Améliorations et applications 6.1 Introduction
6.3 Applications potentielles
6.3 Applications potentielles
Un dispositif optique comme l'IGL qui parvient à modifier localement le grandissement dans une certaine zone d'intérêt, sans modifier le champ de vue total, a de potentielles appli- cations dans plusieurs sphères d'activités. Cette section permet d'en discuter davantage.
Applications en imagerie
Tout d'abord, une des applications à pouvoir bénéficier de cet imageur est celle de la sécurité et de la surveillance. Pouvoir augmenter le grandissement sur le visage d'un suspect est pratique pour ensuite l'identifier, mais c'est l'avantage de pouvoir conserver une vision de tout le champ de vue qui demeure primordial. En effet, avec des systèmes de surveillance, il faut éviter de créer des zones aveugles desquelles on ne capte aucune information. Bien sûr, si plusieurs personnes sont dans le champ de vue, grâce à cet IGL pouvant créer plusieurs zones d'intérêt, on peut augmenter le grandissement sur le visage de chaque personne visible, un avantage évident par rapport à n'importe lequel des systèmes actuels.
Lorsque la calibration de la distorsion est bien effectuée, un IGL peut également avoir des applications en vision numérique, soit sur des systèmes optiques voulant imiter le comporte- ment de l'oeil humain ou pour de l'inspection industrielle.
D'autres domaines en imagerie qui pourraient bénéficier d'un tel imageur sont l'assis- tance à la conduite automobile, la vidéo-conférence, l'imagerie médicale, la vision robotisée, l'exploration spatiale, le domaine militaire, etc.
Autres applications à la distorsion variable
En plus des applications en imagerie, un système avec de la distorsion variable pourrait avoir d'autres types d'applications similaires. L'exemple donné ici est l'utilisation de la dis- torsion dans les systèmes à balayage, incluant la microscopie. Dans ces appareils, la vitesse linéaire ou angulaire de balayage est constante pour des raisons matérielles. Cela produit ainsi des images échantillonnées régulièrement, avec la même quantité d'information sur le point d'observation principal que sur ce qui est aux alentours. Cependant, avec le bon type de lentille à l'intérieur de ce système à balayage, on pourrait balayer plus lentement sur la zone d'intérêt et ainsi obtenir plus d'information sur ce qui est important.
6.4 Conclusion
Ce court chapitre a tout d'abord permis de discuter des améliorations potentielles à un IGL. Il faut retenir que même si de nouvelles technologies risquent d'être développées et rendre la fabrication de cet imageur plus facile, il est actuellement possible de l'utiliser de façon réaliste dans quelques combinaisons. Ensuite, on a énuméré une liste d'applications, en expliquant plus en détail comment un IGL pourrait être bénéfique en sécurité et surveillance. Bref, le choix exact du concept doit dépendre des performances requises ainsi que de l'appli- cation retenue.
Chapitre 7
Conclusion
L'objectif principal de ce projet de doctorat était de concevoir un système d'imagerie dont le grandissement est variable localement dans certaines zones de l'image tout en conservant potentiellement le champ de vue total constant. Au terme de cette thèse, il est possible d'af- firmer que ce but est atteint. Cette conclusion du projet débute par un rappel des découvertes importantes avant de discuter des axes de futures recherches.
D'entrée de jeu, le chapitre 2 a offert une revue de plusieurs aspects cruciaux avant d'aborder le sujet principal. On a vu dans les concepts de base que le champ de vue et le grandissement sont deux propriétés des systèmes optiques en opposition, c'est-à-dire que si on augmente un, on réduit l'autre. Cela a aidé à justifier pourquoi le but du projet est im- portant. Au niveau des aberrations optiques, l'aspect à retenir est que la distorsion n'affecte pas la qualité d'image et on peut ainsi l'utiliser judicieusement lors de la conception d'une lentille. Un dernier concept à ne pas oublier est qu'une erreur ayant une certaine fréquence spatiale par rapport au diamètre d'une surface optique affecte d'une façon très différente les faisceaux selon la taille de leur empreinte sur cette surface. Cette considération est d'autant plus présente dans les systèmes avec beaucoup de distorsion.
Le chapitre 3 a permis de situer l'IGL par rapport aux systèmes optiques similaires qui existent déjà ou qui ont été proposés. On doit retenir que l'imageur proposé combine les avantages des systèmes à zoom et de ceux à fovéa en permettant une zone de grandissement augmenté localisée, sans souffrir des inconvénients de ces derniers comme la perte de champ de vue. On a également présenté des systèmes qui utilisent déjà la distorsion comme un outil intéressant, justifiant davantage pourquoi une distorsion contrôlée qui serait dynamique est souhaitable. Finalement, les idées de cette thèse ne sont pas nécessairement incompatibles avec d'autres technologies similaires, comme l'imagerie à super-résolution ou bien le choix de senseurs non standards.
