État de Pennsylvanie des chercheurs en génie électrique ont développé une métasurface, un élément optique qui ressemble à une lame de verre et utilise de minuscules nanostructures positionnées à différents angles pour contrôler la lumière, dans le but d’imiter la puissance de traitement d’image simple et instantanée de l’œil humain.
Crédit d’image : air009/Shutterstock.com
Le groupe a publié son invention dans Communications naturelles sous la direction de l’auteur correspondant Xingjie Ni, professeur agrégé de génie électrique et d’informatique (EECS) à Penn State.
Les chercheurs ont découvert que pour que les systèmes d’intelligence artificielle (IA) puissent traiter des images et identifier des objets, ils peuvent être lents et nécessiter une grande quantité de puissance de calcul et d’énergie. D’un autre côté, les images peuvent être prétraitées et modifiées à l’aide de la métasurface avant d’être prises par une caméra, ce qui nécessite moins de puissance de traitement et de bande passante de données de la part d’un ordinateur et de l’intelligence artificielle.
La façon dont la métasurface fonctionne consiste à prendre une image et à la convertir du système de coordonnées cartésiennes, qui utilise une distribution de pixels de type bulle, au système de coordonnées log-polaires, où les pixels de l’image sont disposés en rangées et colonnes droites le long des axes x et axes y.
Tout comme la disposition des récepteurs de lumière à l’intérieur de l’œil humain, la métasurface prend des images et les organise dans un système de coordonnées log-polaires – avec des pixels plus denses pour les caractéristiques centrales et focalisées et des pixels plus clairsemés pour les régions périphériques. Cela permet aux aspects les plus importants d’une photo d’apparaître clairement tandis que d’autres restent moins nets, économisant ainsi la bande passante des données..
Xingjie Ni, auteur correspondant et professeur agrégé, génie électrique et informatique (EECS), The Pennsylvania State University
L’image est convertie du système cartésien en coordonnées log-polaires par la métasurface lorsqu’elle est positionnée devant une caméra, permettant à la lumière de la traverser avant que l’image ne soit numérisée et envoyée à un ordinateur. La métasurface fonctionne à la vitesse de la lumière et ne nécessite aucune énergie car elle utilise des nanostructures pour courber la lumière.
Comme l’image d’un objet peut varier en taille ou en orientation, il est souhaitable de prétraiter les images pour les rendre résistantes aux changements d’échelle et de rotation. Ce prétraitement aide les applications d’IA à les reconnaître plus facilement comme le même objet.»
Xingjie Ni, auteur correspondant et professeur agrégé, génie électrique et informatique (EECS), The Pennsylvania State University
Les chercheurs sont également capables de reconvertir l’image log-polaire en l’image originale avec des coordonnées cartésiennes en plaçant une métasurface alternative devant une caméra.
Les chercheurs ont affirmé qu’il existe de nombreuses utilisations possibles de l’invention, telles que le suivi de cibles et la surveillance pour cartographier les déplacements d’une voiture dans une ville.
Une métasurface peut être utilisée en tandem avec des systèmes d’IA comme préprocesseur, ce qui facilite la reconnaissance de la même voiture à partir de plusieurs caméras de visualisation de la rue. Ou s’il est appliqué à un satellite, il pourrait potentiellement suivre les avions du décollage à l’atterrissage..»
Xingjie Ni, auteur correspondant et professeur agrégé, génie électrique et informatique (EECS), The Pennsylvania State University
Zingwang Zhang, ancien chercheur postdoctoral à l’EECS ; Ziaojie Zhang, étudiant diplômé en EECS au moment de la recherche ; Yao Duan, titulaire d’un doctorat de Penn State en EECS ; et Lidan Zhang, également étudiant diplômé à l’EECS, complètent les co-auteurs en plus de Ni.
Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation des États-Unis, la NASA, l’Office of Naval Research, le National Eye Institute des National Institutes of Health et la Fondation Gordon et Betty Moore.
Référence du journal :
Zhang, X., et.al (2023) Transformations d’images géométriques entièrement optiques rendues possibles par des métasurfaces ultrafines. Communications naturelles. est ce que je.org/10.1038/s41467-023-43981-x
2024-02-14 17:16:00
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