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Amélioration des performances des systèmes d’imagerie panoramiques et Panomorphes


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Résumé:

En raison de leur grand champ de vue, les systèmes d’imagerie panoramiques et Panomorphes sont des cas particuliers du point de vue de la conception optique. Le champ de vue élevé introduit une quantité importante d’aberrations qui doivent être corrigées. Pour obtenir la qualité d’image voulue, les aberrations sont minimisées par l’optimisation de certaines composantes physiques. Cette approche a cependant ses limites. Ce projet a donc pour but d’explorer d’autres techniques qui permettront de dépasser ces limites. Trois types de techniques sont étudiés : les techniques matérielles, logicielles et hybrides. Dans la section des techniques matérielles, le senseur courbé et les lentilles de champ de forme libre sont étudiés. Il est démontré qu’avec ces techniques, il est possible de créer l’effet de meilleur foyer sur toute l’image. De plus, le senseur courbé permet la conception de systèmes monocentriques qui permettent une conception plus simple et des performances accrues. La section des techniques logicielles montre les gains qu’il est possible d’obtenir par le traitement d’image. Malgré la variation importante de la PSF, la déconvolution réussit à améliorer la qualité de l’image en général. La correction de la couleur latérale amène une amélioration complémentaire à la déconvolution. Les deux méthodes sont suffisamment rapides pour envisager une application vidéo. La dernière section présente une technique appelée encodage de front d’onde. Deux méthodes d’optimisation sont présentées, l’optimisation par la MTF et par la variance entre l’image et l’objet. L’optimisation par la variance nécessite plus de temps de calcul, mais considère l’étape de la reconstruction et le bruit, et donne donc de meilleurs résultats. Des simulations sont aussi effectuées pour comparer l’efficacité et le domaine d’application de deux types de masques. Il est montré que le masque cubique est plus efficace pour corriger le défocus et l’astigmatisme et que le masque quartique est plus efficace en présence de coma et de bruit blanc gaussien. En utilisant les informations acquises lors des simulations, un prototype basé sur la lentille IMV1 d’ImmerVision a été fabriqué. Le masque cubique fabriqué présente cependant une rugosité de surface trop importante et les images obtenues sont affectées par le bruit.

Abstract:

Because of their large field of view, panoramic and Panomorph imagers are modules of interest in optical design. An important field of view introduces many aberrations in a system. To obtain the desired image quality, aberrations are generally minimized by the optimization of certain optical components, but this practice has its limits. The goal of this project is hence to investigate other techniques that would allow breaking these limits. Three types of techniques are investigated: hardware, software and hybrid. In the hardware section, the curved sensor and the freeform field lens are analyzed. It is shown that they allow for a best focus effect on the whole image. The curved sensor can also be used to create a monocentric system which simplifies the optical design and gives increased performances compared to the traditional system. In the software section, the gains obtainable by image processing are highlighted. It is shown that even with the important variation of the PSF across the field of view, deconvolution still increases image quality as a whole. Lateral color correction gives additional improvement of the image. Both methods are sufficiently fast to consider a video application. The last section addresses wavefront coding. Two methods of optimization are presented: optimization by the MTF and optimization by the variance between object and image. The optimization by the variance requires more computation time but gives better results because it considers the effect of image reconstruction and noise. In this section, simulations are also used to compare the performances and the applicability of two phase mask types. It is shown that the cubic phase mask is more useful to correct defocus and astigmatism while the quartic phase mask is better for coma and Gaussian white noise. Using the information obtained with the simulations, a prototype based on the IMV1 ImmerVision lens was built. Unfortunately the cubic phase mask manufactured had a surface roughness that was too high and the resulting images are noisy.

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Version 2.3