La fusion de capteurs (sensor fusion) est le procédé qui combine les données de plusieurs capteurs pour produire une grandeur plus fiable qu’aucun d’eux ne fournirait seul. L’exemple type, dans un smartphone, est le capteur d’orientation virtuel, qui associe accéléromètre, gyroscope et magnétomètre.
Observer expérimentalement la fusion de capteurs
Avec FizziQ, on peut comparer une grandeur issue d’un seul capteur à une grandeur fusionnée, plus stable.
Étapes :
- Ouvrir FizziQ et afficher une mesure issue de la fusion (orientation, azimut, ou accélération linéaire).
- Immobiliser le téléphone : constater la stabilité de la valeur fusionnée.
- Faire tourner lentement l’appareil et vérifier que l’orientation suit fidèlement le mouvement, sans dériver au fil du temps.
- Comparer avec la mesure brute du gyroscope seul, qui, intégrée dans le temps, finit par s’écarter de la réalité (dérive).
- Approcher un aimant : observer que l’orientation reste correcte un moment, car les autres capteurs compensent la perturbation du magnétomètre.
Activités scientifiques sur ce thème
Prolongements possibles avec FizziQ : comparaison entre accélération brute et accélération linéaire, étude de la dérive du gyroscope, ou analyse de la stabilité de l’orientation. Voir la section donnée brute, donnée traitée du guide des capteurs.
En savoir plus
Aucun capteur n’est parfait, mais leurs défauts sont complémentaires. L’accéléromètre donne une référence de verticale fiable sur le long terme, mais tremble dès qu’on bouge. Le gyroscope suit les rotations de façon fluide et rapide, mais sa mesure, intégrée dans le temps, accumule une erreur : c’est la dérive. Le magnétomètre fournit une référence de nord absolue, mais se laisse perturber par le moindre objet métallique. La fusion consiste à faire dialoguer ces trois sources en permanence, à l’aide d’algorithmes (filtre complémentaire, filtre de Kalman) : le gyroscope assure la réactivité, tandis que l’accéléromètre et le magnétomètre recalent lentement la référence pour empêcher la dérive. Le résultat est un ensemble de grandeurs calculées, jamais mesurées directement : orientation, azimut stabilisé, et accélération linéaire (accélération totale de laquelle on a retiré la pesanteur). Ces capteurs virtuels supposent qu’un smartphone dispose bien des trois capteurs physiques.
Ordres de grandeur : la fusion tourne typiquement entre 50 et 200 mises à jour par seconde. Un gyroscope grand public peut dériver de l’ordre de quelques degrés par minute s’il est utilisé seul ; la fusion ramène l’erreur d’orientation à quelques degrés stables dans le temps. L’accéléromètre fournit la référence de verticale à environ 1 g (9,81 m/s²) et le magnétomètre la référence de nord à partir d’un champ terrestre d’environ 47 µT en France.
Exemples d’application
- Orientation de l’écran et boussole stabilisée d’un smartphone.
- Réalité augmentée et jeux vidéo pilotés par les mouvements de l’appareil.
- Mesure de l’accélération linéaire, débarrassée de la pesanteur, en mécanique.
- Navigation à l’estime (piéton, drone) entre deux points GPS.
- Stabilisation d’image des appareils photo et des drones.
- Détection de mouvements et suivi d’activité (podomètre, montres connectées).
FAQ
Q : Pourquoi parle-t-on de capteur virtuel ? R : L’orientation ou l’accélération linéaire ne sortent d’aucun capteur unique : elles sont calculées à partir de plusieurs capteurs physiques. Le résultat se présente comme un capteur, mais c’est un traitement logiciel.
Q : Pourquoi ne pas se fier au seul gyroscope, si fluide ? R : Utilisé seul, il dérive : sa mesure, intégrée dans le temps, s’écarte peu à peu de la réalité. L’accéléromètre et le magnétomètre servent de références pour corriger cette dérive.
Q : Tous les smartphones font-ils de la fusion de capteurs ? R : Seuls ceux qui possèdent les trois capteurs (accéléromètre, gyroscope, magnétomètre) offrent une orientation complète. Les modèles dépourvus de gyroscope proposent une fusion plus limitée.
Concepts liés
Accéléromètre - Gyroscope - Magnétomètre - Inclinomètre - Boussole - Bruit de mesure