Le filtre passe-bas est utilisé dans les appareils photo numériques (APN) pour éliminer l'effet de crénelage et le moiré qui peut apparaitre quand on photographie des motifs répétitifs.
La matrice-couleur peut produire des interférences (moiré) quand on photographie des structures avec un motif répétitif. Un exemple est donné à droite où la grille du haut-parleur produit une interférence (qui est généralement colorée). Cela était particulièrement le cas en télévision, le motif périodique produisant une fréquence dont la période interfère avec la sous-porteuse couleur. Mème les passages abrupts du blanc au noir peuvent provoquer une frange colorée.
Pour éviter cet effet, il faut diminuer le piqué (netteté) de l'image. On dit qu'il faut lisser l'image. Le filtre utilisé porte différents noms: filtre passe bas, filtre anti-crénelage, filtre anti aliasing,...
Filtre passe-bas des appareils bas de gamme
Les appareils les meilleur marché n'ont pas de filtre passe bas. La qualité de l'optique est si médiocre qu'une interférence ne peut pas se produire en pratique à cause du nombre exagéré de pixels, parfois 8 mégapixels, et de la résolution optique désastreuse de l'appareil, qui n'est pas à la hauteur du nombre de photosites. L'image est donc toujours suffisamment floue pour éviter les interférences.
Filtre passe-bas pour caméscopes
Les caméscopes ont besoin d'un filtrage important et utilisent un verre dépoli extrèmement fin. Ce filtrage poussé est nécessaire car l'effet saute aux yeux dès que l'image bouge. Le nombre de photosites d'une caméra vidéo est limité. Il n'y a de plus pas de filtrage digital, impossible avec les appareils analogiques (vidéo-8, S-VHS, Hi-8, etc). Les motifs périodiques interfèrent avec les circuits couleurs qui sont basés sur une sous-porteuse présente dans le signal vidéo. Or ces motifs produisent justement une telle oscillation.
Filtre passe-bas dernière génération
Mais ce sont les appareils haut de gamme qui bénéficient le plus des avancées techniques pour éliminer les interférences tout en ne réduisant pas la netteté.Le but du filtre passe bas n'est pas de lisser l'image (on a les optiques superzoom bon marché pour cela), mais d'éliminer les interférences. Ces interférences se produisent parce qu'il y a une différence d'intensité entre deux photosites consécutifs, photosites qui ont toujours un filtre couleur différent comme vous pouvez le voir sur l'image.
Si nous additionnons le signal lumineux de 2 photosites consécutifs, nous éliminons la différence d'illumination (et donc les interférences colorées), et ceci pour tous les photosites. Le rayon qui doit aller au photosite rouge est également dévié vers le photosite vert, le rayon qui doit aller au photosite vert est également dévié vers le photosite rouge, et ainsi de suite...
Nous réduisons la résolution spatiale du signal lumineux de la grandeur d'un pixel. Nous obtenons ainsi l'effet désiré sans réduire trop la résolution optique.
Le filtre passe bas optique se compose de deux cristaux biréfringents (qui produisent une double image). Nous avons d'abord un cristal horizontal qui double l'image horizontalement, et puis un cristal vertical (ou l'inverse, selon que vous tenez l'APN horizontalement ou verticalement :). Entre les deux il y a un lame quart d'onde pour éliminer certains effets indésirables du cristal. Votre APN de 850€... vous auriez dû le payer 5725€ uniquement à cause du filtre!
Le miroir dichroïde réflète le rayonnement infra-rouge et laisse passer le rayonnement visible. Il est suivi d'un second filtre IR classique pour mieux éliminer la composante infra-rouge car les capteurs sont extrèmement sensibles aux rayons infra-rouges.
Certains appareils photo haut de gamme (on parle ici uniquement des reflex) peuvent être fournis sans filtre passe-bas, le but étant d'effectuer un filtrage digital a posteriori uniquement sur les parties atteintes de l'image.
Nikon 800E
Parce que les deux appareils sont produits sur la même chaine et sont totalement identiques, à part le filtre passe-bas. Sans filtre, on aurait deux capteurs optiquement différents, nécessitant une procédure différente pour les deux séries.
Lors de tests pratiques, on voit très aisément qu’un moiré peut apparaitre quand on photographie des sujets répétitifs (tissus, briques de murs de maisons lointaines,...). Le moiré est souvent plus difficile à éliminer une fois présent sur la photo numérique, mais quand il n’y a pas de risque de moiré (photographie de paysages naturels) les photos produites par le 800E sont en effet plus nettes que celles issues du 800 classique.
Mais l'avancée technologique ne s'arrète pas: Nikon produit actuellement des filtres qui peuvent être enclenchés et déclenchés par une simple tension électrique. Un filtre à cristaux liqudes est utilisé entre les deux filtres biréfringents (voir schémas à droite). Les filtres biréfringents agissent sur la lumière selon leur polarisation, et ne vont déplacer qu'une polarisation.
- Quand il n'y a pas de tension appliquée à un panneau LCD, les cristaux liquides tournent la polarisation de l'onde, et le second filtre biréfringent produit un déplacement identique de la polarisation qui n'a pas été déplacée. Le résultat est que les deux polarisations se retrouvent au même endroit.
- Quand une tension est appliquée au panneau LCD, le cristal ne tourne plus la polarisation, et le second filtre augmente le décalage de la polarisation déjà décalée. Le décalage total est de 1P = 1 pixel.
Pentax qui est une firme qui utilise souvent des solutions un peu spéciales utilise un système différent. Puisque le boitier dispose d'un système anti-vibration, pourquoi ne pas l'utiliser pour flouter légèrement l'image quand les circonstances sont propices à l'apparition du moiré (appareil monté sur statif). Ici aussi, le floutage peut être débranché et peut fonctionner sur deux niveaus (stop/floutage léger/floutage plus prononcé).
Le Pentax K-3 est un appareil qui utilise le système anti-vibration pour réduire l'effet de moiré.
Filtre anti-crénelage
(filtre passe-bas optique)
Nikon: LPF off
Nikon: LPF on