Voir à travers un milieu opaque avec un appareil photo
Publié par Adrien le 03/10/2014 à 17:00
Source: CNRS/INSIS
Des chercheurs du laboratoire Kastler-Brossel (LKB, CNRS/UPMC/Collège de France/ENS Paris) et de l'Institut Langevin (CNRS/ESPCI ParisTech) ont montré qu'il était possible de reconstruire l'image d'un objet placé derrière un écran opaque à l'aide d'une simple photo, en analysant la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) diffusée. Ces travaux sont publiés dans l'édition du mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) d'octobre de la revue Nature photonics.


Illustration: Laboratoire Kastler-Brossel (LKB)

Un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...) placé derrière un milieu opaque, comme une vitre diffusante, un verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de...) de lait ou de la neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être...), ne peut être vu à priori. En effet, la lumière issue de cet objet, arrivant sur le milieu opaque, va être déviée de manière complexe par la rugosité où les inhomogénéités qui la composent. Notre œil, ou une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la...), ne peut reformer l'objet. De même, il est difficile de voir en profondeur dans les tissus biologiques (que ce soit à l'œil nu ou avec un microscope), du fait de la grande complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri...) des tissus que la lumière doit traverser. Cette limite fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) est un problème crucial pour l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) biomédicale, et pour l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...) en général. De nombreux travaux ont tenté de mesurer et compenser cette distorsion, en particulier à l'aide des techniques dites de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de front d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte...). Malgré des progrès énormes, ces techniques restent lentes, et encore difficiles à appliquer à l'imagerie.

Les équipes du LKB et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) Langevin ont développé une nouvelle technique d'imagerie qui permet de résoudre en partie ces problèmes. Les chercheurs se sont inspirés de l'interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre plusieurs ondes cohérentes entre elles.) stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) de speckle, développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) dans les années 70 par l'astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) Antoine Labeyrie (Antoine Labeyrie (né en 1943) est un astronome français, professeur au Collège de France.). Cette technique avait notamment permis de détecter des étoiles binaires à l'aide de télescopes terrestres, malgré les aberrations dues à l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), en utilisant le fait que la position des étoiles était encodée dans les corrélations spatiales des grains qui constituent la tache de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une...) (le speckle). Ils se sont également inspirés de travaux plus récents utilisant le même concept (1) et ayant montré qu'il est possible de récupérer l'image d'un objet placé derrière un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par...) diffusant, à l'aide d'un long processus nécessitant d'illuminer l'écran diffusant sous un très grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'angles.

L'originalité de l'approche développée au LKB et à l'Institut Langevin est de montrer qu'une unique image de la tache de diffusion transmise par le milieu opaque contient, sous certaines conditions, suffisamment d'information pour reconstruire l'image de l'objet masqué. Cette nouvelle technique d'imagerie ne nécessite donc d'avoir recours ni à un scan ni à un long temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'exposition pour reconstruire l'image de l'objet, au contraire des deux méthodes précédentes. Elle est même si simple qu'un simple appareil photo de téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix humaine.) portable permet de réaliser l'expérience (voir figure). D'autre part, cette méthode est non-invasive et rapide et permet ainsi d'envisager des perspectives en imagerie des milieux complexes, et en particulier en imagerie des tissus in-vivo comme ceux du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de...), étudiés en neuroscience.


(1) Jacopo Bertolotti, Elbert G. van Putten,Christian Blum,Ad Lagendijk,Willem L. Vos,Allard P. Mosk, Non-invasive imaging through opaque scattering layers, Nature 491, 232–234 (08 November 2012)

Pour plus d'information voir:
- http://www.cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).fr/insis/recherche/actualites/2014/milieu-opaque.htm
- http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n10/full/nphoton.2014.189.html
- http://www.lkb.ens.fr/Voir-a-travers-un-milieu-opaque-a
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