Ce capteur pourrait bien intégrer les futurs reflex de la marque qui sont dédiés aux prises de vues nocturnes, notamment pour l’astronomie. © Canon
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Ce capteur prend des photos en couleur dans l'obscurité

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Canon a dévoilé un nouveau capteur capable de prendre des photographies en couleur, même dans l'obscurité presque totale, avec un temps d'exposition minimal. Il pourrait être utilisé pour les caméras de sécurité et les véhicules autonomes.

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La photographie, c'est avant tout une histoire de lumière. Quand il n'y en a pas ou peu, cela se complique pour les capteurs optiques. Cela n'empêche pas les différents spécialistes de l'optique de plancher depuis longtemps sur la prise de clichés dans l’obscurité presque totale. Prendre des photos dans le noir, c'est d'ailleurs ce que font avec difficulté les astrophotographes. Il est nécessaire de disposer de temps d'exposition long pour faire pénétrer suffisamment de lumière, ou bien d'exploiter un émetteur infrarouge avec un résultat assez médiocre sur les couleurs.

Canon vient d'apporter sa pierre à l'édifice en mettant au point un nouveau capteur doté de capacités de prises de vues nocturnes exceptionnelles. La marque a amélioré une technologie de capteur baptisée Spad (single photo avalanche diode ou diode à avalanche à photon unique). Au lieu de relever la quantité de photons que les pixels du capteur peuvent absorber sur une période de temps défini, il sait démultiplier les effets de la détection d'un seul photon. C'est pourquoi le phénomène porte le nom de cascade ou d'avalanche. Avec ce procédé, la sensibilité est au final plus de 10 fois supérieure à celle d'un capteur traditionnel. Le capteur de Canon est de 3,2 mégapixels. Cela a l'air ridicule lorsque l'on compare à ce que l'on peut disposer sur un smartphone, mais pour prendre des photos dans l'obscurité, c'est le capteur le plus dense au monde.

Sur ces illustrations, on peut voir un capteur CMOS classique qui va capter un photon avec difficulté, ce qui a pour effet d’engendrer du bruit. Avec le système Spad mis au point par Canon, le photon est démultiplié en cascade, ce qui permet d’obtenir beaucoup d’informations pour la couleur, les détails, etc. © Canon

Voir les couleurs dans le noir

En plus d'améliorer la sensibilité à la lumière, il peut également reconnaître des objets en mesurant le temps nécessaire aux particules lumineuses pour atteindre le capteur. Cela permet de réaliser des captures d'objet en trois dimensions, même dans des conditions de luminosité très faibles et ceci en couleur. Ce capteur dispose d'un autre atout : une fréquence d'obturation ultra-rapide. Sur un capteur CMOS de reflex, l'obturateur vient activer les pixels les uns après les autres. Avec le Spad, on trouve un obturateur global qui sait les activer tous d'un coup. Cela a pour effet de réduire le temps d'exposition à 3,8 nanosecondes. Un temps record pour un capteur conçu pour prendre des photos dans l'obscurité. Avec ce procédé, la fréquence de prises de vues peut culminer à 24.000 clichés par seconde !

Le capteur Spad a pu filmer le déplacement de la lumière à travers de la fumée (voir l’article de Canon pour la vidéo). © Canon

Pour ce qui est des applications, ce type de capteur sera destiné dans un premier temps à des domaines particuliers, comme le secteur de la vidéo surveillance, la réalité augmentée. Il pourrait bien également servir aux voitures autonomes. À terme, le capteur devrait intégrer une prochaine version de l'EOS Ra, un boîtier de réflex apprécié par les astrophotographes.

En tout cas, ce capteur n'en est plus au niveau du prototype puisque, dans son communiqué, Canon indique que ces nouveaux capteurs devraient être produits en masse dès l'an prochain. Canon n'est pas seul à travailler sur un tel capteur nocturne. C'est également le cas de Sony ou de Panasonic qui cherchent eux aussi à produire des capteurs qui pourraient être exploités par des voitures autonomes et des robots spécialisés.

Pour en savoir plus

Canon dévoile un capteur qui pourrait révolutionner la photo numérique et la conduite autonome

Canon a développé le premier capteur Spad au monde avec un million de pixels. Cette définition permettrait de prendre des photos sans bruit, de mesurer la distance des objets et aurait des applications pour les caméras, la robotique et les voitures autonomes.

