La caméra de votre smartphone reconnaît les visages et enregistre des vidéos au ralenti en très haute qualité. Bien, mais ces gadgets technologiques ne sont que le début d'une plus grande révolution qui a commencé.
Jusqu'à récemment, la recherche sur les caméras se concentrait sur l'augmentation du nombre de mégapixels. Maintenant, cependant, la recherche se concentre sur la façon dont les ordinateurs peuvent traiter les données des caméras. Et par là, nous n'entendons pas la façon dont Photoshop ajoute des effets et des filtres aux photos, par exemple. Nous parlons d'une approche entièrement nouvelle où les données collectées ne ressemblent même pas à une image. Il ne devient une image qu'après qu'un ordinateur a traité les données à l'aide de calculs mathématiques complexes et de modèles sur la façon dont la lumière se déplace à travers la scène ou la caméra.
Cette nouvelle forme de traitement informatique nous libère des contraintes imposées par les techniques d'imagerie classiques. Un jour, nous n'aurons peut-être plus besoin des caméras telles que nous les connaissons. Au lieu de cela, nous utiliserons des détecteurs de lumière que nous pensions, il y a quelques années, ne jamais appliquer aux processus d'imagerie. Et ils seront capables de choses incroyables. De cette façon, ils pouvaient voir à travers le brouillard, derrière les murs ou à l'intérieur du corps humain.
Un premier exemple est l'appareil photo 1 pixel, basé sur un principe beau par sa simplicité. Les caméras conventionnelles utilisent un grand nombre de pixels (petits éléments de capteur) pour capturer une scène généralement éclairée par une seule source lumineuse. Mais vous pouvez également inverser la tendance et collecter des informations provenant de différentes sources lumineuses en un seul pixel.
Pour cela, vous avez besoin d'une source lumineuse contrôlée, par exemple un simple projecteur. Il illumine la scène un point à la fois ou selon une série de motifs différents. La quantité de lumière réfléchie est mesurée pour chaque point ou motif éclairé. Enfin, toutes les informations sont rassemblées pour former l'image finale.
Il y a un inconvénient évident associé à cette façon de prendre des photos. Après tout, vous devez éclairer de nombreux points ou envoyer de nombreux motifs pour obtenir une image, alors qu'un appareil photo ordinaire n'a besoin que d'une simple pression sur un bouton pour obtenir la même chose. Mais cette nouvelle méthode permet de construire des caméras qui étaient auparavant impossibles, par exemple une caméra qui fonctionne avec de la lumière qui tombe en dehors du spectre visible.
De telles caméras pourraient être utilisées pour prendre des photos à travers un brouillard dense ou des chutes de neige. Ou ils peuvent imiter les yeux de certains animaux et augmenter automatiquement la résolution (la quantité de détails) d'une photo en fonction de la scène.
Il est même possible de former des images avec des particules lumineuses qui n'ont jamais été en contact avec l'objet que l'on veut photographier. Cette idée est basée sur "l'intrication quantique". Selon cette théorie, deux particules sont connectées; ce qui arrive à une particule, arrive ensuite à l'autre, même si elles sont éloignées. Cette façon de penser offre des angles intéressants pour étudier des objets dont les propriétés changent lorsque la lumière les éclaire, comme l'œil. Par exemple, la rétine a-t-elle le même aspect dans l'obscurité qu'à la lumière ?
L'imagerie à pixel unique n'est que l'une des innovations les plus simples de la nouvelle technologie d'appareil photo et est basée sur un concept traditionnel de la photographie à première vue. Mais maintenant, il y a un intérêt croissant pour les systèmes qui, par rapport aux techniques traditionnelles, collectent de grandes quantités de données.
Par exemple, les appareils dotés de plusieurs capteurs pointent plusieurs détecteurs sur la même scène. Le télescope Hubble est le premier du genre et prend des photos en combinant plusieurs images prises à différentes longueurs d'onde. Et maintenant, il est même possible d'acheter la version commerciale de cette technologie. Par exemple, la caméra Lytro collecte des informations sur l'intensité et la direction de la lumière sur le même capteur. De cette façon, il peut prendre des photos dont le point de mise au point peut être déplacé par la suite.
La prochaine génération de caméras ressemblera probablement à la caméra Light L16, qui utilise une technologie révolutionnaire et plus de dix capteurs. Les données de ces capteurs sont ensuite rassemblées par un ordinateur pour créer une photo professionnelle et de haute qualité de 50 Mo. Après cela, le point AF de la photo peut encore être déplacé ou agrandi à nouveau. L'appareil photo lui-même ressemble à une version Picasso passionnante d'un appareil photo pour smartphone.
Et ce ne sont que les premiers pas vers une nouvelle génération de caméras. Des recherches sont également en cours sur des caméras capables de voir à travers le brouillard, derrière les murs et même profondément dans le corps et le cerveau humains. Toutes ces techniques combinent des images avec des modèles mathématiques, qui calculent comment la lumière se déplace à travers ou autour de différentes substances.
Les technologies à photon unique et les technologies quantiques ont déjà progressé au point de pouvoir prendre des photos dans des conditions de très faible luminosité. Ils peuvent également enregistrer des vidéos à des vitesses incroyables, jusqu'à un billion d'images par seconde. C'est suffisant pour capturer la façon dont la lumière elle-même se déplace dans la scène.
Certaines applications nécessitent encore un certain temps pour se développer pleinement. Mais la physique sous-jacente pourrait nous aider à résoudre ces problèmes et d'autres en combinant les nouvelles technologies et l'ingéniosité des ordinateurs.
Traduction :Anneleen Huyzentruyt
