L`APPAREIL NUMERIQUE

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L’APPAREIL NUMERIQUE
La fonction principale de l’appareil numérique est toujours de restituer l’image
d’une scène. La grande différence réside dans le support image, la surface sensible.
En photographie argentique, l’image latente necessite un support différent pour
chaque scène. Le film doit ensuite être développé pour que l’image apparaisse enfin.
En photographie numérique, le support est un convertisseur unique et réutilisable,
le capteur. L’image réelle est transférée sur un support électronique.
Les deux appareils sont cependant des systèmes optiques complets et l’appareil
numérique doit entre autres posséder les mêmes fonctions photographiques que son
homologue argentique.
La figure 17 ci-dessous montre un appareil photo numérique et ses différents
constituants extérieurs.
Ecran de contrôle
LCD passif
Boutons de fonctions
de contrôle
Déclencheur
Viseur optique
(occulaire)
Ecran de visualisation
LCD couleur
Prise de liaison
à l’ordinateur
Boutons de commande
de l’écran
Prise d’alimentation
externe
Flash
Logement de
la carte mémoire
Objectif
viseur optique
Fig.17 - Appareil numérique type -
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Les principaux éléments extérieurs
L’appareil ici présenté est un cas “d’école” il ne correspond pas à une référence
précise mais la plupart des modèles du marché présente des caractéristiques similaires.
Il est donc intéressant de les découvrir :
Le viseur est en général un modèle de “Gallilée”, permettant une visée plus
“instinctive” et très utile pour économiser les piles ou pour des prises de vue
en plein soleil quand l’écran LCD est ébloui.
Certains appareils ne disposent que de la visée dite “électronique”, c’est-àdire uniquement l’écran LCD.
Le viseur de Gallilée est donc appelé par opposition “viseur optique”.
L’écran LCD de visualisation montre l’image de la scène, en couleur. Sur cer
tains modèles dépourvus de viseur optique, c’est la seule façon de cadrer la
scène, d’utilisation délicate en plein soleil, on est obligé de viser en regardant
l’écran, ce qui n’est pas très “photographique” . Très gourmand en énergie, il
diminue énormément l’autonomie. Combiné à un viseur optique, il peut être
coupé et uniquement mis en service après la prise de vue, pour vérifier la
photo . Il permet aussi dans certains cas, quelques fonctions annexes comme
l’effacement ou le contrôle des paramètres de transmission etc...
L’écran LCD de contrôle est plus petit, ne demande pratiquement aucune
énergie. Utilisé pour afficher le nombre de vues, l’état des piles, le mode du
flash etc...
Le logement de la carte est une trappe dans laquelle se glissent les cartes
mémoires extérieures.
L’objectif joue ici le même rôle que sur un appareil classique. Quelquefois pro
tégé par un volet coulissant faisant office d’interrupteur général. Ils sont fixes
et comportent parfois fois une monture à vis de 37mm, compatible avec les
accessoires optique de caméscopes. Les focales sont données en equivalent
24X36 et s’étagent en général du 35 mm au 50 mm. Les modèles plus évol
ués offrent une bi-focale ou un zoom.
La prise d’alimentation sert à la liaison avec une source externe d’energie,
un petit transfo-redresseur branché sur le secteur, très utile pour économiser
les piles quand l’appareil est relié à l’ordinateur.
La prise de liaison est utilisée pour le transfert des données entre l’appareil
et l’ordinateur. En général de câblage spécifique, elle utilise la
liaison RS-232 du port série de l’ordinateur (COM1 ou 2).
Le flash pas toujours présent sur les modèles d’entrée de gamme est pour
tant un accessoire indispensable pour les photos en intérieur ou à l’extérieur
pour “déboucher” les ombres. Il est en général à puissance fixe et de faible
portée.
Si l’aspect extérieur ressemble à s’y méprendre à un appareil traditionnel pour
certains, d’autres cependant sortent des sentiers battus et présentent des formes assez
surprenantes.
