Brevet FR2123470A1 — publié le 19720908

La présente invention concerne un procédé permettant la formation d'une image tridimensionnelle» La formation d'images tridimensionnelles par la mise en oeuvre de procédés d'holographie résulte d'une 5 technique connue. On peut citer par exemple, l'article de J.D. Redman, W.P.Wolton et E. Shutleworth, paru dans la publication "Nature", Volume 2210, p. 58, éditée en 1968. On peut citer aussi l'article de T. Kasahara, Y. Kimura, R. Hioki et S. Tanaka, paru dans la publication "Japan J. Appl. Phys.", 10 volume 8, page 124, éditée en 1969* et un autre de D.J. De Bitetto, paru dans la publication "Appl. Opt.", volume 8, page 1740, éditée en 1969. Tous les procédés connus ont comme point commun que l'on réalise un certain nombre d'hologrammes, à chacun desquels on associe une des images distinctes rêali-15 sées sous des perspectives différentes. Lorsque ceci a lieu de manière judicieuse, la personne observant l'image voit celle-ci sous la perspective d'enregistrement correspondante, de sorte que la personne a une impression d'espace, c'est-à-dire l'impression de voir une image tridimensionnelle. 20 Des procédés d'holographie plus poussés sont traités par Sun Lu (voir le brevet de la R.F.A. N° 1. 952 105) et par G. Groh et M. Kock' (voir la publication "Appl. Opt.", Volume 9> page 775* éditée en 1970). Suivant ces deux procédés, outre une image virtuelle stéréoscopique, il se 25 forme également une image réelle tridimensiennelle par intégration des images distinctes. Dans tous les procédés précités, on utilise deux faisceaux lumineux cohérents. Le premier faisceau expose l'image distincte à associer à l'hologramme correspondant. 30 Afin de pouvoir enregistrer toute l'information d'image existant dans un petit élément d'hologramme, on pose derrière l'image une plaque de dispersion par laquelle ladite information est répartie régulièrement sur la face d'hologramme. La lumière ainsi dispersée entre en interférence avec la lumière de la 35 source de lumière de référence et est enregistrée par exemple photographiquement. Lors de la "reconstitution", on obtient des images distinctes granulées, à pouvoir de résolution limitée, du fait que par suite de la diffraction, l'ouverture des hologrammes distincts doit être suffisamment grande. Les 40 faibles rendements de diffraction des hologrammes constituent également un inconvénient. A cet inconvénient s'ajoute égale 72 02701 2 2123470 ment celui des frais considérables. Le but de l'invention est de permettre la formation d'images tridimensionnelles à l'aide d'une optique géométrique, mais sans effet holographique. On y parvient du 5 fait que par rayonnement optique, on réalise une série d'images distinctes dont les perspectives diffèrent et dont la géométrie d'enregistrement est reproductible, alors que ces images sont successivement ou simultanément amenées dans leur position originale et exposées alors de manière incohérente par le 10 faisceau rayonnant utilisé lors de l'enregistrement, mais maintenant inversé, ceci ayant, lieu en respectant les mêmes conditions d'enregistrement, de sorte que les conditions d'enregistrement originales sont rétablies de manière univoque et que la superposition de toutes les images fournit une image tridi-15 mensionnelle et permet l'observation stéréoscopique de celle-ci. L'image tridimensionnelle se forme alors par la superposition exacte des contours d'ombre. L'incohérence cîe la lumière peut être spatiale et temporelle. L'image reconstruite est exempte de granulation et sa définition est 20 convenable partout. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fjgure 1 illustre schématiquement la prise 25 d'une série de radiographies réalisées sous des perspectives différentes. La figure 2 illustre schématiquement une possibilité de la prise de radiographies en couche (tomograpnie). La figure 3 montre un agencement pour la 30 formation d'une image tridimensionnelle stationnaire. La figure 4 montre l'agencement de la figure 3, dans lequel on utilise un diaphragme et une lentille de formation d'image pour supprimer la lumière dispersée. Les figures 5a et- 5h montrent un agencement 35 spécial pour former une image tridimensionnelle stationnaire à l'aide d'un équipement immobile» La figure 5c montre un agencement similaire à celui montré sur la figure 5b, la formation de 1'image ayant alors lieu à l'aide d'une couronne de lentilles. 