Le ghost imaging temporel : acquérir un signal temporel sans la dimension « temps »

Résultat scientifique Photonique

Le bon sens déconseille de s’intéresser aux phénomènes temporels sans s’équiper d’appareils pour mesurer l’écoulement du temps. Des chercheurs de l’institut Femto-ST ont pourtant mis au point le tout premier dispositif capable d’acquérir un signal temporel, même unique et non reproductible, au moyen d’un capteur qui ne mesure pas le défilement du temps. Inspirée du ghost imaging, cette technique repose sur la modulation d’images aléatoires.

Le ghost imaging consiste à obtenir l’image d’un objet grâce à un détecteur ponctuel sans dimension, par exemple en exploitant certaines propriétés quantiques des photons. Les chercheurs de l’institut Femto-ST : Franche-comté électronique mécanique thermique et optique - Sciences et Technologies (CNRS/ CNRS/UFC/UTBM/ENSMM) ont appliqué ces idées non pas dans l’espace, mais dans le temps. Ils reconstruisent ainsi des signaux temporels avec un seul détecteur qui ne possède aucune résolution temporelle, c’est-à-dire qui ne mesure pas le défilement du temps. Une caméra, qui ne prend qu’une image fixe, est placée devant un écran d’ordinateur qui affiche à une certaine cadence une série de motifs aléatoires constitués de pixels binaires (blancs et allumés ou noirs et éteints) dont les propriétés statistiques sont connues.

Pendant le temps de pause de la caméra, grâce à une modulation de la transmission du système d’imagerie, les chercheurs débusquent tout signal temporel (même très faible) dans l’image acquise, en comparant le niveau de ressemblance entre l’image acquise et la série de motifs affichés sur l’écran. Cette technique se révèle prometteuse pour détecter des signaux faibles et non reproductibles. En effet, la mesure unique se fait sur environ un million de pixels, ce qui équivaut à tout autant de mesures simultanées et permet d’améliorer le rapport signal sur bruit. Avec des images aux motifs colorés, les chercheurs parviennent même à acquérir des signaux temporels multispectraux, c’est-à-dire de fréquences différentes superposées.

Ces travaux sont financés par le Labex Action

© Femto-ST

Schéma du dispositif expérimental et du protocole d’imagerie d’un signal temporel fantôme. Une séquence d’images binaires, aléatoires et indépendantes est affichée sur un écran d’ordinateur (a), imagée et intégrée dans le temps par une caméra sans résolution temporelle. Pendant le temps de pose de la caméra, la transmission du système d’imagerie est modulée par le signal temporel (b) qui se trouve alors dissimulé dans l’image intégrée par la caméra (c).

Références :

Computational temporal ghost imaging
F. Devaux, P.-A. Moreau, S. Denis and E. Lantz 
Optica - Vol. 3, Issue 7, pp. 698-701 (2016) 
DOI : 10.1364/OPTICA.3.000698 

Contact

Fabrice Devaux
Chercheur
Communication INSIS