Il en est ainsi du NIKON coolpix, plat et allongé qui se tient verticalement ou du
FUJI MX-700 , tout en hauteur; ou encore de ces appareils à objectifs pivotants comme
les CASIO QV-X00. Que dire alors du MINOLTA Dimage V avec son objectif détachable
qui “tire dans les coins” !
Peut-être est-ce là une volonté des constructeurs de montrer justement la diffé-39-
rence avec le monde argentique.
De tels appareils ne sont certainement pas étrangers à la mauvaise renommée
des photoscopes auprès des photographes.
Ces formes étranges venues d’ailleurs s’expliquent en partie par la liberté de
conception offerte par la constitution interne des appareils numériques, qui dans ce
domaine, sont tous construits sur les mêmes principes, au demeurant très différents de
ceux mis en oeuvre dans les appareils argentiques.
Constitution interne
La figure 18 ci-dessous montre les parties internes de l’appareil précédent.
Déclencheur
Flash
Objectif
Ecran de
visualisation
à cristaux
liquides
Obturateur/
diaphragme
Dispositif de
commande du
diaphragme
Capteur
d’image
Circuit
imprimé
Fig.18 -Coupe d’un appareil numériqueOn comprend mieux pourquoi ces appareils peuvent prendre des formes non
conventionnelles. La chambre noire est quasiment inexistante du fait des très petites
dimensions du capteur d’image.
Une petite surface sensible (environ 15 mm²) implique une petite diagonale. Dans
le cas d’un capteur 1/3 “, la diagonale est de 5,5 mm (nous verrons tout ceci en détail un
peu plus loin). La focale “normale” doit donc se situer dans cet ordre de grandeur.
L’épaisseur du boîtier peut donc être très réduite si l’on déplace les platines de
circuits imprimés.
Le modèle “PhotoRun” de chez UMAX n’affiche que 18mm , ce qui en fait l’appareil
actuel le plus mince du marché, suivi de près par le TOSHIBA PDR-2 avec 20mm.
Il est vrai que ces modèles ne comportent pas de flash et s’alimentent avec deux
piles LR03.
Les circuits imprimés portent tous les composants électroniques, généralement des
CMS (Composants Montés en Surface) minuscules et les circuits intégrés. Les différentes platines sont reliées entre elles par des fils. L’agencement est donc très libre, à
l’opposé des appareils classiques.
Passons en revue les différents éléments :
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L’objectif joue le même rôle qu’en photographie classique, à savoir focaliser la
lumière sur le capteur. Les focales utilisées sont très courtes et les ouvertures
assez faibles (N° de diaphragme élevé). Les petites dimensions de l’image
impliquent une assez grande tolérance aux aberrations géométriques, les lentilles ayant un diamètre plus petit qu’en 24X36.
Le pouvoir séparateur n’est pas très critique car un capteur couleur de 1/3” en
VGA ne demande que 15µ par pixel (il faut dans un sens 2 fois plus de photosites que de pixels). Ceci nous amène à un pouvoir séparateur d’environ 66
lignes/mm, valeur très peu critique. La plupart des objectifs offrent couram
ment le double. L’objectif (un Fujinon) qui équipe le FUJI FinePix700 est
donné pour 170 lignes/mm pour un capteur carré de1,5 million de photosites.
En règle générale, plus le capteur est petit et/ou plus la résolution est élevée,
plus l’objectif doit avoir un bon pouvoir séparateur.
L’obturateur existe en trois versions, mécanique, électronique ou électrooptique. Dans le cas du modèle mécanique, il est en général couplé au dia
phragme et commandé par un petit électro-aimant.
Le modèle électronique n’est pas vraiment un obturateur car le temps de
pose est donné par le temps d’intégration des charges dans les photosites
du capteur. Les valeurs sont continues entre deux limites, comme par
exemple de 1/2 s à 1/500s .
Le modèle électro-optique est quant à lui une fenêtre à cristaux liquide qui
fonctionne sous l’effet d’une polarisation électrique. Ne permet pas de
grandes vitesses et réduit la transmission de lumière, il n’est pas utilisé sur
les appareils de notre gamme d’étude.
