DOSSIER
OPTRONIQUE & infrarouge
BLACK SILICON ET IA POUR LA VISION À BAS NIVEAU DE LUMIÈRE
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Esteban MONSALVO 1, 2, Léo RUEFF 1, 3, François ATTEIA 1, Ludovic ESCOUBAS 1, *
1
3L-OPTRONICS, Marseille, France
2
Aix Marseille Univ, Université de Toulon, CNRS, IM2NP, Marseille, France
3
Aix Marseille Univ, Centrale Méditerranée, CNRS, Institut Fresnel, Marseille, France * ludovic. escoubas @ 3l-optronics. com
https:// doi. org / 10.1051 / photon / 202613846
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La texturation de surface du silicium, sous forme de Black Silicon, couplée à du traitement d’ images par IA, est utilisée pour pousser les performances des imageurs en silicium et permettre la vision numérique à bas niveau de lumière. Dans cet article, nous montrons comment le Black Silicon appliqué aux imageurs permet de mieux capter le spectre du visible jusqu’ au proche infrarouge. L’ article décrit les résultats de texturation Black Silicon, de modélisation et de traitement d ' images par réseaux de neurones pour réhausser et débruiter en vision à bas niveau de lumière.
La vision de nuit ou plus généralement la vision à bas niveau de lumière repose sur un ensemble de technologies plus ou moins anciennes plus particulièrement développées pour le domaine de la défense. On peut citer entre autres les jumelles de vision de nuit qui utilisent un intensificateur de lumière mais restent analogiques, sans possibilité de transmission des images obtenues( seul le porteur des jumelles voit les images). Elles équipent une grande partie des forces armées de nos jours. Les détecteurs à base de matériaux semiconducteurs III-V tels que l’ In- GaAs permettent de réaliser des capteurs d’ images fonctionnant dans le SWIR( Short Wave InfraRed – entre 1 et 2 microns de longueur d’ onde). Les détecteurs à base de HgCdTe sont, quant à eux, sensibles dans l’ infrarouge thermique dans les bandes 3 – 5 microns( MWIR – Medium Wave InfraRed) et 8- 12 microns( LWIR – Long Wave InfraRed). Ces technologies militaires très performantes restent onéreuses car complexes à mettre en œuvre industriellement et souffrent également de résolutions d’ images faibles. C’ est ce qui explique pourquoi elles restent principalement utilisées pour la défense et pour le spatial. Les matrices de microbolomètres( membranes sensibles de type MEMS – Micro-ElectroMechanical Systems) permettent aussi de réaliser de l’ imagerie dans l’ infrarouge thermique, à moindre coût, mais souffrent également d’ une faible résolution. Une partie de ces technologies trouve aussi des applications dans le domaine civil, par exemple dans le secteur automobile pour les microbolomètres avec l’ ADAS( Advanced Driver Assistance System).
L’ industrie microélectronique, avec des acteurs majeurs comme Samsung, Sony, STMicrolectronics, TSMC, a développé depuis le début des années 2000 des imageurs à base de silicium en technologie CMOS. Ils présentent aujourd’ hui les avantages d’ une très grande résolution( plus de 200 Mpixels avec des tailles de pixels submicroniques) et de coûts de fabrication faibles et fiabilisés en raison de leur production en volume par exemple pour l’ industrie du téléphone mobile avec plus d’ 1,3 milliards de téléphones vendus par an,
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