Le casse-tête des images 3D à partir d'une seule prise de vue

L'imagerie 3D a toujours exercé une fascination particulière pour les scientifiques et les inventeurs. En général, les techniques d'imagerie 3-D nécessitent au moins deux points de vue pour déterminer la structure 3-D.

Et les plus utilisées pour l'imagerie des molécules – imagerie par diffraction, tomographie et microscopie confocale – nécessitent de nombreuses images à différentes orientations ou plusieurs balayages en coupes minces.

Il y a donc eu un énorme intérêt lorsqu'en 2009, Jianwei Miao de l'Université de Californie à Los Angeles et quelques amis ont découvert comment créer des modèles 3D de molécules complexes à partir d'une seule image. Ils ont appelé la technique ankylographie dérivée du mot grec ankylos, signifiant courbe, et du mot graphein signifiant écriture.

Leur pensée était qu'il devrait être possible de capturer la structure 3-D complète à partir du motif de diffraction incident sur une sphère. Au lieu de prendre de nombreuses images, un algorithme itératif pourrait alors distiller la structure 3-D.

Ces gars-là ont démontré la technique numérique pour reconstruire la forme d'un poliovirus et l'ont également démontré pratiquement en reconstruisant la forme 3-D montrée ci-dessus.

Depuis lors, le travail a fait l'objet de quelques critiques. D'autres scientifiques ont suggéré que la technique ne peut pas être adaptée à des objets de taille intéressante et que, dans tous les cas, elle ne fonctionne que pour des objets si minces qu'ils sont de toute façon essentiellement bidimensionnels.

Aujourd'hui, Miao et ses amis répondent. Ils disent que l'analyse mathématique suggérant que la technique ne fonctionne que pour les objets 2D fait des hypothèses irréalistes. En particulier, il suppose que la coque sphérique dans laquelle l'image est enregistrée est infiniment mince.

En revanche, Miao et ses collègues disent que la coque a une épaisseur finie déterminée par la profondeur des voxels utilisés pour capturer l'image. C'est cela, disent-ils, qui fournit les informations supplémentaires requises pour la détermination de la structure 3-D.

Ils disent aussi qu'il est possible d'utiliser la technique pour des objets plus gros, par exemple en prenant plusieurs images (bien que cela sape en partie son avantage initial).

Bien sûr, Miao et ses collègues admettent certaines limites de l'ankylographie, mais disent que la technique est si nouvelle qu'elle nécessitera forcément des modifications avant de devenir une utilisation plus répandue.

L'avantage de pouvoir imager des objets en 3D d'un seul coup est évidemment énorme. Il devrait permettre, par exemple, des films en 3D de molécules lorsqu'elles se déplacent ou changent de forme. C'est délicat avec d'autres techniques quand plusieurs coups sont nécessaires pour déterminer la structure à tout instant.

Les techniques d'imagerie 3D ont des antécédents d'accouchements difficiles. Cela ne fait clairement pas exception.

Réfs :

arxiv.org/abs/1112.4459 : Potentiel et défi de l'ankylographie

arxiv.org/abs/1001.4594 : Limites fondamentales de l'ankylographie dues au déficit dimensionnel

arxiv.org/abs/0905.0269 : Détermination de la structure tridimensionnelle à partir d'une vue unique

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