Comment un capteur d'image capture la couleur : filtre Bayer & dématriçage
Les capteurs numériques sont intrinsèquement monochromes. La couleur est reconstruite via un Color Filter Array (CFA) et interpolation.
1. Photosites (Pixels)
- Millions de puits photosensibles (photodiodes) sur silicium.
- Chacun collecte photons → paires électron-trou → paquet charge.
- Charge → tension → CAN → nombre numérique (0-4095 pour 12-bit, 0-16383 pour 14-bit).
2. Matrice de filtres couleurs Bayer (la plus courante)
Motif (répétition 2×2) :
R G G B
- 50% Vert, 25% Rouge, 25% Bleu (correspond sensibilité luminance humaine).
- Chaque photosite ne voit qu'UNE seule couleur.
3. Dématriçage (Debayering)
- Algorithme estime les deux couleurs manquantes à chaque pixel depuis les voisins.
- Simple : interpolation bilinéaire. Avancé : adaptatif (AHD, VNG, AMaZE), apprentissage machine.
- Fait dans l'appareil (JPEG) ou sur ordinateur (convertisseur RAW).
4. CFAs alternatives
| CFA | Motif | Avantages/Inconvénients |
|---|---|---|
| X-Trans (Fujifilm) | 6×6 quasi-aléatoire, moins moiré | Pas OLPF nécessaire ; dématriçage plus dur |
| Quad Bayer / Tetracell | 4 pixels même couleur sous une microlentille | HDR / binning basse lumière ; remosaic pour pleine résolution |
| RGBW (certains téléphones) | Ajoute pixel clair/blanc | Plus sensibilité ; compromis fidélité couleur |
| Foveon (Sigma) | Couches silicium empilées (pas CFA) | Vraie couleur par pixel ; faible haut ISO, propriétaire |
5. Pipeline précision couleur
- Données brutes capteur (linéaire, scène-référé)
- Soustraction niveau noir, correction vignettage objectif
- Dématriçage
- Balance des blancs (gains par canal)
- Matrice couleur / profil ICC → espace couleur sortie (sRGB, Adobe RGB, Rec.2020)
- Gamma / courbe tonale
- Réduction bruit, accentuation
Point clé
Deux tiers de la « couleur » dans une image Bayer sont interpolés. La qualité dépend de l'algorithme dématriçage, design CFA, filtre passe-bas optique, et traitement. RAW donne le contrôle ; JPEG cuit le résultat.