Le diaphragme est réduit à sa plus simple expression, en général deux ou
trois ouvertures, combinées sur le dispositif de l’obturateur. La plus
grande ou verture descend rarement en-dessous de f2,5.
L’écran à cristaux liquides est toujours en couleurs, d’une diagonale d’environ
1,8” à 2” (4,5 cm à 5 cm) composé d’un nombre de pixels pouvant aller jusqu’à
120.000. La meilleure qualité de rendu est donnée avec la technologie dite à
matrice active (TFT Thin Film Transistor) .
Le capteur d’image est l’élément clé de l’appareil, il conditionne à lui seul le
format de l’image et sa future qualité. Ils existent en plusieurs dimensions,
exprimées par leur diagonale. L’unité de mesure est le pouce (inch), hérité de
l’époque des tubes vidicon dont le diamètre était de un pouce. Sur ces tubes,
la surface utile était un rectangle de 16 mm de diagonale, dont les côtés
étaient au rapport 1,33. Ainsi, les capteurs modernes sont-ils normalisé en
fonction de cette dimension. Par exemple, un capteur de 1/2” a-t-il une diago
nale de 8mm, un 1/3” une diagonale de 5,5mm etc. Le tableau 5 de l’annexe B
illustre mieux cette normalisation.
Les capteurs sont aussi caractérisés par leur technologie dont les deux princi
pales sont celle utilisant les CCD et celle avec capteurs C-MOS .
Les circuits imprimés sont en nombre variable, au nombre de deux sur le dé
funt DC-20, on arrive désormais à caser jusqu’à 6 platines (bien remplies)
dans un boîtier identique à celui d’un compact 24X36 grâce à l’intégration des
fonctions dans des circuits VLSI et la miniaturisation extrème des composants
CMS .
Les réglages
L’étude précédente montre que la présence de composants électroniques va
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compliquer le processus de prise de vue au niveau de l’appareil, mais va singulièrement
aider l’opérateur pour les réglages, pouvant aller au simple appui sur le déclencheur
(DC-20, Toshiba PDR-2, UMax PhotoRun), jusqu’à la possibilité de modifier l’exposition,
de débrayer le flash, de choisir le format final de l’image, le niveau de qualité ...(DC-210,
Olympus camédia, Epson PC ...)
Parmi les différents réglages possibles figurent les réglages “photographiques” et
ceux “électroniques” :
Les réglages photo :
- La mise au point, hélas jamais manuelle, rarement automatique le plus sou
vent fixe.
- Le mode “macro” , pour la photo rapprochée, implique une position adéquate
de l’objectif . Dans ce cas, le viseur optique n’est pas assez précis et le cadrage se fait sur l’écran LCD .
- L’exposition , quasiment toujours automatique, peut toutefois être manuelle,
comme sur le CASIO QV-100, ou même modifiée sur certains modèles de
-2 à +2 EV pour améliorer un contre-jour par exemple. Cette modification vo
lontaire de l’exposition par rapport à la valeur estimée par l’appareil porte le
nom de “bracketting”.
- Le flash peut être forcé, utilisé en “anti yeux rouges”, mis en automatique, ou
déconnecté.
- Le retardateur permet de déclencher avec un certain retard, permettant à
l’opérateur de figurer sur la photo (s’il ne tombe pas en chemin).
Les réglages numériques
- Le mode “rafale” pour prendre plusieurs photos dans un intervalle de temps
très court. En fait, pour tenir la cadence (env. 1 image/s) l’appareil coupe
l’image et n’utilise qu’une partie des pixels fournis par le capteur, on obtient
des vignettes pas vraiment exploitables, à part peut-être en surveillance de
locaux.
- La résolution définit le nombre de pixels de l’image. Il existe plusieurs résolu
tions appelées différemment selon le constructeur (haute, standard ...). La ré
solution maximum ne peut dépasser celle du capteur, dans le cas contraire il
y a extrapolation. La plus basse peut descendre à 320 x 240 pixels pour
aller jusqu’à 1280 X 1024 (de tels appareils sont dits “MégaPixel”), en passant par le classique 640 X 480 .Ce paramètre influe directement sur le
nombre de photos pouvant être prises sur le même support.
