Équipe FOTI (Fonctions Optiques et Traitement de l’Information)

Pour tout savoir sur l’équipe de recherche Fonctions Optiques et Traitement de l’Information (FOTI) de l’Institut IRIMAS :

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En bref

L’Équipe de recherche Fonctions Optiques et Traitement de l’Information (FOTI) fait partie du Département Automatique-Signal-Image de l’institut IRIMAS. Ses travaux théoriques et appliqués portent sur l’optique diffractive, la maîtrise des modulateurs spatiaux de lumière et l’imagerie polarimétrique.

Nos recherches couvrent les thèmes suivants :

Imagerie polarimétrique et multispectrale : conception et mise en œuvre de systèmes matériels et logiciels

L’imagerie polarimétrique, c’est-à-dire la prise en compte des caractéristiques de polarisation de la lumière réfléchie ou émise dans l’analyse d’une scène, suscite un vif intérêt depuis une vingtaine années. Nous nous sommes spécialisés dans la conception et la réalisation d’analyseurs d’états de polarisation. L’utilisation de modulateurs à cristaux liquides comme éléments-clés de ces dispositifs rend possible un fonctionnement en temps-réel.

Dans ce cadre, nous avons mis en oeuvre deux dispositifs :

  • un dispositif de laboratoire haute-cadence. Il permet à l’aide d’un seul modulateur de fournir l’information de Stokes complète d’une scène à 234 im/s. Ce dispositif utilise un modulateur dont la pratique nous a appris qu’il présentait de nombreux défauts non compensables (réalisation en 2008).
  • un dispositif portable haute-cadence. Il permet à l’aide d’un seul modulateur de fournir le degré de polarisation imageant d’une scène à 572 im/s. Utilisé en imageur de Stokes complet , il permet d’obtenir l’information complète à 200 im/s (réalisation 2007-2011).

Pour intéressantes qu’elles soient, les images brutes produites par ces dispositifs sont entachées de nombreux artéfacts : il faut notamment corriger par un post-traitement en temps-réel les artéfacts dus au mouvement.  Nous maîtrisons maintenant toute la chaîne depuis la capture des images élémentaires jusqu’à la production de séquences d’images polarimétriques présentables.

Séquence capturée à 240 im/s dans laquelle le degré de polarisation est représenté en saturation de vert.

Séquence capturée à 240 im/s : artéfacts de degré de polarisation dus au mouvement (à gauche), artéfacts de polarisation supprimés (à droite).

Depuis cinq ans, nous avons opté pour une autre technologie d’analyseurs d’états de polarisation, utilisant des matrices de micro-polariseurs. Ils s’avèrent plus simples à mettre en oeuvre que les dispositifs à cristaux liquides. Nos compétences développées dans le domaine des dispositifs à cristaux liquides ont pu être directement transférées pour la caractérisation de ces caméras à micro-polariseurs.

Le recrutement en 2016 d’un nouveau maître de conférences, Pierre-Jean Lapray, a été l’occasion de combiner imageries polarimétrique et multispectrale. Ces travaux sont financés via l’ANR JCJC SPIASI depuis 2018 et la collaboration avec NTNU qu’ils ont suscité via le PHC AURORA 2022.

Ces travaux trouvent tout leur sens par leurs applications possibles et les collaborations industrielles qu’ils permettent.

Étude d'éléments optiques diffractifs (EOD) (nouveaux algorithmes, optimisation, …)

Les éléments optiques diffractifs (EOD) sont les éléments-clés des processeurs optiques. Nous possédons une compétence et une expertise reconnues dans le calcul de ces éléments et ce depuis la fin des années 1970. Les algorithmes de calcul des EOD permettant de fabriquer aujourd’hui des composants de grande qualité, les recherches dans ce domaine sont peu actives actuellement au niveau mondial.

Nous avons développé nos propres logiciels de calcul d’EOD en régime scalaire et vectoriel. L’implantation peut se faire via des techniques de gravure, de dépôt ou de photopolymérisation (implantation d’EOD fixes) ou d’affichage dynamique sur des modulateurs spatiaux de lumière (SLM).

Reconstruction d’EOD de Fresnel affichés à haute cadence. Chaque EOD reconstruit dans un plan différent. La persistance rétinienne créée donc un effet 3D. Tiré de P. Ambs et al., « Image reconstruction using electrooptic holography« , invited talk at IEEE LEOS (2003).

