[STAGE] Amélioration d’optiques d’imagerie par co-conception de la combinaison optique et du traitement d’images

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Contexte

Aujourd’hui, la plupart des systèmes d’imagerie optique mettent en œuvre des algorithmes de traitement d’images pour restaurer et améliorer les images. En général, les combinaisons optiques sont conçues séparément en amont du traitement, qui est développé a posteriori. Cependant, il est plus efficace de concevoir ces deux éléments de manière conjointe afin d’optimiser la performance globale du système. Cette approche de «co-conception» a fait l’objet de recherches depuis longtemps, mais les réalisations se sont généralement limitées à des combinaisons optiques simples. Il est temps de proposer de nouveaux concepts de co-conception de combinaisons optiques complexes en mettant le traitement de l'information au cœur d'une problématique professionnelle de conception optique.

Les résultats obtenus doivent permettre d’améliorer les systèmes par une prise en compte rigoureuse des aberrations et de la diffraction, en relation avec le traitement de données. Ce sont des questions fondamentales qui auront des conséquences dans des domaines tels que la télédétection, l’imagerie pour la biologie ou l’environnement, l’aide à la conduite automobile.

Sujet du stage

Dans de nombreuses applications d’imagerie, on doit concevoir des combinaisons optiques à champ important et de surcroît à forte ouverture pour collecter le maximum de lumière provenant de la scène. Sauf utilisation de combinaisons optiques complexes, encombrantes, lourdes et chères utilisant de nombreuses lentilles, ces systèmes sont classiquement fortement perturbés par des aberrations de champ qui varient avec la position dans l’image, et rendent le traitement des images difficile.

L’un des objectifs de la co-conception optique peut être de limiter cette variation dans le champ, mais cela vient au prix d’une réduction des performances d’imagerie. D’autre part, il existe des méthodes de traitement d’image permettant de gérer ce problème, par exemple la déconvolution par zone ou des méthodes prenant en compte de manière plus précise la variation continue de la PSF dans le champ. Mais plus la variation de PSF dans le champ est importante, plus ces traitements sont complexes, lourds en temps de calcul et en puissance électrique consommée.

L’objectif de ce stage est d’optimiser le compromis entre la simplification de l’optique apportée par la co-conception et la complexité du traitement d’image. Pour cela, on analysera différents exemples de combinaisons optiques réelles de complexité croissante. Un aspect important sera la gestion de la couleur, à la fois au niveau de conception optique et du traitement d’images. Le logiciel de conception optique utilisé sera CodeV, mais il est à noter que les résultats obtenus seront largement indépendants du logiciel utilisé.

L’un des résultats attendus sera de définir les règles les plus précises et générales possible concernant le choix et l’amplitude des aberrations à compenser optiquement afin de maximiser la performance après traitement. Les résultats de cette étude seront également utiles pour l’optimisation de systèmes optiques non-conventionnels incluant par exemple des surfaces « free forms ».

Ce stage fait appel à des compétences en conception optique et des connaissances de base en traitement d’image (déconvolution). Il est susceptible de se prolonger par une thèse.

Dates du stage : mars-août 2021

Mots clés : conception optique, traitement d’images, co-conception

Contacts

François GOUDAIL -

Hervé SAUER –

Alice FONTBONNE –

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