Comment choisir entre une taille de pixel de 12 µm et de 17 µm ?

Choisir entre une taille de pixel de 12 µm et de 17 µm ne revient pas à demander laquelle est « plus avancée ». La vraie question est celle du besoin système : à résolution identique, focale identique et taille de cible identique, faut-il privilégier un champ de vision plus large, une distance d’identification plus longue, ou bien une optique et un ensemble caméra plus compacts ? La taille de pixel influence directement la dimension active du détecteur, la focale de l’objectif, l’IFOV, l’ouverture optique et le coût global du système.

Taille de pixel 12 µm ou 17 µm : quelles différences réelles ?

Prenons un cas courant : un module thermique LWIR non refroidi de 640×512 pixels.

À résolution identique de 640×512, la surface active d’un détecteur 17 µm est environ 1,42 fois plus grande que celle d’un détecteur 12 µm. La conséquence est immédiate : à focale identique, le 17 µm offre un champ de vision plus large ; à champ de vision identique, le 12 µm permet d’utiliser une focale plus courte, donc un objectif plus petit.

Par exemple, avec une focale de 19 mm, le champ de vision horizontal est approximativement :

• 640×512, 12 µm : environ 22,9°
• 640×512, 17 µm : environ 31,9°

Si un projet impose un champ horizontal proche de 32°, la solution 12 µm nécessitera une focale d’environ 13,5 mm, tandis que la solution 17 µm utilisera environ 19 mm. Une focale plus courte signifie souvent une optique plus légère, plus compacte et plus simple à intégrer. C’est l’une des raisons pour lesquelles le 12 µm devient courant dans les drones, véhicules, robots mobiles et équipements portables. Un module comme le SPECTRA L06 640×512 LWIR 12µm convient particulièrement aux intégrations LWIR non refroidies sensibles au volume, au poids et à la consommation.

À focale identique : 17 µm voit plus large, 12 µm résout plus finement

La résolution angulaire se calcule souvent par l’IFOV :

IFOV ≈ taille de pixel / focale

Avec une focale de 19 mm :

Cela signifie qu’à focale identique, le 12 µm échantillonne plus finement les détails de la scène. Une cible distante occupe davantage de pixels, ce qui favorise l’identification, la mesure et certains traitements algorithmiques. Le 17 µm accepte une résolution angulaire plus grossière en échange d’une couverture angulaire plus large.

En ingénierie, les critères de Johnson donnent une première estimation utile. Supposons une cible humaine de 0,5 m de largeur, avec environ 6 à 8 pixels nécessaires sur cette largeur pour l’identification :

• 12 µm, 19 mm : 0,5 m / 8 pixels / 0,000632 ≈ 99 m
• 17 µm, 19 mm : 0,5 m / 8 pixels / 0,000895 ≈ 70 m

Ce résultat n’est pas une distance de détection finale. Les performances réelles dépendent aussi du NETD, de la transmission atmosphérique, du contraste thermique de la cible, du traitement d’image, de la compression, de l’affichage et de la qualité de l’objectif. Mais pour comparer rapidement deux architectures au début d’un projet, ce calcul est très efficace. Pour la sécurité des frontières ou la surveillance périmétrique longue distance, si la focale est contrainte, le 12 µm permet généralement d’obtenir plus de pixels sur la cible.

Des recherches techniques plus générales sur l’imagerie thermique et le s méthodes de caractérisation peuvent être consultées via les pages de recherche de l’ISOet d’IEEE Xplore .

À champ de vision identique : le 12 µm facilite la miniaturisation

Lorsque le champ de vision demandé est identique, la focale du 12 µm peut être raccourcie proportionnellement. Pour un format 640×512 avec un champ horizontal d’environ 32° :

• 12 µm : focale d’environ 13,5 mm
• 17 µm : focale d’environ 19 mm

Cette différence a un impact direct sur la conception mécanique. Les objectifs infrarouges utilisent souvent du germanium, des verres chalcogénures ou d’autres matériaux transmissifs dans l’infrarouge. Lorsque la focale et le diamètre optique augmentent, le coût, la masse, la sensibilité à la dérive thermique et la difficulté d’assemblage augmentent également.

Sur une plateforme aéroportée ou drone, quelques dizaines de grammes peuvent compter davantage qu’un avantage théorique de sensibilité. Dans un véhicule, un robot mobile ou un appareil portable, un module 12 µm à courte focale s’intègre généralement plus facilement dans un espace limité.

Cela ne signifie pas que le 17 µm est obsolète. De nombreuses plateformes existantes disposent déjà d’objectifs 17 µm, de pièces mécaniques, de procédures de calibration et parfois de certifications associées. Dans ce cas, rester sur un détecteur 17 µm peut réduire les coûts de réoutillage, de requalification et de validation. Pour la maintenance, le remplacement ou l’évolution d’un système déjà déployé, la compatibilité peut être plus importante qu’un gain isolé sur la fiche technique.

Sensibilité, qualité d’image et coût : ne pas regarder uniquement le pixel

En théorie, un pixel de 17 µm possède une surface d’environ 289 µm², tandis qu’un pixel de 12 µm possède une surface d’environ 144 µm². Le pixel 17 µm offre donc environ deux fois la surface d’un pixel 12 µm. À technologie identique, même nombre F et mêmes conditions d’intégration, une plus grande surface de collecte peut améliorer le rapport signal/bruit et le NETD.

