Comme tous les ans, l’Optical Society of America (OSA) organise des séries de conférences ; l’occasion de se faire une idée des technologies en cours de recherche, même s'il n’est pas autorisé de prendre de photos pendant ces présentations. Après une semaine de conférences, voici donc les grandes tendances du moment en matière de recherche dans les domaines liés à la photo.

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Des pixels de plus en plus petits

Omnivision, fabricant de capteurs principalement pour le marché des smartphones, a présenté quelques recherches sur les technologies de capteur. Après quelques années de pause sur le compteur de pixels, il semble que la course reprenne. Le directeur technique d’Omnivision, Boyd Fowler, a présenté des travaux visant des pixels de 0,8 ou 0,9 micron, au lieu de 1,4 micron actuellement. De quoi dépasser allégrement les 20 Mpx pour la plupart des smartphones.
Pas de miracle en revanche pour la technologie Foveon, qui semble limitée à 3 microns de côté pour des raisons de bruit.

Des cadences d’images de plus en plus élevées

120 images par seconde généralisées à tous les smartphones : c’est ce que prédit Omnivision pour la vidéo. Un prototype de capteur Sony atteignant 500 i/s ont été présentés. Le directeur technique de Fotonation (entreprise de traitement d’image embarqué, présent dans près de 3 milliards d’appareils), a aussi évoqué les besoins croissants en haute cadence d’images, ainsi que la nécessaire adaptation du matériel utilisé pour son traitement, avec des modules dédiés à l’image et à la vidéo.

Gigapixel et multi-capteurs

Plusieurs chercheurs ont présenté des systèmes utilisant une combinaison de multiples caméras pour réaliser des photos ou vidéos de l’ordre du gigapixel. Paradoxalement, l’intérêt est pour le moment plus évident en vidéo qu’en photo, et plusieurs événements sportifs ont testé ce genre de caméras afin de pouvoir obtenir des recadrages serrés dans des matchs, ou des transitions fluides d'un point de vue à un autre.

Multicamera DSLRsExemple de système multi-caméra – Source Wikimedia Commons. Par Addavideo (Travail personnel) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons.

Combiner plusieurs appareils photos pour assurer de meilleures performances, c’est la promesse faite par le fondateur de la société Light qui s’apprête à commercialiser le L16. Un sujet de recherche partagé par Andy Harvey, de l’université de Glasgow, qui a montré quelques images d’une matrice de capteurs de smartphones permettant d’atteindre une résolution de 50 Mpx pour une centaine d’euros moyennant du traitement d’image.

En savoir plus sur le L16

Visualisation des images : repousser les limites

Le directeur de la photographie John Schwartzman (Pearl Harbor, Jurassic World, Stars Wars Episode IX…), invité à introduire la conférence, a appelé la communauté des chercheurs à proposer des écrans offrant une meilleure visualisation des médias digitaux, en particulier une plus grande résolution pour voir les images dans leur résolution native, une plus grande dynamique et une plus grande précision colorimétrique.

Bien qu’étant un domaine assez ancien de recherche, la réalité virtuelle connaît un grand engouement ces dernières années. Du point de vue de l’optique, les défis sont multiples : les résolutions nécessaires sont élevées et doivent être condensées sur une petite zone d’affichage tout en offrant une grande luminosité et un angle de vision large. Au-delà, un certain nombre de problématiques sont liées à la fatigue visuelle et les chercheurs travaillent à adapter le contenu à la mise au point de l’œil.

