Signaux radio Image Objets cachés et Excès de vitesse

Des chercheurs ont mis au point une méthode d'utilisation des signaux radio pour créer des images et des vidéos en temps réel d'objets cachés et en mouvement. Le système permet une imagerie en temps réel dans les coins et à travers les murs, ainsi que le suivi d'objets en mouvement rapide tels que des débris spatiaux de taille millimétrique volant à 20 000 miles par heure, le tout à des distances de sécurité.

La méthode d'imagerie est une variante 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 récepteur.

L'équipe a démontré la technique dans une chambre anéchoïque (sans écho), en réalisant des images d'une scène 3D impliquant une personne se déplaçant derrière une cloison sèche. La puissance de l'émetteur équivalait 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 allant jusqu'à plusieurs kilomètres. Avec quelques améliorations, la portée pourrait être beaucoup 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 modèles et des corrélations aléatoires. La technique a déjà été utilisée dans le codage des communications et la gestion de réseau, l'apprentissage automatique et certaines formes avancées d'imagerie.

Lire une séance de questions-réponses avec le chercheur

Fabio da Silva s'entretient avec les Tech Briefs à propos de m-Widar.

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

Les antennes émettrices fonctionnaient à des fréquences comprises entre 200 mégahertz et 10 gigahertz, soit environ la moitié supérieure du spectre radio, qui comprend les micro-ondes. Le récepteur se composait de deux antennes connectées à un numériseur de signal. Les données numérisées ont été transférées sur 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, une fréquence d'image correspondante de 366 kilohertz (images par seconde). En comparaison, cela représente environ 100 à 1 000 fois plus d'images par seconde qu'une caméra vidéo pour 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 un problème. 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 et numériseurs de signaux aléatoires plus rapides. À l'avenir, les images pourraient être améliorées en utilisant l'intrication quantique, dans laquelle les propriétés des signaux radio individuels seraient interconnectées.

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