Métasurfaces pour le codage des bords avec une lumière incohérente

Dans le monde en constante évolution de la technologie, les chercheurs sont toujours à la recherche de solutions innovantes pour surmonter les limites des approches traditionnelles. C'est exactement ce qu'une équipe de scientifiques de l'Université Vanderbilt et du Centre de guerre navale de surface a accompli avec leur travail révolutionnaire sur l'encodage de bord à partir de métasurfaces pour la radiation infrarouge non cohérente.

Le défi auquel ils étaient confrontés était la nature gourmande en ressources du traitement de la vision par ordinateur, qui dépend souvent de ressources informatiques puissantes pour traiter les données visuelles. Cependant, l'équipe a reconnu le potentiel des approches optiques pour alléger ce fardeau, même dans des scénarios où l'éclairage est non cohérent, comme l'émission thermique ou l'éclairage naturel.

L'appareil ingénieux qui a permis de relever ce défi est la métasurface, un dispositif capable de manipuler la wavefront de la lumière d'une manière hautement contrôlée. En utilisant une conception inversée d'une métasurface de 24 mm de diamètre d'ouverture pour la région du longueur d'onde infrarouge, l'équipe a pu réaliser une détection de bord efficace basée sur le laplacien, un pas critique dans l'analyse et le fractionnement de l'image.

La clé de leur succès réside dans la capacité de la métasurface à contrôler indépendamment la phase et la polarisation de la lumière entrante. Le contrôle de la phase a permis d'optimiser le détecteur de bord pour une illumination à large bande, tandis que le contrôle de la polarisation a permis l'utilisation de noyaux de valeur négative, une exigence cruciale pour la détection de bord utilisant la lumière non cohérente.

"Dans les capteurs d'images, l'image réelle est rarement vue par un être humain, de sorte que la motivation est de créer des optiques d'imagerie compactes qui permettent à la scène d'être enregistrée dans une base plus efficace pour un traitement ultérieur", explique Jason Valentine, l'auteur correspondant de ce travail.

Cette approche, appelée "informatique de bord", offre des avantages significatifs dans les applications où les capteurs au bord du réseau doivent enregistrer et traiter les informations sans connexion à un nuage central. En externalisant l'étape de détection de bord dans les optiques d'imagerie, les chercheurs ont trouvé un moyen de réduire la latence et la consommation d'énergie, ce qui en fait une solution attrayante pour les applications à contrainte énergétique.

Mais le potentiel de cette technologie ne s'arrête pas à l'informatique de bord. L'équipe envisage son utilisation en combinaison avec des réseaux de neurones légers, en particulier dans les systèmes nécessitant une consommation d'énergie minimale ou un traitement vidéo haute vitesse. La capacité de multiplexage de polarisation de la métasurface pourrait être un changeur de jeu à cet égard, permettant un traitement vidéo efficace sans les besoins de ressources informatiques complexes.

Alors que le monde continue d'embrasser la puissance de la vision par ordinateur dans une large gamme d'applications, du véhicule autonome aux systèmes de surveillance intelligents, le travail de cette équipe de chercheurs se distingue comme un témoignage du potentiel transformateur des métasurfaces. En exploitant les propriétés uniques de ces matériaux conçus, ils ont tracé la voie vers un avenir plus efficace et polyvalent dans le domaine du traitement et de l'analyse des images.

Source : <https://www.nature.com/articles/s41566-024-01416-z>

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