Français
Les modules de caméra peuvent-ils fonctionner sans objectif ? Le changement révolutionnaire dans l'imagerie computationnelle
Créé le 2025.11.21
Pendant des décennies, nous avons considéré comme acquis que les caméras ont besoin d'objectifs—tout comme nous supposons que les voitures ont besoin de moteurs ou que les téléphones ont besoin d'écrans. Les objectifs ont longtemps été l'"œil" demodules de caméra, pliant la lumière pour focaliser des images nettes sur des capteurs. Mais que se passe-t-il si cette hypothèse fondamentale n'est plus vraie ? Aujourd'hui, les avancées en imagerie computationnelle, en algorithmes d'IA et en microfabrication prouvent que les modules de caméra peuvent fonctionner sans lentilles—ouvrant la voie à des dispositifs plus petits, moins chers et plus polyvalents qui redéfinissent ce que la technologie d'imagerie peut faire.
La Révolution sans Lentilles : Comment Tout Cela Fonctionne
Les modules de caméra sans lentille ne se contentent pas de supprimer la lentille, ils repensent tout le processus d'imagerie. Les caméras traditionnelles s'appuient sur des lentilles optiques pour réfracter la lumière et former une image directe sur le capteur. Les systèmes sans lentille remplacent cette mise au point physique par une "mise au point computationnelle" : ils capturent des données lumineuses brutes à travers des structures optiques alternatives et utilisent des algorithmes pour reconstruire des images claires et exploitables. Voici les trois technologies révolutionnaires qui rendent cela possible :
1. Imagerie de Masque Programmable : Codage de Lumière Dynamique
Un changement de donne dans la technologie sans lentille vient de chercheurs de l'Université de Science et de Technologie de Nanjing, qui ont développé le système d'Imagerie sans Lentille avec une Ouverture de Zone de Fresnel Programmable (LIP). Au lieu d'une lentille, le LIP utilise un masque programmable qui affiche des Ouvertures de Zone de Fresnel dynamiques (FZA) — des motifs qui modulent la lumière pour capturer des informations spatiales et de fréquence.
Le système fonctionne en deux étapes clés : d'abord, le masque programmable déplace le FZA pour collecter plusieurs points de données de champ lumineux à sous-ouverture. Ensuite, un algorithme de fusion parallèle combine ces points de données dans le domaine de la fréquence pour reconstruire des images haute résolution. Le résultat ? Un gain de résolution de 2,5x et une amélioration du rapport signal sur bruit de 3 dB par rapport aux systèmes sans lentille à masque statique traditionnels. En mode dynamique, il atteint 15 fps—suffisamment rapide pour la reconnaissance gestuelle en temps réel et l'interaction homme-machine—tout en réduisant la taille du module de caméra de 90 %.
2. Imagerie par réflexion de la lumière : Le verre en tant que "lentille invisible"
L'Université de l'Utah, Rajesh Menon a adopté une approche différente : utiliser la lumière réfléchie à l'intérieur d'un morceau de verre pour remplacer les lentilles traditionnelles. La plupart de la lumière passe à travers le verre, mais une petite fraction se réfléchit sur ses surfaces internes. L'équipe de Menon a fixé un capteur CMOS au bord d'un panneau en verre acrylique et a tapissé le reste du panneau avec du ruban réfléchissant pour piéger cette lumière rebondissante.
Lorsque la lumière frappe le verre, le capteur détecte les signaux réfléchis, et les algorithmes d'apprentissage automatique traduisent ces données en images. Le génie de ce design réside dans sa simplicité : le verre lui-même agit comme l'élément optique, éliminant ainsi le besoin de lentilles courbes. Bien que les images brutes soient floues pour les yeux humains, elles contiennent suffisamment de données pour que les ordinateurs puissent extraire des informations critiques—parfait pour des applications où les machines, et non les humains, sont les "spectateurs."
