les caméras - Sen-Bretagne

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LES CAMÉRAS
1 Introduction :
La caméra est l'un des principaux éléments de la chaîne d'acquisition d'une séquence vidéo.
On classe les caméras par domaines d'utilisation :
Caméras film (analogiques bien sûr) : 35mm, 16mm, 8mm. (Cinéma).
Caméscopes professionnels numériques. (Vidéos professionnelles).
Caméscopes à la norme Braodcoast. (pour télédifusion).
Caméscopes grand public : MiniDV, HDV (numériques sur cassette), DVD, hybride,
à mémoire flasch, à disque dur.
Caméras de vidéosurveillance.
Endoscopes (environnement médical ou industriel).
Caméras pour vision industrielle : linéaires ou matricielles, multispectrales (analyse sur plusieurs
longueurs d'ondes)
Caméras pour observation ou pour les loisirs : astrocam, météocam, webcam, flycam, caméra IP avec ou
sans fil, caméra infrarouge, etc ...
« Camera » en anglais désigne un appareil photo et « movie camera » la caméra.
2 Fonction d'usage de la caméra numérique :
Projeter une scène par un moyen optique sur un ensemble de capteurs et la convertir en grandeurs
électriques numériques en vue de l'enregistrer sur un support magnétique, optique ou électronique.
3 Les principaux types technologiques de caméras couleurs du grand public :
Il existe 3 principaux types de caméras couleurs :
➢
➢
➢
Les caméras Mono-CCD, (CCD = Charge-Coupled Device )
Les caméras Tri-CCD,
Les caméras CMOS. (CMOS = Complementary metal oxide semi-conductor)
A noter que le type de caméra porte le nom du capteur utilisé.
LP J A Vitré
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4 Caméras Mono-CCD
Les caméras couleurs mono-CCD sont, comme leur nom l'indique, munies d'un seul capteur CCD. Les
composantes couleur de la scène sont obtenues en plaçant une mosaïque de filtres colorés (dépôts en couche
mince de substance à base d'oxydes de silicium), de telle sorte que chaque cellule du capteur CCD ne perçoit
qu'une des trois composantes, généralement Rouge, Verte et Bleue. On trouve ci-dessous quelques exemples de
filtres .
Filtre colonne
Filtre de Bayer
Filtre de Rockwell
Filtres utilisés pour les capteurs mono-CCD
Le filtre le plus utilisé dans les technologies actuelles est le filtre de Bayer, illustré par la figure
suivante. Il permet de calculer la valeur d'un pixel à partir d'un quadruplet de photosites, donnant plus de
poids à la composante verte, pour laquelle l'œil présente le maximum de sensibilité.
Le filtre de Bayer
Un pixel est donc composé de quatre photosites (2 verts, 1 bleu et 1 rouge), il y a plus de vert pour tenir
compte du fait que l'oeil humain est plus sensible au vert qu'aux autres couleurs.
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Schéma de fonctionnement d'un capteur numérique mono-CDD couleur
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Les limitations du capteur couleur mono-CCD sont donc liées au fait qu'il faille au moins trois cellules pour
obtenir l'information couleur complète.... d'où une perte de résolution. De plus, les trois cellules utilisées
pour définir la couleur d'un point ne sont pas localisées au même endroit puisqu'elles sont disctinctes, ce
qui est à l'origine d'aberrations chromatiques. (défauts d'images).
5 Caméras tri-CCD (plus performantes)
Les caméras 3-CCD sont équipées d'un dispositif à base de prisme, comprenant 3 capteurs CCD. Ainsi,
la résolution de l'image couleur n'est pas dégradée par un système de mosaïque : à chaque point de
l'image correspond 3 cellules CCD. La caméra se présente alors de la manière suivante :
Décomposition de la lumière sur 3 CCD
LP J A Vitré
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6 Caméras CMOS
Il s'agit ici d'un nouveau type de détecteur semi-conducteur : les capteurs CMOS (Complementary Metal
Oxide Semiconductors).
Ce sont de minuscules circuits et dispositifs gravés sur des puces de silicium. La fabrication de capteurs
d'image CMOS, selon le même procédé que pour les puces d'ordinateur, se traduit par une baisse
spectaculaire des coûts. Le coût de fabrication d'une plaquette CMOS est le tiers de celui d'une plaquette
équivalente avec des dispositifs à couplage de charge (CCD).
Comme pour les capteurs CCD, la cible comporte des cellules élémentaires, le plus souvent organisées
en ligne et en colonnes. Chaque cellule élémentaire peut être équipée d'un amplificateur intégré. La sortie
des amplificateurs composant une ligne est validée séquentiellement par l'intermédiaire d'une ligne
d'adressage.
La technologie CMOS permet l'intégration des opérateurs analogiques (amplificateurs) ou numériques
(adressage) sur la même puce de semi-conducteur.
De plus, il est facilement envisageable d'adresser, séparément ou par bloc, les cellules élémentaires.
Les avantages de la technologie CMOS par rapport au CCD sont les suivants :
Coûts de fabrication moins important. L'implantation des composants CMOS est aujourd'hui bien
répandue et maîtrisée.
➢ Faible consommation d'énergie : L'architecture des capteurs permet une consommation 100 fois
plus faible que pour les CCD (composant essentiellement capacitifs qui consomment pour le
transfert des charges). Un systme CCD demande 2–5 watts, comparé aux 20–50 milliwatts pour
les CMOS avec le même nombre de pixel. Par exemple, une batterie NiCd peut alimenter une
caméra CMOS pendant une semaine et seulement quelques heures pour une caméra CCD
➢ Accès à des régions de pixels
➢ Plus grande rapidité pour obtenir l'image
➢
EN RESUMÉ :
➢ La caméra est un élement important dans la chaîne d'acquisition des images. De sa qualité dépend beaucoup le
résultat final.
➢ La fonction d'usage de la caméra est de capturer une suite d'images projetée par moyen optique sur un capteur
organisé en cellules et de les convertir en signaux numériques.
➢ Pour le grand public, c'est à dire le domaine d'intervention du technicien AVM, on inventorie trois types
technologiques de caméras qui portent le nom des capteurs utilisés dans la conception :
La caméra mono-CCD – la caméra tri-CCD – la caméra CMOS.
➢ Le moyen de stockage de l'information (s'il y en a un) est divers et évolue en fonction de la technologie disponible
: cassette miniDV, mémoire flash, DVD, disque dur.
LP J A Vitré
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