Comment fonctionne un capteur d'appareil photo numérique | Tout en détails

Les caméras numériques sont partout autour de nous, et elles sont utilisées dans une variété de domaines différents. Vous trouverez des appareils photo numériques non seulement dans nos smartphones, mais également dans les applications de surveillance, la surveillance du trafic, les lignes de production modernes et de nombreuses autres industries.

Un appareil photo numérique capture une image en convertissant les informations d'image de l'objectif et ce qui rend le processus de conversion possible est le capteur d'image. Il est également considéré comme le cœur d'un appareil photo numérique car l'appareil photo ne peut pas fonctionner sans lui. Alors, comment fonctionne un capteur d'appareil photo numérique ?

Qu'est-ce qu'un capteur de caméra ?

Le capteur de l'appareil photo est le composant mère de chaque appareil photo, et le capteur permet de capturer une image. Pour former une image, il faut de la lumière. Les lumières proviennent de l'objet et il a touché le capteur de la caméra.

Le capteur capte la lumière et la convertit en une forme numérique. Cette forme numérique est ce que nous appelons une image numérique.

Le capteur est un dispositif à semi-conducteurs et il est composé de quelques petits composants. Ce sont

Matrice de filtres de couleur

Le capteur de l'appareil photo ne peut capturer que la lumière mais pas la couleur. Le réseau de filtres de couleur donne au capteur la capacité de voir la couleur. Différents fabricants de capteurs de caméra utilisent différents types de matrices ; le tableau le plus courant est Bayer GRGB.

Il est placé sur chaque pixel pour détecter la couleur, et chaque pixel ne peut détecter qu'une seule couleur. Ainsi, ce réseau de filtres de couleur produit des échantillons de couleur incomplets. Ensuite, en utilisant le processus de dématriçage, l'appareil photo reconstruit une image avec des couleurs complètes.

Filtre passe-bas

Si la lumière à haute fréquence traverse le capteur, certaines parties de l'image peuvent être floues. Un filtre passe-bas est utilisé pour supprimer la fréquence de la lumière incidente, protégeant ainsi l'image du crénelage.

Le crénelage peut provoquer des détails répétitifs dans une image, ce qui entraîne un flou. Mais limiter la fréquence lumineuse diminue les détails des images. Les fabricants affinent la photo pour qu'elles paraissent détaillées.

Filtre infrarouge

La lumière infrarouge peut provoquer des dominantes de couleur dans une image et le capteur d'image est très sensible à la lumière infrarouge. Il y a un miroir entre l'objectif et le filtre passe-bas pour empêcher la lumière infrarouge d'atteindre le capteur. Ce miroir est le filtre infrarouge.

Circuits

Bien que chaque capteur effectue le même travail, ceux-ci diffèrent dans leur construction. Les deux types de capteurs les plus courants sont les capteurs de caméra CCD et CMOS. Les capteurs de type CCD collectent la charge de chaque cavité ou site photo et transfèrent la charge du capteur à l'aide d'un réseau vertical de pixels protégés contre la lumière.

Les capteurs de type CMOS ont un amplificateur de signal à chaque pixel. Il collecte la charge de la cavité, puis convertit la charge en tension et l'amplifie sur les pixels. Ce capteur produit une tension plutôt qu'une charge comme un capteur CCD.

Mais comme il amplifie la charge à chaque pixel afin qu'il puisse y avoir du bruit dans l'image, la plupart des capteurs COMS contiennent un circuit de réduction de bruit supplémentaire.

Pixels

Pixel mesure la quantité de lumière incidente qui tombe dessus à l'aide d'un photodétecteur sensible. Cette lumière ou ces photons provoquent la libération d'électrons du silicone, formant une charge sur le site de la photo.

Microlentilles

Les micro-lentilles sont une partie très importante du capteur. Il augmente la sensibilité du capteur en canalisant la lumière dans les pixels. Les circuits du capteur prennent une partie de chaque pixel, de sorte que les micro-lentilles canalisent la lumière et que la lumière n'est pas affectée par les circuits.

