Vision par ordinateur et reconnaissance de formes cs.CV

Deux clichés du même endroit : l'un pris le matin par un drone, l'autre le soir par un satellite. Sur le premier, des ombres d'arbres ; sur le second, des reflets sur l'eau. C'est comme deux récits d'un même événement dans des dialectes différents : les mots se ressemblent, mais la grammaire diffère.

Un interprète lors de négociations ne capte pas seulement les mots, mais aussi le ton avec lequel ils sont prononcés. S'il se concentre uniquement sur le vocabulaire, il manquera le sarcasme ou la fatigue dans la voix. S'il ne s'attache qu'à l'intonation, il trahira les détails du contrat.

L'électrocardiogramme ressemble à une partition où chaque note est un battement de cœur. Le médecin entend la mélodie et repère les fausses notes — l'arythmie. Mais écouter la partition pendant des heures est épuisant, c'est pourquoi on place un capteur intelligent au chevet du patient.

La paroi de la vessie n'est pas un ballon en caoutchouc. Lorsque l'organe se vide, sa surface se plisse comme du papier froissé, et la tension varie d'un endroit à l'autre. Auparavant, pour mesurer cela, on déposait des points de repère sur le tissu. Mais le colorant lui-même modifie le comportement du tissu vivant, comme une couche de ruban adhésif en trop sur un ballon de baudruche.

Le glioblastome, tumeur cérébrale, est sournois : chez certains patients, le témozolomide fonctionne, chez d'autres, presque pas. La différence réside souvent dans une petite région de l'ADN, le gène MGMT. Si cette région est chimiquement « éteinte » (méthylée), la tumeur répare moins bien ses cellules, et le médicament frappe plus précisément.

Le médecin regarde une image du sein pour repérer une masse suspecte. Si l'image est belle et lisse, mais que la masse a disparu, une telle image ne sert à rien. C'est exactement le problème auquel ont été confrontés les chercheurs qui ont développé une nouvelle méthode pour tester les logiciels de tomographie photoacoustique.

Le tissu cérébral sur une image évoque un ciel d'orage : des taches claires, des creux sombres, des bords flous. La tumeur se cache parmi ces motifs, et le médecin doit en tracer le contour pour planifier une opération ou une radiothérapie. Un mode d'IRM met en évidence l'œdème, un autre le noyau de la tumeur, un troisième les zones mortes.

Dans une pièce sombre, sur une table, se trouvent un pointeur laser, un morceau de verre avec du tissu et une caméra de téléphone ordinaire. La lumière traverse l'échantillon, et sur l'image apparaissent non pas des cellules, mais un motif de bandes claires et sombres, comme l'ombre du feuillage sur un mur.

L'échographie cardiaque, c'est comme une fenêtre sur le compartiment moteur : on voit les cavités se contracter et se relâcher. La question clé est de savoir combien de sang le cœur éjecte à chaque battement. Les médecins calculent cela à la main, et deux spécialistes peuvent diverger de 10 à 15 %.

Dans un village tropical, un laborantin regarde dans l'oculaire d'un microscope : il faut repérer de minuscules œufs de vers dans une goutte de liquide. Le travail est monotone, les yeux se fatiguent, et il est facile de rater un parasite. Or, c'est de cela que dépend l'obtention d'un traitement.

Le cerveau de chaque personne est couvert de circonvolutions, comme une empreinte digitale — avec un motif unique. Lors de la démence, ce motif change, mais pour deux maladies similaires, Alzheimer et la démence à corps de Lewy, les modifications sont presque impossibles à distinguer à l'œil nu. Les médecins ont besoin d'un moyen fiable de les séparer, car les traitements diffèrent.

Le temps qu'il fait dans la rue voisine peut différer du vôtre : près de la rivière, il fait plus frais ; sur l'asphalte, plus chaud ; entre les immeubles, le vent souffle plus fort. Une prévision ordinaire ne voit pas cela : sa maille a la taille d'une ville, pas d'une cour.

Les éruptions solaires — des décharges soudaines d'énergie sur le soleil — peuvent mettre hors service les satellites et les réseaux électriques. Les anciens modèles déclenchaient souvent de fausses alertes ou rataient l'impact réel.

Le médecin fixe une tache gris-blanc sur l'écran. C'est le visage d'un enfant pas encore né. Une ombre au bon endroit, et l'on peut préparer l'opération à temps. Mais cette ombre n'est pas visible pour tous : la fente labiale ou palatine est rare, et un jeune spécialiste peut passer des années sans jamais en voir une.

