Comment prendre des photos à travers des objets opaques

C'est le rêve des fantômes comme des adolescents : comment photographier à travers des objets opaques.

Cela a toujours été impossible car la lumière est si mal diffusée lorsqu'elle traverse un support opaque qu'il est impossible de reconstituer l'image d'origine. Ou alors nous l'avions pensé.

Aujourd'hui, Sebastian Popoff et des copains de l'Institut Langevin à Paris montrent comment cela peut être fait à l'aide d'une ruse mathématique.

Envoyez un faisceau laser à travers un support opaque et tout ce que vous obtiendrez de l'autre côté est du speckle : le faisceau a été mélangé de manière apparemment aléatoire car il rebondit et interfère à l'intérieur du matériau.

Mais Popoff et ses collaborateurs soulignent que, quelle que soit la complexité de ce processus, la diffusion multiple est finalement déterministe. Aucune information n'est réellement perdue lorsque la lumière est diffusée. Cela signifie qu'il devrait être possible d'extraire l'information, la seule question est de savoir comment. L'approche de Popoff et ses amis est de considérer le motif moucheté comme une image qui a été transmise à travers un grand nombre de canaux optiques complexes. Reconstituer l'image, il s'agit ensuite de la traiter de manière à inverser l'effet de ces canaux.

Mais comment trouver un tel opérateur, la matrice de transmission, comme l'appellent Popoff et co ?

Simple, disent-ils. Envoyez simplement plusieurs fronts d'onde connus à travers le matériau et enregistrez la façon dont ils sont déformés. La matrice de transmission peut alors être déduite de la différence entre les fronts d'onde projetés et transmis. Ce processus ne prend que quelques minutes, disent-ils.

Et c'est exactement ce qu'ils ont fait en utilisant un modulateur de lumière spatiale pour créer des fronts d'onde et des images appropriés à envoyer à travers une couche opaque d'oxyde de zinc sur une lame de microscope en verre.

La couche d'oxyde de zinc transforme n'importe quelle image en un speckle apparemment aléatoire. Popoff et co reconstruisent ensuite l'original en utilisant la matrice de transmission (ou en fait son inverse).

Il y a une autre complexité supplémentaire : le bruit. Il s'avère que le bruit modifie considérablement la matrice de transmission, de sorte que même de petites quantités ruinent le processus de reconstruction.

Pour contourner ce problème, Popoff et co illuminent l'objet à imager avec plusieurs fronts d'onde différents et mesurent la matrice de transmission pour chacun. Cela équivaut à envoyer de la lumière à travers plusieurs canaux de diffusion différents et fonctionne comme une sorte de processus de moyenne qui annule l'effet du bruit.

C'est un travail intéressant inspiré des techniques qui existent en acoustique depuis un certain temps. L'un des membres de l'équipe est Mathias Fink, qui a inventé les miroirs acoustiques à inversion du temps dans les années 90.

La question est maintenant de savoir pour quoi utiliser cet appareil. Il a certaines limites, la plus évidente étant qu'au moins une partie de la lumière doit traverser le matériau pour que la technique fonctionne. Tout ce qui absorbe complètement la lumière sera toujours opaque, donc les adolescents qui espèrent entrer dans les chambres seront déçus. Le matériau doit également être linéaire, excluant certaines classes de matériaux assez étranges.

A part ça, tout se passe. Et bien sûr, cela devrait fonctionner pour les images réfléchies aussi bien que transmises. Ainsi, il pourrait transformer un mur ordinaire en un miroir parfait. Les fenêtres givrées ne seront peut-être plus jamais privées.
Réf : arxiv.org/abs/1005.0532 : Transmission d'image à travers un matériau opaque cacher