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Prendre le pouls de l'imperceptible

Michel Alberganti, mis à jour le 18.03.2013 à 9 h 28

Une technologie du MIT révèle les infimes variations de température et de mouvement dans une vidéo. Un logiciel transforme ainsi un simple caméscope en capteur de phénomènes invisibles à l'oeil nu.

Photo : DR

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Notre perception du monde résulte des capacités de nos sens. Ces dernières résultent de l’évolution de l’espèce humaine et nos facultés ont été sélectionnées en fonction de nos besoins vitaux.  

Ainsi, une part très importante de la réalité qui nous entoure reste imperceptible pour nos yeux, nos oreilles, notre odorat et notre toucher. L’exploration de l’univers passe donc par des instruments qui ont pour fonction soit d’amplifier la puissance des signaux afin que nos sens les perçoivent, soit d’élargir la gamme de fréquences captées.

Microscopes, télescopes, microphones fonctionnent ainsi tandis que les techniques de radiographie, d’échographie ou l’IRM nous fournissent également des images inaccessibles sans elles.  

Les révélations du ralenti et de l’accéléré

Au cinéma, les techniques, simples en apparence, de ralenti et d’accéléré nous avaient également révélé un univers inconnu. Les mouvements d’un sportif, l’impact d’une goutte de lait ou d’une balle de fusil. La croissance des plantes, l’ouverture des fleurs, le mouvement des nuages, les variations de lumière au cours d’une journée, le flux des automobiles dans une ville. Tout cela grâce à une modification du temps lors de la prise de vue.

Il suffit d’augmenter ou de diminuer (time lapse) le nombre d’images enregistrées par une caméra à  chaque seconde. Lorsqu’elles sont ensuite visionnées à une cadence de 25 ou 30 images par seconde, on obtient un ralenti ou une accélération du mouvement réel.  

Cela se complique un peu lorsque l’on veut conserver une parfaire fluidité des scènes.  Le film Koyaanisqatsi (1982) a montré que l’on peut atteindre la perfection même pour l'accéléré.  

Variations de couleur et petits mouvements

Mais que se passerait-il si l’on amplifiait les infimes variations de couleur et de mouvement captées par une caméra vidéo enregistre mais qui restent, là encore, hors de portée de nos yeux et de notre cerveau?

Les ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont répondu à cette question en mettant au point un logiciel qui traite la vidéo pour révéler un nouveau monde inconnu. Et le résultat, dont nous vous avons déjà parlé, est assez spectaculaire.

Présenté lors la conférence Siggraph à Los Angeles en juin 2012, la technique a été améliorée depuis par les chercheurs du Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL).

Découverte accidentelle

Au départ, l’équipe de William Freeman, Fredo Durand et John Guttag cherchait uniquement à amplifier les couleurs des images vidéo. Mais leurs premières expériences ont montré que le traitement amplifiait aussi, accidentellement, les mouvements. Ils ont alors cherché à comprendre et sont parvenus à la conclusion que l’amplification du mouvement réclamait un filtrage particulier qui fonctionne sur les petits déplacements. Exactement ceux que traquent les chercheurs.   

Phénomènes surprenants

Le résultat de leurs travaux pourrait trouver de multiples applications pratiques au-delà de la découverte scientifique et de la simple curiosité. Une fois traitée, une vidéo ordinaire révèle en effet des phénomènes surprenants. On voit ainsi la couleur d’un visage modifiée par l’afflux sanguin, à chaque battement de cœur. On détecte la respiration d’un bébé grâce aux mouvements de da poitrine. On peut observer le battement du pouls sur un poignet.  Ou les petits déplacements d’une grue soumise au vent.

Capteur sans contact

Autant d’informations qui peuvent être analysées pour détecter des phénomènes anormaux. La caméra devient alors un capteur sans contact. La surveillance des bébés pourrait bénéficier de ce procédé peu coûteux pour déclencher une alarme en cas d’arrêt de la respiration. Ou d’augmentation de la température. De même, l’observation amplifiée d’une grue pourrait prévenir leurs opérateurs lorsque ses oscillations deviennent trop importantes.  Les chercheurs imaginent même des applications en imagerie par laparoscopie des organes internes à la surveillance à long terme de tous les systèmes soumis à de petits mouvements. Et jusqu’à détecteur de mensonge basé sur les variations du pouls...

Pour l’instant, le programme de traitement de la vidéo mis au point par le MIT est en librement accessible sur le site du projet. Un brevet est en cours et les chercheurs imaginent déjà une application sur téléphone portable qui permettrait à tout le monde de découvrir une nouvelle facette du monde qui nous entoure.

M.A.

Michel Alberganti
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