Quelques projets de l’équipe :

  • Enregistrement d’EOD calculés dans des micro/nanostructures
  • EOD pour cellules solaires de 3ème génération (collab. Univ. Strasbourg)
  • Création d’ondes nondiffractantes par SLM
  • Contrôle de la phase d’une onde cohérente à travers un milieu fortement diffusant
  • Imagerie adaptative par SLM avec application à la microscopie
  • Affichage dynamique d’EOD de phase multiniveaux (collab. Univ. Polytech. Catalunya)
  • Affichage dynamique haute cadence d’EOD binaires avec reconstruction 3D (collab. Univ. California San Diego & Thales)
  • Calcul d’EOD avec optimisation multicritères
  • Calcul et mise en ouvre d’EOD pour calculer la transformée de Hough (collab. Univ. California San Diego)
Traitement du signal et métrologie optique (applications : textile et études d’états de surface)

Cette collaboration avec le Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles (LPMT) de l’UHA a débuté il y a une vingtaine d’années. Il s’agit de mettre en œuvre des techniques de contrôle non destructif temps-réel pour l’étude des surfaces textiles, avec des aspects matériels et logiciels, tant au niveau de l’instrumentation que de l’exploitation des données.

Elle s’est traduite par des stagiaires co-encadrés, deux doctorants co-dirigés et des financements (ANR blanche, CPER ETE 2000-2006, CPER MOST 2007-2013).

Conception de processeurs optiques pour la reconnaissance de formes en temps réel

Ce thème est le thème fondateur de l’équipe : le but est ici de réaliser des systèmes intelligents pouvant appréhender en temps réel des situations du monde extérieur, en particulier en reconnaissance des formes. Il s’agissait pour celà d’implanter des fonctions optiques dynamiques, ce qui rejoint la thématiques des EOD mentionnée plus haut.

L’intérêt de la thématique est clairement moins actuel que précédemment quand les promesses des processeurs optiques laissaient entrevoir des perspectives bien supérieures à celles des processeurs électroniques. Dans les faits, les processeurs électroniques ont progressé sans interruption et de telle manière que personne ne songe aujourd’hui à les remplacer par leurs homologues optiques.

Les techniques nécessaires pour la mise en oeuvre de ces processeurs sont en revanche toujours actuelles : nous possédons une expérience et une expertise tout à fait conséquentes dans la caractérisation et la commande de modulateurs à cristaux liquides, ce qui nous a permis de développer notre activité concernant les EOD et l’imagerie polarimétrique.

Membres

Au 28 février 2022, l’équipe est composée de :

Elle est complétée par un doctorant :

  • Guillaume COURTIER (dir. J.P. LAUFFENBURGER, co-encadr. P.J. LAPRAY), Système de navigation basé sur la polarisation de la lumière solaire, soutenance prévue en 2023.

