Une caméra haute vitesse peut réaliser toutes sortes de prouesses impressionnantes, telles que photographie d'action au ralenti dans le sport ou au cinéma. Une chose que vous ne voyez pas trop souvent? Un appareil photo ultra-rapide qui est si rapide qu'il peut enregistre réellement la lumière rebondissant entre les miroirs. C'est exactement ce que Edoardo Charbon Cependant, l'École polytechnique fédérale de Lausanne a récemment fait une démonstration en utilisant un appareil photo capable de prendre le nombre ahurissant de 24 000 images par seconde.
Les chercheurs ont utilisé le Caméra MegaX, un capteur d'image à photon unique basé sur une diode à avalanche, pour filmer leur configuration de miroir rebondi de haute technologie de style Rube Goldberg. Le matériel de démonstration a été conçu par l’étudiant de Charbon, Kazuhiro Morimoto, avec la contribution des chercheurs Andrei Ardelean et Arin Ulku.
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"La caméra fonctionne en mode fermé, [ce qui signifie] qu'un obturateur électronique très rapide de 3,8 nanosecondes est utilisé pour capturer la lumière au fur et à mesure qu'elle se propage", a déclaré Charbon à Digital Trends. « Des impulsions laser ultérieures sont utilisées, ouvrant l'obturateur avec un retard croissant, de manière à suivre la propagation tout au long de son trajet. Grâce au grand nombre de pixels et à l'obturateur rapide, on peut voir la propagation de la lumière dans plusieurs prises de vue sans déplacer l'appareil photo et sans superposer les images à des images prises avec d'autres appareils photo. Tout se fait sur MegaX.
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Il ne s’agit pas seulement d’installer une caméra ultra-rapide, d’enregistrer, puis de faire la lumière. Comme la lumière n’est normalement pas visible lorsqu’elle est en vol, les chercheurs ont dû se concentrer sur les photons d’une impulsion laser alors qu’ils dispersent les particules dans l’air. Utilisant la connaissance de la trajectoire de l’impulsion et du temps qu’il a fallu pour atteindre la caméra, l’équipe a utilisé des algorithmes d’apprentissage automatique pour tracer le chemin de la lumière en 3D.
Charbon a déclaré que la principale avancée du travail réside dans la démonstration de la « capacité de reconstruire la position des impulsions lumineuses en 3D – plus le temps, [égal à] 4D — utilisant des techniques d'apprentissage automatique et la démonstration de différentes vitesses apparentes de la lumière en fonction de la position du observateur."
Il a noté que cela pourrait également avoir des applications utiles dans le monde réel. Comme on pouvait s’y attendre, l’une des plus importantes concernera les applications scientifiques dans des domaines comme la physique des hautes énergies, où il est important de procéder à une détection rapide des images. Mais il pourrait également être utilisé pour des choses comme la réalité augmentée et virtuelle pour reconstruire avec précision des environnements, tout comme le lidar rebondi aide les voitures autonomes à percevoir le monde. "De plus, les applications industrielles et la robotique nécessitant une vision 4D rapide et précise pourraient tirer parti de cette caméra", a déclaré Charbon.
Un article décrivant le l'ouvrage est disponible pour lecture en ligne.
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