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dimanche 22 avril 2012

Une caméra pour voir à travers les murs

Un dispositif optique constitué d’une caméra et d’un laser ont permis à une équipe du MIT, aux Etats-Unis, de reconstruire l’image d’un objet pourtant caché par un mur opaque.

Comment visualiser un objet lorsque celui-ci est caché par un obstacle opaque ? Pour un simple observateur, c’est impossible. Mais une équipe de physiciens du MIT, aux Etats-Unis, est parvenue à filmer indirectement un objet dissimulé derrière un panneau, grâce à un dispositif optique constitué d’une caméra et d’un laser ultrarapide (voir le schéma ci-dessous).




Pour parvenir à "deviner" la forme du mannequin, les physiciens, menés par Ramesh Raskar, ont utilisé un laser ultrarapide, capable d'émettre des photons à une fréquence de 50 femtosecondes, soit 50 millionièmes de milliardièmes de seconde. Les rayons de ce laser sont réfléchis par un mur dans toutes les directions, c'est le phénomène de diffusion optique. Ceux qui rencontrent ensuite le mannequin sont à leur tour diffusés dans toutes les directions. Au final, une petite partie de ces rayons atteint la caméra, située de l'autre côté de l'obstacle (voir la vidéo).

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C’est ensuite qu'apparait l’originalité de ce dispositif : en plus de capter quelques rayons diffusés, la caméra, dite en « temps de vol », enregistre le temps mis par les rayons pour revenir vers le capteur. Le temps de vol des photons étant directement proportionnel à la distance entre le capteur et le mannequin, la caméra peut alors reconstruire l’image en trois dimensions à l’aide d’algorithmes. « Cette technique temps de vol est cruciale dans cette expérience, note Hamed Merdji, physicien au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). En prenant le temps en compte, elle permet de retrouver l'image de l'objet uniquement à partir des photons provenant de celui-ci ».



L’utilisation de caméras temps de vol n’est pas une nouveauté, mais jusqu’ici les images reconstruites n’étaient pas aussi fidèles. La sensibilité temporelle du système mis en place par Ramesh Raskar et son équipe permet d’enregistrer une image toutes les deux picosecondes, le temps mis par la lumière pour parcourir une distance de 0,6 millimètres. Résultat : la combinaison de cette caméra et des puissants algorithmes permet une reconstruction de l'image avec une bien meilleure qualité.

Echos de lumière

Reproduire une telle image à partir d’une lumière diffusée revient à retrouver un son uniquement à partir des échos qu’il produit. De ce point de vue, cette technique se démarque de la plupart des méthodes d’imagerie, qui visent plutôt à atténuer la lumière diffusée, considérée comme parasite.

Le principe de fonctionnement de la méthode proposée par Ramesh Raskar n’est toutefois pas totalement nouveau. « La télédétection par laser, ou LIDAR des photons balistiques, permet par exemple de voir un objet dissimulé derrière un brouillard. Un détecteur stoppe les rayons lumineux diffusés pour ne voir que l'image directe de l'objet », explique Hamed Merdji.

Dans quelles situations pourrait-on utiliser cette méthode ? Les auteurs envisagent de l’utiliser en exploration médicale, pour observer des endroits cachés à la vue d’une caméra endoscopique, ou encore pour mettre au point des dispositifs de localisation de victimes piégées dans des décombres. Des applications plus fondamentales, telles que la visualisation de structures moléculaires au sein d'une cellule peuvent également émerger.

Pour aller plus loin, les auteurs sont conscients de la nécessité d'améliorer la rapidité de reconstruction de l’image. Actuellement, cette étape prend une dizaine de minutes, mais les physiciens prévoient de la ramener prochainement à quelques secondes.

Fabien Goubet

http://www.larecherche.fr/content/actualite-technologie/article?id=31613

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