Les systèmes de suivi d’objets en mouvement connaissent une évolution significative grâce à une nouvelle méthode tridimensionnelle. Cette innovation, basée sur l’imagerie à pixel unique, offre des perspectives intéressantes pour divers secteurs technologiques.
Une équipe de chercheurs a mis au point une technique de suivi 3D capable de suivre des objets en mouvement rapide avec une précision sans précédent. Cette méthode, qui repose sur l’imagerie à pixel unique, pourrait améliorer considérablement les performances des systèmes de conduite autonome, d’inspection industrielle et de surveillance.
Zihan Geng, responsable de l’équipe de recherche de l’Université Tsinghua en Chine, explique : «Notre approche ne nécessite pas de reconstruire l’image de l’objet pour calculer sa position, ce qui réduit considérablement les coûts de stockage de données et de calcul. Plus précisément, l’acquisition d’une coordonnée 3D ne requiert que 6 octets d’espace de stockage et 2,4 µs de temps de calcul. En réduisant les coûts de calcul et en améliorant l’efficacité, elle pourrait abaisser le coût des équipements nécessaires au suivi à grande vitesse, rendant la technologie plus accessible et permettant de nouvelles applications.»
Des performances exceptionnelles démontrées
L’équipe a démontré une vitesse de suivi plus de 200 fois supérieure à celle des méthodes traditionnelles basées sur la vidéo. Un aspect remarquable de cette méthode est qu’elle ne nécessite aucune information préalable sur le mouvement et peut être exécutée avec des ressources de calcul minimales.
Geng souligne les applications potentielles : «Cette technologie pourrait améliorer les capacités de perception des technologies telles que les voitures autonomes, améliorer les systèmes de surveillance de sécurité et offrir un contrôle plus efficace pour l’inspection industrielle. De plus, cette technique de localisation à grande vitesse peut être utilisée dans la recherche scientifique, comme les études sur la trajectoire de vol des insectes.»
L’imagerie à pixel unique : une approche innovante
L’imagerie à pixel unique est une méthode de calcul qui acquiert des mesures à l’aide d’un seul détecteur, contrairement à la matrice de pixels traditionnelle. Elle implique généralement l’illumination d’une scène avec une séquence de motifs, puis la mesure des valeurs d’intensité correspondantes avec un détecteur à pixel unique.
Pour créer un système d’imagerie à pixel unique plus pratique pour le suivi d’objets, les chercheurs ont mis en œuvre une approche de projection non orthogonale, plus efficace que la méthode orthogonale généralement utilisée. Cela implique la projection de motifs de lumière géométriques sur deux plans non orthogonaux, créant ainsi des coordonnées 3D utilisées pour calculer la position de l’objet. La projection non orthogonale réduit également la taille globale du système, facilitant son assemblage et sa mise en œuvre.
Expérimentation et résultats prometteurs
Après avoir validé leur méthode par des simulations, les chercheurs ont mené des expériences utilisant un dispositif d’imagerie à pixel unique. Ce dispositif comprenait un laser de 532 nm pour l’illumination active, un dispositif à micro-miroirs numériques (DMD) avec un taux de modulation de 20 kHz pour créer les motifs lumineux, et deux détecteurs à pixel unique pour collecter les signaux lumineux.
Pour tester la capacité de suivi, une sphère métallique avec un trou central a été laissée en mouvement le long d’un fil spiralé courbé sous l’effet de la gravité, tout en étant illuminée par des motifs lumineux. Les signaux des détecteurs ont été utilisés pour calculer la position 3D de l’objet, puis une rotation du système de coordonnées a permis d’obtenir la trajectoire de mouvement calculée de l’objet. Avec cette approche, un taux de suivi de 6667 Hz a été atteint avec le DMD à un taux de modulation de 20 kHz.
Perspectives et défis futurs
Les chercheurs reconnaissent que le principal défi de cette technologie réside dans sa limitation actuelle au suivi d’un seul objet. Ils travaillent actuellement au développement de méthodes permettant le suivi de plusieurs objets avec l’imagerie à pixel unique.
L’avenir de cette technologie s’annonce prometteur, avec des applications potentielles dans de nombreux domaines. Son développement continu pourrait ouvrir la voie à des avancées significatives dans les systèmes de perception et de suivi, offrant des solutions plus efficaces et économiques pour une variété d’industries et de domaines de recherche.
Article: H. Zhang, Z. Liu, M. Zhou, Z. Zhang, M. Chen, Z Geng, “Prior-free 3D tracking of a fast-moving object at 6667 frames per second with single-pixel detectors,” Opt. Lett., Vol. 49, Issue 13, pp. 3628-3631 (2024). DOI: https://doi.org/10.1364/OL.521176
