Voir à travers un milieu opaque avec un appareil photo

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 diffusée. Ces travaux sont publiés dans l'édition du mois d'octobre de la revue Nature photonics.


Un objet placé derrière un milieu opaque, comme une vitre diffusante, un verre de lait ou de la neige, 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, 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 des tissus que la lumière doit traverser. Cette limite fondamentale est un problème crucial pour l'optique biomédicale, et pour l'imagerie en général. De nombreux travaux ont tenté de mesurer et compenser cette distorsion, en particulier à l'aide des techniques dites de contrôle de front d'onde. Malgré des progrès énormes, ces techniques restent lentes, et encore difficiles à appliquer à l'imagerie.

Les équipes du LKB et de l'Institut Langevin ont développé une nouvelle technique d'imagerie qui permet de résoudre en partie ces problèmes. Les chercheurs se sont inspirés de l'interférométrie stellaire de speckle, développée dans les années 70 par l'astronome Antoine Labeyrie. Cette technique avait notamment permis de détecter des étoiles binaires à l'aide de télescopes terrestres, malgré les aberrations dues à l'atmosphère, en utilisant le fait que la position des étoiles était encodée dans les corrélations spatiales des grains qui constituent la tache de diffusion (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 diffusant, à l'aide d'un long processus nécessitant d'illuminer l'écran diffusant sous un très grand nombre 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 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 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, 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.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