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La caméra 4D ultra-lente MegaX enregistre une impulsion de lumière qui rebondit entre les miroirs: examen de la photographie numérique

En utilisant une caméra ultra-lente qui enregistre à 24000 images par seconde, les chercheurs de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPLF) ont pu capturer une impulsion de lumière alors qu'elle rebondissait entre une série de miroirs alignés.

Selon Edoardo Charbon, directeur du laboratoire d'architecture quantique avancée de l'EPFL School of Engineering, la caméra MegaX derrière cette nouvelle vidéo est le sous-produit d'environ 15 ans de recherche sur les diodes d'avalanche à photon unique (SPAD).

D'ordinaire, la lumière n'est pas visible pendant le vol, mais les photons libèrent des particules dans l'air qui, en utilisant le bon matériel et les bons logiciels, peuvent être capturées comme dans la vidéo ci-dessus. La lumière a été enregistrée à l'aide de MegaX, une caméra capable de produire des représentations 3D et «d'effectuer une segmentation en profondeur de ces représentations», explique l'EPFL.

L'appareil photo a également une vitesse d'obturation très rapide – jusqu'à 3,8 nanosecondes – en plus d'une très grande plage dynamique. De plus, la taille de pixel offerte par le MegaX est environ 10 fois plus grande que la taille de pixel d'un appareil photo numérique standard à 9 µm – bien que l'équipe s'efforce de réduire cette taille à 2,2 µm.

En parlant de MegaX plus tôt cette année, Charbon a expliqué que la caméra fonctionne en convertissant les photons en signaux électriques. À noter, cet appareil photo est capable de mesurer combien de temps il faut à un photon pour frapper son capteur, en lui donnant des informations de distance; cette fonction est communément appelée temps de vol.

En combinant les trois dimensions typiques avec le temps de vol, MegaX est une sorte de caméra 4D, ce qui lui confère des capacités supérieures à celles de la caméra moyenne.

Une nouvelle étude publiée le 18 juillet s'appuie sur ces recherches antérieures, détaillant la première fois que des scientifiques ont capturé des images de lumière 4D en vol à l'aide de la technologie de caméra SPAD à mégapixels temporisés. Cela contraste avec la capture de lumière 3D en vol, qui a été réalisée à l'aide de différentes variétés de matériel de caméra.

L'étude explique que pour capturer l'impulsion de lumière rebondissante, une technique d'apprentissage automatique a remplacé d'autres fonctions qui auraient pu être utilisées autrement, telles que la soustraction et l'interpolation du bruit sombre. Le processus impliquait l'utilisation de données de temps de vol et de trajectoire combinées à des algorithmes d'apprentissage automatique pour tracer le trajet 3D de la lumière.

Charbon a récemment expliqué à Tendances numériques que cette nouvelle étude détaille l'utilisation de l'apprentissage automatique et des données 4D pour reconstruire la position des impulsions lumineuses. Bien que cela puisse être une nouveauté pour la personne moyenne, la technologie pourrait éventuellement être utilisée dans tout, de la vision robotique aux systèmes de physique et de réalité virtuelle.

À noter, le chercheur a expliqué que tous les processus impliqués dans la capture de l'impulsion lumineuse rebondissante ont été effectués sur la caméra MegaX. Un résumé de l'étude est disponible ici; le public peut également accéder au PDF complet de l'étude ici.

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