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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.

Filtre de Bayer

En 1976, un certain Bayer (ne pas confondre avec Monsieur Aspirine) 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 en français)

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.

On recréé l'information manquante (le canal rouge et vert pour un pixel bleu) en se basant sur les pixels environnants. En fin de compte, on a ainsi des triplets RVB complets.


2/3 de la lumière se perd dans un filtre RGB

Filtre CMYG

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! Cela 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, notre vue ayant un pic de sensibilité pour le vert.

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 plus limité (espace de couleurs disponibles pour un modèle donné).

Les appareils qui ont utilisé un tel filtre sont le Canon PowerShot S10 (qui donne de meilleures photos que le Nikon Coolpix 800 plus traditionnel), le Kodak DCS 620x et DCS 720x, le Canon digital Ixus (modèle d'origine) et certains Nikon Coolpix.

Filtre 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 surtout 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.

Filtre Fuji

Ce filtre utilise une matrice de 3×3 couleurs agencées différemment. Selon Fuji cela réduirait l'effet de moiré coloré car la structure de base est plus compliquée. Le but recherché est d'obtenir un effet comparable aux films argentiques où il n'y a pas de structure nette (le grain n'est pas une structure cristalline répétitive et donc ne produit pas de moiré). Ce pavé de 3×3 couleurs permet en tout cas l'utilisation d'un filtre anti-moiré moins aggressif, et donc une moindre perte de détails.

Capteur panchromatique

Toujours dans le but d'améliorer la sensibilité du capteur, on a fabriqué des détecteurs ayant certains photosites sans filtre couleur (selon divers agencements). 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.

Agencement des photosites du 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.

Mais un filtre RGB Canon ne ressemble pas à un filtre RGB Nikon (et c'est ici que les capteurs se différentient le plus!).

Mosaique dichroïde

Les mosaiques de Bayer classiques utilisent des filtres qui absorbent les couleurs indésirables. Les filtres dichroïdes réflètent la lumière au lieu de l'absorber. Cette lumière réfléchie peut donc être utilisée. Ces filtres sont traditionellement composés d'un résau microscopique dont les barreaux ont la longueur d'onde de la lumière. Un effet de diffraction apparait, qui sépare les rayons lumineux.

Notre capteur se compose de micro-lentilles qui vont concentrer la lumière sur le filtre et le photosite. La mosaique de Bayer classique utilise 4 couleurs. La mosaique dichroïde sépare les rayons rouges et cyan (la teinte complémentaire au rouge). Le photosite reçoit uniquement la teinte cyan, tandis que les deux photosites voisins reçoivent en plus la composante rouge.

Plusieurs systèmes sont en expérimentation. Le système à gauche utilise un filtre séparateur pour deux photosites (alternativement un filtre dichroïde rouge et vert) produisant un signal cyan et magenta), mais des systèmes concurrents utilisent un filtre séparateur par photosite. Le traitementd es données est plus complexe qu'un filtre classique, car chaque photosite reçoit également le signal complémentaire du pixel voisin.

Le filtre séparateur n'agit que sur un seul plan (par exemple horizontal). Les photosites à gauche et à droite reçoivent la couleur complémentaire, mais pas les photosites situés au dessus ou en dessous. La ligne suivante se compose de séparateurs vert et bleu, produisant les couleurs complémentaires magenta et jaune.

Filtre de Bayer

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Le filtre Bayer RGB (RVB)


Ce filtre laisse passer les 2/3 de la lumioère
mais les couleurs sont définies moins précisément


Filtre RGBE


Matrice Fuji 3×3


Mosaique panchromatique


Agencement des photosites sur un capteur fuji


Différentes sortes de mosaiques.

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