L’hyperspectral arrive, mais sans application clé

020euro-uv - 20 euros banknote under UV lightBillet vu sous lumière UV – Source Wikimedia Commons. Par repro by H. Grobe (Travail personnel) [ECB decisions ECB/2003/4 and ECB/2003/5 ou CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons

Étendre la sensibilité des capteurs à du proche infrarouge et éventuellement du proche UV, l’idée séduit de nombreux fabricants. Un chercheur de Foveon a confié que la société travaillait à étendre la sensibilité vers l’infrarouge. Pour autant, force est de reconnaître que la photographie infrarouge est plutôt rare. Les applications les plus convaincantes sont liées aux données biométriques (détection d’iris pour sécuriser des applications sur smartphone, par exemple). En vrac, on peut aussi citer le contrôle qualité de la nourriture (le spectre d’émission change avec le temps ce qui pourrait servir à vérifier la fraîcheur des produits), la détection de l’environnement (détection des matériaux qui pourrait servir à de la navigation autonome) et la surveillance. Mais de l’aveu de beaucoup, il n’y a pas de "killer application" pour le consommateur moyen pour le moment.

Découvrir la photographie infrarouge

La profondeur en plus de l’image

Ce n'est pas un domaine vraiment nouveau, mais la cartographie de la profondeur progresse également. Un ancien chercheur de Canon a présenté un travail de détection de la profondeur pour les objets de type miroir qui sont traditionnellement critiques pour de nombreux algorithmes. D’autres travaux proposent une approche à base de capteurs "temps de vol" (Time of Flight en anglais), déjà utilisé pour la mise au point sur certains smartphones. L’ajout de la profondeur prend encore d’avantage de sens avec la réalité virtuelle, et Ronald Azuma d'Intel en a proposé quelques applications ludiques ou artistiques.

Point Cloud of a person acquired with Creative Senz3D time of flight cameraEstimation de profondeur avec une caméra temps de vol Creative Senz3D (Time of Flight) – Source Wikimedia Commons. Par Andrea Bernardi (Travail personnel) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Des remplacements pour l’optique traditionnelle

De nombreux travaux de recherche visent à produire des images en l’absence d’objectif. Le plus ambitieux propose d’utiliser le capteur nu et de calibrer sa réponse pour quelques points lumineux. Au bout du compte, les images produites sont de très faible résolution et qualité, mais permettent de détecter des signaux lumineux, par exemple, ce qui pourrait avoir des applications pour les voitures autonomes.

Images obtenues sans optique. Crédit Université Utah.

De nombreux chercheurs ont proposé d’utiliser des masques pour obtenir une image sans optique. Une équipe de Berkeley a même proposé des méthodes de traitement des images dans le cas de l’utilisation d’un diffuseur et a montré des exemples obtenus avec un capteur et un simple bout de scotch (utilisé à la place de l’optique). Le résultat souffre d'un vignetage et d’un bruit élevés, mais il y a bien une image après le traitement.

Imagerie par caustique. Crédit Université de Berkeley.

Des éléments diffractifs à la place des lentilles... Une promesse alléchante faite par Rajesh Menon dans une présentation. Les résultats sont déjà là, même si les larges ouvertures souffrent d’aberrations.

Le chercheur Fan, de Stanford, a proposé un travail intéressant sur les méta-matériaux optiques. En pratique, l’idée serait de remplacer les lentilles par une "grille" de petits éléments diffractifs (inférieurs au nanomètre !) pour produire une image sur le capteur. Les progrès effectués sont liés à la géométrie de la grille.

Détail d'une lentille diffractive.

La conception optique progresse

La correction des aberrations optiques pourrait prendre de nouvelles formes, notamment en utilisant des capteurs lightfield, selon une proposition d’un chercheur de l’université de Laval.

Autre chantier de recherche, les capteurs courbes, qui pourraient changer la donne en matière de performance, notamment aux grandes ouvertures. Un chercheur du CEA-LETI a ainsi proposé un nouveau procédé de fabrication de capteurs courbes et a même dévoilé un capteur à courbure ajustable.

Capteur courbé. © Microsoft 2017. Voir notre article dédié : "Microsoft sur le point de révolutionner les capteurs photo ?"

Faire progresser la conception optique, c’est aussi créer des matériaux nouveaux et les utiliser. Un chercheur a proposé une conception optique utilisant des matériaux anisotropes, dont l’indice de réfraction change avec l’angle des rayons lumineux.

Timothée Cognard

Ingénieur en Optique de formation, photographe de coeur... Collectionneur compulsif de focales fixes. Ses publications 

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