Capteur
Le capteur est composé de deux parties : une partie électronique qui assure le fonctionnement du système, et une partie photosensible qui se charge de la captation de l’image. La partie électronique gère le traitement du signal, tandis que la partie photosensible convertit la lumière en signal électrique.
Circuit électronique
Il constitue la partie électronique du capteur, responsable du traitement et de la gestion du signal électrique généré par la partie photosensible. Il assure notamment le balayage, la conversion et la transmission des données.
Photosite
Un photosite correspond à une cellule photoélectrique qui convertit la lumière en signal électrique. En noir et blanc, 1 photosite équivaut à 1 pixel. En couleur, 1 pixel est constitué de 3 photosites (R, V, B).
Rolling Shutter
Le Rolling Shutter est une caractéristique du capteur CMOS provoquant une déformation des objets en mouvement rapide. Par exemple, une roue en mouvement apparaîtra ovale plutôt que ronde, contrairement à un capteur CCD où la roue reste ronde.
Débayérisation
La débayérisation est le processus de conversion des données brutes du capteur Bayer en pixels couleur complets. Elle consiste à transformer un ensemble de données brutes (4 photosites par pixel) en une image couleur cohérente à 3 photosites par pixel.
Le capteur est constitué de deux parties : une électronique qui assure le fonctionnement du système et une photosensible qui capte l’image. Les photosites, cellules photoélectriques, jouent un rôle clé en convertissant la lumière en signaux électriques. En couleur, chaque pixel est formé de 3 photosites (R, V, B), et la débayérisation est le processus permettant de passer de 4 photosites (données brutes Bayer) à 3 (pixels couleur). Le Rolling Shutter, spécifique aux capteurs CMOS, peut provoquer une déformation des objets en mouvement rapide, comme une roue ovale au lieu de ronde. La mesure et la conversion des signaux électriques en données numériques permettent de contrôler la luminosité et la couleur des pixels, ainsi que leur affichage à l’écran.
Le capteur vidéo combine une partie électronique et une partie photosensible pour capturer et traiter l’image. La débayérisation est essentielle pour obtenir une image couleur cohérente à partir des données brutes, tandis que le Rolling Shutter peut affecter la précision de l’image en mouvement rapide.
CCD (Charged Coupled Device) : AUTEUR (date) : capteur à transfert de charge électrique. Il utilise un transfert de charge électrique pour convertir la lumière en signal, offrant une meilleure dynamique d'image mais étant moins utilisé aujourd'hui.
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) : AUTEUR (date) : technologie de semi-conducteur complémentaire. Fonctionne avec un Rolling Shutter et est majoritairement utilisé (99%). La conversion de la lumière en signal est similaire à celle du CCD, mais la manipulation de l'information diffère.
Transfert de charge électrique : méthode par laquelle la charge électrique accumulée dans chaque pixel est transférée d’un point à un autre pour lecture, spécifique au CCD.
Le CCD utilise un transfert de charge électrique pour convertir la lumière en signal, ce qui lui confère une meilleure dynamique d’image. Cependant, cette technologie est moins courante aujourd’hui. Le CMOS, qui fonctionne principalement avec un Rolling Shutter, est utilisé dans 99% des capteurs modernes. La conversion de la lumière en signal est similaire entre les deux, mais la façon dont l'information est manipulée diffère : le CCD transfère la charge électrique, tandis que le CMOS manipule directement le signal électrique via des circuits intégrés.
Le CCD offre une meilleure dynamique d’image grâce à son transfert de charge électrique, mais le CMOS, majoritairement utilisé, fonctionne avec un Rolling Shutter susceptible de provoquer des déformations lors de mouvements rapides. La conversion de la lumière en signal est comparable, mais leur manipulation diffère notablement.
Surface photosensible : Zone du capteur capable de convertir la lumière en signal électrique. Typiquement de 2 à 3 cm², cette surface influence la profondeur de champ et la dynamique de l’image, permettant de gérer la netteté sur la scène et la gamme de luminosité capturée.
Encoche métallique (picot) : Élément fixe qui maintient le circuit du capteur en place. Il facilite également l’échange d’informations entre le capteur et le reste de la caméra, assurant la transmission des données d’image.