Tous ces composants fonctionnent ensemble pour convertir les informations lumineuses en une image numérique.

Comment fonctionne un capteur d'appareil photo numérique ?

Un appareil photo numérique ne prend même pas une milliseconde entière pour capturer une image, mais dans ce court laps de temps, il accomplit de nombreuses tâches. Le capteur de la caméra lui-même effectue les opérations principales.

Ce qu'il fait, c'est capturer la lumière incidente et convertir la lumière sous forme numérique. C'est tout, mais le processus de le faire n'est pas très simple.

Lorsque vous appuyez sur le déclencheur de l'appareil photo, les cavités du capteur sont exposées à la lumière. Il y a des millions de pixels dans un capteur, et le nombre de pixels d'un capteur est le même que celui des cavités, et ces cavités sont appelées sites photo.

Les sites photo sont sensibles à la lumière, et cette partie du capteur capte la lumière. Lorsque le déclencheur de l'appareil photo est enfoncé, ces sites photo sont exposés à la lumière et se referment à la fin de l'exposition.

Entre ce court temps d'exposition, la lumière frappe les sites photo, et les sites photo produisent une petite charge ou un signal électrique.

Plus le temps d'exposition sera long, plus la quantité de lumière atteindra les sites photo. Il en va de même pour la lumière plus vive, ce qui signifie que des conditions d'éclairage vives permettent à plus de photons d'atteindre les sites photo.

Plus il y a de photons qui frappent les sites photo, plus le signal électrique sera produit et plus l'image sera nette.

Ainsi, chaque site de photo pixel produira une quantité différente de signal électrique. La caméra mesurera ces signaux et le résultat mesuré sera ensuite converti en une valeur numérique à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique. La valeur résultante est ce que nous appelons une image.

Comme les sites photo ne peuvent pas voir la couleur, le signal électrique peut être converti, en notant mais dans une échelle de gris. Ainsi, le capteur d'image utilise un ensemble de filtres de couleur pour détecter la couleur. Le type de filtre de couleur matriciel le plus courant est le matriciel de filtres Bayer.

En plus de chaque site photo, il y a ce filtre Bayer. Un quart de pixel mesure la couleur rouge, un autre quart mesure la couleur bleue et la moitié d'un pixel mesure la couleur verte. Chaque pixel ne peut capturer qu'une seule couleur.

Le filtre bleu capture le bleu, le rouge capture le rouge et le vert capture la couleur verte. La lumière qui ne correspond pas à la couleur du filtre est réfléchie. Cela signifie que nous perdons les deux tiers de la lumière indécente pour capturer chaque couleur. Ainsi, la luminosité d'une image est trois fois supérieure à la résolution des couleurs.

Chaque site photo capture une couleur de lumière, puis l'appareil photo devine les deux autres couleurs prédéfinies dans cette lumière. Dans l'ensemble, la caméra interpole désormais le signal de couleur de tous les pixels voisins et calcule la valeur de couleur complète pour chaque pixel.

Les informations de couleur de tous les pixels sont assemblées, ce qui donne une image numérique.

Lire ensuite :Comment lire un objectif d'appareil photo

Foire aux questions (FAQ)

Comment le capteur de la caméra peut-il voir la lumière ?

Le capteur de l'appareil photo numérique possède des millions de sites photo sensibles à la lumière. Lorsque le déclencheur de l'appareil photo est enfoncé, ces sites de photos sont exposés à la lumière, capturant la lumière (photon) qui les frappe.

Comment le capteur capture-t-il une image ?

Lorsque la lumière atteint les cavités du capteur, elle crée un signal électrique. Le capteur de la caméra mesure les informations et convertit ces données sous forme numérique. Ensuite, il a assemblé toutes ces données numériques, ce qui donne une image.

Derniers mots

Capturer une image n'est pas un gros problème. Mais le processus qui se déroule à l'intérieur du capteur de la caméra n'est pas simple du tout. J'espère que ce guide vous donnera une bonne idée de comment fonctionne un capteur d'appareil photo numérique .