Les pixels sensibles à la lumière et les caméras qu’ils permettent ont transformé la vie moderne. Les caméras sont omniprésentes. Les smartphones en ont souvent plusieurs, les rues, les magasins et les entreprises – même nos maisons – en sont hérissés. Les humains se sont habitués à l’idée d’être constamment enregistrés par ces appareils chaque fois qu’ils quittent leur maison et souvent lorsqu’ils s’y trouvent.
Mais l’omniprésence des caméras a des limites et l’une d’elles est le suivi oculaire. La capacité de suivre la position et l’angle du globe oculaire a un large éventail d’applications allant des appareils de réalité virtuelle au suivi des publicités en passant par les systèmes de sécurité des conducteurs et au-delà.
Le problème est que placer une caméra devant les yeux a tendance à bloquer la vue. Et les monter plus loin les rend moins précis, plus encombrants et souvent plus gourmands en énergie en raison du traitement de données supplémentaire qu’ils nécessitent. Cela a limité leur utilité dans de nombreuses situations.
Capteurs cachés
Ce dont les eye trackers ont besoin, c’est d’un moyen de cacher les pixels sensibles à la lumière à la vue de tous.
Entrez Gabriel Mercier de l’Institut des sciences et technologies de Barcelone en Espagne et ses collègues qui ont construit des photodétecteurs transparents capables de rendre les caméras plus ou moins invisibles. Ils ont testé leur appareil et montré qu’il pourrait permettre une nouvelle génération de dispositifs de suivi oculaire intégrés à des objets ordinaires tels que des verres de lunettes, des écrans d’ordinateur et des fenêtres. « Le fonctionnement et l’apparence des capteurs d’images transparents représentent un changement fondamental dans notre façon de concevoir les caméras et l’imagerie, car ces appareils peuvent être dissimulés à la vue de tous », affirment-ils.
La technologie qui rend transparents les pixels sensibles à la lumière est constituée de photodétecteurs constitués de points quantiques à base de graphène. Ces dispositifs sont constitués d’une couche de graphène – une feuille bidimensionnelle d’atomes de carbone en formation de « grillage » – recouverte de points de sulfure de plomb. Lorsqu’ils sont touchés par des photons, les points émettent des électrons qui traversent la feuille de graphène pour produire un courant.
L’ensemble du dispositif est essentiellement transparent car la majeure partie de la lumière traverse le graphène et les points sont trop petits pour être vus. L’électronique de connexion peut également être rendue largement transparente, de sorte que l’ensemble du réseau de photodétecteurs transmette jusqu’à 95 % de la lumière qui le frappe.
Un autre avantage des pixels en graphène est qu’ils produisent un courant relativement important. Cela signifie que le signal peut être transmis sur des distances relativement longues avant de devoir être amplifié.
D’autres conducteurs organiques sensibles à la lumière produisent des signaux plus petits qui nécessitent une amplification immédiate. L’électronique amplificatrice – qui n’est pas transparente – doit donc être proche des pixels. Cela occupe de l’espace qui serait autrement utilisé pour détecter les photons et réduit également la transparence du réseau.
C’est pourquoi les réseaux de pixels transparents ne fonctionnent pas encore correctement.
En revanche, Mercier et ses collègues affirment que leurs composants électroniques d’amplification peuvent être rangés en toute sécurité. Cela signifie que le tableau peut être imprimé sur des verres de lunettes où il se trouve directement devant l’œil, sans obstruer la vue.
Pour tester leur appareil, Mercier et ses collègues ont projeté des motifs en niveaux de gris sur la matrice et comparé la sortie avec celle d’un capteur d’image conventionnel.
Ils ont trouvé des résultats prometteurs. Pour le suivi oculaire, les capteurs ont besoin d’un taux de rafraîchissement d’au moins 200 Hz et l’équipe a enregistré l’appareil fonctionnant à plus du double de ce taux tout en produisant des images fiables. « Il est clairement visible que la plupart des modèles peuvent être reconstruits par le dispositif d’imagerie », disent-ils.
Ils ont ensuite simulé le suivi oculaire en projetant un point noir sur le réseau et en utilisant la sortie pour le suivre.
Suivi de l’oeil
C’est un travail intéressant avec des applications potentiellement puissantes. « L’eye-tracking a de nombreuses utilisations, comme détecter la schizophrénie, mesurer la compréhension de textes ou l’expérience de conduite, tout en permettant une meilleure compréhension de la mémoire et des choix commerciaux », expliquent Mercier et co. « Le suivi oculaire fournit une interface homme-machine qui peut permettre le contrôle tactile et sans geste des systèmes d’infodivertissement automobiles – et est également considéré comme une technologie clé permettant la réalité virtuelle et augmentée omniprésente. »
Il y a bien sûr des défis à relever. Ces réseaux manquent de lentilles et reposent donc sur des images projetées. Cela pourrait fonctionner à proximité des yeux, d’autant plus que les réseaux sont sensibles à la lumière infrarouge qui pourrait être projetée sur l’œil à l’insu de l’utilisateur.
Une alternative consiste à utiliser des techniques d’imagerie à pixel unique, qui forment des images à partir d’une lumière aléatoire tombant sur un seul photodétecteur. Cela nécessite des taux de rafraîchissement élevés pour les images haute résolution. Mais Mercier et ses collègues affirment qu’en théorie, leur appareil pourrait fonctionner à une fréquence de rafraîchissement de 20 000 images par seconde. L’imagerie à un seul pixel nécessite également une puissance de calcul importante, mais cela pourrait être réalisé loin du champ de vision.
Quoi qu’il en soit, les caméras transparentes ont un potentiel important. Attendez-vous à les voir – ou pas – dans un avenir pas trop lointain.
Réf : Capteurs d’images semi-transparents pour applications d’eye-tracking : arxiv.org/abs/2403.08297
