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Photographier la lumière, à la vitesse de la lumière ?

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Canon annonce avoir développé un capteur « SPAD » de 1 Mpixel, capable (si j’ai bien compris) : de Mesurer le nombre réel de photons frappant le capteur, plutôt que la quantité de photons durant un temps donné…

Le principe est expliqué à l’aide de schémas dans cet article sur le site de Canon  : Canon Successfully Develops the World’s First 1-megapixel SPAD Sensor. Traduction scientifique « approximative » de ma part :

« Les capteurs SPAD et CMOS reposent tous les deux, sur le fait que la lumière est constituée de particules (les photons). Dans le cas des capteurs CMOS : chaque pixel mesure la quantité de lumière qui frappe le pixel pendant une durée donnée. Alors que le capteur SPAD compte individuellement chaque photon qui frappe ce pixel. Chaque photon qui frappe le pixel, est immédiatement converti en énergie électrique. Et les électrons qui en résultent se multiplient éventuellement jusqu’à former comme une « avalanche » capable de former un signal qui peut être extrait ».

Ce système permet de ne pas générer de « bruit », car le signal est numérique de bout en bout… Alors que la capteur CMOS utilise une conversion « analogique / numérique »

 

C’est une avancée probablement révolutionnaire, qui permettra par exemple de mesurer la distance séparant le capteur d’un objet… Tout simplement en mesurant le temps mis par une lumière (laser) pour parcourir la distance (aller-retour) entre l’appareil et le sujet.

 

 

 

Alors bien entendu : ce capteur SPAD ne concerne pas immédiatement les photographes, mais plutôt l’industrie, l’automobile, etc… Précisons toutefois, que ce capteur SPAD bénéficie d’un « global shutter » (obturateur global) capable de capturer la totalité de la surface de l’image : en même temps (au même instant). Et qu’il n’y a donc plus de lecture ligne par ligne, donc plus de « Rolling shunter ». Voilà qui nous intéresse un peu plus…

« The SPAD sensor that Canon has developed is also equipped with a global shutter that can capture videos of fast-moving subjects while keeping their shapes accurate and distortion-free. »

Autre information étonnante : la vitesse de déclenchement (en rafale) de ce capteur SPAD serait de 1/24.000 images par sec…

« the SPAD sensor controls exposure on all the pixels at the same time, reducing exposure time to as short as 3.8 nanoseconds3 and achieving an ultra-high frame rate of up to 24,000 frames-per-second (FPS) in 1-bit output. This enables the sensor to capture slow motion videos of phenomena that occur in extremely short time frames and were previously impossible to capture. »

Là, on commence à tendre l’oreille : et l’on imagine assez vite, que d’ici quelques années (ou décennies) il sera peut-être possible pour tout le monde, de capturer des images à cette fréquence là ?

Parlera-t-on encore de photo, ou de vidéo à ce moment là ? D’ailleurs, je ne suis pas certain de comprendre la courte vidéo publiée sur cette page Canon : mais on dirait bien (?) que la lumière a été photographié « en mouvement » en train de se propager de miroirs en miroirs à travers de la fumée… Et si c’est vraiment cela : alors c’est vraiment bluffant ! Regardez ici :

« The SPAD sensor that Canon developed has a time resolution as precise as 100 picoseconds2, which enables extremely fast information processing. This makes possible capture of the movement of objects that move extremely quickly, such as light particles. »

 

En somme, ce sont les yeux des robots et des véhicules autonomes de demain, qui sont mis au point par Canon au Japon en ce moment, avec pour la première fois une résolution de 1 Mpixels :

« The successful development of Canon’s 1-megapixel SPAD image sensor also means that 3D cameras capable of recognizing depth information can now do so at a resolution of up to 1 megapixel. One highly anticipated application of this capability is in the high-performance “eyes” of robots and devices that society will rely on in the future.

But before this, it was considered unlikely that a 1-megapixel resolution on a 3D camera could be realistically achieved. »

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2 commentaires

  1. C’est pas du capteur pour APN, ça. Probablement plus pour les capteurs qui servent à fabriquer des semi-conducteurs, puisque c’est un des marchés majeurs de Canon. (L’intérêt est inexistant pour un véhicule autonome, pas besoin d’observer l’environnement à 24k fps uniquement éclairé par les étoiles.)

    Qui plus est, ça ne veut rien dire « photographier la lumière [pléonasme] à la vitesse de la lumière [on parle de courants électriques…] ».

    Ce que fait ce capteur, c’est de compter précisément le nombre de photons, là où les capteurs classiques comptent une valeur approximative du nombre de photons (approximative car bruit). Ce n’est pas la première fois qu’on a un tel dispositif, mais sur un million de photosites côte-à-côte, c’est une belle prouesse.

    L’intérêt de ce genre de capteurs, c’est globalement de pouvoir compter de manière précise un faible nombre de photons, et donc de mesurer des flux lumineux de très très faible intensité. (Dit autrement, voir dans le noir à haute cadence.)
    Utile en industrie. Pour les photographes, bof. (Enfin dans les dix ans à venir. Bien malin celui qui pourra prétendre savoir à quoi ressemblera l’industrie dans vingt ans.)

    Le global shutter, c’est du bonus (enfin du bonus indispensable, parce qu’à 24k fps, le RS doit être ingérable).

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