Un objet caché reconstitué à partir de son ombre

Un miroirmiroir renvoie une image fidèle de l'objet qu'il réfléchit. Mais lorsque les rayons lumineux sont déviés ou stoppés par un murmur ou par une autre surface non réfléchissante, il est alors impossible de voir l'image d'origine. Du moins jusqu'à maintenant. Car des chercheurs sont parvenus à reconstituer une photo en couleurcouleur d'un objet rien qu'en observant son ombre portée.

La démonstration a été menée dans une pièce sans fenêtresfenêtres de l'université de Boston. Un écran plat projette un dessin du personnage « champignonchampignon » de Mario Kart caché par un morceau de carton ou une chaise placé de façon aléatoire devant l'écran. Il en résulte une ombre floue et sombre portée sur le mur opposé. Vingt clichés rapides de cette ombre sont effectués via un appareil photo, qui sont alors traités par un algorithme. Quelques minutes plus tard, le champignon est restitué presque fidèlement à l'image d'origine.

Une image de champignon Mario Kart est projetée sur un mur à travers un obstacle situé dans une position aléatoire. Un appareil photo digital prend ensuite un cliché de cette ombre sur le mur et l’image est traitée par un algorithme de reconstruction. © Charles Saunders et al, Nature, 2018

Le secrets de l’ombre

Paradoxalement, c'est bien l'obstacle qui donne des indications sur les paramètres de la photo au programme informatique. « Imaginez-vous en train de faire une promenade nocturnenocturne dans votre quartier », illustre Vivek Goyal, professeur d'électrotechnique à l'université de Boston et coauteur de l'étude parue dans la revue Nature. « Vous voyez plusieurs ombres de vous-même sur le sol depuis les lampadaires environnants. En regardant l'orientation de ces ombres, vous pouvez deviner l'emplacement des lampadaires. »

Un simple appareil photo semblable à celui des smartphones

Plusieurs équipes avaient déjà réussi à recréer des images d'objets cachés derrière un mur. Mais jusqu'à présent, cela nécessitait des caméras spéciales et un éclairage particulier (par exemple des impulsions laserlaser qui agissent comme un système « d'écholocationécholocation lumineuse »). Ici, les chercheurs ont utilisé un simple appareil photo numérique de quatre mégapixels, 30 fois moins cher que ceux utilisés dans les précédentes expériences. Contrairement à cette étude, il fallait aussi connaître à l'avance la forme et la position de l'obstacle cachant l'objet. C'est aujourd'hui la première fois que l'on parvient à restituer une image en couleur et haute résolution, assurent les chercheurs, qui ont réussi à reproduire leur expérience avec différentes images dont une animation. « Le matériel et les algorithmes utilisés sont tellement simples qu'on aurait pu y parvenir il y a cinq ou dix ans si les gens y avaient pensé », s'étonne lui-même Vivek Goyal.

De gauche à droite, colonne a : l’image réelle ; colonne b : l’ombre prise en photo par l’appareil photo ; colonne c : reconstruction finale ; colonne d : reconstruction finale en connaissant à l’avance la position de l’obstacle ; colonne e : reconstruction sans connaître la position de l'obstacle. © Charles Saunders et al, Nature, 2018

Espionnage, catastrophes naturelles, médecine et application mobile

On pense bien sûr d'abord à l'espionnage pour cette technologie. Il serait par exemple possible de l'installer sur un drone pour capturer des images de suspects cachés derrière un mur à partir de leur ombre ou en faible luminosité. Vivek Goyal entrevoit aussi des applicationsapplications dans la voiture autonome ou sur des robots pour mieux détecter des obstacles. Cela pourrait également servir à retrouver des victimes dans des décombres lors de tremblements de terretremblements de terre ou d'incendies, ou encore dans le domaine de l'imagerie médicale, pour détecter des tumeurs ou mieux voir autour des os. Mais avec un système et un matériel si bon marché, Vivek Goyal imagine surtout que cela pourra donner lieu à des applications mobilemobile rigolotes. Car la science, ça sert aussi à ça.