Repenser la photographie avec des Metalenses améliorés par l’IA
L’optique et l’intelligence artificielle ont convergé pour créer un nouveau système d’imagerie qui pourrait transformer la photographie.
En intégrant des corrections basées sur l’IA avec des lentilles métalliques (lentilles plates à l’échelle nanométrique)chercheurs ont surmonté les défis de longue date liés à la miniaturisation des objectifs tout en conservant la qualité de l’image.
Les Metalenses, introduits dans les années 2010, remplacent le verre incurvé par des structures à l’échelle nanométrique pour contrôler la lumière. Leur conception plate et légère les rend idéaux pour les appareils compacts, mais ils ont été confrontés à des aberrations chromatiques et à une mauvaise qualité d’image sous un éclairage varié. Ces limitations les ont empêchés de remplacer les lentilles en verre multicouche traditionnelles.
Les chercheurs ont désormais associé les métalenses à l’apprentissage profond. Ce système utilise un réseau neuronal – un type d’IA qui traite les données comme un cerveau humain – pour corriger les distorsions des images capturées par les métalenses. Le résultat est un processus de bout en bout qui produit des images nettes et en couleur comparables ou meilleures que les optiques traditionnelles.
L’équipe a testé le système en utilisant des lentilles métalliques de 10 millimètres fabriquées avec des techniques évolutives pour une production de masse. Bien que les objectifs excellent dans la résolution des détails les plus fins, ils ne peuvent pas corriger entièrement les distorsions à eux seuls. Le réseau neuronal compense cela en affinant les données d’image brutes pour produire des résultats haute résolution exempts de distorsions chromatiques.
Cette avancée répond à une limitation majeure des objectifs traditionnels : l’équilibre entre taille et performances. Les objectifs conventionnels utilisent plusieurs couches de verre pour résoudre les problèmes optiques tels que les aberrations chromatiques et sphériques, ajoutant ainsi du volume. Les Metalenses, étant plats et simples, n’ont pas cette polyvalence – jusqu’à présent. L’IA gère les corrections d’image que l’objectif ne peut pas, gardant le matériel compact tout en améliorant la qualité.
Cette technologie pourrait éliminer les compromis entre taille et performances dans les appareils compacts comme les smartphones et les drones. Pour les appareils photo professionnels, cela pourrait signifier un équipement plus léger et plus portable sans sacrifier la qualité. Les tests ont montré que le système AI-metalens égalait ou surpassait les optiques traditionnelles en termes de clarté et de précision des couleurs, ce qui le rend particulièrement utile pour la photographie détaillée comme l’imagerie macro.
Au-delà de la photographie, le système a des applications dans la production vidéo, l’imagerie par drone et la réalité augmentée ou virtuelle. Des optiques plus légères et précises sont essentielles dans ces domaines, et les lentilles métalliques améliorées par l’IA pourraient répondre à ces demandes.
L’utilisation par les chercheurs de techniques de fabrication évolutives garantit que ces lentilles peuvent être produites efficacement et à faible coût, éliminant ainsi un obstacle à l’adoption. L’adaptabilité du réseau neuronal est un autre avantage. Il peut s’améliorer au fil du temps avec de nouveaux ensembles de données, permettant aux photographes de constater les améliorations continues sans remplacer le matériel.
Ce système permet également des solutions optiques personnalisées adaptées à des besoins spécifiques, tels que la photographie en basse lumière ou à grande vitesse. Ce qui nécessite actuellement des objectifs spécialisés et coûteux pourrait devenir plus accessible grâce à la technologie AI-metalens.
La fusion de l’IA et de l’optique représente un changement dans la façon dont les systèmes d’imagerie sont conçus. En combinant la nanotechnologie avec la puissance de calcul, cette innovation pourrait fournir aux photographes des outils plus petits, plus légers et plus performants. Avec les metalenses améliorés par l’IA, l’avenir de la photographie n’est plus limité à la taille de l’objectif.
Crédits images :Bibliothèque numérique Spie
