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La technologie de capteur de caméra sans filtre de Panasonic pourrait être une percée en matière de faible luminosité – High-teK.ca

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Le talon d’Achille des capteurs de caméra modernes basés sur le Matrice de filtres de couleur Bayer (CFA) est leur perte de lumière. Étant donné que chaque photosite est filtré pour ne recevoir que du rouge, du vert ou du bleu, plus de la moitié de la lumière frappant le capteur est rejetée. Pour les situations de faible luminosité, cela représente la perte d’au moins un arrêt de lumière, ce qui signifie réduire de moitié la vitesse d’obturation de l’appareil photo.

Panasonic affirme avoir mis au point une nouvelle façon radicale de rediriger la lumière entrant dans un capteur afin que la quasi-totalité de celle-ci puisse être utilisée par le capteur. Au lieu d’utiliser une gamme de minuscules microfiltres dans un CFA traditionnel, la nouvelle approche utilise ce que Panasonic appelle des «micro séparateurs de couleur» qui diffractent la lumière de sorte que diverses combinaisons de longueurs d’onde (couleurs) atteignent différents photosites. Dans leur article paru dans Nature Photonics, les chercheurs de Panasonic affirment que leur solution permet au capteur de recueillir 1,85 fois plus de lumière que les capteurs traditionnels à matrice Bayer.

Capteur de diffraction Panasonic par rapport au réseau de filtres couleur Bayer

Les pionniers reçoivent les flèches

Panasonic n’est pas la première entreprise à tenter de se débarrasser du joug de la baie Bayer. Foveon est devenu célèbre pour sa technologie unique qui utilisait toute la lumière frappant son capteur en superposant les trois récepteurs de couleur les uns sur les autres. Chaque couche a essentiellement dépouillé la couleur de la lumière à laquelle elle était réceptive, passant le reste. Malheureusement pour Foveon, ils étaient seuls à utiliser cette technique, donc tout le travail acharné de développement des algorithmes sophistiqués (et du matériel) pour traiter les images brutes codées de manière unique qui en résultait leur appartenait. En conséquence, il a fallu des années avant que Foveon ne dispose d’une réduction efficace du bruit et de puces suffisamment puissantes pour produire des JPEG dans l’appareil photo.

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De même, les photosites des capteurs Panasonic n’enregistreront pas simplement le rouge, le vert ou le bleu. Ils recevront des combinaisons de couleurs : blanc+rouge, blanc-rouge, blanc+bleu et blanc-bleu, qui sortent des deux déflecteurs utilisés. Le micrologiciel de l’appareil photo devra dématricer les résultats – en calculant les valeurs de couleur à partir de ces composites. Contrairement au dématriçage Bayer-array – un domaine de recherche actif avec des décennies de science derrière lui – Panasonic devra ouvrir la voie au décodage des images de ses capteurs uniques. S’il est possible de générer des valeurs RVB avec une simple multiplication matricielle des quatre combinaisons de couleurs reçues par les capteurs à diffraction, le faire sans bruit est beaucoup plus complexe.

Panasonic affirme avoir pu utiliser le très puissant FDTD (domaine temporel différentiel fini) pour calculer l’image finale en la simplifiant pour qu’elle soit suffisamment rapide pour calculer en temps réel. Cela fournit une image plus précise que des algorithmes plus faciles à calculer comme B-BPM (méthode de propagation du faisceau de Babinet). Comme Foveon, Panasonic a protégé son invention par une multitude de brevets. Jusqu’à présent, il a reçu ou déposé 21 brevets japonais et 16 brevets étrangers sur la technologie.

Exemple d'image Panasonic du capteur de diffraction par rapport à l'image Bayer CFA, montrant un résultat plus lumineux du capteur basé sur la diffraction

Pas la seule attaque contre le Bayer CFA

Dans une attaque moins radicale contre la matrice Bayer, le X-Pro 1 haut de gamme de Fujifilm s’appuie sur un arrangement intelligent 6 × 6 de photosites de couleurs différentes pour réduire les artefacts d’image trouvé dans les caméras matricielles Bayer. Contrairement à Panasonic, cependant, l’approche de Fujifilm n’aide pas à résoudre le problème de la perte de lumière. Il utilise toujours des microfiltres sur chaque photosite qui ne permettent d’enregistrer qu’une seule couleur sur chaque site.

Panasonic est réticent sur certains des attributs clés de sa nouvelle technologie. Il ne dit pas quelle résolution peut être obtenue dans son communiqué de presse – bien que ses chercheurs aient affirmé qu’il n’y a pas de perte de résolution par rapport aux solutions traditionnelles – ou combien de bruit est introduit par le processus de diffraction. Ces détails détermineront si l’approche de Panasonic réussira à remplacer les matrices Bayer dans les appareils photo et les smartphones ou si elle sera reléguée à des créneaux de marché spécialisés comme la surveillance qui nécessitent les dernières performances en matière de faible luminosité.

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[Image credit: Maxmax]

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