Les travaux préliminaires ayant mené à l'IGL ont ensuite été présentés au chapitre 4. On a déterminé que pour des systèmes avec de la distorsion, certaines particularités rendent plus difficiles la conception et le tolérancement de ces lentilles. Que ce soit à cause des déplacements ou des changements de dimension de la pupille d'entrée, la distorsion rend certaines zones de la surface plus critiques aux erreurs de surface. Bref, ce n'est plus juste d'une surface à l'autre qu'une certaine fréquence d'erreur de surface a un impact différent, mais également en se déplaçant sur une surface donnée. On a par la suite obtenu une équation mathématique qui permet de relier les déplacements dans le plan image dus aux erreurs de surface. Un des paramètres importants de cette dernière équation est ce qu'on a défini comme la longueur focale locale, un indicateur local du grandissement en fonction du champ de vue. Il faut ainsi retenir que dans les régions où la longueur focale locale est plus élevée, l'impact des erreurs est plus grand et il faut alors utiliser des tolérances plus strictes. Ceci permet de mieux spécifier les tolérances lorsqu'on doit fabriquer une lentille frontale dans un système avec beaucoup de distorsion contrôlée, ce qui est potentiellement utile pour plusieurs autres systèmes que l'IGL. Finalement, soulignons que les résultats les plus importants obtenus dans cette section ont été présentés lors d'une conférence [60] et publiés dans la revue Applied Optics [61].
Ensuite, au chapitre 5, le concept d'un IGL a été mathématiquement développé. Ce mo- dèle mathématique a permis de définir les capacités et les limites d'un tel imageur. Il faut savoir que selon la dimension et le rapport de grandissement voulu pour la zone d'intérêt, une importante limite est la capacité du composant optique actif à permettre les variations angu- laires requises pour produire la distorsion voulue. Si on arrive à produire cette distorsion, une autre limite fondamentale est celle sur la taille de la pupille d'entrée et ainsi du / / # pour permettre de conserver la qualité de l'image. En effet, on a également expliqué que lorsqu'on produit un grandissement localisé avec une surface active près de la surface frontale, cela induit des aberrations indésirables, soit principalement de la défocalisation quand la pupille d'entrée est suffisamment petite. Il faut donc effectuer des choix sur les paramètres du sys- tème pour s'assurer que ces deux limites soient respectées. Ensuite, des simulations à l'aide du logiciel ZEMAX ont été effectuées pour confirmer la théorie précédemment développée. À partir de ce modèle virtuel, plusieurs graphiques et résultats prévoyant les performances de l'IGL sont obtenus. Il faut retenir ici qu'avec le bon composant actif et le bon diamètre des pupilles, on peut créer un système qui produit de bonnes performances optiques tout en respectant le modèle mathématique. Ces simulations ont finalement permis de concevoir un prototype d'imageur en laboratoire. Pour les besoins de cette expérience, le composant op- tique actif était un miroir déformable ferrofluidique puisque le liquide permet de grandes am- plitudes et les restrictions nécessitant que le miroir soit à l'horizontal ou la faible réflectivité n'étaient pas problématiques pour démontrer le concept. Les résultats obtenus expérimenta- lement, qui sont en accord avec la théorie et les simulations, confirment que le concept de l'imageur à grandissement localisé est non seulement fonctionnel, mais potentiellement très
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utile dans certaines applications. Encore ici, les résultats les plus importants à propos de cet IGL ont été présentés lors d'une conférence spécifiquement sur la conception optique [62] et publiés dans la revue Optics Express [63], en plus de faire présentement l'objet d'une demande de brevet.
La conclusion principale de la section sur les améliorations et applications est que si on peut vaincre les limites fondamentales pour ce type d'imageur, soit en utilisant un composant optique moderne qui permet de grandes déviations angulaires, soit à l'aide d'un procédé qui augmente la profondeur de foyer pour limiter les aberrations, ce type d'imageur aurait poten- tiellement plusieurs applications avantageuses. Bien sûr, y arriver sera certainement facilité par l'apparition de nouvelles technologies dans un futur rapproché, mais dès maintenant il est réaliste de penser concevoir de tels systèmes.