Article de Edward Back, publié le 1er juin 2021

L'année dernière, Canon avait dévoilé le premier capteur Spad (Single Photon Avalanche Diode ou en français, diodes d'avalanche à photon unique) d'un mégapixel, en association avec des chercheurs suisses. Dans un nouvel article, la firme donne plus d'informations sur cette avancée unique en son genre qui pourrait avoir des répercussions dans de nombreux secteurs.

Comparaison du capteur CMOS, qui souffre de bruit, avec le comptage de photons du Spad. © Canon

Ce nouveau capteur est avant tout destiné à être utilisé en tant que caméra photo et vidéo monochrome. Les capteurs CMOS, habituellement utilisés dans les appareils photos numériques et nos smartphones, mesurent la quantité de lumière de manière analogique, puis convertissent le résultat en signal numérique, ce qui crée beaucoup de « bruit ». Le Spad fonctionne en comptant chaque photon, obtenant ainsi une image d'une clarté inégalée.

Les capteurs Spad conventionnels comparés à celui de Canon. © Canon

Des yeux pour les robots

Pour atteindre une définition d'un million de pixels sans perdre en sensibilité, Canon a réussi à dépasser les limites des capteurs Spad actuels. La firme est parvenue à créer des pixels carrés et à supprimer les espaces entre les pixels afin de capter toute la lumière. Cette technologie est extrêmement rapide, et permet de réduire le temps d'exposition à seulement 3,8 nanosecondes et ainsi de filmer des scènes à 24.000 images par seconde. Canon a ainsi pu créer un clip au ralenti d'un faisceau de lumière qui se déplace à travers de la fumée.

Enfin, ce capteur peut aussi mesurer le temps de vol des photons, comme les capteurs ToF des smartphones et le Lidar de l'iPhone. Cette information supplémentaire permet de voir la scène en trois dimensions avec une définition beaucoup plus élevée que les capteurs actuels. Cela sert notamment pour avoir un autofocus quasi instantané, la réalité augmentée et les voitures autonomes. Canon souligne tout particulièrement l'utilisation pour les robots qui pourraient ainsi voir en 3D. Ce qui est curieux, c'est que Canon a choisi de publier plus de détails un an après l'annonce initiale. Peut-être peut-on espérer voir ce capteur intégrer une voiture ou un robot prochainement ? 

Le capteur Spad a pu filmer le déplacement de la lumière à travers de la fumée (voir l’article de Canon pour la vidéo). © Canon

Le capteur Spad a pu filmer le déplacement de la lumière à travers de la fumée (voir l’article de Canon pour la vidéo). © Canon


Cette caméra ultrarapide capable de photographier les photons est impressionnante

Grâce à une collaboration avec Canon, des chercheurs de l'EPFL ont créé une caméra capable de prendre des photos en 3D avec une vitesse et une définition inégalées. MegaX est tellement rapide qu'elle peut capturer le parcours de photons individuels !

Publié le 25/04/2020 par Edward Back

Des chercheurs de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), en association avec Canon, ont mis au point une caméra d'un nouveau genre. Grâce à des diodes d'avalanche à photon unique (SPAD), MegaX est capable de capturer le parcours de photons individuels avec une définition d'un million de pixels.

MegaX peut enregistrer jusqu'à 24.000 images par seconde, et capter en même temps des objets très sombres et très clairs. « On peut énormément augmenter la dynamique, ce qui n'est pas possible avec une caméra en haute définition » a indiqué le professeur Edoardo Charbon.

Des images en 3D de plusieurs objets simultanément

L'appareil peut également mesurer la durée du trajet d'un photon entre l'objet et la caméra. Cela signifie qu'elle fonctionne comme un capteur de temps de vol (ToF) pour des images en 3D, avec une application notamment en réalité augmentée. De plus MegaX peut détecter plusieurs objets simultanément. Les chercheurs ont pu mesurer en même temps la distance d'une sphère et d'une plaque transparente placée devant, pourtant invisible sur une image 2D.

MegaX n'a pas pour vocation pour l'instant de remplacer les modules photo dans nos smartphones. Le capteur est beaucoup plus grand, chaque pixel mesurant 9 micromètres, contre 0,9 micromètres dans une caméra traditionnelle. « Le but de mes recherches n'est pas forcément d'adapter le modèle MegaX à une caméra conventionnelle, mais créer une caméra 4D (3 dimensions plus le temps) avec le plus de pixels possible afin d'obtenir une résolution plus importante » a déclaré le professeur Edoardo Charbon.

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