Les capteurs d’image mesurent l’intensité lumineuse, mais l’angle, le spectre et d’autres aspects de la lumière doivent également être extraits pour faire progresser de manière significative la vision artificielle.
Dans Lettres de physique appliquéedes chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison, de l’Université de Washington à St. Louis, et d’OmniVision Technologies mettent en évidence les derniers composants nanostructurés intégrés sur des puces de capteur d’image qui sont les plus susceptibles d’avoir le plus grand impact sur l’imagerie multimodale.
Les développements pourraient permettre aux véhicules autonomes de voir dans les virages au lieu d’une simple ligne droite, à l’imagerie biomédicale de détecter des anomalies à différentes profondeurs de tissus et aux télescopes de voir à travers la poussière interstellaire.
« Les capteurs d’image subiront progressivement une transition pour devenir les yeux artificiels idéaux des machines », a déclaré le co-auteur Yurui Qu, de l’Université du Wisconsin-Madison. « Une évolution tirant parti des réalisations remarquables des capteurs d’imagerie existants est susceptible de générer des impacts plus immédiats. »
Les capteurs d’image, qui convertissent la lumière en signaux électriques, sont composés de millions de pixels sur une seule puce. Le défi est de savoir comment combiner et miniaturiser des composants multifonctionnels dans le cadre du capteur.
Dans leur propre travail, les chercheurs ont détaillé une approche prometteuse pour détecter les spectres multibandes en fabriquant un spectromètre sur puce. Ils ont déposé des filtres à cristaux photoniques constitués de silicium directement au-dessus des pixels pour créer des interactions complexes entre la lumière incidente et le capteur.
Les pixels sous les films enregistrent la distribution de l’énergie lumineuse, à partir de laquelle des informations spectrales lumineuses peuvent être déduites. L’appareil, d’une taille inférieure à un centième de pouce carré, est programmable pour répondre à diverses plages dynamiques, niveaux de résolution et presque tous les régimes spectraux, du visible à l’infrarouge.
Les chercheurs ont construit un composant qui détecte les informations angulaires pour mesurer la profondeur et construire des formes 3D à des échelles subcellulaires. Leur travail s’est inspiré des capteurs auditifs directionnels trouvés chez les animaux, comme les geckos, dont la tête est trop petite pour déterminer d’où provient le son de la même manière que les humains et les autres animaux. Au lieu de cela, ils utilisent des tympans couplés pour mesurer la direction du son dans une taille inférieure d’un ordre de grandeur à la longueur d’onde acoustique correspondante.
De même, des paires de nanofils de silicium ont été construites comme résonateurs pour supporter la résonance optique. L’énergie optique stockée dans deux résonateurs est sensible à l’angle d’incidence. Le fil le plus proche de la lumière envoie le courant le plus fort. En comparant les courants les plus forts et les plus faibles des deux fils, l’angle des ondes lumineuses entrantes peut être déterminé.
Des millions de ces nanofils peuvent être placés sur une puce d’un millimètre carré. La recherche pourrait soutenir les progrès des caméras sans objectif, de la réalité augmentée et de la vision robotique.
L’article « Matrices de pixels multimodaux à détection de lumière » est rédigé par Yurui Qu, Soongyu Yi, Lan Yang et Zongfu Yu. L’article paraîtra dans Lettres de physique appliquée le 26 juillet 2022.
Réseaux de pixels multimodaux sensibles à la lumière, Lettres de physique appliquée (2022). DOI : 10.1063/5.0090138