40 La figure 6 montre un agencement similaire 72 02701 3 2123470 à celui montré sur la figure 5b, mais dans lequel on a supprimé la lumière dispersée (comme dans l'agencement montré sur la figure 4). Les figures 7 a et 7b montrent un agencement 5 dans lequel les radiographies sont enregistrées et reconstituées à des endroits différents d'un espace déterminé. Pour expliquer le procédé, le texte ci-après se rapporte à des radiographies. Toutefois* ceci ne limite pas la portée de l'invention, car le procédé permet également 10 la formation d'images correspondantes obtenues à l'aide d'un rayonnement de particules (électrons, protons, etc.), de même que celle d'images optiques et électroniques normales. Sur la figure 1, la source de rayons X suit un mouvement circulaire (cercle 11) parallèlement au plan 14 15 occupé par un film. La source occupant des endroits déterminés (par exemple 12, 13)* elle radiographie l'objet 10, de sorte que finalement on dispose d'une série de radiographies prises sous des perspectives différentes. La géométrie (situation des endroits 12, 13* ...) utilisée pour réaliser ces radiographies doit être 20 exactement définie et pouvoir être reproduite. Le premier avantage de l'invention est la réalisation très facile de radiographies en couche (par exemple de radiographies de sections corporelles où se situe la couche) la profondeur pouvant être choisie librement. La figure 2 25 montre schématiquement l'équipement nécessaire. L'image d'une source 1 fournissant une lumière ponctuelle et qui en soi est un spot de surface suffisamment petite, est, par l'intermédiaire de la lentille 2, reproduite en un point 4 sur le cercle 11'. Lorsque la source 1 est déplacée suivant un cercle 3 autour 30 de l'axe optique de la lentille 2, le point 4 se déplace sur le cercle 11' dont le diamètre correspond à celui du cercle 11 sur la figure 1. Dans le plan 14, on forme successivement les radiographies prises sous des perspectives différentes. Chaque radiographie est alors exposée à un faisceau lumineux dont 35 l'orientation et l'intensité correspondent exactement aux paramètres correspondants du faisceau utilisé pour l'enregistrement. Dans le plan 30 dans lequel l'objet se produit par intégration d'information d'images, on place un détecteur intégrateur, par exemple vin film, et on expose une partie 40 de celui-ci. Ensuite, on échange le transparent contre un 72 02701 4 2123470 nouveau réalisé sous une autre perspective, on déplace la source 1 de façon qu'elle occupe la position exacte, de sorte que le point lumineux 4 corresponde à la position de la source 1 que celle-ci occupait lors de l'enregistrement 5 de cette image spéciale, une nouvelle partie du film était ensuite exposée. Ceci ayant été réalisé pour toutes les radiographies disponibles et le film ayant été développé, on obtient, ccmme dans la tomographie, la section d'objets présentant une définition convenable (contours bien définis), 10 à l'endroit où le film se trouvait. Les sections situées plus en avant et plus en arrière, sont floues. En modifiant l'endroit occupé par le plan 30 et en répétant les opérations précitées, on obtient d'autres sections d'objet, à définition convenable. Ce procédé explique très exactement le prin-15 cipe de base de l'invention. La figure 3 montre un agencement capable de fournir une image tridimensionnelle stationnaire d'un objet 10. L'agencement correspond à celui représenté sur la figure 2, mais la source 1 tourne maintenant à la vitesse angulaires, 20 celle-ci devant être telle que l'image 10 soit exempte de scintillation. Au cours des expériences faites dans le cadre de l'invention, une fréquence comprise entre 20 et 25 Hz s'est avérée très satisfaisante. A la même vitesse angulaire w , on fait tourner par exemple un disque 16, sur lequel les 25 N radiographies 16' sont élaborées de façon qu'au cours d'ure seule révolution du disque, chacune des N radiographies soit exposée une seule fois au faisceau lumineux 5- Ceci signifie donc que le point 4 et le disque 16 tournent en synchronisme. Etant donné que pour une position déterminée de la radiogra-30 phie et du faisceau lumineux, une contribution doit être fournie pour obtenir une image de l'objet 10, la source 1 doit fonctionner sous l'influence d'impulsions, c'est-à-dire que l'exposition des N radiographies a lieu stroboscopiquement à une fréquence N. ^ . Pour N = 20 et (J) -- 25 Hz, il s'agit 35 donc d'une fréquence de 500 Hz ou d'un multiple