3. Réseaux de microlentilles : Collecteurs de lumière miniatures
Pour l'imagerie 3D, des chercheurs de l'Université de Californie, Davis, ont développé un module sans lentille utilisant un mince réseau de microlentilles. Contrairement à une seule lentille encombrante, ce réseau utilise 37 petites lentilles en polymère (d'un diamètre de seulement 12 mm) pour capturer la lumière sous plusieurs angles. Chaque microlentille agit comme un point de vue individuel, collectant des informations de profondeur que les algorithmes d'IA reconstruisent en images 3D en temps réel.
Cette technologie résout une limitation majeure des caméras 3D traditionnelles : elle fonctionne avec une seule exposition et évite une calibration complexe. L'array léger et flexible est idéal pour les robots, l'inspection industrielle et les systèmes VR/AR—où la taille et la vitesse comptent plus que des images de qualité photo parfaite.
Applications dans le monde réel : Où les caméras sans lentille brillent
Les modules de caméra sans lentille ne sont pas seulement des expériences de laboratoire - ils trouvent déjà des applications pratiques dans divers secteurs, grâce à leurs principaux avantages : petite taille, faible coût et durabilité. Voici les secteurs en cours de transformation :
VR/AR et technologie portable
Le plus grand obstacle dans les dispositifs VR/AR est l'espace : ajouter une caméra traditionnelle pour le suivi des yeux ou le contrôle gestuel alourdit les casques. Les modules sans lentilles résolvent ce problème : le système en verre de Menon s'intègre parfaitement dans les lentilles VR/AR pour suivre les mouvements des yeux, tandis que la réduction de taille de 90 % du module LIP de l'Université de Nankin le rend parfait pour les dispositifs portables légers. Ces modules ajoutent des capacités d'imagerie sans sacrifier le confort ou le design.
Imagerie Médicale
Les endoscopes traditionnels utilisent des lentilles longues et rigides qui peuvent être inconfortables pour les patients. Les modules sans lentille permettent des endoscopes ultra-fins et flexibles qui naviguent dans des espaces étroits du corps. Leur petit format réduit également le risque de dommages aux tissus, tandis que la reconstruction computationnelle maintient la clarté de l'image dont les médecins ont besoin pour des diagnostics précis.
Sécurité et Surveillance
Les caméras sans lentille offrent un avantage en matière de discrétion : elles peuvent être intégrées dans des fenêtres, des murs ou des objets du quotidien sans être détectées. Des marques comme Hikvision ont lancé des caméras de sécurité "invisibles" utilisant la technologie sans lentille, qui se fondent dans les environnements tout en capturant le mouvement et l'activité. Leur durabilité—sans éléments de lentille fragiles—les rend également idéales pour des conditions extérieures difficiles.
Automobile et Robotique
Les voitures autonomes et les robots ont besoin de systèmes d'imagerie compacts et fiables pour naviguer. Les modules sans lentille s'intègrent dans des espaces restreints des tableaux de bord des véhicules ou des bras de robot, tandis que leur profondeur de champ infinie (un effet secondaire de l'absence de mise au point physique) aide à détecter des objets à des distances variées. Les modules de réseau de microlentilles capables de 3D sont particulièrement utiles pour la manipulation des robots, permettant aux machines de "voir" la forme des objets qu'elles manipulent.
Croissance du marché : Les chiffres derrière la révolution
Le marché des caméras sans lentille explose alors que ces applications gagnent en popularité. En 2020, la taille du marché mondial était de 25 milliards, et elle devrait atteindre 60 milliards d'ici 2025, avec un taux de croissance annuel composé (CAGR) de plus de 18 %. Rien qu'en Chine, le marché devrait atteindre 21 milliards de dollars (150 milliards de RMB) d'ici 2025, soutenu par la demande des appareils électroniques grand public et des dispositifs médicaux.
