Imagerie polarimétrique : principes et applications

La polarimétrie optique, qui permet d’obtenir des informations supplémentaires par rapport à la seule mesure de l’intensité, repose sur des principes bien connus depuis les travaux de Stokes à la fin du 19^e siècle. Ce type de mesure a connu un regain d’intérêt durant les dernières décennies en raison de l’arrivée sur le marché de dispositifs optiques performants à base de cristaux liquides qui ont permis de construire des polarimètres à coût réduit et permettant d’envisager des mesures rapides et imageantes quand on les associe à des capteurs CMOS.

Parmi les différentes approches possibles, on distingue l’imagerie polarimétrique de Stokes et de Mueller. Cette dernière permet d’obtenir la réponse polarimétrique complète d’un échantillon dans le cas de l’optique linéaire. Elle donne en effet accès à la biréfringence, au dichroïsme et à la dépolarisation du milieu sous test. Pour certaines applications, l’imagerie de Stokes est suffisante dans la mesure où l’information que l’on cherche se trouve portée par les caractéristiques polarimétriques de l’onde qui a interagi avec le milieu.

Ce type d’imagerie trouve ses applications dans divers domaines liés à la santé ou à l'industrie manufacturière. On peut citer des applications dans les domaines du contrôle qualité de géométrie ou de surface, dans le domaine de la détection d’objets présents dans une scène, dans la caractérisation de propriétés de tissus biologiques en vue de la détection précoce de certaines pathologies par exemple.

Après quelques rappels théoriques permettant de définir les concepts et grandeurs qui seront utilisés dans cet article, le principe de la mesure en imagerie polarimétrique est présenté. Les principaux types de polarimètres imageants sont décrits. Le calibrage des dispositifs et les problèmes de bruit de mesure sont ensuite abordés. La troisième partie présente quelques applications dans les domaines liés à la santé ou à l'industrie manufacturière : caractérisation de propriétés de tissus biologiques, recherche de défauts 2D/3D, reconstruction 3D, analyse de matériaux ou numérisation 3D. Enfin, des applications en lien avec l’holographie numérique, la robotique ou la mesure déportée sont également présentées.

Les mesures produites étant des images, il est évidemment possible de leur appliquer la plupart des techniques de traitement d’image pour rehausser, filtrer ou extraire des caractéristiques dans ces images. Des adaptations de ces traitements aux spécificités des images polarimétriques (nature vectorielle des données en chaque point, contraintes physiques sur les valeurs possibles…) sont également proposées dans la littérature. Ces aspects de l’imagerie polarimétrique ne sont toutefois pas traités dans cet article.