Appareil photo holographique qui disperse la lumière pour voir autour des coins

Une équipe de chercheurs de l’Université Northwestern a inventé une nouvelle caméra à haute résolution qui peut voir autour des coins et à travers les médias de diffusion, qui peuvent être n’importe quoi, de la peau à la brume.

La recherche a été publiée le 18 novembre dans la revue Nature Communications.

La nouvelle méthode s’appelle holographie à longueur d’onde synthétique, et elle disperse indirectement la lumière cohérente sur des objets cachés. La lumière cohérente se disperse ensuite à nouveau avant de revenir à une caméra.

L’étape suivante consiste pour un algorithme à reconstruire le signal de lumière dispersée pour révéler les objets cachés. Cette nouvelle méthode pourrait également imager des objets en mouvement rapide, tels que le cœur qui bat à travers la poitrine, grâce à sa haute résolution temporelle.

Imagerie hors ligne de mire

Il existe un nom pour ce domaine de recherche relativement nouveau qui consiste à imager des objets derrière des médias de diffusion : l’imagerie hors ligne de mire (NLoS). La nouvelle méthode développée par l’équipe de recherche peut capturer rapidement des images de champs complets de grandes zones, et elle le fait avec une précision et une exactitude extrêmes.

Compte tenu du niveau élevé de résolution, il existe une possibilité pour la caméra computationnelle d’imager à travers la peau pour voir les minuscules capillaires.

Il existe de nombreuses applications potentielles pour cette technologie, notamment l’imagerie médicale non invasive. Elle pourrait également être utilisée pour les systèmes de navigation d’alerte précoce pour les automobiles et l’inspection industrielle dans les espaces confinés.

Florian Willomitzer est le premier auteur de la recherche.

“Notre technologie va ouvrir une nouvelle vague de capacités d’imagerie”, a déclaré Willomitzer. “Nos prototypes de capteurs actuels utilisent de la lumière visible ou infrarouge, mais le principe est universel et pourrait être étendu à d’autres longueurs d’onde. Par exemple, la même méthode pourrait être appliquée aux ondes radio pour l’exploration spatiale ou à l’imagerie acoustique sous-marine. Elle peut être appliquée à de nombreux domaines, et nous n’avons scratché que la surface.”

Selon Willomitzer, imager autour d’un coin et un organe à l’intérieur du corps humain sont en fait assez similaires.

“Si vous avez déjà essayé de diriger un faisceau de lumière à travers votre main, alors vous avez expérimenté ce phénomène”, a déclaré Willomitzer. “Vous voyez un point lumineux de l’autre côté de votre main, mais, théoriquement, il devrait y avoir une ombre projetée par vos os, révélant la structure de vos os. Au lieu de cela, la lumière qui passe à travers les os se disperse dans les tissus dans toutes les directions, brouillant complètement l’image de l’ombre.”

Interception de la lumière dispersée

En interceptant la lumière dispersée, les informations inhérentes à son temps de trajet peuvent être reconstruites pour révéler l’objet caché.

“Rien n’est plus rapide que la vitesse de la lumière, donc si vous voulez mesurer le temps de trajet de la lumière avec une grande précision, alors vous avez besoin de détecteurs extrêmement rapides”, a déclaré Willomitzer. “De tels détecteurs peuvent être terriblement coûteux.”

Pour surmonter ce défi, l’équipe a fusionné les ondes lumineuses de deux lasers pour générer une onde lumineuse synthétique qui peut être spécifiquement adaptée à l’imagerie holographique dans différents scénarios de diffusion.

“Si vous pouvez capturer l’ensemble du champ de lumière d’un objet dans un hologramme, alors vous pouvez reconstruire la forme tridimensionnelle de l’objet dans son ensemble”, a déclaré Willomitzer. “Nous faisons cela en imagerie holographique autour d’un coin ou à travers des diffuseurs – avec des ondes synthétiques au lieu de lumière normale.”

Étant donné que la lumière voyage en ligne droite, le nouveau dispositif nécessite une barrière opaque pour voir autour des coins. La lumière est émise à partir de l’unité de capteur avant de rebondir sur la barrière et de frapper l’objet autour du coin. Elle rebondit ensuite sur la barrière et revient dans le détecteur de l’unité de capteur.

“C’est comme si nous pouvions planter une caméra computationnelle virtuelle sur chaque surface distante pour voir le monde du point de vue de la surface”, a déclaré Willomitzer.

Tout cela signifie que la nouvelle technologie pourrait remplacer ou compléter les endoscopes pour l’imagerie médicale et industrielle. Grâce à son utilisation, les caméras flexibles ne sont plus nécessaires pour tourner les coins et se déplacer dans les espaces étroits. Au lieu de cela, l’holographie à longueur d’onde synthétique pourrait utiliser la lumière pour voir autour de ces coins.