Imagerie quantitative des milieux complexes

Résumé

En imagerie, on cherche à caractériser un milieu inconnu en le sondant avec une onde puis en analysant les échos réfléchis par le milieu. C’est, par exemple, le principe de l’échographie ultrasonore, de la tomographie par cohérence optique ou de la sismologie par réflexion. Cependant, la propagation des ondes entre les capteurs et le plan focal est souvent dégradée par les hétérogénéités du milieu lui-même. Elles peuvent induire des distorsions des fronts d’onde [1] et des événements de diffusion multiple [2] qui dégradent fortement la résolution et le contraste de l’image. Ces phénomènes constituent donc les limites les plus fondamentales de l’imagerie dans tous les domaines de la physique des ondes.

Figure 1 : Approche matricielle de l’imagerie des milieux complexes. (a) Alors qu’en imagerie conventionnelle, la focalisation des ondes est dégradée en profondeur par les aberrations et la diffusion multiple, l’imagerie matricielle permet de compenser ces phénomènes et d’imager en profondeur les milieux diffusants. Cette approche a été appliquée à (b) l’imagerie optique d’une cornée particulièrement opaque, (c) à la détection de micro-calcifications en échographie, (c) à l’imagerie en profondeur des volcans.

Cependant, l’émergence des réseaux multi-éléments et les progrès récents en science des données ouvrent la voie à une nouvelle révolution en imagerie. Dans ce contexte, nous avons développé une approche matricielle de l’imagerie dans les milieux hétérogènes (Fig. 1). Le formalisme matriciel est en effet un outil idoine pour compenser localement les aberrations sur de grands champs de vision, brisant ainsi les limites actuelles des méthodes de focalisation adaptative [3-5]. Il conduit également au changement de paradigme suivant en imagerie : Alors que la diffusion multiple est généralement considérée comme un cauchemar, l’approche matricielle peut en tirer profit pour une imagerie hautement résolue et ultra-profonde des milieux diffusants [6]. L’imagerie matricielle est également un outil de caractérisation prometteur puisqu’elle peut fournir une tomographie à haute résolution de la vitesse des ondes [7] et des paramètres de diffusion [8,9] ainsi que des paramètres élastiques [10]. Tous ces concepts sont appliqués à la fois à l’optique pour l’imagerie des tissus biologiques [11,12], à l’échographie pour le diagnostic médical [13], au contrôle non destructif pour l’inspection d’aciers polycristallins [14] et à la sismologie pour la surveillance des volcans [15,16] et des failles sismiques [17,18].

D’un point de vue plus fondamental, un formalisme matriciel est particulièrement adéquat pour sonder le transport des ondes dans les milieux fortement diffusants. L’interférence constructive entre des chemins de diffusion réciproques peut ralentir, voire stopper le processus de diffusion [19]. L’approche matricielle constitue alors un outil unique pour mettre en évidence la présence de ces boucles de diffusion récurrente [20].

Membres Permanents

– Alexandre Aubry
– Claude Boccara
– Arnaud Derode
– Mathias Fink
– Pierre Millien
– Claire Prada

Financements

– ERC Consolidator grant - Alexandre Aubry (2019-2024) - REMINISCENCE

Références

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