Une nouvelle technologie de l’Université de Tel-Aviv pour photographier les objets en mouvement sans perdre la netteté de l'image

Le doctorant Shay Elmalem de l’Ecole de génie électrique de l’Université de Tel-Aviv, a développé, sous la direction du Dr. Raja Giryes et du regretté Prof. Emanuel Marom, un procédé qui permet de réaliser des photographies claires et nettes d'objets mobiles en évitant le flou et « l’étalement » du mouvement sur l'image. La technologie est basée sur le développement d’un composant optique qui décode les informations sur les données du mouvement et effectue un traitement numérique de l’image en fonction. Ses applications vont des appareils photo des téléphones portables jusqu'au microscopes et télescopes, en passant par la recherche médicale et la production industrielle.

motion580Les résultats de cette étude innovante ont été publiés dans la prestigieuse revue Optica.

« Le terme 'pose longue' fait toujours référence à la vitesse de l'objet photographié », explique Shay Elmalem. « Lorsqu'on photographie une voiture de course, même une durée d’exposition d'un dixième de seconde peut être trop longue ; s'il s'agit d'une personne en mouvement, un temps d'une seconde ou plus sera considéré comme une pose longue. Dans l'approche conventionnelle utilisée aujourd'hui, on emploie un objectif qui produit la meilleure image possible, c'est-à-dire la plus similaire à ce que voit l'œil humain, puis on essaie de résoudre les distorsions au moyen du traitement numérique. Mais comme le savent tous les photographes amateurs, ce système n'est pas toujours efficace, il est donc très difficile de photographier des objets en mouvement ».

"Peindre" le mouvement

shay elmalemLa solution proposée par Elmalem et ses collègues combine des composants optiques et un algorithme de traitement d’images ; elle est basée sur l’implantation dans l'image brute d’indices sur les données du mouvement, que l'algorithme sait lire et corriger. Ces indices sont implantés à l'aide de deux composants optiques intégrés dans une lentille standard : une lame à retard optique transparente développée par les chercheurs et une lentille de mise au point électronique classique. La lame contient une structure optométrique micrométrique, conçue pour créer une dépendance entre la couleur et la mise au point, tandis que l'objectif est programmé pour effectuer un changement progressif de mise au point au cours de la prise de vue. Le résultat est que les objets en mouvement sont peints en différentes couleurs en se déplaçant. Le codage des couleurs permet à l'algorithme de déchiffrer la direction et la vitesse de déplacement de l'objet, de corriger l'étalement des points lumineux et de restaurer la netteté de l'image.

« À chaque fraction de seconde d'exposition, l’appareil photo muni de notre système optique capture des vues de manière légèrement différente, de sorte que l'étalement de l'objet qui se déplace n'est pas uniforme, mais change avec le mouvement », explique Elmalem. « Pour comprendre vers où et à quelle vitesse un objet se déplace sur l'image, nous utilisons des couleurs. Par exemple, si je lance soudainement une balle blanche à l’intérieur du cadre, elle se colorera différemment tout au long de son mouvement, comme la lumière à travers un prisme, et en fonction de ces couleurs, notre algorithme saura d'où la balle a été lancée et à quelle vitesse, et pourra ainsi corriger l’étalement. Alors qu’avec un appareil photo standard on aurait vu apparaitre une traînée blanche qui aurait déformé toute la netteté de l'image, avec notre appareil le résultat final sera une balle blanche claire et focalisée ».

La fin du flou

Selon Shay Elmalem, ce système optique est capable d’améliorer n'importe quelle caméra à un coût minime. « Le potentiel d’application est très large », explique-t-il. « Il s’étend d'une utilisation basique sur les appareils photo des téléphones par exemple, jusqu'aux diverses utilisations médicales et industrielles, et même les contrôleurs de lignes de production, microscopes et télescopes. Tous ces appareils souffrent du même problème d'étalement de l’image et de flou, et nous proposons une solution systémique à ce défaut ». La technologie a été brevetée, et un certain nombre d'entreprises ont déjà exprimé leur intérêt pour l'acquérir par l'intermédiaire de Ramot, la société de transfert de technologie de l'Université de Tel- Aviv.

emanuel maromLe Prof. Emanuel Marom est décédé pendant l'étude. Il fut l’un des fondateurs de la Faculté d'ingénierie de l'Université de Tel-Aviv, dont il a été le Doyen de 1980 à 1983. Il a également été Vice-Président de l'université de 1992 à 1997. Après sa retraite, le Prof. Marom a poursuivi activement ses recherches et continué de guider des étudiants de troisième cycle jusqu'à son dernier jour. L’article publié a été dédié à sa mémoire.

 

 

 

 

Photos:

A droite: le doctorants Shay Elmalem, à gauche: le Prof. Emanuel Marom (Crédit: Université de Tel-Aviv)

 

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Important : Les articles publiés par l’Association française de l’Université de Tel-Aviv portent sur des recherches en cours. Sauf indication contraire, le chemin est encore long jusqu’au passage à l’industrie qui permettra de mettre les traitements à la portée du grand public.

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