Imagerie Optique

Coordinateurs scientifiques : Dalibor Vukicevic (holographie) et Jihad Zallat (polarimétrie)

Si l’approche classique consiste à développer l’instrument de mesure en fonction de l’objectif scientifique et des facilités technologiques accessibles, la philosophie que nous avons adoptée dans ce thème est différente. Elle consiste à réunir sous le terme « plateforme de mesures imageantes » l’ensemble allant de la formation de l’image (systèmes) au traitement physique de l’information d’intérêt.

En imagerie physique, les observables (luminance, longueur d’onde, phase, etc.) ne sont pas directement les grandeurs physiques auxquelles nous souhaitons accéder : elles leur sont liées par un modèle paramétrique connu: les grandeurs à mesurer sont les paramètres du modèle qui sont à inférer à partir des observations. Le modèle d’observation ainsi considéré, dépend du système de mesure qui contrôle les états de sondage du système physique. À ce modèle d’observation se rajoutent des contraintes fortes liées à la physique de l’interaction ainsi que des contraintes faibles liées à tout a priori issu de la modélisation physique de l’interaction lumière-objet ou induites par l’application finale pour laquelle le dispositif est construit.

Cet ensemble (modèle d’observation et contraintes) fournit le cadre informationnel de l’étape de réduction de données qui aboutit aux grandeurs physiques recherchées. Une étape aval supplémentaire d’analyse de l’adéquation des résultats permet via un système cognitif de proposer une configuration différente d’observation. Les recherches pour y parvenir portent ainsi sur (dans l’ordre) :

• La modélisation physique des phénomènes à observer (modèle direct et a priori).
• La modélisation de la physique de formation des images (système, CAO optique).
• La conception du capteur optoélectronique (imageant ou non) et la définition des informations fournies qui peuvent être hétérogènes, complexes, éventuellement massives.
• La réduction des données fournies par le dispositif.
• L’analyse physique et le couplage à une procédure de rétroaction sur les paramètres du système (analyse, apprentissage : système cognitif).

Applications

Imagerie polarimétrique

Cette approche a été appliquée avec grand succès sur nos systèmes d’imagerie polarimétrique. Nous nous sommes attachés à explorer plusieurs aspects de cette modalité d’imagerie afin de construire cette chaîne de traitement cohérente qui relie la formation de l’image (systèmes) et son filtrage aux algorithmes de traitement et de visualisation basés sur le contenu physique de l’image. L’ensemble de cette chaîne est maintenant parfaitement maîtrisé : nous avons largement contribué aux théories nécessaires à sa mise en œuvre efficace et avons proposé un ensemble d’outils de traitement pour authentifier le contenu physique de ces images et d’en extraire l’information utile. Nous sommes arrivés à la maturité scientifique et le savoir-faire technique nécessaires au transfert de cette approche imageante vers un domaine de recherche phare à Strasbourg.

Plusieurs polarimètres imageurs ont été développés pour des domaines d’applications variés : métrologie, imagerie médicale et télédétection.

Ce cadre de connaissances et de compétences sera mis à profit pour développer d’autres modalités d’imagerie physique complémentaires aux systèmes existants essentiellement dans le domaine médical

Holographie et Imagerie Optique Avancée

Au cours de sa construction, le Pôle API a été équipé , au sous-sol de son aile B, d'une installation composée de quatre pièces B008a; B008b; B009a et B009b, parfaitement isolée de l'environnement, incluant du bâtiment dont il faisait partie. Cette installation était prévue pour les travaux de recherche en interférométrie optique et tout particulièrement en holographie. Dans le cadre budgétaire d'installation, le laboratoire implanté a été aussi doté de l'équipement lourd, notamment de quatre grandes tables flottantes antivibratoires.

Depuis 1994, donc pendent 20 ans, il a été systématiquement aménagé et mis à niveau par des investissements supplémentaires. Une cinquième table a été acquise par une donation industrielle (Pirelli). Aujourd'hui, nous disposons d'une dizaine de sources laser continues de très haute stabilité et cohérence dans une plage de longueurs d'ondes couvrant tout le visible, proche ultraviolet et proche infrarouge, en puissance allant de quelques mW jusqu'au 9W. La vraie valeur ajoutée de notre installation est un système complet de contrôle et de diagnostique du fonctionnement des lasers et de la lumière laser. Ainsi, nous disposons des puissance-mètres et des analyseurs des structures transversales des modes de fonctionnement des lasers. Quatre "Spectrum analyzers" permettent d'identifier les structures des modes longitudinales de fonctionnement des lasers, de mesurer leurs bandes spectrales et donc de déterminer les paramètres de la cohérence temporale ainsi que spatiale de la lumière laser. Nous disposons d'un analyseur des fronts d'ondes Schack-Hartmann permettant d'étudier et contrôler les propriétés spatiales des fronts d'ondes lumineuses. Il faut mentionner également une collection complète des systèmes opto-mécaniques nous permettant de manipuler la lumière laser, sa polarisation, sa direction de propagation, l'expansion ou concentration, allant des systèmes MEMS (système micro-électro-mécanique) aux piézo-optiques. Il faut ajouter à tout cela des centaines de composantes mécaniques de petites et moyennes tailles jusqu'aux éléments optiques d'ouverture d'un mètre et des distances focales de plusieurs mètres.

Le Laboratoire ICube (TRIO) dispose de ce laboratoire unique en Europe et très rare mondialement.

Actuellement dans le laboratoire susmentionné, nous travaillons sur quatre sujets de recherche et de valorisation. Les chercheurs d'ICube, les thésards, les chercheurs externes (de Bayer, d'Alstom, d'Université de Zagreb), les étudiants de Télécom Physique Strasbourg (notamment les élèves chinois), les étudiants d'INSA Strasbourg sont engagés, mais aussi des lycéens de la région travaillent sur des différents projets de courte ou de longue durée.

Relevés laser statiques ou mobiles

De nombreux systèmes d’acquisition 3D existent aujourd’hui en topographie. Basée sur des principes variés, la technologie permettant d’accéder à une information en 3D a atteint une certaine maturité. Néanmoins, la réalisation d’un projet 3D à l’échelle du milieu urbain ou d’un site historique, malgré les apparences, demeure complexe et nécessite des compétences étendues. Les activités de l’équipe de l’INSA qui a rejoint TRIO sont fortement dirigées par la pratique du projet, notamment dans le contexte de la donnée spatiale géoréférencée. L’équipe a réalisé de nombreux travaux de numérisation du patrimoine. L’équipe s’est aussi engagée dans le développement d’un prototype de système de levé mobile qui combine trajectométrie et acquisition 3D par lasergrammétrie et photogrammétrie. Ce développement est les recherches associées à l’exploitation de la donnée lasergrammétrique ont débouché sur un partenariat avec le Laboratoire National des Essais (LNE) pour la conception d’un véhicule dédié à la réalisation automatique de cartes thermographiques urbaines par voie mobile.