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FlatCam, l'appareil photo sans objectif plus fin qu'une pièce de monnaie

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Se basant sur un procédé technique hérité de la chambre noire, des chercheurs nord-américains ont créé un appareil photo plus fin qu'une pièce de monnaie. Bien qu'il nécessite encore d'être développé, le FlatCam ouvre la voie à la création d'appareils photo-vidéo extrêmement fins et flexibles qui pourraient être intégrés de manière inédite pour de nombreux usages.

À gauche, l’appareil photo FlatCam de l’université Rice. À droite, un appareil photo-vidéo muni d’un objectif comme on en trouve sur les smartphones. La différence d’encombrement est impressionnante, mais la qualité d’image n’est, pour le moment, pas comparable. © Rice University, YouTube

Les smartphones ont contribué à d'énormes avancées en matière de miniaturisation et de performances des capteurs photo-vidéo. « Mais ils [les capteurs photo des smartphones, NDLR] ont tous besoin d'un objectif et l'assemblage nécessaire pour l'intégrer augmente leur coût », estiment des chercheurs de l'université Rice (États-Unis). Ces derniers ont poussé encore plus loin la finesse envisageable pour un appareil photo. Leur prototype baptisé FlatCam se résume à un capteur d'images recouvert d'un masque codé qui remplace l'objectif. Le tout est moins épais qu'une pièce de monnaie.

Ce dispositif tire son inspiration technique du sténopé ou chambre noire. Mais, à la place d'un seul orifice, le capteur d'image est surmonté d'un masque à ouverture codée. Cette fine plaque est percée d'une série de trous répartis selon un motif précis et dont chacun joue le même rôle que le petit orifice de la chambre noire, envoyant une image complète sur l'ensemble du capteur. L'image résultante est donc brouillée mais un calcul, tenant compte du motif des trous, peut reconstituer l'image. Le procédé peut paraître complexe mais c'est de cette manière que fonctionnent les capteurs de rayons X et gamma d'instruments astronomiques, comme le télescope du satellite Integral, par exemple.

« Nous pouvons créer des appareils photo courbes ou inclus dans du papier peint. Vous pourriez avoir une caméra sur votre carte bancaire ou bien dans une tablette tactile ultrafine », expliquent les chercheurs cités dans le communiqué de presse. Dans leur article publié sur arXiv, les auteurs estiment que ce type d'appareil photo sans objectif serait particulièrement bien adapté pour des applications de surveillance ou de sauvetage avec des équipements flexibles ou pliables qui pourraient même être jetables. Ils évoquent également un potentiel important dans les domaines de l'Internet des objets, des vêtements connectés ou encore de l'imagerie in vivo en médecine. Les chercheurs précisent que la mise au point peut être modifiée après coup, comme le permet l'appareil photo numérique plénoptique Lytro

L’appareil photo FlatCam conçu à l’université Rice offre une finesse inédite en remplaçant l’objectif par un masque codé. © Jeff Fitlow, Rice University

La définition proposée par l'appareil reste perfectible

« Les FlatCam peuvent être fabriquées comme des microprocesseurs avec la précision, la vitesse et la réduction des coûts correspondantes », commente Ashok Veeraraghavan, professeur adjoint de génie électrique et informatique qui a participé à ce projet. Mais il y a encore du chemin à parcourir pour obtenir un produit vraiment utilisable.

Actuellement, le prototype fonctionnel fabriqué à partir de composants courants (un capteur d'image Sony ICX285) offre une définition de 512 x 512 pixels. Le traitement informatique, qui nécessite une importante puissance de calcul, se fait sur un ordinateur et l'appareil photo n'a pas encore été intégré dans un dispositif autonome. La reconstitution de l'image se fait à une cadence de 10 images par seconde et le délai entre la capture et l'affichage est d'environ 100 millisecondes. « Bien que cela puisse être acceptable pour certaines applications, il y en a beaucoup d'autres, comme la réalité augmentée ou la réalité virtuelle, où ce délai est inacceptable », reconnaissent les chercheurs.

Comme on peut le voir sur les exemples d'images livrés dans la vidéo de démonstration publiée via YouTube, la qualité a encore beaucoup de progrès à faire. Mais l'équipe de l'université Rice se dit confiante de pouvoir l'améliorer en utilisant des méthodes de fabrication plus élaborées et en perfectionnant son algorithme de reconstitution. Par exemple, sur le prototype actuel, la proximité entre le masque et le capteur est contrainte par la présence d'un miroir infrarouge de 0,5 millimètre d'épaisseur qui est placé sur le capteur. Or, les concepteurs du FlatCam pensent qu'il serait possible de fabriquer des capteurs sur lesquels le masque codé serait directement gravé, ce qui permettrait de gagner en finesse et en résolution. À suivre donc...

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