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Dans leur laboratoire du Centre de recherche Énergie Matériaux Télécommunications de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), le professeur Jinyang Liang et ses collègues développent une nouvelle caméra monopixel ultrarapide. Ce nouveau dispositif, appelé imagerie à pixel unique accélérée via des modèles d’agrégats balayés (SPI-ASAP) est capable de diffuser de la vidéo à 12 000 images par seconde en utilisant la modulation de la lumière, ce qui lui confère une grande flexibilité. Publié dans la revue Communication Naturece travail représente une percée dans l’imagerie à pixel unique ultra-rapide.
« Cette nouvelle caméra est un prototype innovateur avec des avantages potentiels pour l’industrie de la photonique au Québec et dans le reste du Canada », explique le Dr Liang, chercheur spécialisé en imagerie ultrarapide et en biophotonique et auteur correspondant de l’étude.
Une technologie puissante
Depuis plusieurs années, le professeur Jinyang Liang concentre ses recherches sur les techniques de modulation laser dans les nouveaux dispositifs d’imagerie optique. L’imagerie à pixel unique (SPI) est devenue une technique puissante utilisant la modulation de la lumière et un détecteur à point unique au lieu d’un capteur bidimensionnel. Cependant, la plupart des systèmes SPI sont limités par la seule utilisation de dispositifs à micromiroirs numériques (DMD), ce qui signifie que la vitesse à laquelle la caméra à un pixel peut enregistrer des images n’est que de quelques dizaines de hertz.
D’autres méthodes utilisent des masques de codage physiques à déplacement rapide pour la modulation de la lumière. Bien que rapides, ces masques fixent également la résolution, rendant de tels systèmes inflexibles pour s’adapter à différents paramètres expérimentaux.
Contrairement à ces approches, la nouvelle caméra développée par des scientifiques de l’INRS combine un dispositif numérique à micromiroir avec un balayage laser pour une projection de motifs rapide et reconfigurable. Cela permet au système de fonctionner à différentes résolutions spatiales, ainsi qu’à différentes vitesses et modes d’imagerie. En conséquence, il est capable de diffuser des vidéos en temps réel à 100 images par seconde (fps) et jusqu’à 12 000 fps hors ligne.
« La capacité d’imagerie en temps réel à 100 ips dépasse les technologies existantes et met en lumière de nombreuses applications industrielles où l’analyse sur site et la rétroaction en ligne sont nécessaires », déclare Patrick Kilcullen, premier auteur de l’article et doctorant à l’INRS.
Applications étendues
Une autre caractéristique est que le système est très générique et peut être facilement adapté à de nombreuses configurations.
Scientifiquement, l’appareil pourrait avoir de larges applications, notamment dans le spectre non visible, car il n’existe pas de caméra adaptée. L’imagerie à très haut débit permet la capture d’événements transitoires, comme l’analyse des phénomènes de combustion, la détection de gaz dangereux et la caractérisation de matériaux semi-conducteurs.
L’équipe, composée du doctorant Patrick Kilcullen et des professeurs Tsuneyuki Ozaki et Jinyang Liang, a breveté la technique et recherche actuellement des collaborations pour la commercialiser.
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