Comment une image est capturée par un appareil photo ?
La photographie est devenue une partie de nos vies. Nous prenons des images chaque jour, les partageons avec nos amis et notre famille, et encourageons silencieusement les autres à faire de même sans même nous en rendre compte, ce qui entraîne une quantité incroyable de photos prises dans le monde.
Appuyer sur le bouton de déclenchement déclenche une réaction en chaîne à l'intérieur d'un appareil photo, conduisant à l'enregistrement d'une image. C'est une série d'événements qui se produisent les uns après les autres à l'intérieur de l'appareil, tous déclenchés par l'appui sur le bouton de déclenchement. C'est comme un effet domino - fluide et efficace.
Comment fonctionne un appareil photo ?
L'appareil photo est une boîte étanche à la lumière avec un petit trou à une extrémité. La lumière entre dans l'appareil par ce trou, et une image est formée sur un support photographique. C'est l'explication la plus simple des fonctions internes d'un appareil photo. Cependant, au-delà de cette explication simple, environ une centaine de processus différents se produisent comme une horloge.
De la lumière à l'image : comment une image se forme-t-elle à l'intérieur d'un appareil photo ?
Grâce à l'arrivée de smartphones puissants avec des systèmes de caméra intégrés, il y a un appareil photo performant dans presque toutes les mains à travers le monde. Si le Kodak Brownie a apporté la photographie au consommateur moyen, les smartphones ont définitivement mis la photographie à la portée de tous.
Quel que soit la marque ou le modèle de l'appareil photo que vous regardez, il est essentiellement composé de trois parties principales. Nous pouvons les séparer en l'objectif, le corps de l'appareil et le support sensible à la lumière, qui convertit les signaux optiques en informations électroniques.
Les rayons de lumière entrent dans l'appareil par l'objectif. Ils traversent le corps de l'appareil et frappent le capteur à l'arrière de l'appareil, où l'image est formée.
Examinons de plus près chacun de ces composants pour essayer de découvrir exactement le rôle que chacun joue dans le processus de création d'image.
Partie 1 – L'objectif : Capturer les rayons de lumière
La première partie de l'appareil traite les rayons de lumière entrant dans l'appareil. Elle le fait à travers le corps de l'objectif.
Le corps de l'objectif a des éléments en verre optique. Le travail de ces éléments en verre est d'accumuler les rayons de lumière dispersés et de les canaliser vers le film ou le capteur d'image à l'arrière de l'appareil pour produire une image.
En plus de cela, il y a d'autres éléments en verre qui aident à faire la mise au point de l'image.
Au-dessus de ceux-ci, il y a beaucoup d'autres éléments, et chacun a des rôles spécifiques à jouer. Cela inclut les éléments ED qui aident à corriger les aberrations chromatiques, les éléments VR pour contrer le flou de bougé, et ainsi de suite.
L'une des caractéristiques essentielles de votre objectif est la fonction zoom. Tous les objectifs n'ont pas cette fonctionnalité, cependant. Les objectifs qui ne peuvent pas zoomer sont appelés objectifs à focale fixe (prime).
Lorsque vous tournez la bague de zoom sur le corps de l'objectif, certains éléments à l'intérieur du corps de l'objectif se déplacent vers l'arrière et vers l'avant. Ce mouvement a un effet grossissant sur l'image. Donc, quand vous zoomez, le sujet apparaît plus grand, et quand vous dézoomez, le sujet apparaît plus petit.
Partie 2 – Le capteur numérique de l'appareil photo
Le capteur numérique est l'aspect le plus essentiel de votre appareil photo. C'est le capteur numérique qui capture la lumière et la transforme en signaux électriques. Dans les anciens temps, il y avait du film photographique à la place du capteur numérique.
Je discuterai du film photographique juste après cela.
Le capteur numérique est composé d'une fine plaque. D'un côté de la plaque se trouve un réseau de photodiodes sensibles à la lumière. L'autre côté du capteur a le câblage.
Sur certains systèmes d'appareils plus anciens, le câblage se trouvait du même côté que les photodiodes. C'était fondamentalement une mauvaise conception. Cela entraînait beaucoup d'encombrement et résultait en une perte de lumière et une quantité accrue de bruit.
Les capteurs d'appareils modernes sont mieux conçus. Ils sont conçus avec une architecture empilée qui réduit davantage le bruit et améliore la qualité des images. De plus, la conception à illumination arrière garantit que les photodiodes peuvent collecter beaucoup plus de lumière et, par conséquent, produire des images plus propres.