Mais dans un produit réel, on ne peut pas conclure simplement que « le 17 µm est toujours plus sensible ». Les détecteurs non refroidis 12 µm actuels bénéficient d’optimisations sur la microstructure, les couches absorbantes, les circuits de lecture et le traitement d’image. Des NETD inférieurs à 40 mK sont courants, et certains modèles atteignent moins de 30 mK.

Pour une sélection sérieuse, il faut comparer l’ensemble des paramètres :

• NETD : valeurs courantes ≤50 mK, ≤40 mK, ≤30 mK
• Nombre F : F1.0 capte plus d’énergie que F1.2
• Fréquence d’image : 25 Hz, 30 Hz, 50 Hz, 60 Hz changent fortement les performances en suivi
• Traitement d’image : NUC, correction des pixels défectueux, rehaussement des détails, compression de dynamique
• Dérive thermique : correction par obturateur ou fonctionnement sans shutter selon la durée d’utilisation

Les applications haute résolution doivent aussi être évaluées globalement. Un capteur 1280×1024 en 12 µm possède une dimension active de 15,36 mm × 12,29 mm, déjà proche de matrices plus grandes utilisées à l’époque des pixels 25 µm en 640×512. Lorsqu’un système exige à la fois grand champ et détail fin, il peut être plus pertinent d’envisager un module LWIR haute résolution comme le SPECTRA L12 1280×1024 LWIR plutôt que d’opposer uniquement 12 µm et 17 µm au format 640.

Pour approfondir les bases optiques et métrologiques, des ressources spécialisées sont disponibles sur SPIEet Techniques de l’Ingénieur .

Conseils de choix pour un module infrarouge 12 µm ou 17 µm

Pour un nouveau développement sans contrainte historique d’objectif ou de mécanique, le 12 µm est souvent le premier choix. À champ de vision équivalent, il réduit la focale, la taille de l’objectif et la masse. Il convient bien aux nacelles de drones, à la vision nocturne embarquée, à l’évitement d’obstacles robotique, aux terminaux portables, à l’inspection électrique et aux systèmes multisenseurs.

Dans les architectures visibles + infrarouges, par exemple, une solution double bande comme le FUSION LV0625A 640×512+2560×1440 MIPI 35mm peut tirer parti d’un canal thermique compact, tout en conservant une image visible haute définition pour l’interprétation de scène.

Si le projet privilégie un champ très large, réutilise une optique 17 µm existante ou doit rester compatible avec une interface mécanique ancienne, le 17 µm reste un choix rationnel. Dans des installations fixes, où l’encombrement est moins critique et où le coût optique est déjà absorbé par le système, conserver le 17 µm peut réduire le risque projet.

Pour l’identification longue distance, il ne faut pas poser la question uniquement en termes de taille de pixel. Il faut définir ensemble la focale, la taille de cible, le nombre de pixels requis sur la cible, la résolution du détecteur, l’ouverture optique et les conditions atmosphériques. Dans de nombreux cas, augmenter la focale ou passer à une résolution supérieure produit un gain plus net que le simple passage de 17 µm à 12 µm.

La règle pratique est donc claire : pour un nouveau produit compact, léger ou destiné à la production en volume, commencer par le 12 µm ; pour une plateforme existante, une optique déjà qualifiée ou un besoin de compatibilité large champ, conserver le 17 µm ; pour une mission longue portée, calculer d’abord l’IFOV et les pixels sur cible avant de figer la résolution, la focale et la taille de pixel.

FAQ

Q1 : Le 12 µm voit-il toujours plus loin que le 17 µm ?

Non. À focale identique, le 12 µm offre une résolution angulaire plus fine et place généralement plus de pixels sur la cible, ce qui aide l’identification à distance. Mais si le 17 µm utilise une focale plus longue, sa distance d’identification réelle peut être supérieure.

Q2 : Le 17 µm est-il dépassé ?

Non. Le 17 µm reste utile dans les systèmes existants, les installations fixes à grand champ et les plateformes disposant déjà d’objectifs qualifiés. Son principal désavantage concerne surtout les nouveaux systèmes compacts, où le 12 µm réduit plus facilement la taille optique et mécanique.

Q3 : Comment choisir entre 640×512 12 µm et 1280×1024 12 µm ?

Le 640×512 suffit souvent pour la détection, la navigation, l’évitement d’obstacles et les fonctions thermiques de base. Le 1280×1024 devient plus pertinent lorsqu’il faut plus de détails, un champ plus riche, un meilleur zoom numérique ou une entrée plus précise pour l’IA, avec en contrepartie plus de coût, de bande passante, de consommation et d’exigences optiques.

Q4 : Quel paramètre est le plus souvent négligé à l’achat ?

La focale de l’objectif et le nombre F. Comparer seulement « 12 µm ou 17 µm » et « 640 ou 1280 » est insuffisant. Il faut mettre dans le même tableau la focale, le champ de vision, le NETD, la fréquence d’image, l’interface, les dimensions, la consommation et la méthode de calibration.