Le succès retentissant de chercheurs qui ont réussi à inventer un appareil photo a la taille d’un grain et prend des photos nettes.
La technologie mise en œuvre sur les appareils photo a visiblement diminué et, surtout depuis l’arrivée des smartphones dans le monde, elle atteint des niveaux sans précédent.
Bien qu’elle ait littéralement la taille d’un grain de sel, la nouvelle microcaméra mise au point par des chercheurs de l’université de Princeton est capable de prendre des photos avec une résolution nette et des couleurs comparables à celles prises par des appareils photo des milliers de fois plus grands.
Le dispositif extrêmement petit y parvient grâce à 1,6 million d'”yeux” internes, chacun de la taille d’une cellule. Ceux-ci recouvrent une partie de l’appareil photo le long de ce que les chercheurs appellent sa “métasurface”.
Les applications potentielles évidentes de cette super microcaméra comprennent l’imagerie médicale au moyen de sondes dans le corps, l’exploration microscopique, la micro-robotique et peut-être de nouveaux appareils photo grand public ultracompacts.
Les microcaméras existent depuis un certain temps, mais elles ont rarement offert une bonne qualité d’image. Elle a souvent été affaiblie par les limites fondamentales de la physique des lentilles ultra-petites qui capturent la lumière de manière suffisamment efficace pour obtenir des images nettes.
Par exemple, les appareils photo normaux dépendent normalement de matrices de lentilles qui focalisent la lumière et ces lentilles doivent avoir une certaine taille, tout comme le dispositif qui les entoure.
Pour contourner ce problème et obtenir des technologies d’appareil photo réellement miniaturisées, une autre méthode était nécessaire. Il s’agit de la “méta-optique”, dans laquelle des nanostructures ultra-petites sont fabriquées pour couvrir une méta-surface.
Chacune de ces minuscules structures capture et réémet des photons de lumière et les transforme en un signal informatique qui peut être reconstruit sous forme d’image.
Les métasurfaces fonctionnent comme les capteurs des appareils photo sans miroir et reflex numériques, mais à une échelle beaucoup plus petite par nœud de nanostructure que les pixels d’un appareil photo de taille moyenne, et bien sûr sans objectif devant elles.
Dans le cas de cette nouvelle micro-caméra, les chercheurs ont mis au point un nouveau type unique de matériau en feuille d’une épaisseur inférieure à la longueur d’onde et ont placé 1,6 million de ces nanostructures, qu’ils appellent ” posts photosensibles “, sur sa surface de 0,5 mm de large.
Les posts individuels de la nanostructure absorbent alors les photons entrants et la métasurface sous-jacente traduit les photons arrivant à chacun des 1,6 million d’entre eux en une gamme de signaux qu’un ordinateur peut reconstruire en images complètes.
Les photos obtenues mesurent jusqu’à 720 x 720 pixels et sont capturées en couleur entre les longueurs d’onde 400 et 700 nm de la lumière naturelle. Les images ont également un champ de vision de 40 degrés et un nombre f de 2. En d’autres termes, ces photos sont comparables à celles prises par un objectif d’appareil photo conventionnel 500 000 fois plus grand que ce micro-dispositif.
La clé pour une photographie efficace est que les chercheurs utilisent de nouveaux algorithmes d’apprentissage automatique pour interpréter les signaux optiques aux pôles de la nanostructure afin de reconstruire des images décentes. Avant ces nouveaux développements, les microcaméras n’obtenaient généralement pas de bons résultats.
Le nouvel appareil photo des chercheurs de Princeton donne de bien meilleurs résultats, comme le montrent les images comparatives ci-dessous.
L’un des chercheurs impliqués, Ethan Tsen, étudiant en doctorat, a expliqué que “c’est un défi parce qu’il y a des millions de ces minuscules microstructures et qu’il n’est pas évident de les concevoir de manière optimale”.
L’auteur principal de ce projet de recherche, Felix Heide, a également déclaré que ses collègues et lui développent actuellement de meilleures capacités informatiques pour l’appareil photo afin qu’il produise non seulement des images de meilleure qualité, mais aussi qu’il développe la détection d’objets.
Potentiellement, avec un développement suffisant, la nouvelle optique de métasurface de cette dernière microcaméra pourrait être appliquée à presque n’importe quelle surface pour lui donner des capacités d’enregistrement photographique. C’est en soi une idée terrifiante.
Tous les détails de la mise au point de l’appareil photo et de ses microsurfaces par les chercheurs ont été publiés dans la revue Nature.
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