Bibliographie & annexes
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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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)
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Kevin COSSU : Ingénieur SupOptique, doctorant 3 année - Thales Optronique SA, Onera, Laboratoire Hubert Curien
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Guillaume DRUART : Ingénieur SupOptique, docteur en physique - Onera, the French Aerospace Lab
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Aurélie MONTMERLE BONNEFOIS : Ingénieur SupOptique, docteur en physique - Onera, the French Aerospace Lab
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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.
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.
un tableau des symboles et abréviations est présenté en fin d'article.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
plenoptic | 3D imaging | stereoscopy | superresolution
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Conclusion3. Applications
Nous avons déjà évoqué plusieurs applications pour les caméras plénoptiques en particulier les caméras grand public que ce soit la commercialisation des caméras Lytro ou Raytrix, des systèmes d’autofocus à détection de phase de Canon ou Samsung, ou encore les futures architectures optiques envisagées pour les smartphones afin de permettre à l’utilisateur de retoucher la mise au point ou le point de vue.
D’autres applications dans les domaines scientifiques et industriels sont également en cours de validation. La technologie plénoptique est alors souvent comparée aux techniques d’imagerie 3D existantes et ses points forts sont sa simplicité de mise en œuvre ainsi que sa compacité.
3.1 Microscopie de fluorescence
L’utilisation d’une caméra plénoptique permet d’augmenter la profondeur de champ d’un microscope classique limité à quelques 10 µm, l’utilisation d’une fonction plénoptique permet d’atteindre des profondeurs de l’ordre de ± 100 µm autour du plan focal. Toutefois, la résolution dans le plan focal est alors dégradée. Des techniques basées sur le codage du front d’onde permettent de pallier ce problème en utilisant un SLM pour générer les fronts d’onde adéquats.
HAUT DE PAGE3.2 Alternative à la BOS (Background Oriented Schlieren)
Cette technique permet de visualiser des écoulements de flux volumiques en étudiant la déformation d’une image de fond structuré vue à travers l’écoulement. Le couplage de cette technique à une technique de type plénoptique rend le traitement de la technique BOS beaucoup plus simple car l’image de fond pourra être codée par une matrice de faisceaux sondes orientables permettant ainsi le codage de la direction des rayons au lieu du fond naturel.
HAUT DE PAGE3.3 Mesures 3D de mouvement de particules dans des champs turbulents (PIV)
Des systèmes d’imagerie plénoptique dédiés à l’étude de la vélocimétrie par imagerie de particules (PIV) sont actuellement en cours de développement....
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(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).
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(5) - IVES (F.E.) - Parallax stereogram and process of making same. - U.S. Patent N° 725,567, 14 avr. (1903).
-
(6) - GABRIEL (L.) - Épreuves...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
http://www.focus-numerique.com/lytro-appareil-photo-plenoptique-tous-news-2695.html
http://lightfield-forum.com/lytro/lytro-lightfield-camera/
https://cloud.raytrix.de/owncloud/index.php/s/FpAZaHz4LOuSUdB
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