Bien que le concept de l'IGL proposé dans cette thèse est fonctionnel, plusieurs travaux sont encore à effectuer. Tout d'abord, en ce qui concerne le composant actif requise dans ce système, cette thèse a principalement abordé le sujet des miroirs déformables. Il pourrait être intéressant dans un proche avenir d'analyser plus profondément l'utilisation d'une surface diffiractive comme des cristaux liquides. Trouver des critères sur le nombre de pixels requis en fonction des paramètres voulus de l'IGL ainsi que des valeurs d'intensité perdue par la po- larisation ou dans les ordres indésirables serait essentiel. Il faudrait aussi regarder les autres possibilités de composants actifs, par exemple une lame transparente sur laquelle il y a une ou certaines zones déformées. On pourrait par la suite effectuer des translations dans toutes les directions de cette lame pour modifier la position ou le pouvoir des zones de grandisse- ment modifié. Il faudrait également regarder plus en profondeur l'idée d'utiliser des liquides avec des indices de réfraction particuliers pour produire ces changements de position et de puissance des zones d'intérêt. De simples simulations dans ZEMAX ont par exemple montré que de changer l'indice de réfraction d'un liquide placé devant la surface frontale modifiait les paramètres, en remplaçant le terme (n — 1) en (n — ni) dans les équations de la réfraction.
Pour ce qui est des améliorations à la qualité d'image, plusieurs idées sont également à approfondir. Les techniques de codages de front d'onde ont déjà fait leurs preuves pour amé- liorer la profondeur de foyer. Les particularités de ces techniques dans des systèmes avec de la distorsion sont présentement un sujet d'étude d'un autre projet de doctorat dans le groupe et il serait intéressant de voir comment efficacement le combiner avec un IGL. Néanmoins, la façon la plus simple de corriger dans une zone la défocalisation causée par un premier composant actif reste d'ajouter un deuxième composant actif. L'idée d'en ajouter un près de l'image a été discutée précédemment, mais de plus amples recherches seraient souhaitables dans cette direction étant donné que cette solution pourrait permettre de produire un IGL avec des limites de performances beaucoup moins sévères.
Seulement les systèmes d'imagerie ont été abordés dans cette thèse, mais ce concept pourrait également être profitable dans des systèmes à projection. En effet, le principe de ré- versibilité optique explique que le même procédé pourrait être utilisé dans l'autre sens. On pense ici à un système de microscopie à balayage. Dans ces derniers, un objet est générale- ment balayé à vitesse constante, produisant un échantillonnage régulier dans tout le champ de vue. Cependant, grâce à une surface active déformée adéquatement, on pourrait produire un échantillonnage plus élevé dans la zone d'intérêt et plus faible autour, ce qui serait avantageux autant en projection qu'en imagerie.
Au niveau des analyses de tolérancement, une analyse des erreurs de surface à d'autres endroits que sur la frontale, par exemple les surfaces près du plan image, est souhaitable. Pouvoir définir les limites de tolérancement sur n'importe laquelle des surfaces optiques d'un système avec de la distorsion, en termes de fréquences d'erreurs acceptables, aurait potentiel- lement des conséquences économiques dans la construction de ces systèmes.
Un dernier aspect des travaux futurs à effectuer est d'en arriver à la réalisation d'un sys- tème optique réel. Que ce soit un IGL dans un système panoramique, dans un système d'ima- gerie en sécurité, dans une lentille servant à l'assistante à la conduite d'une automobile ou bien dans des systèmes plus particuliers comme en endoscopie, construire un système fonc- tionnel est une étape future importante. Dans un tel système, au lieu de combiner un imageur standard à une surface optique active, l'intégration de cette surface active dans le reste du système se ferait dès le début de la conception et le choix des paramètres serait fait de façon beaucoup plus efficace. Tout dépendant l'application et les performances requises, plusieurs défis seraient à contrer, mais un tel projet serait au delà des objectifs de démonstration du concept cette thèse.
Au terme de ce travail, il est possible d'affirmer que l'intégration de techniques modernes dans la conception de systèmes optiques a encore une fois permis de nouvelles capacités aux concepteurs optiques avec l'IGL. Avec le développement constant de nouvelles technologies, toutes plus performantes les unes que les autres, il ne faudrait pas se surprendre si dans les prochaines années, le monde dans lequel on vit est de plus en plus inondé de systèmes optiques intelligents. Cette intégration se fera dans nos caméras, nos systèmes de sécurité, nos cellulaires, nos automobiles ou même pour améliorer les performances de notre système optique le plus important, l'oeil humain.