Les chercheurs de l'AMOLF et leurs collaborateurs de l'Advanced Science Research Center (ASRC/CUNY) à New York ont ​​créé une surface nanostructurée capable d'effectuer des opérations mathématiques à la volée sur une image d'entrée. Cette découverte pourrait augmenter la vitesse des techniques de traitement d'imagerie existantes et réduire la consommation d'énergie. Le travail permet une détection d'objets ultrarapide et des applications de réalité augmentée. Les chercheurs publient aujourd'hui leurs résultats dans la revue Lettres nano .

Le traitement de l'image est au cœur de plusieurs technologies en pleine croissance, comme la réalité augmentée, la conduite autonome et la reconnaissance d'objets plus générale. Mais comment un ordinateur trouve-t-il et reconnaît-il un objet ? La première étape consiste à comprendre où sont ses limites, par conséquent, la détection des contours d'une image devient le point de départ de la reconnaissance d'image. La détection des bords est généralement effectuée numériquement à l'aide de circuits électroniques intégrés impliquant des limitations de vitesse fondamentales et une consommation d'énergie élevée, ou de façon analogique qui nécessite des optiques encombrantes.

Métasurface nanostructurée

Dans une toute nouvelle approche, Doctorat AMOLF l'étudiant Andrea Cordaro et ses collègues ont créé une "métasurface spéciale, " un substrat transparent avec un réseau spécialement conçu de nanobarres de silicium. Lorsqu'une image est projetée sur la métasurface, la lumière transmise forme une nouvelle image qui montre les bords de l'original. Effectivement, la métasurface effectue une opération mathématique de dérivée sur l'image, qui fournit une sonde directe des bords de l'image. Dans une première expérience, une image du logo AMOLF a été projetée sur la métasurface. À une longueur d'onde spécialement conçue (726 nm), une image nette des bords est observée. La transformation mathématique résulte du fait que chaque fréquence spatiale qui compose l'image a un coefficient de transmission adapté à travers la métasurface. Cette transmission sur mesure est le résultat d'une interférence complexe de la lumière lorsqu'elle se propage à travers la métasurface.

Détection des contours

Pour démontrer expérimentalement la détection des contours sur une image, les chercheurs ont créé une version miniature de la peinture Meisje rencontré de parel (Une fille avec une boucle d'oreille, J. Vermeer) en imprimant de minuscules points de chrome sur un substrat transparent. Si l'image est projetée sur la métasurface en utilisant un éclairage hors résonance (λ=750 nm), l'image originale est clairement reconnue. En revanche, si l'éclairage a la bonne couleur (λ=726 nm) les bords sont clairement résolus dans l'image transformée.

Cette nouvelle technique de calcul optique et d'imagerie fonctionne à la vitesse de la lumière et l'opération mathématique elle-même ne consomme aucune énergie car elle ne fait intervenir que des composants optiques passifs. La métasurface peut être facilement mise en œuvre en la plaçant directement sur une puce de détection CCD ou CMOS standard, ouvrant de nouvelles opportunités dans le calcul hybride optique et électronique à faible coût, batterie faible, et de petites dimensions.