FlatCam permet de prendre des photos sans lentilles

Les appareils photo numériques font maintenant partie de la vie de tous les jours. Compris dans presque tous les téléphones intelligents, ils suffisent pour répondre aux besoins de la plupart d’entre nous. Si un utilisateur recherche une meilleure qualité d’image ou une gamme plus large d’applications et qu’il ne rechigne pas à transporter un appareil plus encombrant, il a l’embarras du choix tant les produits offerts sur le marché sont nombreux. Tous ces appareils, malgré leur taille, ont un élément en commun : les lentilles. Ces dernières sont nécessaires pour capter la lumière de façon adéquate, faire la mise au point et compenser les capteurs qui deviennent de plus en plus petits. Du moins, elles l’étaient jusqu’à maintenant…

Une équipe de chercheurs de la Rice University menée par Richard Baraniuk et Ashok Veeraraghavan ont développé et fait breveter une nouvelle sorte d’appareil photo sans lentilles qui se compose d’un réseau de capteurs commerciaux au-dessus duquel on place une grille à ouverture codée. Les données brutes des photos prises sont envoyées à un ordinateur qui commande le système en entier et les images sont reconstituées en quelques secondes.

Le FlatCam est un appareil photo compact plus mince qu’une pièce de dix cents. Actuellement, il peut prendre des photos de 512 sur 512 pixels, de sujets immobiles ou en mouvement, mais les possibilités d’amélioration sont vastes. Les avantages de cet appareil sans lentilles sont nombreux. Pour commencer, on réduit la taille et la complexité de l’appareil. Ensuite, on élimine le coût associé à l’intégration des lentilles, des micromoteurs et des capteurs. Finalement, le FlatCam permet de capter plus de lumière, un avantage souvent compromis dans les appareils numériques modernes par la taille des capteurs, que l’on veut de plus en plus petits.

Le design novateur du FlatCam élimine le recours aux lentilles en plaçant une plaque à ouverture codée très près d’un réseau de capteurs. Imaginez un capteur et un minuscule trou qui ne laisse entrer qu’une toute petite quantité de lumière. Ces deux éléments sont insérés à l’intérieur d’une petite « chambre noire » de façon à ce que la lumière provenant de la scène à photographier soit la seule à former l’image dans le capteur. Vous lisez actuellement la description sommaire d’un procédé photographique daguerréotype, l’ancêtre de l’appareil photo moderne. Le même principe s’applique au FlatCam, mais à échelle réduite, ce qui élimine la distance entre le minuscule trou et le capteur, et en remplaçant le capteur unique par un réseau de capteurs (called génocapteurs optiques ou capteurs d’image CMOS). Le minuscule trou devient aussi un ensemble de trous disposés de façon spécifique, la plaque à ouverture codée.

Figure 1 Le montage capteur-ouverture codée du FlatCam. Les données brutes sont envoyées à un ordinateur et l’image est reconstituée par algorithmes de calcul

L’image est reconstituée au moyen d’algorithmes de calcul sophistiqués par l’ordinateur qui commande l’appareil. Chacun des capteurs du réseau enregistre la combinaison linéaire de la partie de la scène qu’il voit, d’où la plaque à ouverture codée. Ce système d’imagerie est habituellement utilisé dans les applications comportant des lentilles moins efficaces, comme les rayons x et les rayons gamma.

Figure 2 Plaque à ouverture codée

Cet appareil est pratiquement plat. Les applications potentielles vont de l’industrie du vêtement à celle du papier peint, en passant par la sécurité et la surveillance. Étant donné son coût de fabrication très bas, cet appareil peut être utilisé pour analyser les zones de sinistres; il est flexible, léger et jetable.

Figure 3 Cette image montre à quel point le FlatCam est plat en le comparant à une pièce de dix cents. L’ouverture codée est placée face vers le haut. L’épaisseur totale de l’appareil est presque de la même taille que le capteur lui-même

En considérant la capacité de traitement incluse dans les téléphones intelligents, cet appareil pourrait bientôt être offert dans des dispositifs portables ultraminces et dans plusieurs autres applications sur Internet, et utiliserait l’écran pour visualiser et traiter les images.