Les thèses de l’équipe

Thèses en coursThèses soutenues
  • Guillaume COURTIER (dir. J.P. LAUFFENBURGER, co-encadr. P.J. LAPRAY), Système de navigation basé sur la polarisation de la lumière solaire, soutenance prévue en 2023.
  • Sumera SATTAR (dir. L. BIGUÉ, co-encadr. A. FOULONNEAU & P.J. LAPRAY), Acquisition conjointe d’images polarimétriques et spectrales pour l’inspection de surfaces (2022)  theses.fr
  • Yilbert GIMENEZ (dir. L. BIGUÉ, co-encadr. A. FOULONNEAU & P.J. LAPRAY), Caractérisation et étalonnage des systèmes d’imagerie de Stokes à matrice de filtres polariseurs (2022) theses.fr
  • Pierre GEMAYEL (dir. P. AMBS & A. DIETERLEN), Optique adaptative par modulateur spatial de lumière en microscopie et holographie (2016) theses.fr .pdf
  • Abbas Kamal Hasan ALBARAZANCHI (dir. P. MEYRUEIS, P. AMBS & P. GÉRARD), Composant diffractif numérique multispectral pour la concentration multifonctionnelle pour des dispositifs photovoltaïque de troisième génération (2016) theses.fr .pdf
  • Pierre MARCONNET (dir. L. BIGUÉ, co-encadr. A. FOULONNEAU), Traitement de séquences d’images paramétriques de Stockes acquises à  haute cadence (2014)
  • Abdel Salam MALEK (dir. J.Y DREAN & L. BIGUÉ, co-encadr. J.F. OSSELIN), Online Fabric Inspection by Image Processing Technology (2012) theses.fr .pdf
  • Luc GENDRE (dir. L. BIGUÉ, co-encadr. A. FOULONNEAU), Conception et réalisation d’un polarimètre de Stokes haute cadence à division temporelle utilisant un unique modulateur à cristaux liquides ferroélectriques pour moduler la polarisation (2011)  theses.fr   .pdf
  • Albéric JAULIN (dir. L. BIGUÉ, co-encadr. A. FOULONNEAU), Imagerie de polarisation haute cadence à l’aide d’un modulateur de lumière à cristaux liquides ferroélectriques (2007)  theses.fr   .pdf
  • Michel TOURLONIAS (dir. L. BIGUÉ & M. RENNER, co-encadr. M.A. BUENO), Caractérisation optique de surfaces textiles : aspects dynamiques et polarimétriques (2005)  theses.fr
  • Alexis MATWYSCHUK (dir. P. AMBS), Étude de processeurs optiques dédiés à la poursuite de cible (2002)  theses.fr
  • Eric HUEBER (dir. P. AMBS), Segmentation d’images par contour actif : implantation optique avec un corrélateur incohérent ombroscopique (2002)  theses.fr   .pdf
  • Sophie LAUT (dir. P. AMBS), Etude et mise en oeuvre d’un processeur optique temps réel pour la transformée de Hough (2001)  theses.fr
  • Christophe STOLZ (dir. P. AMBS), Fonctions optiques dynamiques pour le traitement de l’information (2000)  theses.fr

Collaborations

Notre équipe a développé des collaborations nationales et internationales avec des équipes de recherche du meilleur niveau parmi lesquelles :

Publications

Ci-après quelques publications et actes de conférences de l’équipe. Suivant les préceptes de la science ouverte et dans le respect des règles en vigueur, nous nous efforçons de mettre à disposition en accès libre un maximum de nos travaux :

