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SIGGRAPH : GelSight, un scanner de surfaces très, très haute résolution

Gelsight

Comme chaque année, le SIGGRAPH est l’occasion pour les chercheurs de présenter les dernières avancées sur leurs projets de recherche en cours.
Micah K. Johnson, Edward H. Adelson, Alvin Raj et Forrester Cole du MIT font partie des publications retenues, avec une idée impressionnante et séduisante par son apparente simplicité : GelSight.

Concrètement, leur but est de trouver un système permettant de scanner la topographie d’une surface en haute résolution, de l’ordre du micron. Une sorte de scanner 3D survitaminé, en quelque sorte.
Le problème, c’est que capturer des détails aussi fins pose de gros problèmes selon les surfaces : les détails de la peau (empreinte digitale, pores) seront par exemple difficilement repérables, les effets de subsurface scattering atténuant leur visibilité. Inversement, relever la surface d’un tas de grains de sel, quasi transparents, semble impossible.

La solution proposée par le MIT : GelSight. L’idée est toute simple : une lamelle de matériau gélatineux, dont un des côtés est recouvert d’une fine couche de peinture spéciale.

Gelsight

Ce gel, lorsqu’il entre en contact avec une surface quelconque, va se déformer et épouser le relief. La fine couche peinte sur la surface, en contact avec l’objet, forme donc un double de la topographie de la surface. Comme la BRDF (la façon dont ce matériau réagit à la lumière) de la peinture est connue, exit les problèmes cités plus haut ! Surface mate, glossy ou transparente, le résultat sera le même.
Le système avait déjà été présenté en 2009, mais l’équipe a fait des progrès considérables sur la précision obtenue.

Regardez plutôt :

 

On notera au passage le système d’éclairage destiné à capturer au mieux la surface : à 1 minute 20 dans la première vidéo, la version portable du système est dévoilée. Un éclairage constitué de 6 LED est incorporé en niveau du disque de verre sur lequel GelSight est déposé, éclairant la surface. Un algorithme est ensuite chargé de récupérer la topographie.

Les applications d’un tel système sont énormes : biométrie, avec mesure des empreintes digitales. Investigation, pour analyser les douilles ou balles issues d’une scène de crime et comparer les marques laissées par le pistolet utilisé. Santé, puisque le système peut être suffisamment fin pour être utilisé en endoscopie et chirurgie non invasive, permettant d’inspecter en détails la paroi d’un organe difficilement analysable optiquement. La rapidité du scan autorise tout à fait l’utilisation sur des surfaces qui ne sont pas totalement statiques.

Sur le plan des inconvénients, le principal est la limitation à des surfaces relativement planes localement (sur la zone couverte par le gel), sans gros creux ou bosses, qui risqueraient de ne plus coller au gel, ou de créer des ombres lors de l’éclairage par les LED.

Pour plus d’informations, on se reportera au site d’un des auteurs, qui a mis en ligne la publication du SIGGRAPH.

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