En coulisse
Peut-on voir à travers les vêtements avec une caméra infrarouge ?
par David Lee
Photographie infrarouge à travers les vêtements : la physique sous-jacente
16/6/2020
Traduction: traduction automatique
Pourquoi ne puis-je pas voir à travers les vêtements avec ma caméra infrarouge ? Une petite leçon de physique sur les nanomètres, la transmittance et l'arséniure d'indium et de gallium.
Avec ma caméra infrarouge, je ne peux pas voir à travers les vêtements. J'ai récemment fait l'expérience. L'occasion en était le smartphone OnePlus 8 Pro, avec lequel cela serait possible sous certaines conditions.
Ce billet amusant ne clarifie pas la question de savoir si l'infrarouge permet généralement de "voir" à travers les matériaux - et si oui, pourquoi. En lisant vos commentaires, je me suis rendu compte que je n'avais moi-même que des demi-connaissances en physique.
Examinons cela de plus près
Qu'est-ce que les couleurs au juste?
Physiquement, les couleurs sont des ondes lumineuses et celles-ci sont un cas particulier d'ondes électromagnétiques. En d'autres termes, il s'agit d'un rayonnement électromagnétique d'une certaine longueur d'onde.
Selon la longueur d'onde, nous voyons une couleur différente. Le spectre des couleurs par longueur d'onde ressemble à ceci :
La longueur d'onde la plus courte que nous pouvons encore voir apparaît en violet. Les longueurs d'onde encore plus courtes sont donc appelées ultraviolets. Elles ne sont cependant pas violettes, mais invisibles. A l'autre extrémité du spectre, les ondes les plus longues visibles sont rouges. Les ondes encore plus longues sont donc appelées infrarouges.
Les longueurs d'onde de la lumière visible sont de l'ordre de trois chiffres en nanomètres (380 à 780 nm). Un nanomètre est un millionième de millimètre ou un millième de micromètre. On peut exprimer les ondes électromagnétiques non seulement en termes de longueur, mais aussi en termes de fréquence. Une onde plus courte a une fréquence plus élevée.
Différents types d'infrarouges, différentes caméras
L'infrarouge couvre la plage de 780 nm à 1 millimètre, soit 1 000 000 nm. Le spectre des ondes est donc beaucoup plus large que celui de la lumière visible. Il est donc courant de diviser les ondes infrarouges en différentes catégories. Il existe plusieurs subdivisions, voici celle qui est la plus courante dans les pays anglophones.
| Désignation | Longueurs d'onde |
|---|---|
| Proche infrarouge (NIR) | 780-1400 nm |
| Infrarouge à courte longueur d'onde (SWIR) | 1400-3000 nm |
| Infrarouge à moyenne longueur d'onde (MWIR) | 3-8 µm |
| Infrarouge à longue longueur d'onde (LWIR) | 8-15 µm |
| Infrarouge lointain (FIR) | 15 µm-1000 µm |
Comme il existe différentes zones infrarouges, il existe également différentes caméras infrarouges.
Une "caméra infrarouge ordinaire", qui permet de réaliser ces images infrarouges typiques de feuilles de plantes blanches, ne peut reproduire que le proche infrarouge. Plus précisément, seulement une partie du proche infrarouge, à savoir les ondes jusqu'à 1100 nm.
La raison en est le photocapteur. Il ne réagit pas aux ondes plus longues. Ce qui, là encore, est lié au matériau semi-conducteur utilisé. Ces caméras infrarouges utilisent les mêmes capteurs que les caméras ordinaires, et le silicium est toujours utilisé.
Les caméras thermiques sont parfois également appelées caméras infrarouges, mais elles couvrent une gamme de longueurs d'onde très différente. Une caméra normale ne peut pas être transformée en caméra thermique. En effet, les caméras thermiques émettent des ondes infrarouges beaucoup plus longues, souvent même des ondes qui ne sont plus du tout infrarouges. Le capteur doit être composé d'un semi-conducteur qui répond à ces longueurs d'onde, par exemple de l'oxyde de vanadium ou du silicium amorphe.
Cette caméra thermique "voit" les longueurs d'onde de 8 à 14 μm. Elle a une résolution de 220 x 160 pixels. Les caméras thermiques ont généralement des résolutions beaucoup plus basses que les caméras normales. Certes, un tel appareil peut en quelque sorte voir sous les vêtements, mais seulement dans le sens où certaines parties du corps sont plus proches des vêtements et apparaissent donc plus chaudes ou sont effectivement plus chaudes.
Une représentation exacte de l'anatomie n'est pas possible. Parfois, l'image d'un capteur photo ordinaire est prise en même temps et mélangée à l'image thermique pour mieux montrer les contours. Mais ces contours ne révèlent rien de caché.
Les smartphones Cat S60 et S61 sont également équipés d'une caméra thermique. Cependant, sa résolution extrêmement faible de 80×60 pixels empêche en principe d'enregistrer des détails trop intimes.