Un couteau de cuisine et un économe, pris séparément, accomplissent des tâches différentes, mais lorsqu'un cuisinier apprend une nouvelle recette, il saisit souvent le même couteau pour tout. Il semble que le cerveau fasse de même lorsqu'il acquiert une nouvelle compétence de discrimination visuelle.

Les images de galaxies lointaines sont parsemées d'arcs et de taches incurvés : c'est la lumière qui a été déformée en chemin vers nous. Cet effet, prédit par Albert Einstein, agit comme un miroir déformant géant : un amas de galaxies massif déforme les images des sources en arrière-plan.

Pour distinguer une étoile faible au-dessus d'une ville nocturne brillante, les astronomes soustraient une image d'une autre – ils éliminent la lueur des lampadaires. Ils font de même avec les neurones vivants : leurs faibles flashs se noient dans le bruit, mais si l'on soustrait tout ce qui est immuable, il ne reste qu'eux.

Prévoir la météo, c'est un peu comme essayer de prédire où roulera une pierre sur une pente en connaissant la forme de chaque bosse et la force du vent. On se trompe au départ, et une semaine plus tard, l'erreur s'est transformée en véritable tempête. Avant, pour des prévisions précises, il fallait d'énormes ordinateurs et des calculs de plusieurs jours.

Au-dessus des eaux chaudes de l'océan Indien, une immense vague d'air humide se forme toutes les six à huit semaines. Elle se déplace vers l'est à la vitesse d'un piéton, environ cinq mètres par seconde, et fait le tour de la moitié de la planète en quarante à quatre-vingt-dix jours.

Les superbulles sont des géantes cosmiques, comparables à des bulles de savon, mais au lieu d'un film de savon, elles contiennent du gaz raréfié entre les étoiles, et elles ne sont pas gonflées par un souffle, mais par une série d'explosions de supernovae.

Le cerveau d'une personne atteinte de la maladie de Parkinson fonctionne comme un orchestre dont le chef tantôt se fige, tantôt agite sa baguette à contretemps. Les médicaments n'aident pas tout le monde, et les médecins proposent alors la stimulation — de faibles impulsions électriques qui rétablissent le rythme.

Chaque nuit, les radiotélescopes produisent des millions d'images de galaxies lointaines. Impossible de traiter un tel flux à la main. Edwin Hubble classait déjà les galaxies selon leur forme, mais aujourd'hui, des algorithmes intelligents les reconnaissent plus vite. Le problème, c'est que ces algorithmes ont besoin de nombreux exemples annotés par des humains.

Un grain de beauté sur la peau ressemble à une mosaïque de morceaux colorés. Chaque morceau est une petite zone de l'image où la couleur et la texture ne changent presque pas. On appelle ces morceaux des superpixels. Si on les relie par des lignes, on obtient un réseau semblable à un plan de métro : les stations sont les morceaux, et les lignes sont les connexions entre eux.

Quand les médicaments ne suffisent pas contre l'épilepsie, les médecins proposent une opération : retirer la zone du cerveau où naissent les crises. Mais dire à l'avance si cela aidera une personne en particulier est difficile. Les IRM avant l'opération ne montrent que l'état actuel, pas comment le cerveau changera après l'intervention.

Dans un laboratoire où l'on étudie les cristaux, le technicien regarde un écran parsemé de taches lumineuses et fait pivoter lentement l'échantillon, cherchant à obtenir un motif symétrique. Ce travail ressemble à l'accord d'un vieux poste de radio : on tourne le bouton jusqu'à ce que le bruit laisse place à un signal clair. Désormais, cette manette peut être tournée par une machine.

L'air chaud au-dessus de l'asphalte tremble, révélant une surface surchauffée. C'est un peu comme cela que fonctionne une caméra thermique médicale : la peau au-dessus d'une tumeur est souvent légèrement plus chaude que la peau saine – de quelques fractions de degré seulement.

Une image microscopique de tissu, c'est comme une carte de ville : rues, maisons, parcs. Sur une telle carte, un œil expérimenté peut en dire long sur la vie du quartier. Mais que diriez-vous si, à partir de la carte, on pouvait prédire quelles maisons sont animées aujourd'hui et lesquelles sont calmes ?

