Photographie – Les capteurs

La photographie numérique a remplacé le film photosensible par le capteur photosensible. Le but d’un capteur est de convertir la lumière (photons) en signal électrique (électrons). Pour cela les capteurs des appareils photographiques possèdent des cellules photosensibles appelées photodiodes. Dans les limites de la saturation pour les hautes lumières et du bruit de fond pour une faible lumière, une photodiode transforme chaque photon frappant sa zone en électron. photodiode-capteur police scientifiqueLa photodiode, entourée de composants électroniques (permettant l’amplification et le transport des charges électriques), fait partie intégrante d’un “photosite” qui est la zone délimitée par le pas de grille du capteur. Un capteur 12Mpix est ainsi constitué de 4000 x 3000 photosites improprement appelés pixels dans ce cas la. Deux types de capteurs coexistent pour les appareils photographiques de type Reflex : le capteur CCD (Charge Coupled Device) et le CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductors).

capteur-CCDLes capteurs CCD sont les premiers à avoir équipé les appareils photographiques numériques. Dans cette technologie, le capteur transforme les photons en électrons grâce à l’effet photoélectrique. A la fin de l’exposition, les charges sont transférées de photosites en photosites par un jeu de variations de potentiels. Les charges sont ainsi envoyées vers la sortie. Au niveau de la sortie, les charges sont transformées en tension, proportionnelle au nombre d’électrons. Ce dernier signal sera amplifié et numérisé à l’extérieur du capteur CCD.

Ces capteurs possèdent une meilleure sensibilité à la lumière et sont utilisés dans les caméras ou recommandés dans le cas de photographies nocturnes. Ils sont aussi plus complexes à mettre en oeuvre et coûtent plus cher que les CMOS. Un phénomène de traînage (smear) est susceptible de se produire lorsqu’un objet très clair (par exemple les rayons du soleil) est présent dans une scène. Il en résulte des traînées verticales sur le cliché.

capteur-CMOSLes capteurs CMOS possèdent une qualité d’image proche des capteurs CCD mais ce type de capteur ne convient pas encore aux caméras nécessitant une qualité d’image maximale. Dans cette technologie, comme pour le CCD, les photosites acquièrent une certaine charge électrique en fonction de la quantité de lumière reçue. La différence vient du fait que la charge électrique est directement convertie au niveau du photosite en tension utilisable. Une partie de chaque photosite est donc utilisée par un convertisseur électron/tension.

La sensibilité de ce type de capteur reste encore faible ce qui peut se manifester par une image foncée ou par l’apparition de grains (bruit). Leur coût et leur consommation d’énergie sont plus faible que pour les capteurs CCD. Cependant ils restent plus lent en transfert d’informations.

Finalement, la principale différence entre un capteur CCD et un capteur CMOS est la nature du signal sortant d’un photosite. Pour le CCD il s’agit de charges électriques et pour le CMOS il s’agit déjà d’un signal sous forme numérique.

En résumé, les capteurs CCD sont gourmands en énergie mais restituent une image de grande qualité alors que les capteurs CMOS sont moins chers, plus petits mais bien plus sujets à générer du bruit (le bruit est défini comme l’aspect granuleux ou l’apparition de pixels multicolores dans les parties sombres d’une photographie)

Sensibilité des capteurs

film-400-iso-capteurEn photographie argentique, il existe plusieurs types de films plus ou moins sensibles à la lumière. Cette sensibilité à la lumière est déterminée par la norme ISO. Plus cette norme ISO est grande plus le film est sensible à la lumière (la sensibilité ISO des films photosensibles est comprise entre 3 ISO et 3200 ISO). Les films ayant une très faible valeur ISO ne sont pas sensibles à toutes les couleurs. Plus les indices ISO augmentent, plus la sensibilité chromatique est bonne.

Alors qu’en photographie argentique la valeur ISO est déterminée par le choix d’une pellicule, en photographie numérique, la valeur ISO peut être directement indiquée par le photographe sur le boîtier photographique. En photographie numérique, la sensibilité peut être changée d’une photographie à l’autre (en photographie argentique chaque film à une sensibilité donné et une fois le film chargé dans l’appareil il est impossible de changer la sensibilité). La valeur de 400 ISO indiquée sur un appareil photographique numérique sera considérée comme équivalente à la sensibilité d’un film argentique de 400 ISO.

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