Pixel couleur : Unité d’image composée de plusieurs photosites (généralement trois : R, V, B). Chaque photosite capture une composante de couleur, et leur combinaison permet de représenter une couleur précise dans l’image.
Profondeur de champ : Capacité de la surface photosensible à capturer une zone de la scène avec netteté. Elle dépend notamment de la taille de la surface photosensible, influençant la netteté et la dynamique de l’image.
La surface photosensible typique de 2 à 3 cm² joue un rôle crucial en influençant la profondeur de champ et la dynamique de l’image, ce qui permet de gérer la netteté sur différentes distances et la gamme de luminosité capturée. L’encoche métallique, ou picot, fixe le circuit du capteur et facilite l’échange d’informations entre le capteur et le reste de la caméra, assurant une transmission efficace des données. En noir et blanc, un seul photosite correspond à un pixel, représentant un point de couleur unique. En couleur, chaque pixel est formé par 3 photosites (R, V, B), permettant une reproduction fidèle des couleurs. La quantification se fait sur 8 à 16 bits par échantillon, offrant une gamme de niveaux de luminosité. En noir et blanc, 256 niveaux de luminosité sont possibles, permettant de distinguer 254 nuances de gris, ainsi que le noir et le blanc, visibles par l’œil humain. Pour le cinéma, des standards spécifiques sont appliqués, notamment le format R,V,B en 4:4:4, sans sous-échantillonnage couleur, contrairement à la télévision où le sous-échantillonnage 4:2:0 est courant. La représentation des couleurs peut se faire via des vecteurs, où l’angle indique la teinte et la longueur la luminosité. Le vecteurscope est un outil d’étalonnage permettant d’ajuster la saturation, d’éviter les dominantes colorées, et d’adapter la température de couleur à l’éclairage, en réglant notamment les gains des trois voies R, V, B, avec le blanc comme référence.
La surface photosensible, en déterminant la taille du capteur, influence directement la profondeur de champ et la dynamique de l’image, tandis que la configuration des photosites et leur organisation en pixels couleur permettent de produire une image fidèle en termes de couleur et de luminosité.
Dynamique visuelle
Correspond à l'écart entre les zones sombres et claires d'une image. Il influence le contraste esthétique, plus cet écart est grand, plus le contraste visuel est marqué, ce qui peut renforcer l’impact visuel d’une scène. La dynamique visuelle joue donc sur la perception de profondeur et de relief dans l’image.
Dynamique sonore
Mesure l’écart entre les niveaux sonores faibles et forts. Elle est exprimée en décibels ou en stops. La dynamique sonore reflète la capacité d’un système à reproduire une large gamme de volumes, du plus silencieux au plus fort, sans perte de qualité.
Contraste
Il désigne la différence entre les zones sombres et claires d’une image. Un contraste élevé accentue la différence de luminosité, renforçant l’impact visuel et esthétique de l’image.
Décibel
Unité de mesure du volume sonore ou de l’intensité du son. La différence de volume est souvent exprimée en décibels, où 1 décibel correspond à une variation précise de l’intensité sonore.
Stop
Unité de mesure du gain sonore ou de la luminosité. 1 stop équivaut à 6 dB. Par exemple, augmenter le gain de 1 stop correspond à doubler la puissance du signal sonore ou lumineux.
La dynamique visuelle correspond à l’écart entre les zones sombres et claires, influençant le contraste esthétique de l’image. Plus cet écart est grand, plus le contraste est marqué, ce qui améliore la perception visuelle et l’impact esthétique. La dynamique sonore est quantifiée en décibels ou en stops, où 1 stop équivaut à 6 dB. Une bonne dynamique sonore se situe autour de 80 dB, permettant une reproduction fidèle des variations de volume, tandis que la moyenne est d’environ 50 dB. La gestion de la dynamique, aussi bien visuelle que sonore, est essentielle pour optimiser la qualité de l’image et du son, notamment par des corrections esthétiques comme le contraste ou la colorimétrie, et par des réglages précis du gain ou du diaphon pour la luminosité.
La dynamique, qu’elle soit visuelle ou sonore, influence directement la qualité perçue d’une image ou d’un son, en jouant sur le contraste et la gamme de volumes. Une bonne maîtrise de ces écarts permet d’obtenir une meilleure qualité esthétique et technique.
