Dans cette nouvelle méthode, les objets à différentes distances de l'objectif seront mis au point à différents points à l'intérieur de l'appareil photo. Crédit :Stephen Alvey, Université du Michigan
Les chercheurs ont démontré l'utilisation d'empilements, photodétecteurs au graphène transparent combinés à des algorithmes de traitement d'image pour produire des images 3D et une détection de distance.
Des chercheurs de l'Université du Michigan ont prouvé la viabilité d'une caméra 3D qui peut fournir une imagerie tridimensionnelle de haute qualité tout en déterminant la distance entre les objets et l'objectif. Ces informations sont essentielles pour l'imagerie biologique 3D, robotique, et la conduite autonome.
Au lieu d'utiliser des photodétecteurs opaques traditionnellement utilisés dans les appareils photo, la caméra proposée utilise une pile de photodétecteurs transparents fabriqués à partir de graphène pour capturer et se concentrer simultanément sur des objets situés à différentes distances de l'objectif de la caméra.
Le système fonctionne grâce aux caractéristiques uniques du graphène, qui n'a qu'une couche atomique d'épaisseur et n'absorbe qu'environ 2,3% de la lumière. Une paire de couches de graphène peut être utilisée pour construire un photodétecteur capable de détecter efficacement la lumière, même si moins de 5% de la lumière est absorbée. Lorsqu'il est placé sur un substrat transparent, au lieu d'une puce de silicium par exemple, les détecteurs peuvent être empilés, avec chacun dans un plan focal différent.
Quatre photodétecteurs fabriqués reposant sur une feuille de papier pour illustrer le haut degré de transparence. Les deux appareils supérieurs ont une taille de fenêtre transparente de 200 × 200 m 2 , et les deux du bas ont une taille de fenêtre de 5 × 5 mm 2 .
Comme décrit par le professeur Ted Norris :
« Quand vous avez un appareil photo, vous devez avoir un réglage de mise au point sur votre objectif de sorte que lorsque vous vous concentrez sur un objet particulier comme le visage d'une personne, les rayons de lumière provenant du visage de cette personne sont concentrés sur ce seul plan de la puce de votre détecteur. Les éléments devant ou derrière l'objet sont flous.
Mais s'il était possible d'empiler différents réseaux de détecteurs chacun dans des plans focaux différents, alors ils pourraient chaque image avec précision un endroit différent dans l'espace objet simultanément. Quoi de plus, si vous pouvez détecter plusieurs plans focaux de données en même temps, vous pouvez utiliser des algorithmes pour reconstruire l'objet en trois dimensions. C'est ce qu'on appelle une image de champ lumineux.
Nous avons démontré comment utiliser des piles focales transparentes pour faire une image de champ lumineux et une reconstruction d'image."
Dans l'image de gauche, le ballon de basket devant est au point. Dans l'image du centre, l'unité de stockage est au point. L'image de droite montre une image entièrement nette à partir de données de champ lumineux reconstruites. Crédit :Université du Michigan
En plus de l'identification d'objet de base, le document actuel montre comment leur appareil peut détecter à quelle distance se trouve quelque chose, ce qui le rend adapté aux applications de conduite autonome et de robotique. Il est également idéal pour l'imagerie biologique dans les cas où il est important d'imager un volume en trois dimensions.
Pour son succès ultime, le projet nécessitait une expertise complémentaire dans trois domaines. L'équipe du professeur Zhaohui Zhong a développé les dispositifs au graphène; Le groupe de Norris a travaillé sur les caractéristiques de conception de l'instrument optique et a fait la démonstration des dispositifs en laboratoire; et le groupe du professeur Jeff Fessler, qui a développé l'algorithme de reconstruction d'image.
Fessler a fait écho à l'autre faculté en déclarant que le groupe de neuf chercheurs composé de professeurs, post-doctorants et étudiants " se sont regroupés en une grande équipe, tous apprenant les uns des autres et contribuant à différents aspects du document final."
L'inspiration pour l'appareil photo est venue de recherches antérieures de Zhong et Norris sur des photodétecteurs de graphène hautement sensibles, Publié dans Nature Nanotechnologie en 2014.
Démonstration expérimentale de la mesure de la profondeur à l'aide d'un double empilement de détecteurs transparents au graphène. Les images montrent des vues en coupe (à gauche) et de haut en bas (à droite) de deux photodétecteurs transparents entièrement en graphène empilés le long de la direction de propagation de la lumière. Crédit :Université du Michigan
Les capteurs de graphène transparent actuels fabriqués jusqu'à présent ont une résolution trop faible pour représenter des images, mais les premières expériences ont montré que la lentille focalisait la lumière à une distance différente sur chacun des deux capteurs.
Les travaux se poursuivent sur le projet.
Le papier, "Imagerie télémétrique et champ lumineux avec photodétecteurs transparents, " par Miao-Bin Lien, Che-Hung Liu, Il Yong Chun, Saiprasad Ravishankar, Hung Nien, Minmin Zhou, Jeffrey A. Fessler, Zhaohui Zhong, et Théodore B. Norris, a été publié dans Photonique de la nature .
