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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, ce qui se fait avec les capteurs de type CFA (Color Filter Array) dont le représentant le plus connu est la mosaique de Bayer. Mais les capteurs de type Bayer ont de nombreux inconvénients:

Capteurs tristimulus

Les différents systèmes de couleur
sont décrits sur cette page.

Capteur Foveon

Le bleu ne pénètre que de quelques microns dans le cristal, tandis que le rouge pénètre plus profondément. En plaçant les capteurs à différentes profondeurs, on peut ainsi détecter l'information couleur. En théorie le capteur Foveon a une résolution trois fois supérieure, mais la pratique est toute autre. Les premiers modèles commercialisés produisaient une image peu définie, tout le contraire de la publicité: “vibrant colors, rich, warm tones and incredible color detail”.

Un des avantages est que le filtre low pass peut être évité. Les images sont en théorie plus nettes. Un autre avantage est l'accès à chaque pixel individuel (triplet RVB) pour des traitements spécifiques (découpe, réduction du bruit de fond en groupant 4 photosites,...). Un capteur avec mosaique ne permet pas le traitement au niveau de chaque photosite: il faut d'abord éliminer la mosaique.

Le capteur Foveon a aussi ses inconvénients: la construction en profondeur fait que le capteur est faussé par les rayons obliques (optiques grand-champ). L'image rouge est moins définie que l'image bleue (même avec des rayons perpendiculaires) causé par la diffusion des rayons. Les capteurs verts (qui forment plus de 50% d'une image couleur) ne reçoivent qu'une partie du spectre lumineux.

Le système Foveon utilise la soustraction pour déterminer la couleur et ce procédé augmente le niveau du bruit de fond. Quand un rayon frappe le capteur bleu, on ne connait la teinte exacte qu'après soustraction du signal du capteur vert et rouge. Cette soustraction remonte le niveau du bruit de fond. Cela n'a que peu d'influence en pratique pour les rayons bleus, nos yeux n'y étant pas très sensible (le bleu entre pour 11% dans la courbe de sensibilité de nos yeux), mais cela est très notable pour le vert. Le vert (qui est la base de notre vision) dépend du signal du photosite rouge.

Le capteur Foveon utilise le fait que la lumière pénètre plus ou moins le capteur, basé sur la fréquence (couleur) du rayon. Il n'est pas fait usage de filtres, mais d'un phénomène physique. Les fabricants établissent le lien avec le film argentique (qui est aussi organisé en couches) et qui fournit une information complète à chaque point de l'image.

foveon sensor
Le capteur Foveon

Le capteur Foveon a une haute résolution couleur, mais en pratique il est nécessaire de grouper plusieurs photosites pour réduire le bruit de fond. La résolution monochromatique est moindre, car elle dépend en partie du capteur rouge situé en profondeur et qui reçoit une image plus diffuse et plus sombre. Actuellement, les capteurs Foveon ne sont utilisés que dans quelques appareils Sigma (qui ne sont d'ailleurs plus fabriqués).

Capteur 3-CCD

Certaines caméras vidéo professionelles sont équipées d'un capteur "3-CCD". La partie optique se compose de 3 capteurs indépendants qui reçoivent une seule teinte. Le grand avantage de ce système est qu'il n'y a pas de lumière qui se perd:

Un filtre dichroïque agit à la fois comme un miroir (qui réfléchit une partie des rayons) et comme verre transparant (qui laisse passer le restant).

Le premier filtre dichroïque réfléchit la lumière verte, qui est enregistrée par le capteur vert. Le restant traverse le filtre.
Le second filtre dichroïque réfléchit la composante bleue (qui est enregistrée par le capteur bleu) et le restant (qui ne se compose que de tons rouges) traverse le filtre pour atteindre le capteur rouge.

Un filtre dichroïque récupère les couleurs non-désirées: ici rien ne se perd. Une caméra vidéo équipé d'un système 3-CCD est nettement plus sensible qu'un capteur classique.

La seconde photo nous montre l'agencement pratique d'un tel capteur: en haut les prismes et les deux miroirs dichroïques. On voit bien les trois capteurs indépendants construits identiquement. L'électronique est présente sur une platine supplémentaire. Le traitement de l'image est réduit à sa plus simple expression car il ne faut pas interpoler les couleurs que manquent (comme c'est le cas avec une mosaique). Le seul traitement est la numérisation des signaux.

Chaque capteur peut être construit plus simplement: souvent il y a plus de place disponible pour le photosite (la partie sensible du capteur).

Les ingénieurs sont également plus libres dans le choix des filtres à utiliser: un capteur à mosaique utilise des filtres passe-bande large pour perdre le moins possible de lumière. Cela n'est pas nécessaire avec un tri-ccd car rien ne se perd. Il est donc possible d'utiliser un filtre avec une pente bien définie, ce qui améliore le rendu des couleurs.

Nikon a déposé un brevet pour un capteur CCD ou CMOS qui se compose de miroirs/filtres dichroïques, mais n'a jamais produit de prototype fonctionnel.

Comme cela est presque toujours le cas maintenant, la lumière est concentrée par des micro-prismes, mais la lumière est alors séparée en ses composants et dirigée vers les 3 photosites correspondants.

En plus de la complexité mécanique évidente, ce système a une résolution optique moindre (les 3 photosites reçoivent le même signal lumineux). Un capteur de Bayer permet d'interpoler les couleurs manquantes et produit une image de 10 megapixels avec un capteur de 10 millions de photosites. Avec ce capteur, l'image est limitée à 3.3 millions de pixels.


Un TRI-CCD se compose de 3 capteurs indépendants

De par leur construction plus complexe, les 3-ccd ne sont pas utilisés dans des photoscopes. Leur utilisation est limitée aux caméscopes haut de gamme et aux utilisations techniques où un accès à chaque pixel individuel est nécessaire.

Dans ces applications très pointues, le nombre de capteurs est adapté aux couleurs individuelles à détecter et on n'est plus limité par ce que propose les fabricants de capteurs. On peut même travailler dans l'infra-rouge.

De tels capteurs sont par exemple utilisés en aéronautique (images météo) où on utilise plusieurs bandes infra-rouge en plus d'une image visuelle monochrome.

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