La nouvelle caméra peut voir dans les coins

Au cours des dernières années, les caméras à un pixel ont commencé à révolutionner le domaine de l'imagerie. Ces dispositifs contre-intuitifs produisent des images haute résolution en utilisant un seul pixel pour détecter la lumière. Ils n'ont pas besoin d'objectifs, les images ne présentent aucune des distorsions produites par les objectifs et l'image entière est toujours nette. Les physiciens les ont utilisés pour faire des films et même pour créer des images 3D.

Et cela soulève une question intéressante : combien de plus ces appareils peuvent-ils faire ?

Aujourd'hui, nous obtenons une sorte de réponse grâce au travail de Bin Bai et co à l'Université Xi'an Jiaotong en Chine, qui ont construit un appareil photo à un seul pixel qui peut voir dans les coins. Leur nouvel appareil peut photographier des objets même lorsqu'ils ne sont pas en vue directe.

La technique est similaire à celle utilisée avec d'autres caméras à pixel unique. L'astuce consiste d'abord à randomiser la lumière détectée par le pixel, à enregistrer l'intensité lumineuse résultante, puis à répéter ce processus des milliers de fois.

Il est facile de penser que cette randomisation rend la tâche de créer une image encore plus difficile, mais l'inverse est vrai.

Le processus de randomisation modifie l'intensité de la lumière chaque fois que le pixel l'enregistre. Ces différences d'intensité ne sont pas aléatoires mais plutôt corrélées avec la scène devant le pixel. Ainsi, produire une image consiste simplement à extraire ces données pour trouver la corrélation. Et plus il y a de données collectées, meilleure est l'image.

Ainsi, en enregistrant plusieurs fois l'intensité de la lumière, il est possible de créer une image haute résolution avec un seul pixel.

Et c'est ainsi que Bin et co ont utilisé leur appareil photo pour regarder les coins ronds. Ce qu'ils veulent dire par là, c'est qu'ils ont produit une image en utilisant la lumière d'un objet dispersé sur un mur. Le pixel enregistre la lumière diffusée mais ne peut pas voir l'objet directement.

La configuration est simple. L'équipe commence par éclairer un avion jouet avec la lumière d'un projecteur qui projette un motif aléatoire de carrés illuminés. Ce motif aléatoire change à chaque exposition.

L'avion est à côté d'un mur diffus blanc qui diffuse la lumière vers un seul pixel qui ne peut pas voir l'avion autrement. Ce pixel enregistre l'intensité lumineuse du mur. L'équipe répète ce processus d'imagerie quelque 50 000 fois. Enfin, l'équipe utilise un algorithme d'exploration de données pour analyser l'ensemble de données résultant et créer l'image de l'avion présenté ici.

Les résultats sont impressionnants. Tous les résultats montrent que la caméra à un seul pixel peut imager l'objet diffus lorsque la caméra ne peut pas regarder l'objet directement, disent Bin et co.

L'avion est clairement visible sur l'image et l'équipe affirme que d'autres améliorations sont possibles, par exemple en optimisant l'algorithme et en réduisant la taille des carrés dans le motif aléatoire de la lumière projetée. Lorsque la taille des motifs de chatoiement devient plus petite, la résolution de l'image devient plus élevée, disons Bin et co.

Une question intéressante est de savoir à quelle vitesse il est possible de prendre 50 000 images, car cela impose une limite importante à la façon dont la caméra peut imager des objets en mouvement.

L'équipe chinoise ne suggère pas d'applications potentielles pour l'appareil, mais il n'est pas difficile de penser à la manière dont il pourrait être utilisé. Les caméras à un pixel sont minuscules, simples à fabriquer et peu coûteuses à construire.

D'une manière ou d'une autre, les caméras à pixel unique devraient avoir un impact significatif dans un avenir pas trop lointain.

Réf : arxiv.org/abs/1612.07120 : Imagerie autour des coins avec un détecteur à pixel unique par imagerie fantôme computationnelle

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