Des acteurs clés comme Hitachi, Teledyne Princeton Instruments et Huawei investissent massivement dans la technologie. Même des géants traditionnels de la caméra comme Canon et Sony explorent des conceptions sans lentille pour rester compétitifs sur les marchés des appareils portables et de l'IoT. La force motrice ? Le coût : éliminer les lentilles supprime l'un des composants les plus coûteux des modules de caméra, rendant l'imagerie accessible à davantage d'appareils.
Défis et la route à suivre
Les modules de caméra sans lentille ne sont pas parfaits—encore. Ils font face à trois défis clés que les chercheurs s'efforcent de résoudre :
Tout d'abord, performance en faible lumière. Sans lentille pour concentrer la lumière, les systèmes sans lentille ont du mal dans des conditions de faible luminosité, ce qui entraîne des images bruitées. Les récentes avancées en débruitage par IA, comme la méthode de l'EPFL qui prend en compte l'illumination externe, améliorent les performances, mais davantage de travail est nécessaire pour des environnements à faible luminosité comme la surveillance nocturne.
Deuxièmement, les limitations de haute résolution. Bien que la technologie LIP réalise des gains de résolution impressionnants, les modules sans lentille ne peuvent toujours pas égaler le détail des objectifs DSLR haut de gamme. Pour la photographie grand public, cela signifie qu'ils ne sont pas susceptibles de remplacer les appareils photo traditionnels de sitôt - mais pour la vision par ordinateur et l'imagerie de base, la résolution est déjà suffisante.
Troisièmement, la complexité des algorithmes. L'imagerie sans lentille repose sur des processeurs puissants pour exécuter des algorithmes de reconstruction. Pour les appareils à faible consommation d'énergie comme les capteurs IoT, cela peut épuiser les batteries. Des réseaux neuronaux optimisés et du matériel plus efficace s'attaquent à ce problème, mais l'efficacité énergétique reste une priorité.
L'avenir semble prometteur, cependant. À mesure que les algorithmes d'IA deviennent plus puissants et que la microfabrication devient moins coûteuse, les modules sans lentille continueront à s'améliorer. Les chercheurs explorent déjà l'imagerie multimodale—combinant des systèmes sans lentille avec la polarisation ou la détection spectrale pour les diagnostics médicaux et l'analyse des matériaux. Nous voyons également une intégration avec la 5G, permettant la reconstruction d'images en temps réel sur des serveurs cloud au lieu de dispositifs locaux.
Conclusion : La fin de l'ère des lentilles ?
Alors, les modules de caméra peuvent-ils fonctionner sans lentille ? La réponse est un oui retentissant — et ils surpassent déjà les systèmes traditionnels basés sur des lentilles dans des domaines clés. La technologie sans lentille n'est pas qu'une nouveauté ; c'est un changement de paradigme qui privilégie la fonction, la taille et le coût par rapport à la fidélité d'image parfaite.
Pour les consommateurs, cela signifie des appareils plus petits et plus abordables avec imagerie intégrée—des montres intelligentes qui suivent la santé avec de minuscules capteurs sans lentille aux casques VR qui semblent plus légers que jamais. Pour les industries, cela signifie des solutions d'imagerie qui s'adaptent là où les caméras traditionnelles ne peuvent pas, de l'intérieur du corps humain aux espaces restreints des voitures autonomes.
L'objectif ne disparaît pas complètement : la photographie haut de gamme et la vidéographie professionnelle continueront de s'appuyer sur des objectifs de précision pendant des années. Mais pour les milliards d'appareils d'imagerie qui n'ont pas besoin de photos de qualité muséale, les modules sans lentille prennent le relais. À mesure que l'imagerie computationnelle continue de progresser, nous cesserons bientôt de nous demander "Les caméras peuvent-elles fonctionner sans objectifs ?" et commencerons à nous demander pourquoi nous avons jamais eu besoin d'objectifs en premier lieu.
Contact
Laissez vos informations et nous vous contacterons.
WhatsApp
WeChat