Dans cette comparaison, la photo à l'extrême gauche a été prise avec un appareil photo normal, et au centre avec une "caméra infrarouge normale", c'est-à-dire un appareil photo normal sans filtre anti-IR. La photo à l'extrême droite montre des ondes infrarouges plus longues qui ne peuvent être capturées qu'avec une caméra SWIR spéciale. Une caractéristique typique des photos SWIR est que toutes les personnes ont la peau noire. Les caméras SWIR ont un capteur en arséniure d'indium et de gallium. Elles ne disposent également que d'une très faible résolution. Pour réaliser un tel portrait, il faut prendre de très nombreuses photos et les assembler comme pour un panorama.
Réfléchissants, absorbants et transparents
La plupart des couleurs que nous voyons ne sont pas des sources de lumière directe, mais de la lumière réfléchie. La couleur d'une surface est due au fait que seules certaines longueurs d'onde sont réfléchies. Une orange réfléchit les longueurs d'onde comprises entre 630 et 590 nm et absorbe le reste. Un papier blanc réfléchit toutes les longueurs d'onde visibles, car le blanc est la somme de toutes les couleurs de la lumière. Inversement, le noir ne réfléchit rien, il absorbe tout.
Il existe également des matériaux qui n'absorbent ni ne réfléchissent la lumière. Ils sont transparents.
De nombreux matériaux laissent passer certaines longueurs d'onde et pas d'autres. Par exemple, le verre est transparent à la lumière visible, mais bloque la plus grande partie des ultraviolets. Vous le remarquerez en n'attrapant pas de coup de soleil derrière une vitre.
Existe-t-il également des matériaux opaques à la lumière visible mais transparents aux infrarouges ? Logique : le filtre passe-partout infrarouge pour l'objectif.
Existe-t-il des vêtements perméables aux infrarouges ?
La question passionnante est maintenant de savoir s'il existe des matériaux qui agissent comme un filtre passe-IR, y compris pour les vêtements?
Un tissu à travers lequel une caméra IR peut regarder devrait avoir les propriétés suivantes :
- Il devrait être opaque à la lumière visible (380 à 780 nm). En effet, les personnes qui portent des vêtements transparents n'ont manifestement aucun problème à montrer leur peau.
- Il devrait être transparent dans la plage de 780 à 1100 nm. En effet, une caméra infrarouge ordinaire ne peut "voir" que dans cette petite plage d'ondes infrarouges.
Le polyamide 6.6, plus connu sous le nom de nylon, a la propriété d'être transparent à certaines ondes infrarouges. Ce diagramme montre à quelles longueurs d'onde c'est le cas.
Malheureusement, ce spectre - comme tous ceux que j'ai trouvés - ne montre pas la zone exacte qui est pertinente pour la photographie IR. L'unité de mesure utilisée ici est le cm-1, ce qui signifie que 1 divisé par le nombre correspondant donne la longueur d'onde en cm. Le spectre commence à 1/4000 cm-1 = 0,00025 cm, soit 2500 nm. Ainsi, la longueur d'onde la plus courte étudiée est déjà trop longue pour une caméra infrarouge qui couvre la plage 780-1100 nm.
Mon cuissard de vélo est composé de 80 pour cent de polyamide et de 20 pour cent d'élasthanne - un mélange également répandu dans les maillots de bain. Ce tissu n'est pas transparent pour la caméra infrarouge. Même si ce n'est pas du polyamide à 100 pour cent, on peut supposer que les polyamides ne sont pas transparents dans le proche infrarouge.
Conclusion : peu de danger
La couleur visible ne dit rien de l'aspect d'une surface sur l'image infrarouge. Par exemple, des feuilles de plantes vertes apparaissent blanches, mais pas une plante artificielle. Ce qui compte, c'est le matériau. Les vraies plantes contiennent de la chlorophylle, qui réfléchit particulièrement bien les infrarouges.
Un matériau peut être transparent à certaines longueurs d'onde et pas à d'autres ; il est donc théoriquement possible que des vêtements ne soient transparents que dans l'image infrarouge. En pratique, cependant, je n'ai pas encore trouvé de matériau de vêtement pour lequel c'est effectivement le cas.
La situation est différente avec les caméras thermiques : Le rayonnement thermique traverse bien sûr facilement les tissus fins. Mais avec une résolution de 80 x 60 pixels comme celle de la Cat S61, il est impossible d'utiliser une caméra thermique à des fins de voyeurisme.
Les infrarouges à ondes courtes sont difficiles à voir à travers les vêtements, et les infrarouges à ondes longues ne peuvent être visualisés qu'avec des appareils spéciaux et une mauvaise résolution. Je tire donc à nouveau la même conclusion que lors du premier article sur le thème : il n'est pas exclu, mais très improbable, que des caméras infrarouges permettent de dévoiler des parties intimes.
David Lee
Senior Editor
David.Lee@digitecgalaxus.chMon intéret pour l'informatique et l'écriture m'a mené relativement tôt (2000) au journalisme technique. Comment utiliser la technologie sans se faire soi-même utiliser m'intéresse. Dans mon temps libre, j'aime faire de la musique où je compense mon talent moyen avec une passion immense.
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