Tube cathodique
Écran LCD
AUTEUR (date) : technologie d'affichage utilisant une couche de cristaux liquides, combinée avec des filtres de couleur R, V, B et un système de polarisation. La lumière passe à travers ces cristaux pour produire une image visible.
Écran plasma
AUTEUR (date) : écran utilisant un gaz (plasma) pour produire des images. Quasiment disparu, il fonctionnait en ionisant le gaz pour générer de la lumière en chaque pixel.
Écran OLED
AUTEUR (date) : technologie moderne basée sur des diodes microscopiques lumineuses (LED). Chaque pixel émet sa propre lumière, permettant des contrastes élevés et une finesse d’affichage.
Cristaux liquides
AUTEUR (date) : substances qui changent d’état entre translucide et opaque en fonction du voltage appliqué, permettant de moduler la lumière dans les écrans LCD.
Le tube cathodique, utilisé jusqu'aux années 1940, est aujourd'hui disparu. Il fonctionnait en projetant un faisceau d’électrons sur un écran phosphorescent pour former une image. La technologie a évolué vers l'écran LCD, qui utilise une couche de cristaux liquides. Ces cristaux, selon leur orientation contrôlée par un voltage, modifient la transmission de la lumière à travers des filtres de couleur R, V, B, et un polariseur, pour créer une image colorée. Les écrans plasma, utilisant un gaz pour produire de la lumière, sont également quasiment disparus. Les écrans OLED, plus récents, s’appuient sur des diodes microscopiques lumineuses (LED) qui émettent directement la lumière, offrant une technologie d’affichage moderne et performante.
L’évolution des technologies d’affichage vidéo montre un passage du tube cathodique, ancien et volumineux, aux écrans modernes OLED, plus fins, plus lumineux et plus précis, en passant par l’écran LCD utilisant des cristaux liquides et des filtres colorés.
Décomposition trichromatique : Approche selon laquelle la lumière est décomposée en trois couleurs fondamentales — rouge, vert et bleu — qui permettent de créer toutes les autres couleurs par mélange. (Source : contenu source)
Caméra tri-capteur : Type de caméra équipée de trois capteurs distincts, chacun filtré par un filtre de couleur (R, V, B), permettant de capturer directement chaque composante de couleur séparément. (Source : contenu source)
Caméra mono-capteur : Caméra utilisant un seul capteur pour la décomposition des couleurs, par deux méthodes : la méthode « normale » ou la méthode « Bayer », où la décomposition se fait directement sur le capteur. (Source : contenu source)
Matrice Bayer : Dispositif de filtres placé sur un capteur mono-capteur, attribuant 2 photosites verts, 1 rouge et 1 bleu par pixel, car l'œil est plus sensible au vert. Elle implique une « bébayerisation » pour reconstituer chaque pixel avec une couleur unique. (Source : contenu source)
Luminance (Y) : Signal représentant la luminosité d’une image, calculée par Y = 0,21 R + 0,71 V + 0,07 B, sans information de couleur. Elle permet de représenter une image en noir et blanc. (Source : contenu source)
Signaux composantes (Y, R-Y, B-Y) : Trame de transmission où Y est la luminance, R-Y et B-Y sont les différences de couleur par rapport à la luminance, utilisée pour la compatibilité entre images couleur et noir et blanc. (Source : contenu source)
Les couleurs fondamentales en numérique sont le rouge, vert et bleu, qui permettent de créer toutes les autres couleurs par mélange. La décomposition trichromatique repose sur cette capacité à combiner ces trois couleurs pour obtenir des variations chromatiques variées. La matrice Bayer, utilisée dans les caméras mono-capteur, attribue 2 photosites verts, 1 rouge et 1 bleu par pixel, car l'œil humain est plus sensible au vert, ce qui justifie cette répartition. La décomposition directe sur le capteur (dans la méthode mono-capteur) peut se faire via la méthode normale ou la méthode Bayer, cette dernière nécessitant une étape de bébayerisation pour reconstruire chaque pixel avec une couleur unique. La luminance Y, calculée par Y = 0,21 R + 0,71 V + 0,07 B, représente le signal sans information de couleur, permettant de produire une image en noir et blanc. En émission couleur, on transmet Y, R-Y et B-Y, ce qui assure la compatibilité avec la télévision noir et blanc tout en conservant l'information couleur. La norme d’échantillonnage en télévision privilégie la luminosité, avec un sous-échantillonnage couleur 4:2:2 pour réduire la bande passante, en conservant une haute fidélité de la luminance.
