Comprendre le Fonctionnement des Capteurs Numériques

Les types de capteurs, leur influence sur l'image
Vidéo non disponible ! Réessayez plus tard
Cette vidéo fait partie de la formation
Apprendre les techniques de l'image
Revoir le teaser Je m'abonne
4,2
Transcription

49,90€ Je commande

À partir de
27€ /mois
Je m'abonne à Elephorm

Description Programme Avis
4,2
49,90€ Je commande

À partir de
27€ /mois
Je m'abonne à Elephorm

Les objectifs de cette vidéo sont de comprendre comment les capteurs numériques fonctionnent, d'apprendre le rôle de la matrice de Bayer et du dématrissage, et de découvrir les différences entre les capteurs CCD et CMOS.

Apprenez en détail comment les capteurs numériques, la matrice de Bayer et le dématrissage fonctionnent, ainsi que les différences entre les capteurs CCD et CMOS.

Ce n'est pas un secret qu'aujourd'hui, l'écrasante majorité des images diffusées sont d'origine numérique. Mais comment fonctionnent les capteurs numériques? Un capteur, quel que soit son type, est à la base monochrome, incapable d'enregistrer la couleur. L'information colorée est enregistrée grâce à une matrice de couleur, la plus courante étant la matrice de Bayer. Cette vidéo explore comment les pixels filtrés par une des primaires reconstituent la couleur par le processus de dématrissage. Le dématrissage, ou débayeurisation, mélange les informations des pixels pour recréer les trois couches de couleur, souvent complété par des algorithmes d'interpolation pour maintenir la qualité de l'image.

Ensuite, la vidéo aborde les deux principales familles de capteurs : CCD et CMOS. Bien que le principe de base soit similaire, la façon dont l'information est stockée et traitée diffère. Les capteurs CMOS sont plus complexes, pouvant inclure leurs propres amplificateurs et convertisseurs analogiques/numériques. Le phénomène de rolling shutter, caractéristique des capteurs CMOS, est également explicité. En conclusion, la leçon décrit en détail le processus de capture d'image numérique, depuis la collecte des photons par les photosites jusqu'à la conversion du signal en numérique.

