Qu'est-ce que la lumière parasite ?

La lumière parasite est la lumière indésirable et fortuite qui interfère avec les capteurs d'un système optique. Pensez aux rayons de soleil qui créent de petites taches sur des photos d'extérieur ou aux bougies supplémentaires qui flottent sur les vidéos de gâteaux d'anniversaire. Toute lumière imprévue qui atteint l'image finale est considérée comme une lumière parasite et peut affecter les systèmes dans une variété d'applications telles que la réalité augmentée (RA), les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS), la recherche microscopique et l'imagerie spatiale. 

La lumière parasite est provoquée par des sources de lumière extérieure qui pénètrent dans le système et interagissent avec les composants intérieurs. Il existe plusieurs types de lumière parasite, on les définit par la façon dont la brèche lumineuse se manifeste dans le système optique. 

Facteur de flare : en raison de la réflexion interne dans le système, le facteur de flare peut apparaître sous forme de stries ou d'orbes lumineux sur une image. Ce facteur est courant dans les scénarios dans lesquels la lentille est pointée en direction d'une lumière vive. La lumière parasite de l'objectif peut être problématique dans les systèmes d'aide à la conduite dans lesquels la détection précise des objets dépend de l'analyse simultanée de plusieurs caméras.

Fuite de lumière : les écarts et les ouvertures dans le système optique peuvent laisser la lumière pénétrer dans des endroits où elle ne devrait pas. Cette lumière peut provenir de sources extérieures ou de l'intérieur du système et peut réduire le contraste et créer des artefacts sur l'image. Les fuites de lumière sont courantes dans les moniteurs LCD et les écrans d'appareils lorsque les cadres ne sont pas bien ajustés. 

Dispersion : lorsque la lumière interagit avec des particules, des irrégularités de surface ou des composants mécaniques, elle risque de se disperser dans plusieurs directions et de rendre l'image finale floue. Dans les appareils possédant un système optique à plusieurs miroirs, tels que les télescopes et les satellites, toute imperfection de la surface réfléchissante peut créer un effet de dispersion, entraînant des artefacts et du bruit sur l'image finale. 

Images fantômes : les images fantômes sont un résultat spécifique de la dispersion qui se produit lorsque la lumière rebondit entre les éléments optiques, provoquant des réflexions qui créent une légère duplication de l'image primaire. Dans les applications médicales telles que les rayons X, les images fantômes peuvent affecter la précision des mesures et la fiabilité des diagnostics.  

Voile : le voile désigne la perte de contraste qui se produit sur une image si la source lumineuse est étendue et masque les détails. Il peut apparaître sous forme de cercles ou de stries et recouvre souvent des objets lumineux sur l'image. Le voile peut obscurcir la perception dans les environnements industriels dans lesquels les systèmes robotiques effectuent des tâches en fonction de ce qu'ils « voient ». 

La lumière parasite affecte les performances et la précision des systèmes optiques en dégradant la qualité de l'image. Elle peut créer de faux artefacts, déformer les couleurs, affecter les mesures et obscurcir les détails de l'environnement. Dans toutes les industries, l'analyse et la gestion de la lumière parasite sont essentielles pour éviter les problèmes qui peuvent avoir un impact sur la sécurité, la précision et l'efficacité.  

Sécurité automobile : les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) reposent sur plusieurs caméras qui surveillent en permanence l'environnement autour d'un véhicule. La lumière parasite peut entraver la façon dont ces caméras voient et analysent les informations visuelles, ce qui peut altérer le bon fonctionnement de la détection d'objets. 

Perception aérospatiale : la lumière parasite du soleil et d'autres étoiles peut pénétrer dans les télescopes et les satellites et réduire alors la précision de leur collecte de données et compromettre les objectifs de la mission. Les pilotes utilisant l'affichage tête haute (HUD) pour naviguer peuvent également être touchés, car l'éblouissement dû à la lumière parasite peut réduire la lisibilité des informations vitales dans leur ligne de vision.  

Précision médicale : Dans les appareils d'imagerie médicale tels que les scanners IRM, les appareils à rayons X, les dermatoscopes et les systèmes de chirurgie oculaire au laser, la lumière parasite peut créer des artefacts, un faible contraste d'image et des distorsions qui compromettent la précision du diagnostic et la réussite du traitement. 

Expériences RA/RV : l'attrait des réalités numériques provient de l'immersion transparente qu'elles procurent. Lorsque la lumière parasite pénètre dans un système optique de réalité augmentée (RA) ou de réalité virtuelle (RV), elle perturbe l'environnement fictif et a une incidence négative sur l'expérience de l'utilisateur.

Pour éviter ces problèmes, les ingénieurs doivent être en mesure 1) d'identifier la source de lumière parasite, 2) d'en analyser la provenance et 3) de choisir les bonnes options de conception pour résoudre le problème. Les options possibles pour gérer la lumière parasite comprennent l'utilisation de déflecteurs ou de pièges à lumière pour bloquer ou absorber la lumière indésirable, l'apposition de revêtements et de matériaux antireflet sur les surfaces optiques et l'ajout d'écrans et d'ombrages à la lentille pour empêcher la pénétration de lumière.

Dans le passé, l'analyse de la lumière parasite exigeait de posséder un prototype physique. Cela signifiait que la lumière parasite ne pouvait être mesurée qu'à la fin du processus, lorsqu'il était trop tard pour modifier la conception du produit. Des outils tels que les monochromateurs et les spectroradiomètres ont aidé les ingénieurs à comprendre la lumière parasite, néanmoins au détriment et au retard de la construction de l'ensemble de l'appareil. De nos jours, les ingénieurs s'appuient sur un logiciel de simulation optique pour modéliser les systèmes optiques et traiter de manière proactive les implications de la lumière parasite, bien avant la construction d'un prototype physique. 

Logiciel de conception optique et d'opto-mécanique : il est utilisé pour modéliser l'ensemble du système optique, y compris les composants mécaniques tels que les montures de miroir, les supports de boîtier, les ouvertures et les barillets de lentille. Il permet aux ingénieurs d'évaluer le système dans différents scénarios et conditions.

Logiciel Ray Tracing : il est utilisé pour simuler les rayons lumineux traversant un système optique. Le logiciel Ray Tracing aide les ingénieurs à analyser l'impact de la lumière sur la qualité de l'image, en particulier dans les systèmes complexes et distants. 

Logiciel d'analyse d'images : il est utilisé pour analyser les images produites par les systèmes optiques. Ce logiciel peut contribuer à identifier les artefacts créés par la lumière parasite et à évaluer la qualité et l'authenticité de l'image.  

Le logiciel de simulation aide les ingénieurs à réduire la contamination par la lumière parasite dans leurs conceptions de systèmes. En comprenant la source, le comportement et l'impact de la lumière parasite, ils sont en mesure d'optimiser les performances et d'éviter les problèmes potentiels. Ces études proactives de la façon dont la lumière se déplace permettront de fournir de nouvelles informations et d'accélérer l'innovation dans les techniques, les systèmes et les applications optiques. 

Ressources connexes