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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Présentation
Description de la caméra plénoptique1. De l’imagerie 3D stéréoscopique au concept plénoptique
1.1 Imagerie 3D
Les techniques d’imagerie optique 3D sont nombreuses. Dans un whitepaper paru en 2014, Perry West propose de les recenser et en dénombre dix-neuf. Parmi ces techniques, certaines sont très répandues, d’autres sont spécialisées et quelques-unes sont encore au stade de recherche. La plupart font appel à une source lumineuse ; ce sont des techniques dites « actives ». Mais quelques-unes utilisent directement le flux émis (ou réfléchi dans le cas de l’éclairement solaire) par l’objet observé ; ce sont les techniques dites « passives ». Afin de simplifier la classification de toutes les techniques existantes, nous les décrirons principalement selon trois grandes familles suivant que la composante distance (z) est mesurée par :
-
le temps de vol. C’est une technique active qui utilise une source de lumière pulsée (généralement laser ou LED) synchronisée avec un détecteur. Une impulsion lumineuse est émise par la source et réfléchie par les objets de la scène observée. Il est alors possible de remonter à la distance de ces objets par mesure du temps écoulé entre l’émission et la réception du signal. L’équation qui relie la distance entre l’objet et l’instrument (z), le temps (t) et la vitesse de la lumière (c) est la suivante :
![]()
(voir figure 1). La résolution de la mesure de profondeur, notée δz, est alors donnée par
![]()
, δt étant la résolution temporelle du système de détection. La télémétrie laser ou l’imagerie...
(voir figure 
, δt étant la résolution temporelle du système de détection. La télémétrie laser ou l’imagerie...
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De l’imagerie 3D stéréoscopique au concept plénoptique
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...
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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