Publications dans revues internationales à comité de lectureConférences internationales avec actes
      1. S. Sattar, P.-J. Lapray, L. Aksas, A. Foulonneau et L. Bigué, « Snapshot SpectroPolarimetric Imaging using a pair of Filter Array Cameras« , Opt. Eng. 61(4), 043104 (2022).  .pdf (version de l’éditeur)
      2. P.-J. Lapray, J.-B. Thomas et I. Farup, « Bio-Inspired Multimodal Imaging in Reduced Visibility« , Front. Comput. Sc. 3 (2022). .pdf (version de l’éditeur)
      3. G. Courtier, P.-J. Lapray, J.-B. Thomas et I. Farup, « Correlations in Joint Spectral and Polarization Imaging« , Sensors 21 (1), 6 (2021). .pdf (version de l’éditeur)
      4. Y. Gimenez, P.-J. Lapray, A. Foulonneau et L. Bigué, « Calibration algorithms for polarization filter array camera: survey and evaluation« , J. Electron. Imag. 29 (4), 041011 (2020).  .pdf (site de l’éditeur)
      5. P.-J. Lapray, « Exploiting redundancy in color-polarization filter array images for dynamic range enhancement« , Opt. Lett. 45 (19), 5530-5533 (2020).   .pdf (version de l’éditeur)
      6. S. Mihoubi, P.-J. Lapray et L. Bigué, « Survey of Demosaicking Methods for Polarization Filter Array Images », Sensors 18 (11), (2018).  .pdf (version de l’éditeur)
      7. P.-J. Lapray, L. Gendre, A. Foulonneau et L. Bigué, « An FPGA‐based pipeline for micropolarizer array imaging« , Int. J. Circ. Theory and Appl. 46 (9), 1675-1689 (2018).   .pdf (depuis univoak.eu)
      8. P.-J. Lapray, J.-B. Thomas et P. Gouton, « High Dynamic Range Spectral Imaging Pipeline For Multispectral Filter Array Cameras« , Sensors 17 (6), 1281 (2017).  .pdf (version de l’éditeur)
      9. P. Ambs, J. P. Huignard et B. Loiseaux, « Holography« , in Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, Elsevier, (2016).
      10. A. Albarazanchi, P. Gérard, P. Ambs, P. Meyrueis, G.-N. Nguyen et K. Heggarty, « Smart multifunction diffractive lens experimental validation for future PV cell applications« , Opt. Exp. 24 (2), A139-A145 (2016). .pdf (depuis HAL)
      11. P. Gemayel, B. Colicchio, A. Dieterlen et P. Ambs, « Cross-talk compensation of a spatial light modulator for iterative phase retrieval applications« , Appl. Opt. 55 (4), 802-810 (2016).
      12. A. Albarazanchi, P. Gérard, P. Ambs et P. Meyrueis, « Alternative Model of a Subwavelength Diffractive Lens Proposed for PV Cells Applications« , IEEE Photon. Tech. Lett. 27 (12), 1317-1320 (2015). 
      13. A. S. Malek, J.-Y. Drean, L. Bigué et J.-F. Osselin, « Optimization of automated online fabric inspection by Fast Fourier Transform (FFT) and Cross-Correlation« , Textile Res. J. 83 (3), 256-268 (2013).  .pdf (depuis HAL)
      14. L. Gendre, A. Foulonneau et L. Bigué, « Full Stokes polarimetric imaging using a single ferroelectric liquid crystal device« , Opt. Eng. 50 (8), 081209-1-9 (2011). .pdf (depuis univoak.eu)
      15. P. Ambs, « Optical Computing: A 60-Year Adventure« , Advances in Optical Technologies 2010, 372652 (2010).   .pdf (version de l’éditeur)
      16. M. Tourlonias, L. Bigué et M.-A. Bueno, « Contribution of polarimetric imaging for the characterization of fibrous surface properties at different scales« , Opt. Las. Eng. 48 (1), 75-82 (2010). .pdf (depuis HAL)
      17. L. Gendre, A. Foulonneau et L. Bigué, « Imaging linear polarimetry using a single ferroelectric liquid crystal modulator », Appl. Opt. 49 (25), pp. 4687-4699 (2010). .pdf (HAL, version de l’auteur)
      18. A. Jaulin et L. Bigué, « High speed partial Stokes imaging using a ferroelectric liquid crystal modulator », J. Europ. Opt. Soc. Rap. Public. 3, pp. 08019 (08019 p.), (2008). .pdf (site de l’éditeur)
      19. A. Jaulin, L. Bigué et P. Ambs, « High-speed degree-of-polarization imaging with a ferroelectric liquid-crystal modulator », Opt. Eng. 47 (3), pp. 033201 (2008). .pdf (HAL, version de l’éditeur)
      20. M. Tourlonias, L. Bigué et M.-A. Bueno, »Polarimetric measurements of fabric surfaces« , Opt. Eng. 46 (8), pp. 083602 (9 p.), (2007). .pdf (HAL, version de l’éditeur)
      21. M. Tourlonias, M.-A. Bueno, L. Bigué, B. Durand et M. Renner, « Contactless Optical Extensometer for Textile Materials », Experimental Mechanics 45 (5), pp. 420-426 (2005). .pdf (HAL, version de l’auteur)
      22. F. Goudail, P. Terrier, Y. Takakura, L. Bigué, F. Galland et V. Devlaminck, « Target detection with a Liquid Crystal-based passive Stokes polarimeter », Appl. Opt. 43 (2), pp. 274-282 (2004). .pdf (depuis HAL)
