Vision nocturne longue portée
Le tout premier appareil photo à objectif interchangeable à sensibilité ultra élevée est muni d’un capteur SPAD qui permet une surveillance précise par la saisie d’images nettes en couleur de sujets situés à plusieurs kilomètres de distance, même dans l’obscurité.
Mesurer la valeur de la lumière, et non la quantité
Les capteurs SPAD (Single Photon Avalanche Diode) sont un type de capteur d’image. Le terme « capteur d’image » rappelle sans doute les capteurs CMOS que l’on retrouve dans les appareils photo numériques. Toutefois, les capteurs SPAD fonctionnent selon des principes différents.
Les capteurs SPAD et CMOS exploitent tous deux le fait que la lumière est constituée de particules. Cependant, avec les capteurs CMOS, chaque pixel mesure la quantité de lumière qui l’atteint dans un temps donné, tandis que les capteurs SPAD mesurent chaque particule de lumière (c.-à-d. photon) qui atteint le pixel. Chaque photon qui pénètre le pixel est immédiatement converti en une charge électrique. Les électrons qui en résultent sont ensuite multipliés comme une avalanche jusqu’à ce qu’ils forment une charge de signal importante pouvant être extraite.
Les capteurs CMOS lisent la lumière sous forme de signaux électriques en mesurant le volume de lumière qui s’accumule dans un pixel dans un temps donné. Le bruit peut alors pénétrer dans le pixel avec les particules de lumière (photons), contaminant ainsi l’information reçue. Pendant ce temps, les capteurs SPAD comptent numériquement chaque photon, ce qui complique la pénétration du bruit électronique. On obtient ainsi une image claire.
Visualiser les environnements faiblement éclairés comme s’ils avaient été enregistrés dans des zones lumineuses
Le tout nouveau capteur SPAD mis au point par Canon utilise une architecture de pixels exclusive qui reflète les photons à l’intérieur du pixel pour détecter les photons dans l’ensemble de la gamme de pixels utiles. Sous un éclairage équivalent, ce capteur SPAD peut saisir les mêmes images qu’un capteur CMOS conventionnel en n’exigeant que le dixième de la surface d’imagerie. Cela permet d’intégrer une conception ultracompacte même dans de petits appareils et d’augmenter considérablement la sensibilité. Le fait de doter de ce nouveau capteur SPAD les caméras conçues pour les applications de surveillance et de faible éclairage permet de visionner même les séquences vidéo prises dans un environnement mal éclairé comme si elles avaient été enregistrées dans une zone lumineuse, ce qui permet de détecter les mouvements du sujet de la même façon qu’à l’œil nu dans un environnement bien éclairé.
Atteindre un haut niveau de pixels et de sensibilité
Dans les capteurs SPAD rétroéclairés conventionnels, seuls les photons situés dans l’espace couvert d’un champ électrique (champ de sensibilité) peuvent être détectés, ce qui nécessite la réduction de la taille des pixels et, par conséquent, de la sensibilité. Grâce à l’architecture d’accumulation de tension exclusive de ce nouveau capteur SPAD, l’espace à l’intérieur du champ de sensibilité couvre la totalité de la surface du pixel, ce qui augmente le nombre de photons qui atteignent les pixels récepteurs de lumière. On obtient ainsi une efficacité d’utilisation des photons de 100 %, notamment dans la plage du proche infrarouge, avec une taille de pixel de 6,39 μm, réalisant à la fois la miniaturisation et la sensibilité élevée.
Il en résulte des images claires à la résolution la plus élevée au monde, soit 3,2 mégapixels, qui peuvent être saisies dans des environnements équivalents à un ciel nocturne sans étoiles.
La toute première caméra à objectif interchangeable à sensibilité ultra élevée au monde
La caméra à objectif interchangeable MS-500 utilise une monture d’objectif à baïonnette (basée sur les normes BTA S-1005B) qui est très répandue dans l’industrie des objectifs de télédiffusion. Elle peut ainsi être utilisée avec la vaste gamme d’objectifs de télédiffusion de Canon, qui se caractérise par un excellent rendement optique. La caméra sera donc en mesure de reconnaître et de saisir des sujets situés à plusieurs kilomètres de distance.
Permettre une mesure sans précédent de la distance à haute précision et à haute vitesse
Le capteur SPAD mis au point par Canon offre une résolution temporelle aussi précise que 100 picosecondes, ce qui permet un traitement extrêmement rapide de l’information. Il est alors possible de saisir les mouvements des objets qui se déplacent rapidement, comme les particules de lumière.
Permet de saisir des images au ralenti de phénomènes à grande vitesse qui se produisent presque instantanément
Source : École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et Canon Inc.
En plus de sa haute résolution et de sa grande sensibilité, il peut aussi saisir des traînées de lumière qui se déplacent à environ 300 000 kilomètres par seconde, soit 7,5 fois la circonférence de la Terre. Grâce à sa vitesse de réponse élevée, ce nouveau capteur SPAD devrait être utilisé notamment dans les véhicules sans conducteur, dans l’équipement médical d’imagerie diagnostique et dans le matériel de mesure scientifique.
Par exemple, grâce à sa résolution temporelle et à sa grande sensibilité, cette technologie pourrait être utilisée pour obtenir de l’information particulière en 3D à haute vitesse et avec une grande précision dans des applications telles que la mesure de la distance des véhicules automatisés, la réalité augmentée (RA), la réalité virtuelle (RV) et la réalité mixte (RM). Par ailleurs, dans le domaine de la médecine, ce capteur pourrait être utilisé dans les composants de caméra des dispositifs médicaux d’imagerie diagnostique, les microscopes et d’autres équipements. Ces dispositifs peuvent être utilisés pour déterminer le comportement et la position dans le corps des patients de substances fluorescentes qui émettent une faible lumière sur une très courte période. Cette capacité permettrait de détecter les cellules cancéreuses à un stade précoce ou d’autres maladies, ou encore des affections localisées à leur stade initial.
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