Voir plus
Questions réponses
Qu'est-ce qu'un capteur numérique?
Un capteur numérique est un dispositif qui convertit la lumière en signaux électriques pour créer une image numérique. Il est composé de photosites qui capturent les photons.
Quelle est la fonction de la matrice de Bayer?
La matrice de Bayer filtre les couleurs primaires sur le capteur monochrome permettant de reconstruire une image en couleur à travers le processus de dématrissage.
Quelles sont les principales différences entre les capteurs CCD et CMOS?
Les CCD transfèrent les données des photosites simultanément, évitant ainsi le rolling shutter, tandis que les CMOS traitent les données de chaque photosite de façon autonome, ce qui peut causer une latence et le phénomène de rolling shutter.
Ce n'est pas un secret qu'aujourd'hui, l'écrasante majorité des images qui sont diffusées par quelque médium qui soit, sont d'origine numérique. Mais comment les capteurs numériques fonctionnent-ils ? Comment arrivent-ils à reconstituer la couleur ? Car il faut bien avoir conscience que tout capteur, peu importe son type, est à la base monochrome, incapable d'enregistrer la couleur. Afin d'enregistrer l'information colorée, on dispose devant le capteur une matrice de couleur. La matrice la plus connue et celle qui est utilisée la plus couramment est la matrice de Bayer. Mais d'autres matrices plus ou moins complexes peuvent être utilisées. La matrice de Bayer se compose d'un motif reprenant un échantillon rouge, deux échantillons verts et un échantillon bleu. L'information enregistrée par chaque pixel est donc filtrée par une des primaires. Si on ouvre un fichier brut, sans aucun traitement, on peut voir l'information qui est réellement enregistrée par le capteur. L'image est donc monochrome. Mais surtout, si on zoome, on peut voir la matrice en noir et blanc sur laquelle on peut apercevoir l'incidence des filtres de la matrice de Bayer. Si la primaire filtrée par un pixel est très présente dans celui-ci, alors le pixel paraîtra clair. A l'inverse, si elle est peu présente, le pixel paraîtra foncé. Si on superpose l'image de la matrice de Bayer à l'image ainsi obtenue, on peut en déduire que les pixels sombres dans le ciel correspondent aux pixels rouges, étant donné qu'il n'y a quasiment pas de rouge dans un ciel bleu. L'opération qui permet de reconstituer l'information colorée à partir de l'image de la matrice de Bayer s'appelle le dématrissage, ou encore la débayeurisation. C'est un anglicisme. Cette opération consiste à mélanger les informations des pixels afin de reconstituer les trois couches qui constituent normalement une image numérique en couleur. Cependant, si on effectue ce mélange de manière stricte, c'est-à-dire en reconstituant un seul pixel à partir de 4 pixels, on obtient une image ayant une définition 4 fois inférieure à la matrice de base. Ce qu'on peut comprendre assez facilement sur le schéma. Les constructeurs ont donc recours à des procédés d'interpolation. On pourrait assimiler ce procédé à un lissage. On recalcule l'information colorée manquante d'un pixel grâce aux pixels adjacents. Le schéma que je vous présente est grandement simplifié. Les algorithmes d'interpolation font partie d'une ère de la guerre entre les fabricants. Le but étant de recréer l'information manquante de la manière la plus qualitative qui soit et avec le moins de défauts possibles. S'ils sont mal gérés, ils peuvent faire perdre des détails et altérer la précision colorimétrique. Les définitions de capteurs annoncées par les constructeurs ne prennent pas en compte l'interpolation. Elles correspondent aux caractéristiques du capteur sans matrice de Bayer. C'est-à-dire aux capteurs monochrome. La définition effective des capteurs est, au sens strict en tout cas, bien inférieure aux données constructeurs. Il existe deux principales familles de capteurs, les CCD et les CMOS. CCD ou CMOS, le principe de base est très similaire. Chaque capteur est composé de petits puits récepteurs nommés photosites. Comme leur nom l'indique, ils sont destinés à recueillir des photons. Il est courant de représenter les photons comme des billes de lumière et c'est un modèle qui convient parfaitement pour comprendre le fonctionnement d'un capteur. Chaque photosite est donc chargé à chaque prise de vue d'une certaine quantité de lumière, d'une certaine quantité de photons en fait. Ces photons sont ensuite convertis en un signal électrique, c'est-à-dire en électrons. Ce flux électrique est ensuite généralement amplifié. Qu'est-ce que cette étape d'amplification ? C'est tout simplement votre réglage de sensibilité. Le logiciel de l'appareil vous le traduit en ISO, mais à vrai dire, ce réglage est une amplification du signal qu'on exprime en décibels. Sur certaines caméras, c'est d'ailleurs de cette manière que la sensibilité est exprimée. Une fois cette étape d'amplification effectuée, il reste à convertir le signal, qui est toujours analogique, en un signal numérique. C'est le rôle du convertisseur analogique numérique, vous le verrez souvent sous la dénomination AD, AN ou CAN. Ces étapes constituent la base de la prise de vue numérique. Elles sont communes à toutes les technologies de capteurs, en revanche, elles n'interviennent pas forcément dans le même ordre et au niveau du même composant. C'est là que se situe la principale différence entre CCD et CMOS. La vraie appellation des capteurs CMOS est capteur à pixels actifs, vous le verrez souvent sous l'abréviation APS. Et pour cause, les photosites de ces capteurs sont bien plus complexes que ceux des capteurs CCD. Le capteur CMOS peut être équipé de son propre amplificateur et convertisseur analogique numérique. Le signal peut également recevoir d'autres traitements au niveau du photosite, pour la réduction du bruit par exemple. Le tout, au niveau du capteur, il est en quelque sorte autonome. Pour réaliser les mêmes opérations, un capteur CCD repose sur une carte électronique adjacente. C'est donc le principal avantage du capteur CMOS. La grosse différence dont vous avez sûrement déjà entendu parler entre un capteur CCD et un capteur CMOS, c'est le fameux rolling shutter. On a donné ce nom à un défaut, mais c'est avant tout une caractéristique que la majorité des capteurs CMOS possède. Ce phénomène vient de l'impossibilité des capteurs à stocker l'information captée par un photosite. Celle-ci doit être évacuée immédiatement après sa captation. Chaque photosite se vide donc chacun à son tour. Dans cette configuration, il y a donc une latence entre le moment où le premier et le dernier photosite ont transmis leur information respective. Plus cette latence est importante, et plus le phénomène de rolling shutter est marqué. Il est possible de fabriquer des capteurs CMOS avec une obturation globale, mais ceux-ci sont très chers et plus complexes à produire. A l'inverse, le CCD vide l'information de ses photosites d'un seul coup dans une zone de stockage qu'on appelle registre. Elles sont ensuite transférées une à une vers l'amplificateur et le convertisseur analogique numérique. Il n'y a donc aucun phénomène de latence ou de déformation de l'image.

Programme détaillé de la formation

5 commentaires
4,2
5 votes
5
4
3
2
1
92801D40-8364-45CD-8F5E-A94F0F4A3BCE@cyberlibris.studi.fr
Il y a 8 months
Commentaire
Bon formation
C2261688-D141-4CDF-88B3-F1EC5F7479E0@cyberlibris.studi.fr
Il y a 8 months
Commentaire
Super cours
spamluv
Il y a 1 year
Commentaire
Excellente formation, indispensable pour bien comprendre les techniques d'acquisition et de traitement de l'image numérique, le formateur arrive à nous faire comprendre des éléments théoriques assez complexes, maitrise parfaitement son sujet, je recommande.
fkbourrel
Il y a 1 year
Commentaire
Bonne formation mais qui aurait besoin d'une mise à jour, elle date un peu.
Et certains concepts manquent d'être mieux définis. La "conformation" par exemple.
Fassbook
Il y a 3 years
Commentaire
Au top, vraiment. Rapide, concis et super claire. Je ne pensais pas qu'il était possible d'expliquer autant de chose, en aussi peu de temps.
Nos dernières formations Techniques audiovisuelles