      23. E. Hueber, L. Bigué et P. Ambs, »Active Contour Segmentation using a Multichannel Incoherent Optical Correlator« , Appl. Opt. 42 (23), pp. 4681-4687 (2003). .pdf (HAL, version de l’éditeur)
      24. C. Stolz, L. Bigué et P. Ambs, « Implementation of high resolution diffractive optical elements on coupled phase and amplitude spatial light modulators », Appl. Opt. 40 (35), pp. 6415-6424 (2001). .pdf (HAL, version de l’éditeur)
      25. E. Hueber, L. Bigué, P. Réfrégier et P. Ambs, « Optical snake-based segmentation processor with a shadow-casting incoherent correlator« , Opt. Lett. 26 (23), pp. 1852-1854 (2001).  .pdf (HAL, version de l’éditeur)
      26. L. Bigué et P. Ambs, « Optimal multicriteria approach to the iterative Fourier transform algorithm », Appl. Opt. 40 (32), pp. 5886-5893 (2001). .pdf (HAL, version de l’éditeur)
      27. L. Bigué et P. Ambs, « Implementation of optimal trade-off correlation filters with an optimized resolution technique », J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 1 (2), pp. 280-282 (1999). .pdf (site de l’éditeur)
      28. L. Bigué et P. Ambs, « Filter Implementation technique for multicriteria characterization of coding domains in the joint transform correlator », Appl. Opt. 38 (20), pp. 4296-4305 (1999). .pdf (HAL, version de l’éditeur)
  1. L. Aksas, P.-J. Lapray, A. Foulonneau et L. Bigué, « Qualitative and computational performance evaluation of image dehazing based on dark channel prior« , in Unconventional Optical Imaging III, Strasbourg,  SPIE 12136, 12136-86 (2022).
  2. S. Sattar, P.-J. Lapray, A. Foulonneau et L. Bigué, « Review of spectral and polarization imaging systems« , in Unconventional Optical Imaging II, Strasbourg, SPIE 11351 (2020). .pdf (depuis HAL)
  3. Y. Giménez, P.-J. Lapray, A. Foulonneau et L. Bigué, « Calibration for polarization filter array cameras: recent advances« , in Fourteenth International Conference on Quality Control by Artificial Vision, Mulhouse, SPIE 11172 (2019). .pdf (depuis HAL)
  4. P.-J. Lapray, L. Gendre, L. Bigué et A. Foulonneau, « Database of Polarimetric and Multispectral Images in the Visible and NIR Regions« , in Unconventional Optical Imaging, Strasbourg, SPIE 10677, 1067738 (2018).  .pdf (depuis HAL)  base d’images sur github
  5. L. Gendre, S. Bazeille, L. Bigué et C. Cudel, « Interest of polarimetric refocused images calibrated in depth for control by vision« , in Unconventional Optical Imaging, Strasbourg, SPIE 10677, 106771W (2018). .pdf (depuis page de l’auteur)
  6. J. Emery, A. Barjau, B. Dehning, J.-H. Alvarez, P.-J. Lapray et M. Macchini, « Design and validation methodology of the control system for a particle beam size measurement instrument at the CERN laboratory« , in 2017 American Control Conference (ACC), 4221-4228 (2017).
  7. A. Albarazanchi, P. Gerard, P. Ambs et P. Meyrueis, « Design of single layer subwavelength diffractive optical element (G-Fresnel) for spectrum splitting and beam concentration« , in SPIE Photonics Europe, Strasbourg, SPIE 9131 (2014).
  8. M.A. Muda, A. Foulonneau, L. Bigué, H. Sudibyo et D. Sudiana, « Small format optical sensors for measuring vegetation indices in remote sensing applications: A comparative approach« , in IEEE TENCON, Cebu (Philippines) (2012).
  9. L. Bigué, « Implementation of liquid crystal-based polarimeters: trade-off between speed and performance« , in Polarization: Measurement, Analysis, and Remote Sensing X, Baltimore,SPIE 8364, 836409 (2012).  .pdf (HAL, version de l’éditeur)
  10. P. Marconnet, L. Gendre, A. Foulonneau et L. Bigué, « Cancellation of motion artifacts caused by a division-of-time polarimeter« , in Polarization Science and Remote Sensing V, San Diego,SPIE 8160, 81600M (2011).  .pdf (HAL, version de l’éditeur)
  11. L. Gendre, A. Foulonneau et L. Bigué, « Stokes imaging polarimetry using a single ferroelectric liquid crystal modulator« , in Polarization: Measurement, Analysis, and Remote Sensing IX, Orlando, SPIE 7672, 76720B (2010).

Bases de données

L’équipe FOTI met progressivement à disposition ses bases de données d’images, référencées de manière pérenne sur une page dédiée :

Offre de thèse

L’équipe recrute pour l’automne 2023 un doctorant : sujet de thèse prioritaire

Les candidatures doivent être officiellement déposées le 15 mai 2023 17h délai de rigueur, les candidats sont donc appelés à contacter le directeur de thèse ou les co-encadrants avant le 15 avril 2023 pour l’établissement du dossier de candidature.

Offres de stage

Stage M2 portant sur l’imagerie polarimétrique (1er semestre 2024) : stage M1/M2