Les capteurs sont extrèmement sensibles aux infra-rouges. Quel sont les effets en photographie?

Un détecteur anti-vol (détecteur infra-rouge passif: PIR = Passive Infra Red) est en fait un photo-transistor placé dans le foyer d'un petit réflecteur. Le détecteur est tellement sensible que le rayonnement thermique humain est suffisant pour le déclencher.

Lors du contrôle des books de modèles, je suis souvent frappé par un étrange phénomène. Cela se voit parfois même chez des photographes réputés. La photo à gauche semble sur-exposée, et pourtant une vue de l'histogramme montre que l'exposition est correcte. En fait, la photo est même légèrement sous-exposée si on se refère à l'histogramme (c'est l'arrière-plan foncé qui fausse l'histogramme). Pourtant la peau n'a pas la teinte correcte, ce qui est un comble pour un book d'agence.

La photo n'est pas sur-exposée, et pourtant le capteur semble ébloui. Quand on analyse l'image au niveau des couleurs primaires du capteur (rouge, vert et bleu) on remarque que le rouge est totalement saturé (la courbe remonte à droite). Comment cela est-il possible avec un appareil photo?

La photo a été prise en fin d'après midi, le soleil donnait déjà un teint orangé. Mais le capteur est extrèmement sensible aux rayons infra-rouge, et le filtre incorporé n'est pas en mesure de les bloquer tous. Le capteur est tout bonnement ébloui par les infra-rouges (que nous ne pouvons pas voir). Les canaux vert et bleu n'ont pas ce phénomène car les rayons IR sont bloqués deux fois: une fois par le filtre infra-rouge et une fois par le filtre couleur. Il est donc possible de restaurer la luminosité d'une image en utilisant le canal vert ou bleu, ce qui est expliqué dans l'utilisation de filtres de couleur.

La réflection infra-rouge est si forte que la détection que l'appareil est tenu à hauteur des yeux se fait par un rayon infra-rouge qui est renvoyé par la peau. Le détecteur de proximité se trouve tout juste sous l'oculaire. Cette détection permet d'enclencher ou non l'écran LCD.

Pour avoir une photo plus naturelle, il est recommandé de sous-exposer la photo pour éviter le risque de dépassement de capacité du capteur. Une réduction d'un stop permet tout juste d'éviter la saturation du canal rouge. Il est possible de "déboucher" l'arrière plan (Photoshop) pour qu'il soit mieux visible, mais cela n'est pas nécessaire pour la réalisation d'un book.

Courbe du filtre “hot mirror” placé devant le capteur

Mais si, il est même souvent nommé “hot mirror” car il renvoie les rayons de chaleur.

Le filtre n'a pas une coupure nette, qui est techniquement impossible à réaliser. Pour éviter de bloquer trop les tons rouges, on laisse passer un peu d'infra-rouge.

Le filtre infra-rouge peut être débranché chez certains appareils photo comme le Sony DSC-F828 pour la photographie de nuit.

Un filtre infra-rouge supplémentaire (hot mirror) est pratiquement impossible à trouver dans le commerce, tandis que tous les magasins vous proposent des filtres ultra-violets (ceux-là sont vraiment inutiles). On trouve également des filtres passe-bas (laissant passer les infra-rouges uniquement) pour la photographie en infra-rouge, un signe que le capteur est sensible à ces rayons. L'appareil Sony utilise d'ailleurs un rayon infra-rouge pour faciliter la mise au point (un procédé légèrement différent est aussi utilisé par Canon si un flash externe est monté sur l'appareil).

L'éblouissement par infra-rouges n'apparait pas quand le soleil est haut dans le ciel. Il émet bien des rayons infra-rouges (et même plus qu'en soirée), mais ces rayons sont noyés dans la lumière ambiante et n'influencent pas la mesure. L'appareil photo utilise un petit diaphragme ou/et un temps de pose plus court et les rayons infra-rouges ne font pas le poids. L'effet devient visible quand la composante rouge du soleil augmente ou quand le modèle est fortement éclairé par rapport à l'entourage (n'oubliez pas que la peau réflète les rayons IR comme un miroir).

Canon a saisi l'importance du problème en utilisant des cellules photo-électriques qui sont sensibles à toutes les couleurs (pour la mesure de l'exposition). Je tiens à signaler que les appareils compacts (non-reflex) sont moins sensibles à ce phénomène car ils utilisent directement le signal du capteur principal pour déterminer l'exposition.

Il est possible d'éviter l'éblouissement aux infra-rouges en utilisant un flash (rétablit l'équilibre des couleurs) et/ou en sous-exposant (évite la saturation du capteur rouge).

La photo de droite montre un capteur CCD démonté. Il s'agit d'un ancien modèle. Le filtre infra-rouge est la pastille cyan claire (qui se monte sur le capteur). Pour avoir un filtrage plus efficace, le filtre a une teinte bleutée. La dominante bleue est éliminée par la suite via un circuit électronique. Les appareils plus récents utilisent un filtre non-coloré car la courbe de réponse est meilleure.

On peut mettre à profit la sensibilité aux infra-rouges des capteurs: c'est la photographie aux infra-rouges. Cette technique existait déjà en photographie argentique (il faut utiliser du film spécial, car le film normal n'est absolument pas sensible aux rayons infra-rouges). La photographie aux infra-rouges est également possible avec un APN moderne.

Une seconde technique plus moderne est l'utilisation d'un rayon pulsé infra-rouge. le smartphone reçoit le code et empèche l'enregistrement. Comme toute l'industrie est dominée par de grands monopoles, cela ne va pas durer avant que les smartphones des grandes marques auront toutes une protection anti-piratage. Rappelez-vous les DVD qu'il était impossible de copier: on fera de même lors de concerts et de shows.

L'exemple ci-dessus reprend le texte d'une demande de brevet pour un système anti-piratage (l'émetteur infra-rouge étant le numéro 590 sur la figure). Dans quelques années, tous les smartphones en seront équippés. Mais évidemment un jailbreak sera toujours possible pour faire sauter le verrou...

Mais le rayonnement infra-rouge peut être utilisé à des fins plus pacifiques (si on peut dire...). Vous connaissez sûrement les casques d'écoute sans fil. Ils utilisaient des rayons infra-rouges, puis on est passé au ondes radio. Le problème du rayon infra-rouge qui est fortement directif peut être utilisé pour transmettre des informations dans des musées. Quand on visite un musée, il ne faut alors plus scanner un code QR qui renvoie vers un site web qui contient un audio-guide, non, le rayon infra-rouge transmet tout simplement l'audio-guide. Le codage numérique permet une réduction des parasites et une meilleure compréhension.

Sensibilité infra-rouge

Le canal rouge est saturé,
mais cela ne se voit que sur un histogramme

Histogramme du canal rouge

Nous corrigeons l'image en sous-exposant la photo,
ou si cela n'est plus possible en utilisant le canal vert
(qui n'est pas saturé).

Courbe de sensibilité d'un capteur sans filtre

Le filtre infra-rouge à l'avant-plan

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