Imagerie radio temps réel : Détection d'objets cachés et à grande vitesse à distance

Méthode m-Widar pour imagerie temps réel

Des chercheurs ont développé une méthode pour utiliser des signaux radio afin de créer des images et vidéos en temps réel d'objets cachés et en mouvement. Le système permet l'imagerie temps réel autour des coins et à travers les murs ainsi que le suivi d'objets rapides tels que des débris spatiaux de taille millimétrique volant à 32 000 km/h — le tout à distance.

La méthode d'imagerie est une variation du radar, qui envoie une impulsion électromagnétique, attend les réflexions et mesure le temps aller-retour pour déterminer la distance à une cible. Le radar multi-sites a généralement un émetteur et plusieurs récepteurs qui reçoivent les échos et les triangulent pour localiser un objet. La nouvelle méthode — appelée m-Widar — utilise plusieurs émetteurs et un seul récepteur.

L'équipe a démontré la technique dans une chambre anéchoïque (sans écho), créant des images d'une scène 3D impliquant une personne se déplaçant derrière une cloison sèche. La puissance de l'émetteur était équivalente à 12 téléphones portables envoyant des signaux simultanément pour créer des images de la cible à une distance d'environ 10 mètres (30 pieds) à travers le panneau mural. Le système actuel a une portée potentielle de plusieurs kilomètres. Avec quelques améliorations, la portée pourrait être bien plus grande, limitée uniquement par la puissance de l'émetteur et la sensibilité du récepteur.

La technique de base est une forme d'imagerie computationnelle connue sous le nom de rendu transitoire, qui existe comme outil de reconstruction d'image depuis 2008. L'idée est d'utiliser un petit échantillon de mesures de signal pour reconstruire des images basées sur des motifs aléatoires et des corrélations. La technique a été utilisée précédemment dans le codage de communications et la gestion de réseau, l'apprentissage automatique et certaines formes avancées d'imagerie.

Questions-Réponses avec le chercheur

Fabio da Silva parle à Tech Briefs à propos de m-Widar.

La nouvelle technique combine le traitement du signal et les techniques de modélisation d'autres domaines pour créer une nouvelle formule mathématique pour reconstruire des images. Chaque émetteur émet différents motifs d'impulsion simultanément dans un type spécifique de séquence aléatoire qui interfèrent dans l'espace et le temps avec les impulsions des autres émetteurs et produisent suffisamment d'informations pour construire une image.

Les antennes émettrices fonctionnaient à des fréquences de 200 mégahertz à 10 gigahertz, environ la moitié supérieure du spectre radio, qui inclut les micro-ondes. Le récepteur consistait en deux antennes connectées à un numériseur de signal. Les données numérisées étaient transférées vers un ordinateur portable et téléchargées vers l'unité de traitement graphique pour reconstruire les images. L'équipe a utilisé la méthode pour reconstruire une scène avec 1,5 milliard d'échantillons par seconde, un taux d'images correspondant de 366 kilohertz (images par seconde). En comparaison, c'est environ 100 à 1 000 fois plus d'images par seconde qu'une caméra vidéo de téléphone portable.

Avec 12 antennes, le système a généré des images de 4096 pixels avec une résolution d'environ 10 centimètres sur une scène de 10 mètres. Cette résolution d'image peut être utile lorsque la sensibilité ou la confidentialité est une préoccupation. La résolution pourrait être améliorée en mettant à niveau le système en utilisant la technologie existante, y compris plus d'antennes émettrices et des générateurs de signaux aléatoires et numériseurs plus rapides. À l'avenir, les images pourraient être améliorées en utilisant l'intrication quantique, dans laquelle les propriétés des signaux radio individuels deviendraient interconnectées.

La nouvelle technique d'imagerie pourrait également être adaptée pour transmettre de la lumière visible au lieu de signaux radio — des lasers ultra-rapides pourraient augmenter la résolution d'image mais perdraient la capacité de pénétrer les murs — ou des ondes sonores utilisées pour les applications d'imagerie sonar et ultrasonore. En plus de l'imagerie des situations d'urgence et des débris spatiaux, la nouvelle méthode pourrait également être utilisée pour mesurer la vitesse des ondes de choc, une métrique clé pour évaluer les explosifs, et pour surveiller les signes vitaux tels que la fréquence cardiaque et la respiration.