Une caméra qui peut voir ce qui se cache derrière un angle en temps réel (vidéo)

Un groupe de scientifiques dirigé par Geneviève Gariépy de l’université Heriot-Watt (Royaume-Uni) ont mis au point un détecteur qui, avec quelques techniques intelligentes de traitement des données, peut transformer les murs et le sol en "miroir virtuel", permettant de localiser et de suivre des objets en mouvement en dehors du champ de vision.

La surface d’un miroir fonctionne en réfléchissant la lumière diffusée d’un objet dans un angle bien définie vers votre œil. Parce que la lumière dispersée à partir de différents points de l’objet se reflète dans le même angle, votre œil voit une image claire de l’objet. En revanche, une surface non réfléchissante diffuse la lumière de manière aléatoire dans toutes les directions et ne crée aucune image claire.

Cependant, comme les chercheurs de l’université Heriot-Watt et de l’université d’Édimbourg le démontrent, il y a un moyen de faire ressortir des informations sur l’objet à partir de la lumière diffusée aléatoirement. Leur méthode repose sur la technologie de la télémétrie laser, qui mesure la distance d’un objet basé sur le temps qu’il faut à une impulsion de lumière pour l’atteindre, se diffuser et revenir vers un détecteur.

En principe, la mesure est assez simple. Une impulsion laser rebondit sur le sol et se disperse dans toutes les directions. Une petite fraction de la lumière laser frappe l’objet et la lumière diffusée en retour est enregistrée sur un point du sol, le “miroir virtuel", juste à côté du point touché par le laser. Parce que la vitesse de la lumière est connue et constante, en mesurant l’intervalle de temps entre le début de l’impulsion laser et la lumière diffusée atteignant le point sur le sol, la position de l’objet peut être triangulée.

Image tirée de l’étude : La lumière laser tirée sur le plancher est diffusée dans une onde sphérique. Elle se réfléchit de l’objet masqué et retourne vers le détecteur (SPAD) où les données du bruit de fond sont transformées pour révéler l’objet masqué. (Gariepy et col – Nature Photonics)

Toutefois, la mesure du timing doit être précise à environ 500 milliardièmes de seconde près (500 nanosecondes) et les niveaux de lumière qui doivent être détectés sont extrêmement bas. Surmonter ces deux obstacles nécessite une certaine technologie laser et des détecteurs tout aussi performants. Les impulsions laser utilisées pour la mesure du temps ne durent que 10 femtosecondes (100 000 milliardièmes de seconde) et chaque pixel dans la "caméra" ultra-sensible utilisée pour l’image du point sur le sol sont essentiellement un chronomètre ultrarapide qui enregistre l’heure d’arrivée de l’impulsion de lumière diffusée à quelques cent milliardièmes de seconde.

De plus, pour compliquer encore un peu plus l’affaire, alors que la lumière diffusée par l’objet d’intérêt atteint le miroir virtuel du sol, il en va de même pour la lumière diffusée par tout autre objet dans le voisinage. La réussite de cette technique nécessite que les deux soient séparés : le “signal” de l’objet caché, du bruit de fond de tout le reste.

C’est possible en utilisant le fait que l’objet caché, que l’appareil tente de détecter, se déplace tandis que d’autres objets proches ne le font pas. Étant donné que l’objet en mouvement génère un signal qui change avec le temps dans le miroir virtuel, il peut être filtré à partir du signal/ bruit de fond constant produit par les objets fixes dans les environs.
Le dernier problème à surmonter est que la mesure de synchronisation pour la lumière diffusée qui arrive en un seul point du miroir virtuel et qui est enregistrée par un seul pixel dans le détecteur ne localise pas l’objet dans une position unique. Un délai similaire pourrait être le résultat d’objets se trouvant dans un nombre quelconque de positions différentes situées à une distance appropriée du miroir virtuel.

Le système de caméra permet de localiser l’objet derrière le mur à un ou deux centimètres près, en effectuant des mesures toutes les quelques secondes, la caméra peut également détecter la vitesse d’un objet en mouvement.

Présentation de la technique employée (université Heriot-Watt) :

Votre Guru s’est rappelé qu’une technique similaire fut employée par des chercheurs duMIT en 2012, dans son article “Cet appareil photo à laser reconstruit en 3D un objet caché dans un coin” mais contrairement à ces précédentes méthodes, qui exigent de longs délais de traitement des données, la nouvelle méthode permet de suivre des objets en mouvement en temps réel. À l’heure actuelle elle ne peut localiser que des objets situés à 60 cm au maximum de distance du miroir virtuel sur le plancher, mais cela devrait s’allonger à une dizaine de mètres dans un futur proche.

Les auteurs de l’étude notent que la technologie pourrait avoir des applications intéressantes dans des domaines tels que la surveillance, pour détecter une personne en mouvement derrière un mur, par exemple, ou dans des systèmes de sécurité automobile pour détecter les véhicules s’approchant dans les coins…