Surmonter la diffusion dans l'imagerie proche infrarouge
La lumière proche infrarouge est un outil essentiel de l'imagerie moderne, du diagnostic médical aux capteurs des véhicules autonomes. Contrairement à la lumière visible, elle peut pénétrer certains matériaux, mais elle souffre toujours de la diffusion lorsqu'elle traverse des milieux complexes comme les tissus biologiques ou le brouillard. Cette diffusion provoque la déviation des photons de leur trajectoire, entraînant des images floues ou inutilisables. Les solutions traditionnelles reposent sur des détecteurs spécialisés coûteux, limitant leur accessibilité.
Des chercheurs de l'Université de Rochester ont introduit un système d'imagerie novateur qui répond à la fois aux problèmes de coût et de clarté. En utilisant des détecteurs à base de silicium peu coûteux et une technique appelée fenêtrage temporel, le système convertit la lumière proche infrarouge en lumière visible en temps réel, produisant des images plus nettes à travers des environnements diffusants. Les travaux, publiés dans Nature Communications, représentent une étape importante vers une imagerie abordable et performante.
Le principe du fenêtrage temporel
Le fenêtrage temporel agit comme un obturateur de caméra, mais au lieu d'un mécanisme mécanique, il utilise des impulsions lumineuses ultrarapides pour contrôler le passage des photons. L'auteur principal Yang Xu explique : « Dans une caméra traditionnelle, l'obturateur est mécanique : lorsqu'il s'ouvre, la lumière entre, et lorsqu'il se ferme, la lumière est rejetée. Dans ce cas, nous utilisons la lumière pour contrôler la lumière. »
La porte est un film mince en oxyde d'indium et d'étain (ITO). Lorsqu'un photon proche infrarouge frappe le film pendant que la porte est ouverte, il est converti en lumière visible, qui peut être capturée par des détecteurs standard en silicium. La porte ne s'ouvre que pendant environ une picoseconde—le temps que met la lumière pour parcourir la longueur d'un point à la fin d'une phrase. Ce fenêtrage ultrarapide filtre efficacement les photons diffusés qui arrivent plus tard, préservant la lumière balistique (non diffusée) qui porte l'image claire.
Avantages par rapport aux systèmes existants
Les systèmes d'imagerie proche infrarouge actuels reposent souvent sur des détecteurs fabriqués à partir de matériaux exotiques comme l'arséniure d'indium et de gallium, qui sont coûteux et peu disponibles. Le système de Rochester utilise le silicium, le même matériau que celui utilisé dans l'électronique courante, réduisant considérablement les coûts. De plus, l'approche par fenêtrage temporel améliore la qualité d'image dans les milieux diffusants, un défi qui a longtemps entravé les systèmes proche infrarouge conventionnels.
La technique a été perfectionnée pendant plus d'une décennie dans le laboratoire de Robert Boyd, professeur distingué William F. Krupke en optique. La persévérance de l'équipe a conduit à une mise en œuvre pratique qui peut être adaptée à diverses applications.
Applications potentielles
La capacité de voir clairement à travers les tissus profonds pourrait améliorer l'imagerie médicale, aidant à la détection de tumeurs ou d'autres anomalies sans procédures invasives. Dans la conduite autonome, le système pourrait aider les véhicules à naviguer dans le brouillard, améliorant la sécurité. D'autres utilisations potentielles incluent la surveillance environnementale, le contrôle de sécurité et l'inspection industrielle, où la vision à travers des agents obscurcissants est essentielle.
Orientations futures
Les chercheurs explorent maintenant des moyens d'optimiser davantage le système, comme l'augmentation du champ de vision et l'amélioration de l'efficacité de conversion. Ils visent également à tester la technologie dans des scénarios réels, passant des démonstrations en laboratoire au déploiement pratique. Avec son faible coût et ses performances élevées, cette technique de fenêtrage temporel pourrait bientôt devenir un outil standard dans les applications d'imagerie où la diffusion est un défi.
Cet article est basé sur un reportage de Phys.org. Lire l'article original.
Originally published on phys.org
