ASTRID - Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation Défense

Imagerie de polarisation automatisée – autopol

Imagerie de polarisation automatisée

Les systèmes d’imagerie polarimétriques actifs ont montré leur efficacité dans les contextes militaire et civil. Ils apportent une plus-value importante dans les applications de détection/identification car ils permettent de révéler des contrastes qui n’apparaissent pas dans les images classiques. <br /> <br />

Enjeux et objectifs

Un imageur polarimétrique consiste à illuminer la scène avec une lumière ayant un état de polarisation fixé et à analyser l’état de polarisation de la lumière rétrodiffusée par la scène. Dans la plupart des systèmes actuels, les états accessibles sont en nombre limité et ne peuvent être modifiés. Or des études récentes ont montré qu’il est possible d’augmenter le contraste de manière significative en adaptant les états de polarisation à la scène observée. Ces techniques d’optimisation supposent cependant connues les propriétés polarimétriques de l’objet, ce qui limite leur utilisation pratique. <br /> <br />Afin d’exploiter pleinement le potentiel de ces techniques, il est donc nécessaire de concevoir des systèmes qui s’adaptent de manière automatique à la scène observée. Or si les caractéristiques de la scène ne sont pas connues à l’avance, l’information nécessaire ne peut venir que d’algorithmes permettant de faire l’analyse de l’image. Pour optimiser les performances d’un imageur polarimétrique, la condition essentielle est donc d’intégrer, dans un même système, des algorithmes de segmentation d’image performants et rapides, et un module d'imagerie agile permettant de générer n’importe quel état de polarisation en illumination et en réception. <br /> <br /> <br />

L’objectif du présent projet est de développer un tel système. Le démonstrateur réalisé produira des images polarimétriques à 1.55 µm grâce à une illumination laser. Il intègrera différentes stratégies (automatiques ou semi-supervisées) de pilotage des paramètres de l’instrument (états de polarisation d’illumination et d’analyse) par des algorithmes de segmentation d'images. Pour relever ce défi, le consortium met en commun les compétences d'une équipe académique et d'une équipe industrielle spécialistes d’imagerie polarimétrique, dans ses aspects théoriques et expérimentaux, ainsi que d’une équipe spécialiste des algorithmes de segmentation et de leur application à des images non-conventionnelles.

Le démonstrateur réalisé au cours de ce projet sera le premier imageur polarimétrique au monde à mettre en œuvre de manière conjointe des algorithmes de segmentation d’image et un système agile en polarisation. Il permettra de résoudre des problématiques difficiles en analyse de scènes extérieures telles que le décamouflage, la détection d’obstacles ou d’objets suspects. D’un point de vue plus général, ce projet permettra de développer et de valider une méthodologie innovante de contrôle des états de polarisation par les résultats de segmentation d’image. Les applications de cette avancée s’étendront bien au-delà du domaine de la défense, à des domaines tels que l’imagerie biomédicale, la robotique ou le contrôle industriel. En fin de projet, une étude prospective évaluera ces perspectives.

* Conception de l'imageur infrarouge
* Implémentation de l'imageur
* Conception des algorithmes de segmentation rapide.

* Implementer les stratégies de contrôle sur l'imageur infrarouge
* Valider l'imageur adaptatif sur des scénarios réalistes

* Présentation aux Journées d'imagerie optique non-conventionnelle,
19-20 mars 2013
« Automatic polarimetric imaging system for contrast optimization using non-parametric statistical snake »
G. Anna (a), N. Bertaux (b), F. Galland (b),

Les systèmes d’imagerie polarimétriques actifs ont montré leur efficacité dans les contextes militaire (détection d’objet, décamouflage) et civil (imagerie bio-médicale, contrôle industriel). Ils apportent une plus-value particulièrement importante dans les applications de détection/identification car ils permettent de révéler des contrastes qui n’apparaissent pas dans les images classiques, panchromatiques ou multispectrales.

Un imageur polarimétrique consiste à illuminer la scène avec une lumière ayant un état de polarisation fixé et à analyser l’état de polarisation de la lumière rétrodiffusée par la scène. Dans la plupart des systèmes actuels, les états accessibles sont en nombre limité et ne peuvent être modifiés. Or des études récentes ont montré qu’il est possible d’augmenter le contraste de manière significative en adaptant les états de polarisation à la scène observée. Ces techniques d’optimisation supposent cependant connues les propriétés polarimétriques de l’objet, ce qui limite leur utilisation pratique.

Afin d’exploiter pleinement le potentiel de ces techniques, il est donc nécessaire de concevoir des systèmes qui s’adaptent de manière automatique à la scène observée. Or si les caractéristiques de la scène ne sont pas connues à l’avance, l’information nécessaire ne peut venir que d’algorithmes permettant de faire l’analyse de l’image. Pour optimiser les performances d’un imageur polarimétrique, la condition essentielle est donc d’intégrer, dans un même système, des algorithmes de segmentation d’image performants et rapides, et un module d'imagerie agile permettant de générer n’importe quel état de polarisation en illumination et en réception.

L’objectif du présent projet est de développer un tel système. Le démonstrateur réalisé produira des images polarimétriques à 1.55 µm grâce à une illumination laser. Il intègrera différentes stratégies (automatiques ou semi-supervisées) de pilotage des paramètres de l’instrument (états de polarisation d’illumination et d’analyse) par des algorithmes de segmentation d'images. Pour relever ce défi, le consortium met en commun les compétences d'une équipe académique et d'une équipe industrielle spécialistes d’imagerie polarimétrique, dans ses aspects théoriques et expérimentaux, ainsi que d’une équipe spécialiste des algorithmes de segmentation et de leur application à des images non-conventionnelles.

Le démonstrateur réalisé au cours de ce projet sera le premier imageur polarimétrique au monde à mettre en œuvre de manière conjointe des algorithmes de segmentation d’image et un système agile en polarisation. Il permettra de résoudre des problématiques difficiles en analyse de scènes extérieures telles que le décamouflage, la détection d’obstacles ou d’objets suspects. D’un point de vue plus général, ce projet permettra de développer et de valider une méthodologie innovante de contrôle des états de polarisation par les résultats de segmentation d’image. Les applications de cette avancée s’étendront bien au-delà du domaine de la défense, à des domaines tels que l’imagerie biomédicale, la robotique ou le contrôle industriel. En fin de projet, une étude prospective évaluera ces perspectives.




Coordinateur du projet

Laboratoire Charles Fabry (LCF) (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Thales Research and Technology - France
Institut Fresnel
Laboratoire Charles Fabry (LCF)

Aide de l'ANR 196 233 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2012 - 24 Mois

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