que peu explicite et ne permet pas
directement de comprendre sur quoi ce réglage intervient,la seule indicationdonnée par la
notice étant que qu’il “réduit le bruit dans les données de scanning” et que “la qualité du
scanning s’en trouve améliorée et le temps de numérisationest plus long”.
Intrinsèquement, ce paramètre indique le nombre de mesures d’un même point afin de
retenir une valeur moyenne des mesures réalisées,ayant pour effet de comprimer le bruit et
ainsi d’améliorer la qualité.
Un exemple de nuage de point bruité,issu d'un matériel de mobile-mapping.Ici : un escalier
en coupe.
Lorsque les conditions atmosphériques ne sont pas au beau fixe (en cas de pluie légère par
exemple) ce paramètre peut aider à réduire le bruit. Il sera également intéressant d’augmenter
la valeur de ce paramètre pour certaines surfaces.
Prenons pour exemple un espace végétal : le mouvement de la végétation, l’effet du vent
peuvent conduire à une augmentationdu bruit, lequel sera lissé par une augmentationdu
nombre de mesures du même point.
La numérisationde certaines surfaces métalliques tel que l'aluminium brossé ou le chrome
peuvent renvoyer des mesures aberrantes, lesquelles peuvent être améliorées en intervenant
sur ce paramètre de qualité.

10. Notons toutefois que l’opacificationde la surface réfléchissante restera la solutionla plus
efficace (il existe des sprays opacifiants dans le commerce) mais ne permettra plus alors de
considérer la campagne de numérisationcomme “non intrusive” ou “non destructrice”,ce qui
sera tout bonnement impossible pour certaines scènes.
Selon les marques de scanner laser 3D, l’accès à certains paramètres n’est parfois pas prévu et
les noms données sont trop variables pour en dresser une liste exhaustive. Généralement,
ceux-ci portent sur l’activationou non de capteurs tels que l’inclinomètre ou le GPS ou de
certaines capacités comme l'auto-registration(assemblage des scans sur le terrain).
Une fois les réglages effectués,l’utilisateurn’a plus alors qu’à déplacer le scanner, régler la
hauteur du trépied,le positionner approximativementà l’horizontale - le scanner détecte et
corrige la planéité des mesures - et lancer la procédure de scan. Le fonctionnement est donc
extrêmement simple !
Procédure de numérisation
Comme vous pouvez le comprendre, utiliser un scanner laser 3D sur le terrainn’est
absolument pas compliqué.Si vous ou votre entreprise êtes en train d’hésiter entre acheter un
scanner ou payer un prestataire de scan, repoussez votre décision pour l’instant,car la partie
“terrain” n’est finalement que le segment le plus simple du travail,et ne saurait donner une
image réaliste de la complexité globale de la chaîne de productiond’un nuage de points.
En effet, la première étape consiste à réaliser autant de scans que nécessaire sur le terrain,
lesquels prennent à ce stade la forme de nuages de points isolés et totalement dissociés.
Selon la taille et l’agencement du site numérisé,la rigueur accordée à la structurationde la
missionet la nomenclature des scans sera d’une grande aide pour la suite.
De retour au bureau, vous devrez alors récupérer les données, généralement via une clé USB
ou une carte SD selon l’appareil utilisé,et les copier sur l’ordinateur servant à l’assemblage
des scans. Ce dernier va procéder à la comparaisondes nuages de points, et essayer de les
assembler sur la base de données communes (murs, escaliers,sols ou tout autre objet en
commun entre deux scans par exemple).
Il s’agit ici d’assembler uniquement les pièces du puzzle. Certains logiciels permettent
d’assembler automatiquement les scans et n’ont besoin de l’interventiond’un humain qu’en
cas de recouvrement insuffisant entre des stations,alors que d’autres logiciels nécessitent un
travail intégralement humain.
Une fois l’assemblage réalisé,un nuage de points “unifié” est produit et servira alors de
“livrable” de la campagne de scan, dont nous détaillerons les possibilités d’exploitationpar la
suite.