Je discuterai en détail du fonctionnement d'un capteur d'image typique dans un titre ultérieur ci-dessous.
Film photographique
Avant le capteur numérique, il y avait le film photographique. Le film photographique a été popularisé et produit en masse à l'époque de George Eastman. Mais pendant les premiers jours du film photographique, il n'était pas fait en matériau plastique. Au lieu de cela, il était fait avec du papier. Le film transparent à base de nitrocellulose a commencé en 1889.
Le film photographique moderne est une fine bande de base de film transparent avec un côté recouvert d'une couche d'émulsion de gélatine. Des cristaux d'halogénure d'argent sont utilisés dans cette émulsion. Ce cristal d'halogénure d'argent détermine la sensibilité à la lumière de la surface enduite, la résolution et la qualité d'image globale.
Chambre noire
La chambre noire est associée au développement et à l'impression du film photographique. C'est un processus ancien qui a maintenant été rendu obsolète par l'avènement des capteurs numériques et du traitement d'image dans l'appareil.
Une chambre noire est une pièce étanche à la lumière utilisée pour développer les pellicules exposées.
Une série de bains chimiques sont préparés, et le négatif est baigné dans ces solutions pour initier le développement et, lorsque le processus de développement est terminé, pour arrêter tout développement ultérieur. La première solution est connue sous le nom de Développeur et la seconde est un Bain d'arrêt.
Une fois les pellicules développées, elles sont ensuite imprimées en utilisant du papier photographique. Un agrandisseur est utilisé pour transférer la lumière à travers et sur un papier photographique contenant de l'halogénure d'argent sensible à la lumière.
Partie 3 – Le corps de l'appareil photo
Le corps de l'appareil forme l'unité principale de votre équipement photographique.
Il existe de nombreux types de systèmes d'appareils photo en usage. Je n'entrerai pas dans trop de détails sur ces aspects ici.
Dans un sens large, les systèmes d'appareils peuvent être divisés en deux segments : (a) ceux avec un système d'objectif interchangeable et (b) ceux avec un système à objectif fixe.
Les deux sont populaires, et les deux ont leurs avantages et inconvénients. Mais le premier (ceux avec un système d'objectif interchangeable) est devenu le plus dominant.
Ces systèmes d'appareils ont une monture d'objectif, ce qui signifie que vous pouvez changer d'objectifs et choisir lequel utiliser dans une situation de prise de vue particulière. D'où le nom d'appareils à objectifs interchangeables.
Il y a deux principaux types de systèmes d'appareils à objectifs interchangeables actuellement en usage : (a) les DSLR et (b) les hybrides (mirrorless).
La mécanique d'un appareil DSLR et son fonctionnement
Regardons la physique de la formation d'une image à l'intérieur de l'un de ces systèmes d'appareils. Les DSLR et les systèmes hybrides ont une chose en commun : le capteur numérique à l'arrière de l'appareil. Ils ont aussi une grande différence, c'est le miroir reflex. Les DSLR en ont, et les hybrides n'en ont pas. Cela explique aussi pourquoi une DSLR a un viseur optique, et un hybride a un viseur électronique.
Les deux systèmes d'appareils étant assez similaires, je prendrai une DSLR pour expliquer le processus réel de création d'image dans l'un de ces systèmes.
L'objectif
Comme déjà expliqué, DSLR signifie reflex numérique à objectif unique. Le mot reflex signifie le miroir reflex à l'intérieur de l'appareil. Lorsque vous regardez à travers le viseur d'un appareil DSLR, la vue que vous regardez est celle produite par la lumière entrant dans l'appareil et se reflétant via le miroir reflex.
Vous savez maintenant que le corps de l'objectif permet à la lumière d'entrer dans l'appareil. L'objectif a une petite ouverture appelée diaphragme. La taille de cette ouverture peut être contrôlée à l'aide d'un ensemble de commandes mécaniques et électroniques sur un appareil.
Plus l'ouverture du diaphragme est grande, plus la quantité de lumière qui entre dans l'appareil est grande, et vice versa.
Le miroir reflex
Après être entré dans le corps de l'objectif, la lumière frappe un miroir reflex. Ce miroir est réglé à un angle de 45 degrés pour faciliter la réflexion de la lumière vers le haut à un angle de 90 degrés.
