En combinant une métasurface optique avec un réseau neuronal, cette caméra conserve la mise au point sur deux kilomètres. © NIST
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Cet appareil photo garde la mise au point sur près de 2 kilomètres !

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Des chercheurs ont réussi à créer un appareil photo avec une profondeur de champ dépassant tout ce qui existe. Grâce à une métasurface optique et un réseau neuronal, ils peuvent créer des images où tous les objets sont parfaitement nets, qu'ils soient placés à quelques centimètres ou à près de deux kilomètres.

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La profondeur de champ est un des éléments de base dans la photographie. Une faible profondeur de champ permet d'obtenir l'effet bokeh sur les selfies, tandis qu'une profondeur de champ plus importante permet de capturer simultanément des éléments au premier plan et à l'arrière-plan. Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology aux États-Unis ont réussi à établir un nouveau record pour la profondeur de champ en s'inspirant des trilobites.

Ces anciens arthropodes marins, disparus depuis 250 millions d'années, avaient des yeux composés particulièrement complexes. L'espèce Dalmanitina socialis, avait des yeux bifocaux, autrement dit qui pouvaient simultanément focaliser de près sur leur proie et au loin pour surveiller la présence de prédateurs. Les chercheurs se sont inspirés de leurs yeux pour créer une caméra capable de focaliser simultanément sur des objets à trois centimètres et à 1,7 kilomètre.

Une métasurface optique pour créer simultanément deux images

Dans leur article publié dans la revue Nature Communications, ils détaillent comment ils ont intégré une métasurface optique dans un appareil photographique plénoptique, une caméra qui enregistre la direction des rayons lumineux, en plus de l'intensité lumineuse comme un appareil classique. La métasurface est recouverte de piliers en dioxyde de titane nanoscopiques, chacune spécifiquement conçue pour manipuler la lumière. Grâce à la géométrie particulière de cette métasurface optique, ils ont pu séparer la lumière selon sa polarisation, et ainsi créer deux images. L'une focalisée à quelques centimètres et l'autre à près de deux kilomètres.

Pour les objets situés entre ces deux distances, les chercheurs ont fait appel à un algorithme basé sur un réseau neuronal convolutif. Celui-ci corrige les aberrations induites par la métasurface et permet de créer une image nette sur toute la profondeur de champ. Ce système pourrait un jour être utilisé dans les appareils photo, les microscopes optiques ou encore la vision par ordinateur.

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