Une nouvelle caméra 3D multispectrale qui tient dans la paume de la main développée grâce à la technologie Inkjet

Un groupe de chercheurs de l’Institut de Technologie de Karlsruhe, en Allemagne, a réussi à fabriquer une caméra 3D multispectrale compacte. Pour ce faire, ils ont imprimé un ensemble de micro-lentilles à l’aide de la technologie Inkjet (impression par jet d’encre). L’objectif principal de cette collaboration était de développer une nouvelle méthode pour la collecte de données optiques utiles à la reconstruction et à l’analyse précise des objets. Une technologie qui pourrait révolutionner les processus les plus avancés de numérisation 3D. Les résultats ont été satisfaisants, car cette nouvelle caméra peut obtenir des informations et des données 3D en une seule prise.

Les caméras multispectrales peuvent capturer des images et des spectres au-delà de la plage visible pour l’œil humain, puisqu’elles détectent la radiation à différentes longueurs d’onde. Les caméras multispectrales ont de nombreuses applications, par exemple, dans le domaine de la défense pour obtenir une vision complète et détecter des objets cachés; en cartographie pour la création de cartes; ou en agriculture pour surveiller et évaluer les cultures. Les applications sont donc pertinentes, cependant, les dispositifs actuels sont très complexes et les processus qu’ils suivent prennent beaucoup de temps. C’est ici que la nouvelle caméra 3D intervient.

Processus de fabrication de la caméra multispectrale

Le processus d’impression des micro-lentilles

Les nouvelles micro-lentilles de la caméra multispectrale ont été fabriquées en utilisant l’impression Inkjet. Bien que cette technologie soit utilisée par les imprimantes à jet d’encre courantes, l’équipe a suivi un processus additif. En commençant par le matériau, les chercheurs ont développé une encre composée de SU-8, un matériau photosensible, et de diluant avancé pour résines. Ensuite, l’encre a été déposée sur une des faces d’un porte-objet ultrafin qui a servi de base pour créer la lentille miniaturisée. Sur l’autre face, des filtres de couleur ont été imprimés pour coder les pixels sous la microlentille. Le matériau avancé a montré une bonne stabilité pendant l’impression et une grande résistance après le durcissement UV. Une fois la phase de durcissement aux rayons ultraviolets terminée, le composant optique a été intégré dans un capteur CMOS et enfin dans le boîtier d’une caméra standard.

La fabrication de cette caméra a permis de capturer des informations spectrales et de profondeur, mais elles étaient mélangées avec l’image. Comme solution, les chercheurs ont opté pour une nouvelle approche basée sur l’apprentissage avancé pour extraire uniquement les informations souhaitées. Qiaoshuang Zhang, auteur principal de l’article, a déclaré : « Relever le défi de créer une caméra multispectrale n’a été possible qu’en combinant les avancées récentes de la fabrication, de la conception de systèmes et de la reconstruction d’images basée sur l’IA. […] Ce travail repousse les limites de l’impression par jet d’encre – une méthode polyvalente de haute précision et à échelle industrielle – pour la fabrication de composants photoniques ».

En ce qui concerne l’imprimante qui a rendu cette avancée possible, la technologie PixDro et la machine LP50 de Suss MicroTec ont été utilisées. Une solution de bureau conçue pour la recherche et le développement de processus, de matériaux et d’applications de jet d’encre.

Une partie de l’équipe de chercheurs de l’Institut de Technologie de Karlsruhe.

Résultats et applications

L’équipe a testé la caméra en enregistrant des scènes avec des objets 3D multicolores et à différentes distances. L’algorithme a été entraîné à la reconstruction d’images multispectrales et a réussi à fournir des informations spatiales et spectrales en 3D. À savoir, des images de différents objets distingués par leur composition spectrale et leur profondeur. Tout cela en une seule prise. Ce prototype de caméra multispectrale pourrait s’appliquer à une multitude de domaines. Certaines des applications suggérées par les chercheurs sont : dans l’industrie automobile pour améliorer la conduite autonome; dans l’électronique et l’optimisation des smartphones; dans la technologie médicale, pour le développement d’endoscopes. Les possibilités sont vastes. L’étude a été publiée dans la revue Optics Express, si vous souhaitez en savoir plus, vous pouvez consulter l’article complet ici.

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*Crédits de toutes les photos : Institut de Technologie de Karlsruhe