Article

1 - DE L’IMAGERIE 3D STÉRÉOSCOPIQUE AU CONCEPT PLÉNOPTIQUE

2 - DESCRIPTION DE LA CAMÉRA PLÉNOPTIQUE

3 - APPLICATIONS

  • 3.1 - Microscopie de fluorescence
  • 3.2 - Alternative à la BOS (Background Oriented Schlieren)
  • 3.3 - Mesures 3D de mouvement de particules dans des champs turbulents (PIV)
  • 3.4 - Intérêt pour le cinéma
  • 3.5 - Pour des besoins médicaux
  • 3.6 - Pour la mesure de front d’onde

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : R1393 v1

Caméras plénoptiques pour l’imagerie tridimensionnelle

Auteur(s) : Kevin COSSU, Guillaume DRUART, Aurélie MONTMERLE BONNEFOIS, Marie-Thérèse VELLUET

Relu et validé le 01 août 2018

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Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

La caméra plénoptique permet, par l’acquisition simultanée de plusieurs images d’une même scène prises sous différents angles de vue, de remonter à l’information de profondeur. Dans une première partie, est positionné le concept plénoptique par rapport aux autres techniques d’imagerie 3D, puis la fonction plénoptique - aussi appelée champ de lumière - est définie et un historique de ce concept est présenté. Dans une deuxième partie, est décrit comment, à partir de l’information enregistrée au plan focal du système optique, il est possible de remonter à l’information volumique de la scène observée. Plusieurs variantes du concept sont présentées et comparées. Pour illustrer et conclure sur les possibilités offertes par ce concept, quelques applications en développement sont présentées.

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ABSTRACT

Plenoptic cameras for three dimensional imaging

The plenoptic camera, from the simultaneous acquisition of multiple images of the same scene taken from different angles, enables an operator to retrieve the depth of an observed scene. In the first section, we compare the plenoptic cameras with other 3D imaging techniques, we define the plenoptic function (also called light field), and present the evolution of this concept since its discovery. In the second section, we describe how depth information for the scene can be retrieved from a single image acquired on the sensor. Several variants of the concept are presented and compared. To illustrate and conclude on the potential of this concept, we present some of its most promising applications.

Auteur(s)

  • Kevin COSSU : Ingénieur SupOptique, doctorant 3 année - Thales Optronique SA, Onera, Laboratoire Hubert Curien

  • Guillaume DRUART : Ingénieur SupOptique, docteur en physique - Onera, the French Aerospace Lab

  • Aurélie MONTMERLE BONNEFOIS : Ingénieur SupOptique, docteur en physique - Onera, the French Aerospace Lab

  • Marie-Thérèse VELLUET : Ingénieur SupOptique - Onera, the French Aerospace Lab

INTRODUCTION

L'apparition de capteurs de plus en plus performants et l'augmentation très rapide des moyens de calcul ont permis le développement intensif de l'imagerie 3D que l'on observe aujourd'hui. En effet, les informations volumiques des scènes (ou des objets) observées apportent des renseignements complémentaires à la simple image 2D. Au-delà des applications grand public (refocalisation, changement de point de vue), elle permet par exemple l'amélioration de diagnostics pour les besoins médicaux, l'aide à la navigation par la connaissance 3D du terrain, employée dans l’industrie pour une aide visuelle 3D pour les robots, ou pour le contrôle de processus industriels. Ce sont des techniques sans contact (profilométrie, silhouettage) et sans inclusion (images 3D dans les tissus biologiques ou dans les matériaux).

Dans le domaine des caméraphones (appareil photo sur téléphone portable) qui représente aujourd’hui 80 % du marché des caméras, les industriels ont accéléré les avancées technologiques notamment en réduisant la taille des pixels afin d’améliorer la résolution. En 2015, des pixels de 1,12 µm sont commercialisés et des pixels de 0,8 µm sont actuellement en développement. La taille des pixels se rapproche des longueurs d’onde du spectre visible (0,4 à 0,8 µm) pour atteindre bientôt une limite physique. Afin d’augmenter la valeur ajoutée de leurs produits, les industriels se tournent donc vers plus de fonctionnalisation de ces caméras. Le développement de caméraphones avec imagerie 3D ou autofocus numérique prend donc tout son sens. On estime que, d’ici à 2021, le marché mondial des caméras 3D engrangera près de 10,8 milliards de dollars.

Nota

dans l’article on désignera par « caméra » tout système d’acquisition d’images composé d’un module optique et d’un module de détection.

Les instruments mis en œuvre pour l'imagerie 3D peuvent être passifs (plénoptique, stéréoscopie) ou actifs (triangulation laser, temps de vol).

La caméra plénoptique qui nous intéresse ici est un système permettant de faire des images stéréoscopiques mais à partir d'une seule caméra. Ce système intègre une matrice de microlentilles qui peut être située dans le plan image de la lentille principale ou bien dans un plan intermédiaire. Suivant la configuration optique de l’instrument, les résolutions spatiale et en profondeur ainsi que la profondeur de champ du système sont différentes. La définition du besoin permettra donc de choisir la configuration à privilégier.

Nota

un tableau des symboles et abréviations est présenté en fin d'article.

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KEYWORDS

plenoptic   |   3D imaging   |   stereoscopy   |   superresolution

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r1393


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - WEST (P.) -   *  -  . – Nineteen ways to do 3-Dimensional Imaging, whitepaper of Automated Vision Systems.

  • (2) - BERKOVIC (G.), SHAFIR (E.) -   Optical methods for distance and displacement measurements.  -  Adv. Opt. Photon. 4, 441-471 (2012).

  • (3) - CHARRON (J.L.) -   Mesures sans contact – Méthodes optiques (partie 1).  -  Dans : Mesures de longueur et d’angle, Techniques de l’Ingénieur (2004).

  • (4) - CHARRON (J.L.) -   Mesures sans contact – Méthodes optiques (partie 2).  -  Dans : Mesures de longueur et d’angle, Techniques de l’Ingénieur (2004).

  • (5) - IVES (F.E.) -   Parallax stereogram and process of making same.  -  U.S. Patent N° 725,567, 14 avr. (1903).

  • (6) - GABRIEL (L.) -   Épreuves...

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