Caméra prototype utilisée par les chercheurs — © Florian Willomitzer / Northwestern University

Des chercheurs américains ont développé une caméra haute résolution étonnante. Ce dispositif holographique permet littéralement de voir à travers les objets, la peau ou le brouillard.

« Notre technique transforme essentiellement les murs en miroirs »

Lorsque la lumière frappe un objet, elle se disperse et une partie de cette dernière atteint notre rétine, ou les capteurs d’une caméra, ce qui permet de le distinguer. Bien sûr, cela signifie que nous ne pouvons pas voir les objets placés derrière d’autres objets ou à travers des milieux de diffusion comme le brouillard ou l’épiderme. Mais il existe toutefois un moyen d’exploiter la diffusion de la lumière de plusieurs objets pour révéler « l’invisible », notamment en utilisant un miroir placé judicieusement.

Si ce principe reste valable en l’absence de miroir, l’objet secondaire diffuse une quantité trop importante de lumière pour que nous puissions reconstituer la cible. Et c’est précisément ici qu’entre en scène une technologie émergente connue sous le nom « d’imagerie sans visibilité directe » (NLoS). Dans de tels systèmes, un faisceau lumineux « rebondit » sur l’objet en question, revient jusqu’à la caméra, et des algorithmes se chargent de créer une image de l’objet masqué. Toutefois, les clichés reconstruits de cette manière présentent souvent une faible résolution ou mettent trop de temps à être générés.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature Communications, une équipe de la Northwestern University s’est attaquée à ces deux problématiques grâce à l’holographie à longueur d’onde synthétique. Celle-ci fonctionne en fusionnant les ondes lumineuses de deux lasers en une onde lumineuse synthétique, qui peut ensuite être émise pour produire des images « holographiques » en trois dimensions d’objets masqués (situés dans des coins ou derrière d’autres supports de diffusion).

Illustrations présentant différentes applications de la nouvelle technique d’holographie à longueur d’onde synthétique — © Florian Willomitzer et al. / Nature Communications

« Si vous pouvez capturer l’intégralité du champ lumineux d’un objet dans un hologramme, alors vous pouvez reconstruire la forme tridimensionnelle de l’objet dans son intégralité », détaille Florian Willomitzer, auteur principal de l’étude. « Notre technique transforme essentiellement les murs en miroirs et peut également fonctionner de nuit et par temps brumeux. »

De nombreuses applications envisageables

Capable de révéler en un temps record (46 millisecondes seulement contre plus d’une heure pour les premiers systèmes NLoS) d’infimes détails dans un grand champ de vision angulaire, la nouvelle approche pourrait à terme permettre aux véhicules de détecter des dangers invisibles (notamment un engin ou un piéton dans un angle mort) et également être utilisée pour améliorer les endoscopes, tant dans le contexte industriel que médical.

Le système de caméra n’aurait pas besoin de se plier et de se courber à travers des tuyaux ou des intestins, mais pourrait faire des repérages en envoyant des ondes lumineuses synthétiques et en observant comment celles-ci sont renvoyées.

« Nos prototypes de capteurs actuels utilisent la lumière visible ou infrarouge, mais le principe est universel et pourrait être étendu à d’autres longueurs d’onde », souligne Willomitzer. « Par exemple, la même méthode pourrait être appliquée aux ondes radio pour l’exploration spatiale ou l’imagerie acoustique sous-marine. Elle peut être appliquée à de nombreux domaines, et nous n’avons fait qu’effleurer la surface. »

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