Bell Labs invente un appareil photo sans objectif

La méthode d'imagerie traditionnelle, vieille d'au moins 150 ans, repose sur une lentille pour créer une image et un dispositif d'enregistrement de photons tel qu'un réseau de pixels, un film photosensible ou même une rétine.

Mais une révolution dramatique qui prend actuellement d'assaut le monde de l'imagerie signifie que cela pourrait bientôt changer.

Cette révolution est basée sur une technique appelée détection compressive, qui repose sur l'idée que de nombreuses mesures courantes ont une redondance énorme. Cela signifie qu'il est possible d'acquérir les mêmes données avec seulement une fraction de mesures soigneusement choisies.

L'astuce, bien sûr, est de savoir quelles mesures prendre et comment les remonter. Diverses équipes ont expérimenté avec enthousiasme cette idée. En janvier, par exemple, nous avons examiné un groupe qui a créé des images 3D en utilisant un seul pixel de cette manière.

Aujourd'hui, cette révolution s'accélère parce que Gang Huang et ses amis de Bell Labs dans le New Jersey disent avoir utilisé la détection par compression pour construire un appareil photo qui n'a pas besoin d'objectif et n'utilise qu'un seul pixel de détection pour prendre des photos. De plus, les images de cet appareil photo ne sont jamais floues.

Le nouvel appareil est de nature simple. L'architecture se compose de deux composants, un ensemble d'ouverture et un capteur. Aucun objectif n'est utilisé, disent Huang and co. Il se compose d'un panneau LCD qui agit comme un réseau d'ouvertures permettant chacune à la lumière de passer et d'un seul capteur capable de détecter la lumière en trois couleurs.

Chaque ouverture de la matrice LCD est adressable individuellement et peut donc être ouverte pour laisser passer la lumière ou fermée. Un aspect important de ce type d'imagerie est que le réseau d'ouvertures ouvertes et fermées doit être aléatoire.

Le processus de création d'une image est simple. Cela commence par le capteur enregistrant la lumière de la scène qui a traversé un ensemble aléatoire d'ouvertures dans le panneau LCD. Il enregistre ensuite la lumière d'un réseau aléatoire différent, puis d'un autre et ainsi de suite.

Bien qu'apparemment aléatoires, chacun de ces instantanés est corrélé car ils enregistrent la même scène d'une manière différente. Et c'est la clé que l'équipe utilise pour reconstituer une image. Le processus de détection compressive analyse les données, à la recherche de cette corrélation qu'il utilise ensuite pour recréer l'image.

De toute évidence, plus il y a de clichés pris, meilleure sera l'image. Mais il est possible de créer une assez bonne image en utilisant seulement une infime fraction des données qu'une image conventionnelle nécessiterait.

Par exemple, l'équipe de Bell Labs a pris l'image des livres (ci-dessus) en utilisant seulement un quart des données qu'ils auraient pu enregistrer.

En fait, moins il y a de détails dans la scène, moins il faut de données pour la reconstituer.

Cet appareil photo révolutionnaire sans objectif présente un certain nombre d'avantages par rapport à un appareil photo conventionnel. Le premier est la petite quantité de données nécessaires pour créer des images. Sans objectif, ces images ne souffrent d'aucune des aberrations et des problèmes de mise au point associés aux objectifs. La scène est entièrement nette et la résolution de l'image dépend de la taille et du nombre d'ouvertures et de la nature ponctuelle du capteur de lumière.

En utilisant deux capteurs derrière le même réseau d'ouvertures, il est possible de créer deux images différentes de la scène en même temps. En effet, plusieurs capteurs produisent plusieurs images.

De plus, l'appareil est simple et bon marché. Huang et ses amis ont construit leur prototype en utilisant des composants du commerce bon marché auxquels n'importe qui aurait accès.

Mieux encore, la même approche fonctionne pour d'autres longueurs d'onde de la lumière telles que les ondes infrarouges et millimétriques. Il devrait donc être possible de créer des caméras relativement bon marché pour ces longueurs d'onde également.

L'inconvénient, du moins pour le moment, est qu'il faut du temps pour acquérir les données de chaque image. Ainsi, l'appareil photo ne crée que des images de scènes fixes.

Mais même cela est utile pour la surveillance puisqu'il est possible de comparer des images consécutives d'une même scène pour déterminer les choses qui ont changé ou pour calculer la vitesse des objets en mouvement.

C'est un travail impressionnant qui est susceptible d'avoir des conséquences de grande envergure sur la façon dont nous enregistrons le monde qui nous entoure. Attendez-vous à en savoir beaucoup plus sur l'imagerie compressive, ou l'imagerie fantôme comme on l'appelle parfois, dans un proche avenir.

Il est également intéressant de voir Bell Labs frapper à nouveau ses sangles. Il s'agit d'une organisation avec une histoire vénérable mais un passé récent tumultueux. Avec des avancées comme celle-ci, il y a toujours une chance qu'il puisse retrouver une partie de son ancienne gloire.

Réf : arxiv.org/abs/1305.7181 : Imagerie sans objectif par détection compressive

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