entier de cette fréquence. La durée des impulsions est fonction du pouvoir de résolution désiré et de la vitesse tangentielle moyenne des images sur le disque 16. L'image 10' de l'objet se forme alors derrière le disque 16 et occupe la position 40 qui avait été occupée par l'objet proprement dit lors de 72 02701 5 2123470 l'enregistrement des radiographies. Lorsque les yeux de la personne effectuant les observations suivent le cercle 11, elle acquiert l'impression stéréoscopique la plus lumineuse de l'objet 10. Des 5 plans (sections) distinct(e)s de l'objet 10 peuvent acquérir une définition convenable à l:aide de faces de détection (planes ou courbes), les sections situées plus à 1'avant et à l'arrière étant floues Grâce à l'agencement représenté sur la figure 4, il est possible de supprimer la lumière de dis-10 persion gênante qui le plus souvent provient du porteur des images enregistrées. Les rayons qui traversent l'image sur le disque 16 se réunissent en 17 et y engendrent l'image de la source de lumière utilisée. La lumière de dispersion éventuelle qui se produit élargit cette image de source, ce qui donne 15 lieu à une réduction du contraste et à une dégradation du pouvoir de résolution. Lorsque pour cette raison, on place en 17 un diaphragme perforé de façon à autoriser uniquement le passage de la lumière associée aux positions discrètes, et qu'à l'aide de la lentille 18 on forme une image du plan 20 du disque 16 dans un plan 16', on obtient en 10 une image dans laquelle le contraste est meilleur. Le procédé peut êcre utilisé également lorsqu'il faut procéder à des transformations angulaires égales de la géométrie d'enregistrement. Pour réduire par 25 exemple de moitié les dimensions des images- radioscopiques, il faut réduire de moitié également les dimensions suivant la figure 2. Un inconvénient de l'agencement décrit ci-dessus est la rotation indispensable de la source 1 (voir la 30 figure 2) et du disque 16. A cet inconvénient s'ajoute celui d'une exposition stroboscopique. Les figures 5a et 5b montrent un agencement qui permet la formation d'une image tridimensionnelle avec des éléments immobiles. Sur la figure 5a, on a représenté 35 deux faisceaux lumineux. Dans un plan 19 dans lequel a eu lieu une séparation de ces faisceaux, on a placé par exemple "une plaque photographique . Les ombres provenant du plan 14 peuvent être enregistrées séparément dans ce plan 19. Ceci a lieu de manière efficace à l'aide d'une lentille de forma-40 tion d'image et en respectant la géométrie, ce qui permet 72 02701 6 2123470 d'éviter'la dégradation de la qualité des images réduites en dimension. La figure 5b montre schématiquement l'exposition de cette couronne d'images à l'aide d'une couronne appropriée de sources 21 fournissant des lumières ponctuelles et occupant géo-5 métriquement les endroits voulus, de sorte que, de nouveau un objet se forme par intégration. Dans un agencement ainsi conçu, si l'on veut éviter une perte du pouvoir de résolution, la dispersion, dans le plan horizontal, de la lumière émise par les sources 21 doit être très faible. Il n'est évidemment pas néees-1C saire de former une couronne d'images dans le plan 19, si on utilise une couronne 19' de lentilles de formation d'images, une lentille projetant alors toujours une petite image partielle du plan 19 vers le plan 20. En présence d'une- ûtfiulticn suffisante, on obtient de nouveau l'image de l'objet 10 15 (voir la figure 5c)* Un autre agencement possible a été représenté schématiquement sur la figure S, L'avantage d'un agencement ainsi conçu, comparé à celui représenté sur les figures 5a à 5c, est le suivant ; les images dans le plan 22 ne doivent pas être 20 réduites aussi fortement, de sorte que les exigences imposées à l'égard des sources 1 ne sont pas aussi sévères. Le diaphragme 17 supprime, comme c'était le cas de l'agencement suivant la figure 4,1a lumière de dispersion éventuelle, ce qui augmente la qualité de l'image. 