Le médecin scrute l'image du cerveau : quelque part dans l'enchevêtrement des tissus se cache une tumeur. Un regard saisit les petites taches et les contours, l'autre la forme générale et l'emplacement. L'humain combine les deux, mais sur des centaines d'images, c'est épuisant. Le nouveau programme fait la même chose automatiquement.

Une radiographie du genou atteint d'arthrose ressemble à une carte de territoire où les routes se sont rétrécies et où des bosses ont poussé sur les bas-côtés. Les médecins examinent cette carte et attribuent un score de zéro à quatre selon l'usure de l'articulation. Le problème, c'est que deux spécialistes chevronnés voient souvent la carte différemment : l'un donne un trois, l'autre un quatre.

Un médecin pose rarement un diagnostic après un simple coup d'œil sur une image. Il scrute, zoome, compare avec un atlas, feuillette des articles. Jusqu'à récemment, les réseaux de neurones fonctionnaient différemment : ils voyaient l'image et produisaient immédiatement un texte. Les auteurs de cette nouvelle étude ont décidé de donner du temps et des outils au modèle.

La lumière, en traversant un milieu trouble comme le lait ou un tissu vivant, se diffuse dans toutes les directions. Reconstruire où la lumière a été absorbée plus fortement, c'est comme deviner la forme d'un objet tombé à partir de la flaque qu'il a laissée sur le trottoir.

Un biologiste observe au microscope des dizaines de minuscules sphères cellulaires – des sphéroïdes. À partir d'eux, de minuscules organes miniatures pousseront plus tard. La tâche ressemble à celle d'un boulanger qui évalue si la pâte a bien levé dans chaque moule. Seulement, au lieu de moules, il y a un milieu de culture, et au lieu de pâte, des cellules vivantes.

Le satellite MethaneSAT traque les fuites de méthane — un gaz invisible mais qui réchauffe fortement la planète. Son « nez » est un spectromètre, un instrument qui détecte le plus infime changement de couleur de la lumière traversant l'atmosphère. C'est la trace que laisse le méthane.

Un correcteur relit un manuscrit avant impression. Il ne connaît pas toutes les erreurs possibles, mais il se souvient parfaitement de ce à quoi ressemble un texte impeccable. S'il voit un symbole étrange ou un mot flou, il entoure immédiatement l'endroit en rouge. C'est à peu près ainsi que fonctionne le nouveau programme de vérification des images médicales.

À travers les ondulations de l'eau, les galets au fond d'une piscine semblent décalés et déformés. De la même manière, la gravité de la matière noire invisible courbe la lumière des galaxies lointaines — un phénomène appelé lentille gravitationnelle faible.

La couronne solaire, l'atmosphère externe du Soleil, chauffée à des millions de degrés, brille dans l'ultraviolet, mais ces rayons sont absorbés par l'air et n'atteignent pas la Terre. Les images directes de la couronne depuis l'espace n'existent que depuis les années 1990.

Les ingénieurs fabriquent un alliage pour les concentrateurs solaires en y ajoutant des particules dures — comme des raisins secs dans une pâte, pour qu'elle garde sa forme sous une chaleur extrême. Des raisins trop gros, et le matériau fissure. Avant, les scientifiques les comptaient manuellement sur des images de microscope.

Le cerveau n'apprend pas chaque tâche à partir de zéro : il transfère l'expérience d'une activité à une autre. Mais comment savoir quelles tâches sont réellement apparentées ? Les neuroscientifiques ont eu une idée astucieuse : laisser un réseau artificiel « observer » l'activité cérébrale pendant une tâche, puis tenter de prédire l'activité pendant une autre.

Une masse carbonisée de la taille d'un poing : voilà ce qui reste d'un rouleau de la bibliothèque de la ville romaine d'Herculanum. Il y a deux mille ans, l'éruption du Vésuve l'a enseveli, et depuis, personne n'a lu le texte caché à l'intérieur. Tenter de dérouler physiquement un tel rouleau le réduirait en cendres. Mais désormais, les archéologues n'ont plus besoin de prendre ce risque.

Imaginez : un orchestre philharmonique joue, mais le microphone ne capte qu'un bourdonnement indistinct — un tutti où se mêlent contrebasses, flûtes et timbales. Les physiciens résolvent un problème similaire depuis des décennies en examinant les champs de densité, de température ou d'induction magnétique.