Un appareil photo sans objectif créer des images 3D
Des chercheurs ont mis au point une caméra qui utilise une fine matrice de microlentilles, et de nouveaux algorithmes de traitement d’images, pour capturer des informations 3D sur les objets d’une scène en une seule exposition. Cette caméra pourrait être utile pour une variété d’applications telles que l’inspection des pièces industrielles, la reconnaissance des gestes et la collecte des données pour les systèmes d’affichage 3D.
Un appareil photo sans objectif
« Cette caméra 3D pourrait être utilisée pour donner aux robots une vision 3D, ce qui pourrait leur permettre de naviguer dans l’espace 3D, ou de réaliser des tâches complexes comme la manipulation d’objets fins », a déclaré Weijian Yang, chef de l’équipe de recherche. « Elle pourrait également être utilisée pour acquérir des informations 3D riches qui pourraient fournir du contenu pour les écrans 3D utilisés dans les jeux, le divertissement ou de nombreuses autres applications. »
Pour réaliser une caméra 3D plus pratique pour les objets macroscopiques, les chercheurs ont considéré le réseau de microlentilles et l’algorithme de reconstruction ensemble plutôt que de les aborder séparément. Ils ont conçu et fabriqué sur mesure le réseau de microlentilles, qui contient 37 petites lentilles réparties dans une couche circulaire de polymère de 12 millimètres de diamètre seulement.
Un algorithme basé sur un réseau neuronal artificiel
L’algorithme de reconstruction qu’ils ont mis au point, est basé sur un réseau neuronal artificiel très efficace qui apprend à faire correspondre les informations de l’image aux objets de la scène.
« De nombreux réseaux neuronaux existants peuvent effectuer des tâches désignées, mais le mécanisme sous-jacent est difficile à expliquer et à comprendre », a déclaré Yang. « Notre réseau neuronal est basé sur un modèle physique de reconstruction d’image. Cela rend le processus d’apprentissage beaucoup plus facile, et permet d’obtenir des reconstructions de haute qualité. »
Une fois le processus d’apprentissage terminé, il peut reconstruire à très grande vitesse des images contenant des objets situés à différentes distances de la caméra. Cette nouvelle caméra n’a pas besoin d’être étalonnée, et peut être utilisée pour cartographier les emplacements 3D et les profils spatiaux – ou contours – des objets.
Optimiser ce dispositif
Les chercheurs travaillent actuellement à réduire les artefacts, ou erreurs, qui apparaissent dans les reconstructions 3D et à améliorer les algorithmes pour obtenir une qualité et une vitesse encore plus élevées. Ils souhaitent également miniaturiser l’empreinte globale du dispositif afin qu’il puisse tenir dans un téléphone portable, ce qui le rendrait plus maniable et permettrait davantage d’applications.
« Notre caméra 3D sans lentille utilise l’imagerie computationnelle, une approche émergente qui optimise conjointement le matériel d’imagerie et les algorithmes de reconstruction d’objets, pour obtenir les tâches d’imagerie et la qualité souhaitées », a déclaré M. Yang.
Des systèmes d’imagerie dotés de fonctionnalités avancées
« Avec le développement récent des techniques de fabrication de micro-optiques avancées et à faible coût, ainsi que les progrès de l’apprentissage automatique et des ressources informatiques, l’imagerie computationnelle permettra la création de nombreux nouveaux systèmes d’imagerie dotés de fonctionnalités avancées. »
Cette recherche a été publiée dans Optics Express.
source : Optica
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