Système d’acquisition et de transmission d’images tout optique à ultra longue distance

Avec la croissance exponentielle des données à l’échelle mondiale, la demande d’acquisition à grande vitesse et de transmission longue distance de données multidimensionnelles augmente. La vidéosurveillance en ligne dans des secteurs comme la fabrication industrielle a considérablement augmenté la productivité tout en atténuant les risques de sécurité. Les appels vidéo mondiaux en temps réel ont révolutionné la vie quotidienne des gens.

Les systèmes existants peuvent exploiter des détecteurs hautes performances, des capteurs d’image et d’autres technologies pour collecter des informations porteuses telles que la lumière, le son et les micro-ondes. Ces données sont ensuite retransmises à l’opérateur via divers supports tels que les câbles, les réseaux, les communications sans fil et les fibres optiques.

Cependant, dans les scénarios où des zones étroites ou difficiles d’accès nécessitent une observation, l’équipement d’acquisition frontal et les circuits électroniques (pour des tâches telles que la compression, le codage et la modulation des informations) sont essentiels pour traiter les données avant la transmission. Cela impose des exigences spécifiques en matière de rapidité d’exécution du système et de résistance aux interférences.

Ces dernières années, la fibre optique a été largement adoptée dans la transmission de données en raison de sa faible perte de transmission et de sa capacité élevée. Bien que des technologies telles que le multiplexage par répartition en longueur d’onde (WDM) et le multiplexage par répartition spatiale (SDM) utilisant des fibres optiques multicœurs aient considérablement amélioré la capacité et l’efficacité de la transmission du système, le processus de transmission nécessite toujours plusieurs conversions de signaux.

L’acquisition et la transmission entièrement optiques permettent le transfert des informations d’image d’un bout à l’autre à la vitesse de la lumière sans avoir besoin de composants électroniques supplémentaires.

Les faisceaux de fibres optiques peuvent convertir et transmettre directement des champs lumineux bidimensionnels de bout en bout, ce qui les rend cruciaux dans les environnements extrêmes tels que les zones inaccessibles et obscurcies comme l’aérospatiale, la production industrielle et les soins de santé. Cependant, les faisceaux de fibres optiques sont généralement limités en longueur, coûteux et confrontés à des difficultés pour garantir la qualité lors de la transmission de données longue distance en raison de contraintes de fabrication.

Les chercheurs ont développé divers réseaux entièrement optiques pour des tâches telles que la collecte d’informations, la transmission cryptée et la classification d’images, qui devraient soutenir les communications de nouvelle génération.

Néanmoins, ces systèmes rencontrent des obstacles pratiques lors de leur déploiement et ne sont généralement compatibles qu’avec des sources de lumière cohérente telles que les lasers. Il existe donc un besoin urgent d’un système d’acquisition et de transmission d’images efficace, de grande capacité et résistant aux interférences.

Dans un nouvelle étude Publié dans Avancées opto-électroniquesles chercheurs ont proposé un système monobloc d’acquisition et de transmission parallèle multiplexé entièrement par fibre appelé Système d’acquisition et de transmission d’images par fibre multicœur (MFAT) pour relever les défis mentionnés ci-dessus.

La conception frontale, dépourvue de circuits électroniques, évite la nécessité de processus complexes de conversion de signal, ce qui la rend adaptée à divers environnements et résistante au bruit provenant de sources lumineuses incohérentes. Les données d’image sont codées dans le domaine optique via un couplage par fibre optique.

Les caractéristiques multicanaux des fibres optiques multicœurs facilitent une transmission de haute capacité et de haute qualité. De plus, la technologie d’ouverture numérique permet la récupération et la reconstruction d’images à partir d’une image du plan final qui masque entièrement les informations originales, permettant ainsi une reconstruction de scène en temps réel à des distances allant jusqu’à un kilomètre.

Le processus d’acquisition et de transmission d’images comprend deux étapes principales : l’encodage et le décodage. La phase de codage repose sur le principe de l’excitation du mode de propagation de la fibre, dans lequel différents angles de lumière incidente atteignant les faces d’extrémité de cœurs de fibre distincts excitent différents modes de propagation.

Dans la plupart des environnements naturels, le motif au sein de chaque canal de cœur de fibre peut être perçu comme un composite de tous les points d’objet excitant divers modes. Par conséquent, les informations provenant du champ lumineux incident sont codées dans les composantes spatiales et modales de la fibre multicœur pour la transmission. Cependant, déterminer avec précision l’occupation de chaque mode est généralement difficile et nécessite des ressources informatiques importantes.

Pour résoudre ce problème, l’étude introduit une technique de décodage d’ouverture numérique rentable basée sur des méthodologies de traitement d’image pour faciliter une reconstruction rapide. En extrayant et en calculant des valeurs de caractéristiques pour différentes régions de cœur de fibre, il est possible de décoder diverses informations spatiales dans la dimension des modes de transmission par fibre.

Cette recherche présente les performances du système dans les modes de transmission directe d’images et de transmission d’images codées. Le mode de transmission directe d’images permet une observation directe de la scène à l’extrémité distante, tandis que la transmission d’images codées peut être intégrée à des techniques de codage numérique pour permettre une transmission cryptée de données multidimensionnelles.

Le multiplexage simultané des canaux temporels et spatiaux améliore considérablement la capacité de transmission. De plus, la fusion des techniques de polarisation, de longueur d’onde et d’autres techniques de multiplexage de canal augmente encore la capacité de transmission du système.

L’étude se penche également sur les facteurs influençant l’efficacité de la reconstruction du système, tels que les variations de température, la flexion et la robustesse des algorithmes. La solution proposée présente une valeur d’application significative dans l’acquisition et la transmission d’images longue distance, en particulier dans des environnements extrêmes.

La structure compacte résistante aux interférences constitue la base de la transmission de flux multimédias mondiaux en temps réel à grande vitesse. L’exploration et l’utilisation d’informations plus multidimensionnelles, associées à des algorithmes avancés, présentent le potentiel de développer des systèmes de transmission parallèle tout optique de nouvelle génération.