La décomposition trichromatique et la luminance permettent de former et transmettre efficacement des images couleur ou noir et blanc, en privilégiant la sensibilité humaine à la luminosité. La matrice Bayer optimise la capture en répartissant plus de vert, reflet de la sensibilité de l’œil, tout en utilisant des signaux composantes pour une transmission compatible avec différents types d’écrans.
Balayage progressif
Balayage entrelacé
AUTEUR (date) : Le balayage entrelacé divise une image en deux trames, chacune correspondant à une moitié de l’image, et les affiche en alternance pour réduire l’effet de clignotement. Inventé pour la double projection au cinéma.
Synchro ligne
AUTEUR (date) : La synchronisation ligne commande le déplacement du point lumineux pour changer de ligne lors du balayage, assurant la cohérence de l’affichage.
Synchro trame
AUTEUR (date) : La synchronisation trame contrôle le changement d’image complète, notamment dans le balayage entrelacé, en annonçant le début d’une nouvelle trame ou image.
Trame
AUTEUR (date) : La trame désigne une étape du balayage correspondant à une ligne ou un ensemble de lignes balayées successivement pour former l’image.
Persistance rétinienne
AUTEUR (date) : La persistance rétinienne est le phénomène par lequel notre œil retient une image pendant un court instant après sa disparition, permettant de percevoir une image continue lors du balayage rapide.
Le balayage consiste au parcours rapide du point lumineux sur l'écran, créant l'illusion d'une image complète grâce à la persistance rétinienne. La vitesse du balayage est suffisamment rapide pour que l’œil ne perçoive pas le clignotement, donnant une impression d’image stable.
Le balayage entrelacé divise une image en deux trames, chaque trame correspondant à une moitié de l’image, et ces trames sont affichées en alternance. Ce procédé, inventé pour la double projection au cinéma, permet de réduire l’effet de clignotement et le scintillement, notamment en télévision.
Le balayage progressif affiche une image complète en un seul passage, en parcourant toutes les lignes dans l’ordre de lecture. Il est principalement utilisé pour les écrans d’ordinateur. Cependant, pour éviter le clignotement lors de la projection, il nécessite une double projection ou une synchronisation précise.
La synchronisation ligne et trame assure la cohérence de l’affichage. La synchronisation ligne commande le changement de ligne lors du balayage, tandis que la synchronisation trame contrôle le passage d’une image ou d’une trame à une autre, notamment dans le cas du balayage entrelacé où deux trames composent une seule image.
Le phénomène de persistance rétinienne permet à l’œil de percevoir une image continue lors d’un balayage rapide, ce qui explique que le parcours du point lumineux ne soit pas perçu comme un clignotement.
Maîtriser les principes du balayage et de la synchronisation est essentiel pour comprendre comment les images vidéo sont formées et stabilisées, en particulier à travers le choix entre balayage progressif ou entrelacé, et la synchronisation précise du déplacement du point lumineux.
| Critère | CCD | CMOS | Auteur / Date |
|---|---|---|---|
| Technologie | Transfert de charge électrique | Semi-conducteur complémentaire | — |
| Mode de fonctionnement | Transfert de charge pour convertir la lumière | Manipulation directe du signal électrique | — |
| Dynamique d’image | Meilleure (transfert de charge) | Moins bonne, susceptible de déformations | — |
| Utilisation actuelle | Moins courant | 99% des capteurs modernes | — |
| Risque principal | Moiré, déformations en mouvement rapide | Rolling Shutter, déformation des objets en mouvement rapide | — |
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Capteur vidéo — composantes ?
Partie électronique et partie photosensible.
Technologies CCD CMOS — différence ?
CCD transfère la charge, CMOS manipule directement le signal.
Partie photosensible — rôle ?
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