25 Lorsque le cercle suivant lequel se déplace la source 1' présente par exemple un diamètre suffisamment grand pour que les contours d'ombre distincts puissent être enregistrés séparément dans l'espace, il rj'est plus nécessaire non plus de l'aire mouvoir les images et d! affc-ctuer une exposition strobosco-30 pique. La figure 7a montre un agencement qui permet la formation des images distinctes de l'objet 10 dans le plan 14, alors que la figure 7b montre un agencement de reconstitution possible avec lequel il est possible de reconstituer les faisceaux lumineux de la figure 7a à l'aide d'une seule source de lumière ponctuelle 34 35 d'un diaphragme approprié 33, d'un jeu de miroirs 31,31', 31", 31"', et de lentilles 32 , 32', 32", 32'". Les images bidimensionnelles réalisées sous des perspectives différentes et nécessaires pour la formation de l'im ge tridimensionnelle peuvent être obtenues également à lkide a!un 40 calculatrice électronique qui calcule l'amplitude et l'endroit caractérisant les points d image. 72 02701 7 2123470 REVENDICATIONS 1.- Procédé permettant la formation d'une image tridimensionnelle, caractérisé en ce que par rayonnement optique, on réalise une série d'images distinctes dont les 5 perspectives diffèrent et dont la géométrie d'enregistrement est reproductible , alors que ces images sont successivement ou simultanément amenées dans leur position originale et exposées alors de manière incohérente par le faisceau rayonnant utilisé lors de l'enregistrement mais maintenant inversé, 10 ceci ayant lieu en respectant les mêmes conditions d'enregistrement, de sorte que les conditions d'enregistrement originales sont rétablies de manière univoque et que la superposition de toutes les images fournit une image tridimensionnelle et permet l'observation stéréoscopique de celle-ci. 15 2.- Procédé selon la revendication 1, carac térisé en ce que la géométrie utilisée pour la reproduction des images ne respecte qu'angulairement la géométrie utilisée pour l'enregistrement des images. 3.- Procédé permettant de déterminer des 20 sections se trouvant en profondeur et fournissant des détails de l'objet, ou procédé permettant la réalisation d'enregistrements tomographiques, selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'image tridimensionnelle obtenue est projetée sur un disque opaque ou sur un détecteur approprié. 25 4.- Procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 à 3, caractérisé en ce que par changement rapide et par exposition stroboscopique des images distinctes et par variation simultanée en correspondance de la géométrie d'exposition, la personne effectuant des observations est à 30 même d'observer une image tridimensionnelle stationnaire. 5-- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une lumière de dispersion, qui provient du porteur d'enregistrement ou d'autres composants de l'agencement, est rendue inoffensive par une source de lu-35 mière qui devant la lentille de formation d'image suit un trajet circulaire, et par un disque rotatif placé derrière ladite lentille, l'axe de rotation du disque et l'axe autour duquel tourne la source étant parallèles à l'axe du système optique. 6.- Procédé selon l'une quelconque des 72 02701 8 2123470 revendications 1 à J>, caractérisé en ce que la formation de l'image tridimensionnelle par projection simultanée de toutes les images réalisées sous différentes perspectives est effectuée dans un plan à l'aide de faisceaux lumineux distincts. 5 7.- Procédé selon la revendication 6, caracté risé en ce que la définition étant suffisante, la formation de l'image tridimensionnelle est effectuée par une couronne de lentilles de formation d'image placée derrière le plan. 8.- Procédé selon l'une quelconque des reven- 10 dications 1 à 7, caractérisé en ce que pour supprimer une lumière de dispersion éventuelle et pour former simultanément une image tridimensionnelle, on utilise un agencement dans lequel un diaphragme est placé derrière le plan dans lequel l'image est fermée. 15 9-- Procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 a 3, caractérisé en ce que lors de l'enregistrement des images, la source de lumière est déplacée de façon que les images distinctes soient enregistrées de façon à être séparées dans l'espace, alors que lors de la reconstitution, lesdites 20 images sont superposées simultanément. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les images bidimensionnel-les réalisées sous des perspectives différentes et nécessaires pour former une image tridimensionnelle, sont obtenues à 25 l'aide d'un faisceau de lumière de préférence cohérent, d'un faisceau de rayons X ou d'un faisceau de particules. 11.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les images bidimensionnelles, réalisées sous des perspectives différentes et nécessaires pour former 30 une image tridimensionnelle sont formées à l'aide d'une calculatrice électronique.