Publié le 24 décembre 2025 à 19h01. Des chercheurs de l’Université du Connecticut ont mis au point un nouveau capteur d’image révolutionnaire capable d’atteindre une super-résolution optique sans l’utilisation de lentilles, ouvrant la voie à des avancées majeures dans des domaines aussi variés que la médecine, la science et l’industrie.
- Le nouveau capteur, baptisé MASI (Imageur de synthèse à ouvertures multi-échelles), s’inspire des techniques utilisées pour capturer la première image d’un trou noir.
- Contrairement aux systèmes d’imagerie traditionnels, MASI ne nécessite pas une synchronisation physique parfaite des capteurs, ce qui simplifie considérablement sa conception et son utilisation.
- Cette technologie permet d’obtenir une résolution inférieure au micron et une large couverture de champ sans avoir recours à des objectifs encombrants.
L’imagerie optique a connu des progrès considérables au fil des décennies, permettant de cartographier des galaxies lointaines et d’observer des détails microscopiques à l’intérieur des cellules vivantes. Cependant, la capture d’images haute résolution sur un large champ sans l’utilisation d’objectifs complexes et coûteux restait un défi majeur. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Guoan Zheng, du Centre UConn pour l’innovation biomédicale et bio-ingénierie (CBBI), vient de publier une étude dans la revue Communications Nature qui pourrait bien changer la donne.
Au cœur de cette innovation se trouve une approche novatrice de l’imagerie à ouverture synthétique. Le professeur Zheng explique :
« Au cœur de cette avancée se trouve un problème technique de longue date. L’imagerie à ouverture synthétique – la méthode qui a permis au télescope Event Horizon d’imager un trou noir – fonctionne en combinant de manière cohérente les mesures de plusieurs capteurs séparés pour simuler une ouverture d’imagerie beaucoup plus grande. »
Guoan Zheng, professeur de génie biomédical et directeur du CBBI
Traditionnellement, cette technique est utilisée en radioastronomie, où les longueurs d’onde plus importantes facilitent la synchronisation des capteurs. Cependant, aux longueurs d’onde de la lumière visible, où l’échelle est beaucoup plus petite, la synchronisation physique requise est pratiquement impossible à atteindre. MASI contourne ce problème en permettant à chaque capteur de mesurer la lumière indépendamment, puis en utilisant des algorithmes informatiques pour synchroniser les données a posteriori.
Ce processus est comparable à demander à plusieurs photographes de capturer la même scène, non pas sous forme de photos classiques, mais sous forme de mesures brutes des propriétés des ondes lumineuses, puis de laisser un logiciel assembler ces données en une seule image ultra-haute résolution. Cette méthode de synchronisation de phase informatique élimine le besoin de configurations interférométriques rigides, qui ont jusqu’à présent limité l’utilisation pratique des systèmes à ouverture synthétique optique.
MASI se distingue également de l’imagerie optique conventionnelle par son approche de la capture de la lumière. Au lieu de s’appuyer sur des lentilles pour focaliser la lumière sur un capteur, MASI utilise un ensemble de capteurs codés positionnés dans un plan de diffraction. Chaque capteur capture les motifs de diffraction bruts, c’est-à-dire la manière dont les ondes lumineuses se propagent après avoir interagi avec un objet. Ces mesures contiennent des informations sur l’amplitude et la phase de la lumière, qui sont ensuite récupérées à l’aide d’algorithmes informatiques.
Une fois le champ d’ondes complexe de chaque capteur reconstitué, le système complète et propage numériquement les champs d’ondes vers le plan objet. Une méthode informatique de synchronisation de phase ajuste ensuite itérativement les décalages de phase relatifs des données de chaque capteur pour maximiser la cohérence et l’énergie globales dans la reconstruction unifiée. Ce processus permet de surmonter la limite de diffraction et d’autres contraintes imposées par l’optique traditionnelle, offrant une résolution virtuelle supérieure à celle de n’importe quel capteur unique.
Les avantages de MASI sont nombreux. Les objectifs traditionnels imposent des compromis entre la résolution et la distance de travail, limitant souvent la capacité à observer des objets de près. MASI, en revanche, peut capturer des diagrammes de diffraction à quelques centimètres de l’objet et reconstruire des images avec une résolution allant jusqu’à des niveaux submicroniques. Selon le professeur Zheng :
« Les applications potentielles du MASI couvrent de multiples domaines, depuis la médecine légale et le diagnostic médical jusqu’à l’inspection industrielle et la télédétection. »
Guoan Zheng, professeur de génie biomédical et directeur du CBBI
De plus, MASI est hautement évolutif. Contrairement aux optiques traditionnelles, qui deviennent exponentiellement plus complexes à mesure qu’elles se développent, le système MASI évolue de manière linéaire, permettant potentiellement la création de grands réseaux pour des applications encore inimaginables. Cette technologie représente donc un véritable changement de paradigme dans l’imagerie optique, ouvrant la voie à un nouveau domaine d’imagerie haute résolution, flexible et évolutif.
Plus d’informations :
Ruihai Wang et al, Imageur de synthèse d’ouverture multi-échelle, Communications Nature (2025). DOI : 10.1038/s41467-025-65661-8
Fourni par Université du Connecticut
Citation : Un nouveau capteur d’image dépasse les limites optiques (2025, 24 décembre) récupéré le 24 décembre 2025 sur https://phys.org/news/2025-12-image-sensor-optical-limits.html
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