- La qualité fixe le taux de compression des éléments numériques, donc le vo
lume final du fichier-image. On trouve en général deux ou trois réglages, ap
pelés bonne, normale ou supérieure (Kodak). Pour une même résolution, le
volume d’un fichier peut changer notablement mais la qualité est inverse
ment proportionnelle au taux de compression. On peut aussi de la sorte
modifier le nombre de vues possibles.
- Le format de fichier fixe le type de fichier-image enregistré dans la mémoire
interne ou transmis à l’ordinateur. En plus des formats propriétaires (svi pour
VIVITAR, kdc pour KODAK, pict pour APPLE) les types suivants peuvent
être obtenus :bmp, jpg, tif, FlashPix...
- Le son permet l’enregistrement d’un petit message sonore d’une dizaine de
secondes accompagnant la prise de vue, utile pour des annotations, commentaires etc... n’est disponible qu’avec un format de fichier propriétaire.
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Les réglages post-prise de vue
Tous les réglages étudiés ci-dessus sont ceux intervenant avant l’appui sur le déclencheur et conditionnent les paramètres de l’image.
D’autres interviennent sur le fonctionnement direct de l’appareil :
- Le contraste de l’afficheur pour augmenter ou diminuer la visibilité de
l’écran de visualisation à cristaux liquides.
- L’effacement de la dernière photo ou de toutes celles en mémoire.
- Le formatage de la carte mémoire si cette dernière est neuve et n’a jamais
été utilisée sur l’appareil.
- Le mode vidéo pour choisir entre PAL ou NTSC
- La date et l’heure très utile pour le classement ultérieur.
- Les fonctions avancées sur certains appareils peuvent être sophistiquées et
permettent même des annotations sur les images, des montages photo, l’au
tomatisation de certains traitements ou carrément un langage de programma
tion comme sur les derniers KODAK DC-220/260.
A noter aussi la possibilité d’étendre certaines fonctionnalités quand l’appareil est
relié à l’ordinateur hôte.
On peut ainsi prendre des photos automatiquement, avec prévisualisation sur le
moniteur pour les incorporer à des applications (PAO, traitement de texte ...), modifier le
taux de compression, mettre à jour le logiciel intégré dans l’électronique interne de
l’appareil (le “firmware”), par le biais du réseau INTERNET etc...
Les potentialités offertes par la dernière génération de photoscopes vont tellement
loin que ces appareils se comportant comme de véritables micro-ordinateurs multi-média
(ils en ont la structure interne) ont engendré un nouveau terme dans la littérature
anglo-saxonne avec le néologisme de “CamPuter” . Contraction des mots Camera et
computer (ordinateur) .
La prise de vue
Toutes ces possibilités laissent entrevoir un certain niveau de complexité dans les
opérations destinées à traduire l’appui sur le déclencheur en un fichier image exploitable.
La figure 19 ci-après traduit l’organisation temporelle d’une prise de vue sur photoscope.
Les différentes étapes seront analysées en détail, avec les composants, les algorithmes, les choix des constructeurs, les différentes technologies mises en oeuvre et
leur évolution au cours de la deuxième partie du livre.
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Mise en marche
REALISE PAR
L’OPERATEUR
Choix du MODE
Résolution, Qualité
Réglages PHOTO
Flash, exposition
CADRAGE
de la scène
APPUI
sur le déclencheur
MESURE
de l’exposition et
déclenchement éventuel
du flash
CALCULdu couple
vitesse/ouverture
LECTURE des données
du capteur
REALISE PAR
L’APPAREIL
PRE-TRAITEMENT
balance des blancs, gamma
STOCKAGE
en mémoire DRAM
TRAITEMENT /
COMPRESSION
STOCKAGE
en mémoire FLASH
AFFICHAGE des infos :
nbre de vues, piles ...
Fig. 19 - Ordinogramme de la prise de vue numérique
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