Une équipe de recherche d'ingénieurs Vanderbilt qui comprend un scientifique du laboratoire national d'Oak Ridge a démontré un nouveau filtre ultrafin, à base de métamatériaux, qui permet le traitement d'image optique analogique. Leur travail, Optique plate pour la différenciation d'images, paraît aujourd'hui dans la revue scientifique, Photonique de la nature .

Alors que le traitement d'image numérique est devenu la technique dominante dans une variété de disciplines scientifiques et techniques, il nécessite des ordinateurs avancés, espace pour accueillir l'ordinateur, et une puissance considérable.

"La plupart des traitements d'images sont effectués numériquement, mais le traitement analogique optique a les avantages d'être à faible consommation et à grande vitesse, " dit Jason Valentine, professeur agrégé de génie mécanique et directeur adjoint du Vanderbilt Institute of Nanoscale Science and Engineering. Alors que le traitement d'image optique a été effectué dans le passé, il nécessite généralement plusieurs lentilles optiques, ce qui entraîne une grande taille de système.

Le filtre métamatériau, le premier du genre, différencie directement la lumière entrante, permettant d'imager directement les bords, ou des limites, de l'objet.

"Le filtrage des bords est une étape de pré-traitement courante dans la reconnaissance d'objets, par exemple, détecter le bord d'une voie pour les véhicules autonomes. Il peut également être utilisé pour détecter des marges de tumeurs en imagerie médicale ou pour classer la taille et le type de cellules dans le cas du tri cellulaire pour la détection du cancer, " dit Valentin.

Le filtre métamatériau est basé sur un cristal photonique bidimensionnel en silicium qui permet une imagerie directe des bords d'un objet dans toutes les directions. Le « différentiateur nanophotonique » peut être intégré dans un microscope optique ou sur un capteur de caméra, adapter facilement un système de traitement d'images existant.

« L'un des principaux avantages de notre approche est la capacité d'intégrer le métamatériau avec des systèmes optiques traditionnels. À titre d'exemple, nous avons construit un microscope de détection de bord en plaçant simplement le filtre de métamatériau dans un microscope optique commercial, " dit You Zhou, un doctorat étudiant dans le programme interdisciplinaire de science des matériaux et l'un des quatre auteurs. Les tests comprenaient l'imagerie des cellules de l'épiderme d'oignon, tige de citrouille et nerf moteur de porc.

Le filtre, plus fin qu'un cheveu humain, était également intégré à une lentille à base de métamatériau, résultant en un complètement plat, et optique ultrafine qui peut effectuer une imagerie de bord. Cela réduit encore la taille des systèmes optiques traditionnels utilisés à cette fin.

"La caractéristique clé est la possibilité d'effectuer un traitement d'image à la vitesse de la lumière sans nécessiter de puissance d'entrée et le faire dans un facteur de forme extrêmement mince, ", a déclaré Valentine. "Cela ouvre de nouvelles portes pour le traitement d'images analogiques optiques en temps réel et à grande vitesse dans des applications telles que la vision industrielle et l'imagerie biologique."