2.3 Un prototype expérimental à multiples projections plénoptiques
2.3.3 Les modélisations optique et tomographique du prototype expérimental
Pour obtenir la modélisation tomographique du prototype expérimental, une simulation op- tique complète du système a été implémentée dans OpticStudio. La Figure2.8montre la sché-
Figure 2.7 – Vue de (A) devant et (B) derrière du fantôme composé d’un scintillateur plastique cubique confiné à l’intérieur de plaques transparentes en acrylique.
Figure 2.8 – Schématisation optique du système combinant le fantôme et la caméra plénop- tique multifocus du prototype expérimental.
matisation optique du système simulé. Nous pouvons observer que les composants optiques de l’objectif de la caméra ne sont pas visibles. Plutôt, les boîtes rectangulaires identifiées sur la figure représentent le modèle blackbox de celui-ci fourni par la compagnie, permettant une meilleure modélisation de sa capacité imageante. La partie de l’image qui a été agrandie pour mieux voir la matrice de microlentilles et le senseur correspond d’ailleurs au groupe non sé- quentiel de la modélisation : ce n’est qu’à l’intérieur des limites de celui-ci que les rayons sont tracés de façon non séquentielle. Autrement, les rayons sont tracés de façon séquentielle. Les miroirs utilisés dans le montage n’ont pas été intégrés dans le modèle, mais la distance entre la caméra et le fantôme est la même.
Afin de modéliser les microlentilles, il a été possible d’extraire les paramètres pertinents au moyen du logiciel RxLive de Raytrix par le processus de calibration de la matrice de microlen- tilles. Cette étape implique l’acquisition d’une image de lumière uniforme à l’aide d’un disque
Table 2.2 – Paramètres de calibration de la matrice de microlentilles de la caméra plénoptique R42 de Raytrix employée dans le prototype expérimental. Les valeurs de décalage et de rotation de la matrice de microlentilles par rapport au senseur sont dans le plan XY, avec l’axe Z parallèle à l’axe optique pointant vers l’espace objet.
Décalage horizontal Décalage vertical Diamètre Rotation
(µm) (µm) (µm) (deg)
+34.547 +19.470 78.487 -0.0283
Figure 2.9 – Comparaison de la multiplicité par l’acquisition d’image d’une cible par la caméra plénoptique multifocus (A) réelle versus (B) simulée.
diffuseur fourni par Raytrix placé devant l’objectif de la caméra, lequel est illuminé par une lumière blanche. Cette calibration permet de déterminer le décalage et la rotation de la ma- trice par rapport au senseur. Ces paramètres pour la caméra employée sont présentés dans le Tableau 2.2.
La Figure 2.9montre une cible qui a servi pour faire correspondre la multiplicité (voir l’équa- tion1.7) entre la vraie caméra plénoptique (Figure2.9A) et celle simulée (Figure2.9B). Cette figure montre d’ailleurs la ressemblance entre une image simulée et une image expérimentale. Il peut être observé que l’image simulée a une allure légèrement plus granulaire ; cet effet est dû au nombre restreint de rayons utilisés pour la simulation de l’image.
La Figure 2.10présente la complémentarité de l’utilisation d’OpticStudio et de l’implémenta- tion Python, cette fois adaptée à la modélisation d’un prototype expérimental intégrant une caméra plénoptique de Raytrix. En comparaison avec le cas d’un système strictement simulé tel que présenté à la Figure 2.5, ce processus ajoute l’étape de calibration de la matrice de microlentilles pour l’extraction des paramètres optiques nécessaires à la modélisation. Cette modélisation du système optique est ajustée suite à la comparaison entre des images plénop-
Figure 2.10 – Complémentarité de l’utilisation d’OpticStudio et de l’implémentation Python pour la modélisation du prototype expérimental intégrant une caméra plénoptique de Raytrix. (images des logos prises de [153–155]).
tiques simulées et expérimentales, tel que celles montrées à la Figure 2.9. Enfin, ce processus expérimental inclut des nouvelles étapes d’acquisition et de traitement d’images plénoptiques qui seront détaillées dans le Chapitre 4. Ce chapitre complètera d’ailleurs cette section-ci avec l’information pertinente à la construction et l’utilisation du montage expérimental.
Chapitre 3
Simulating imaging-based
tomographic systems using optical
design software for resolving 3D
structures of translucent media
Madison Rilling1,2,3,4, Louis Archambault1,2,3 and Simon Thibault1,4
1Département de physique, de génie physique et d’optique, Faculté des sciences et de génie, Université Laval, 1045, av. de la Médecine, Québec, QC G1V 0A6, Canada
2Centre de recherche du CHU de Québec-Université Laval, Hôtel-Dieu de Québec, 11 Côte du Palais, Québec, QC G1R 2J6, Canada
3Axe oncologie - Centre de recherche sur le cancer de l’Université Laval, 9 rue McMahon, Québec, QC G1R 3S3, Canada
4Centre d’optique, photonique et laser, Université Laval, 2375 rue de la Terrasse, Québec, QC G1V 0A6, Canada
3.1
Résumé
La tomographie par optique imageante suscite de plus en plus d’intérêt comme technique de mesure de la forme 3D de volumes translucides, particulièrement pour des applications en radiothérapie externe et pour l’étude de processus de combustion. Cependant, la conception de prototypes expérimentaux à cet effet est demandante en temps et en argent, et souvent un prototype est construit sans la certitude que les composants optiques intégrés à celui-ci soient optimaux pour l’application en question. Dans cet article, nous présentons une méthode utilisant les fonctionnalités d’un logiciel de design optique qui permet la simulation complète de systèmes tomographiques à optique imageante. L’approche proposée permet une modé-
lisation réaliste du processus d’imagerie en profitant du tracé réel de rayons du logiciel de conception Zemax OpticStudio®. La méthode a été validée dans le contexte de la dosimétrie à scintillation volumétrique. Un prototype virtuel de multiples caméras positionnées autour d’un volume cubique de scintillateur plastique a été établi, puis des projections de la distri- bution lumineuse, telle que serait émise par le volume irradié, ont été simulées. La flexibilité du processus de modélisation et simulation présenté a permis l’évaluation et la comparaison de la performance tomographique de caméras standards et plénoptiques pour la reconstruc- tion d’une distributions de dose de radiation clinique. La polyvalence de la méthode proposée offre la possibilité de faciliter le processus de développement et d’optimisation des systèmes d’imagerie utilisés dans les applications de tomographie à émission volumétrique.