Sujet: Logiciel de conception d'objectifs

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Logiciel de conception d'objectifs

par pjskyman » Vendredi 10 Octobre 2014 11:16

Passionné par l'optique adaptée à la photographie et expert en développement objet, je me suis décidé il y a plus de deux ans maintenant à concevoir un logiciel de simulation d'objectifs. J'en parle ici : http://www.pj-photographie.fr/lens-simulator.

Pour le moment, le logiciel n'a guère évolué. On modélise à l'avance la géométrie des lentilles et autres organes (diaphragme, capteur) en saisissant les écarts respectifs, les rayons de courbure, les types de verre. Puis, on définit également les rayons à tracer en saisissant leur point de départ, leur angle, leur longueur d'onde. Ensuite, le logiciel s'occupe du reste et on peut visualiser instantanément la qualité de convergence des rayons sur le plan capteur.

Le logiciel est conçu de façon à ce qu'on puisse définir des groupes de lentilles à mouvement spécifique afin de reproduire des groupes AF (mouvement longitudinal) ou des groupes VR (mouvement latéral). Une animation est même possible pour admirer les effets de ces mouvements.

Le ray tracing est basé sur une recherche de croisement rayon/dioptre par résolution d'équation, puis une bête formule de réfraction de Snell-Descartes est appliquée grâce notamment à des infos très intéressantes glanées sur http://refractiveindex.info. Pour le moment, seuls les rayons réfractés sont gérés, mais il est prévu à terme de calculer aussi les rayons réfléchis ainsi que la proportion réfraction/réflexion (prenant en compte ou non la polarisation), afin de faire des simulations/vérifications de réflexions internes (ghosts) et des calculs de transmissibilité théorique. Les surfaces asphériques étaient aussi envisagées, mais leur calcul est trop complexe et nécessite une autre approche que celle adoptée pour les surfaces sphériques.

En guise d'illustration, je reprends une image postée initialement dans mon blog :

Image

Il y a quelques mois, Nikon présentait ce qui semblait être une innovation majeure en terme de conception d'objectifs, mais le nom m'échappe. Cela consistait apparemment en un logiciel révolutionnaire censé permettre de concevoir des formules optiques élaborées et surtout aux performances dignes de la concurrence. Peu d'infos techniques ont été données, mais mon petit doigt me dit qu'il s'agissait vraisemblablement d'un système logiciel à recherche génétique.

Qu'est-ce que la génétique a à voir là-dedans ? Non, il ne s'agit pas de génétique, mais de recherche génétique. La nuance est de taille ! Une recherche génétique est une recherche en appliquant un algorithme génétique, c'est-à-dire un algorithme basé sur le fonctionnement de la génétique biologique. Cela consiste essentiellement à créer un lot aléatoire d'objets qu'on appelle première génération, et ce lot est évalué. On y distingue alors les bons individus et les mauvais individus. L'algorithme se poursuit alors en créant une seconde génération contenant :
1. des individus aléatoirement produits pour apporter de la nouveauté ;
2. des individus très bons sélectionnés tels quels ;
3. des individus très bons légèrement modifiés pour tâtonner ;
4. des individus tout neufs créés par mélange entre deux individus très bons.
Les mauvais individus sont éliminés afin de garder un lot à taille constante. Les proportions entre ces opérations peuvent varier suivant le contexte. Dès lors, on peut à nouveau évaluer ce nouveau lot, et ainsi de suite jusqu'à ce qu'aucune amélioration n'intervienne (convergence de l'algorithme).

Cet algorithme révolutionnaire est assez peu utilisé. Pourtant il peut traiter un grand nombre de problèmes. Je ne sais exactement si c'est celui-ci qui est adopté par Nikon. En tout cas, moi, cet algorithme m'intéresse drôlement :-D

Et c'est là que je reviens à mon sujet initial. En imaginant que je poursuive le développement de mon logiciel, que j'y intègre la gestion des dioptres asphériques comme initialement prévu, que j'y implante un module d'évaluation analysant le contraste, la résolution, la distorsion, le vignettage, etc..., je pourrais alors lancer le logiciel avec des critères précis, et celui-ci au bout de quelques heures de calcul pourrait me sortir la formule optique idéale. L'idée est je trouve fort séduisante, en plus d'être un véritable défi personnel.

Plus concrètement, et si on reprend les points numérotés ci-dessus :
1. La génération aléatoire d'une formule optique consisterait à piocher au hasard un nombre de lentilles, de les positionner au hasard, de leur donner un rayon de courbure au hasard et de leur affecter un type de verre au hasard.
2. Rien de spécial.
3. La légère modification consisterait par exemple à modifier légèrement un rayon de courbure d'une lentille, ou un type de verre, ou le positionnement d'une lentille, d'une façon la plus subtile possible afin de ne pas trop s'éloigner de la bonne évaluation obtenue par l'individu initial.
4. Opération pas évidente à mettre en place dans ce contexte, et dont l'intérêt n'est pas spécialement évident, mais il s'agirait de prendre deux formules optiques assez bonnes, et mélanger leur caractéristiques au hasard, afin de produire une formule optique ayant des traits de caractère du premier "parent" et des traits de caractère du second "parent".
Bref, ça ne sera pas évident.

Par exemple, on déciderait d'obtenir un objectif de telle focale et de telle ouverture, en misant surtout sur la résolution et en négligeant la distorsion. Des formules optiques au hasard seraient générées, et le hasard faisant bien les choses, de temps en temps certaines formules optiques se rapprocheraient des critères, permettant ainsi à l'algorithme de trouver pas à pas la formule parfaite. Ou bien, on partirait d'une formule optique connue issue par exemple d'un brevet, et on la peaufinerait.

Ça me paraît extrêmement puissant comme outil. Reste à l'implémenter...

Bien sûr, il y a d'autres approches pour développer des bonnes formules optiques, puisqu'on le fait depuis plus d'un siècle alors que l'informatique n'existait pas. Mais les exigences augmentant sans cesse et la puissance informatique potentielle croissant à grande vitesse, il serait bête de ne pas en profiter, non ?

Si je partage cela ici, c'est avant tout pour me constituer une mise par écrit de mes idées. Mais c'est aussi pour recueillir votre avis éventuels et éclairés, si toutefois la problématique vous touche.

Merci de m'avoir lu jusqu'au bout !

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