11. Un nuage de points unifié au terme de l'assemblage,vu de dessus
Ce workflow habituel se trouve toutefois totalement modifié depuis l’arrivée de scanners laser
capables de se repérer dans l’espace au cours de la numérisationgrâce notamment à
l'intégrationde centrales inertielles,et de déduire des positions relatives de chaque stationde
scan.
De cette façon, un pré-positionnement des stations est acquis sans aucun post-traitement,et le
temps d’assemblage des scans s’en trouve considérablement réduit.Cette capacité à
supprimer au maximum le temps humain du processus, revêt un caractère stratégique
considérable pour les fabricants compte-tenudes temps actuels de post-traitement.
Temps d’acquisition
Toujours dans l’objectif d’avoir une vision globale des différentes solutions de numérisation,
il est utile d’avoir en tête certains ordres de grandeur du temps humain associé à la
numérisationlaser.
Selon les paramètres de qualité des scans, et notamment l’activationou non de la prise de
photos - lorsque les photos sont désactivées,la colorisationdes scans ne pourra être donnée
que sur la base du champ scalaire relatif à la réflectance - le temps de scan peut varier de 1
minute à plus d’une trentaine de minutes.

12. Un nuage de point "noir et blanc" sur un mur en pierre : la prise de photo a été désactivée,
seul le retour d'intensité du laser peut servir à "coloriser"le nuage de points
Pour des applications sans activationde la couleur en intérieur de bâtiment,considérer un
temps de 2 à 6 minutes par scan incluant le déplacement vers la station suivante et les aléas
éventuels,est une base cohérente.
La numérisationd’espaces extérieurs devra être évaluée sur une base de 5 à 10 minutes par
scan noir et blanc. Le temps associé à la prise de vue photographiques et donc à la
colorisationdu nuage n’est ici pas pris en compte car la vélocité des appareils est trop variable
sur ces points pour en dégager une valeur moyenne.
Ces données ne concernent que le volet “terrain” de la missionde numérisation,auquel il est
indispensable d’ajouter le temps d’assemblage,de nettoyage et d’optimisationdes nuages de
points.
Pour ce travail de post-traitement réalisé au bureau, il conviendra de considérer une durée
équivalente à la durée de scan sur site, ce qui signifie que chaque jour de scan sur le terrain
amènera un jour de travail informatique a posteriori.
Si vous vous posiez la questiond’acheter un scanner, vous devez impérativement anticiper ce
temps humain.
C’est sur ce point crucial que les nouvelles générations de scanners laser 3D capables de
procéder à une registrationautomatique sur le terrain révolutionnent le processus de

13. numérisation.Ces nouveaux appareils permettent en effet de réduire considérablement le
temps de post-traitement notamment concernant l’assemblage des scans.
Prix d'un scanner laser 3D
Les scanners laser 3D d’entrée de gamme sont généralement vendus entre quinze et trente
mille euros.
A ce niveau de prix, actuellement,on ne trouvera pas d’appareils proposant la gestion de
plusieurs échos, ni de distances suffisantes de captationpour de vastes projets extérieurs,les
applications restent donc typiquement limitées à la numérisationintérieure de bâtiments.
Pour numériser de grands espaces, notamment extérieurs,et bénéficier des données plus
exploitables à des fins d’ingénierie avancée, la facture tournera souvent entre quarante et
soixante-dixmille euros.
Entre ces deux niveaux de prix extrêmes,vous trouverez toute une gamme de produits se
démarquant sur certaines caractéristiques techniques,destinée à des franges de marchés
distincts.
Conclusion
Les scanners laser 3D sont des outils faciles à prendre en main. Ils permettent de
révolutionner les techniques de mesures dans la construction.Le montant d'investissement
étant encore élevé, il reste toutefois essentiel d'avoir une vision claire et en amont sur la
méthode d'utilisationde ces matériels.