Regard sur l’image
Tous les capteurs visuels [1], quels qu ’ils soient, reposent sur le même principe de base : la transformation photoélectrique. Par transformation photoélectrique, on entend une transformation d’énergie lumineuse (photons) en une énergie électrique (électrons). —Le micro repose sur un principe similaire : la transformation des vibrations en énergie électrique— Cette transformation produit une tension électrique (exprimée en volts). C’est cette tension électrique qui sera numérisée.
Le capteur est composé d ’une succession de micro-cuvettes d’une taille variant de 7 à 15 microns (bords de la cuvette compris) selon ses performances du capteur. L’intérieur de chacune ces cuvettes ou puits (par analogie visuelle) a une taille d’environ 3,5 microns pour un puits de sept microns. Lors de l’exposition, chacune des cuvettes se remplit d’électrons fabriqués pendant l’excitation des électrons du silicium par les photons de la source lumineuse. Une fois le temps d’exposition écoulé, l’obturateur est fermé et toutes les cuvettes du CCD sont vidées. Les électrons de chaque cuvette sont alors transférés vers la partie mémoire du capteur pour être convertis par un convertisseur analogique-numérique. C’est cette collecte ordonnée des électrons de chaque cuvette qui, ultérieurement, permettra de reconstituer l’image.
Le fonctionnement d’un capteur est apparenté à celui du pluviomètre et comme un pluviomètre, il récolte tout ce qui tombe, l’eau mais aussi les pétales, les feuilles arrachées par l’orage , il mesure donc l’intensité de tout le rayonnement lumineux reçus qu’il soit visible ou invisible, bleu, vert ou rouge sans rien « trier ».. Un tri est donc nécessaire. Il se fait en deux opérations : la suppression du rayonnement ultraviolet et infra-rouge et la séparation du spectre visible en trois faisceaux lumineux distinct rouge, vert et bleu. Théoriquement, c’est la combinaison du signal fourni par les trois puits RVB de mêmes coordonnées qui donne le signal correspondant à chacun des pixels de l’image. Mais, contrairement à la pellicule photographique, le substrat de silicium du capteur n’est pas transparent. Il est donc impossible de superposer trois couches sensibles respectivement au rouge, au vert et au bleu. Comment faire ?
La première solution, la plus simple, est de prendre trois photos avec respectivement un filtre rouge, vert ou bleu devant l’objectif et des les assembler pour reconstituer l’ensemble du spectre visible. Aussi utilisée avec les scanners dit en trois passes, elle a pour inconvénient de n’être utilisable que pour les photos de nature-morte, elle est donc inapplicable pour la photo sur le vif et à fortiori pour la vidéo. L’autre solution est d’utiliser un prisme pour décomposer la lumière en trois faisceaux dirigés vers trois capteurs en charge d’analyser chacun une des couleurs du spectre (technique utilisée avant l’apparition du numérique par le Technicolor [2]. Faisable mais onéreux et encombrant. Elle est cependant utilisée dans les caméras vidéos professionnelles car la vidéo se contente de capteurs d’une taille bien inférieur à celle de la photo. En photographie, la solution adoptée est en fait un compromis entre ces deux possibilités. Il s’agit du filtre Bayer et de ses différentes variantes. Dans ce cas, les cuvettes du CCD sont recouvertes alternativement de filtre RVB. Chaque pixel obtenu est donc alternativement RVB, pour reconstituer les couleurs de chaque point, on va donc faire des calculs afin de trouver les deux valeurs manquantes sur chacun des pixels. Ce calcul est appelé interpolation colorimétrique. Effectué à l’ouverture du fichier sur l’ordinateur [3]. (en fait à partir de quatre photosites : vert, rouge, vert, bleu. Le vert est doublé afin de permettre une meilleure retranscription de la luminance), il nous donne l’image « finale » .
© Hervé Bernard 2001
Sur l’échantillonnage, voir aussi
- Ne confondons pas échantillonnage et marchandage ! (2)
- Ne confondons pas échantillonnage et marchandage ! (3)