Après avoir été refléchi par le miroir reflex, il est encore refléchi par un pentamiroir ou un pentaprisme, selon le type d'appareil DSLR que vous avez. Après réflexion, la lumière est ensuite acheminée à travers le viseur à l'arrière de l'appareil. C'est la vue que vous pouvez voir quand vous regardez à travers le viseur.
Mais ce n'est pas tout. Lorsque vous appuyez sur le bouton de déclenchement, le miroir reflex situé devant le capteur d'image se soulève et s'éloigne du chemin de la lumière entrante. La lumière a maintenant un chemin clair vers le capteur à l'arrière de l'appareil.
Les rideaux d'obturation
Mais avant que cela ne se produise, les rideaux d'obturation doivent s'ouvrir. Il y a deux rideaux d'obturation sur tout appareil DSLR. Le premier s'ouvre pour laisser entrer la lumière et atteindre le capteur. Le second suit juste après pour fermer l'ouverture. Après que le processus de création d'image est terminé, les deux rideaux se remettent en place et sont prêts pour la prochaine prise de vue.
Le capteur d'image
Le processus final se produit lorsque les rayons de lumière atteignent le capteur d'image. Chaque photodiode sur le capteur d'image peut être comparée à un seau collectant de l'eau. Sauf que dans ce cas, les photodiodes collectent des photons.
Les photons sont convertis en informations électroniques. Il est pertinent de mentionner que chaque photodiode est recouverte d'un filtre qui ne laisse passer qu'une des trois couleurs primaires. Le reste des couleurs est toutes rejetées.
Les photodiodes sont disposées en réseau où les trois couleurs primaires - bleu, vert et rouge - sont collectées. Il est intéressant de noter qu'il y a deux fois plus de filtres verts que de filtres rouges ou bleus. La raison est que l'œil humain est plus sensible à la couleur verte qu'aux couleurs rouge ou bleue. Avoir deux fois plus de pixels verts permet une image plus propre et d'apparence plus naturelle.
Le processus d'autofocus utilisant la détection de phase
Le processus d'autofocus est une technologie relativement nouvelle dans les appareils photo. Je n'ai pas la portée pour tout discuter sur l'autofocus et son histoire ici. Je peux dire que l'autofocus sur les premiers systèmes DSLR dépendait du mécanisme de l'objectif où un séparateur de faisceau était utilisé pour diviser les faisceaux de lumière entrant dans l'appareil et frappant le miroir reflex principal.
Après avoir frappé le miroir reflex principal, la lumière était redirigée vers un capteur d'autofocus au bas de l'appareil. Le faisceau divisé frappait un miroir secondaire avant d'atteindre ce capteur d'autofocus. C'est une technologie très complexe qui dépend de l'efficacité mécanique de la conception de l'appareil.
Technologie de détection de phase et ses dernières améliorations
Le seul revers majeur du mécanisme traditionnel de détection de phase est qu'avec l'appareil en mode visée directe (live view), il ne fonctionne pas. Les fabricants d'appareils ont dû compter sur l'ancien et plus lent mécanisme de détection de contraste pour verrouiller la mise au point en mode visée directe.
Les systèmes DSLR modernes utilisent une technologie de détection de phase améliorée. La technologie utilise une conception de détection de phase sur puce intégrée sur la puce du capteur principal.
Canon a été la première marque d'appareil avec cette nouvelle technologie d'autofocus. Ils l'ont nommée Dual Pixel Auto Focus. Aujourd'hui, la majorité des fabricants d'appareils utilisent la même technologie sous différentes formes. On peut trouver une technologie similaire dans les smartphones.
Réflexions finales
Le processus interne d'un appareil photo témoigne de l'ingéniosité de l'esprit humain. Depuis ses humbles débuts il y a quelque 2000 ans, quand la camera obscura a été découverte pour la première fois, jusqu'à la merveille moderne qu'est un appareil hybride, la technologie a fait un long chemin. Et avec elle a évolué le processus de création d'image.
Cependant, ce qui n'a pas changé ce sont les principes de base de la création d'image, les règles et les directives. C'est toujours dans l'esprit humain que l'image est d'abord formée avant qu'un appareil ne la capture.
L'esprit humain a constamment repoussé les limites de ce qui est possible avec un appareil photo. La nouvelle technologie a simplement rendu plus facile la capture de sa vision, mais elle n'a pas pu éliminer les six pouces derrière elle.
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