Caméras plénoptiques pour l’imagerie tridimensionnelle

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.

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.