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Capteurs photographiques
La détermination de la couleur
Mosaique Bayer
Photographie » Technique » Capteurs couleur
Les capteurs utilisés en photographie sont intrinsèquement panchromatiques: les photosites réagissent indifféramment à la lumière, quelle que soit sa couleur. Pour obtenir une image couleur, il faut placer un filtre couleur devant chaque photosite.

Mais il existe d'autres moyens pour faire que chaque photosite produit les trois couleurs de base: le capteur Foveon et le 3-ccd sont deux exemples.

Un descriptif des différents systèmes de couleur est décrit sur cette page.

Bayer

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En 1976, un certain Bayer a déposé un brevet concernant une structure matricielle à placer devant un capteur pour créer une information couleur à partir d'un capteur panchromatique monochrome (il voit tout en noir et blanc). A cette époque, son brevet n'a trouvé d'application directe car la plupart des capteurs étaient en fait des tubes cathodiques, les premiers circuits intégrés ne pouvaient pas être utilisés comme capteur. C'était le temps des premiers microprocesseurs (4 bits!).

Le système de Bayer est actuellement le plus utilisé. La structure de base est un carré de 4 photosites qui permet de récolter une information couleur. On pourrait dire que le capteur est composé de blocs de 4 photosites. La structure en matrice a comme inconvénient que des effets de moiré peuvent apparaitre (interférence entre des images contenant une structure répétitive et la structure du capteur). Pour éviter de telles interférences, un filtre passe-bas est placé devant le capteur. Ce filtre réduit malheureusement aussi la netteté des images.

Filtre RGB (RVB)

bayer filter
Filtre Bayer RVB
A première vue, il semble le plus simple d'utiliser les trois couleurs primaires du modèle additif: le rouge, le vert et le bleu, ces mêmes couleurs qui sont utilisées sur les écrans. De plus, le format JPEG (le plus utilisé) enregistre les intensités en forme de triplets RVB. Le filter Bayer utilise deux photosites pour le vert (nos yeux sont le plus sensibles au vert), nous imitons ainsi la sensibilité naturelle de nos yeux. Quand une image est analysée par canal, nous remarquons qu'il y a le plus d'information dans le canal vert.

2/3 de la lumière se perd
Deux tiers de la lumière se perd dans le filtre

Filtre CYMG

cygm filter
Filter Bayer CYMG
Ce filtre laisse passer 2/3 de la lumière
mais les couleurs sont définies moins précisément.
Pour éviter la perte de lumière causée par le filtre RVB, on a utilisé un certain temps (années 1999-2000) les couleurs fondamentales du système soustractif. L'avantage évident d'un tel système est qu'il absorbe moins de lumière. Du coup, le capteur est devenu deux fois plus sensible! Cele se remarque à vue d'oeil: les couleurs fondamentales sont plus claires que les couleurs primaires. Dans la pratique, un filtre vert est ajouté pour augmenter le contraste.

Le filtre CYMG a deux inconvénients: premièrement il demande un calculateur plus puissant pour transformer les informations CYMG en données RVB pour le stockage sous forme d'un fichier JPEG. Actuellement, ce n'est plus un problème, et de plus on dispose du format RAW qui est le format interne du capteur (et qui doit être développé plus tard sur ordinateur). Il semble qu'on ait enterré le format CYMG un peu trop tôt!
Un autre inconvénient du modèle soustractif sur lequel se base le capteur CYMG est le gamut limité (espace de couleurs disponibles pour un modèle donné).

Filtre RGBE

rgbe filter
Filtre Bayer RGBE
Ce capteur ne mérite pas une place importante dans l'histoire des capteurs photographiques. Pour améliorer le rendu des couleurs, Sony a cru bon d'ajouter une teinte à sa mosaique, notament une teinte émeraude. On notera surtaout que ce capteur (utilisé exclusivement dans le DSC-F828) est moins sensible qu'un capteur RVB équivalent. La teinte émeraude est plus foncée que le vert qu'elle remplace.

Capteur panchromatique

panchromatische moziaek
Mosaiques panchromatiques
Toujours dans le but d'améliorer la sensibilité du capteur, on a fabriqué des détecteurs ayant certains photosites sans filtre couleur. Un inconvénient de ce capteur est son rendu limité des couleurs. L'information couleurs découle toujours d'un bloc logique, et dans ce cas, le bloc se compose de 16 photosites.

Le capteur Marc
Le capteur Marc
Il me semble qu'on ait jamais utilisé de capteurs se basant sur un bloc de 9 photosites. Je ne sais pas pourquoi. Ce système aurait été un compromis entre une bonne sensibilité (par la présence de photosites sans filtres) et d'une résolution couleur suffisante.

Capteur Fuji


Capteur Fuji
Le capteur Fuji est basé sur la mosaique Bayer classique, mais utilise un agencement différent. Les photosites sont octogonaux et permettent un meilleur "taux de remplissage" (il y a plus de lumière qui frappe le photosite au lieu de l'électronique associée).

Une génération suivante utilise même deux photosites par pixel: un grand photosite qui est très sensible, et un plus petit qui a comme avantage ne ne pas être ébloui en cas de forte intensité lumineuse. En tout, un tel capteur a une dynamique plus étendue.

Un dernier aspect des capteurs Fiju est leur placement sous un angle de 45°. Il est possible d'augmenter la résolution verticale et horizontale (les lignes rouges sur l'image à droite) en utilisant le signal des capteurs environnants, mais cet effet est limité.