Fiche de révision : Photographie argentique et capteurs numériques

📋 Plan du Cours

1. Courbe sensitométrique et contraste
2. Latitude et plage d’exposition
3. Technologies des capteurs numériques
4. Grandeurs électriques et conversion
5. Bruit, rapport signal-bruit et dynamique
6. Mesure et sensibilité numérique

📖 1. Courbe sensitométrique et contraste

★ À maîtriser

• Sur le diagramme de Hurter et Drieffield, l’épaule correspond à la saturation, le pied au voile et la zone linéaire au gamma, qui caractérise le contraste et la bonne révélation du film.

📐 Formule - Le gamma est calculé comme le coefficient directeur de la zone linéaire : $\gamma = \frac{Y_b-Y_a}{X_b-X_a}$.

Compléments

• Le cours associe un gamma de +1 à un contraste très faible, un gamma de 1 à un contraste marqué et un gamma de -1 à un contraste très marqué.

💡 Astuce mémo

L’épaule sature, le pied voile, la zone linéaire porte le contraste.

📖 2. Latitude et plage d’exposition

★ À maîtriser

📐 Formule - La latitude d’exposition se calcule ici à partir de la plage de densité optique : $\frac{2-0}{0{,}30} \approx 6{,}6\ \mathrm{IL}$, pour une densité de 0,2 à 2,10 correspondant à Log H de -2 à 0.

Compléments

• La plage dynamique indiquée pour l’exemple est de 7,1 IL.

• Pour un sujet de contraste 8 IL et un film de latitude 6,6 IL, l’écart est de 1,4 IL ; le cours conclut que le film est peu contrasté.

📖 3. Technologies des capteurs numériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Capteur CMOS : Capteur (complementary metal-oxide semiconductor) possédant un circuit d’amplification propre à chaque photosite ; chaque pixel est lu séparément sans transfert.

★ À maîtriser

• Dans un capteur CCD, après la fermeture de l’obturateur, les charges des photosites sont transférées séquentiellement jusqu’au bord du capteur, puis associées à une amplification unique.

Compléments

• Le CCD est présenté comme offrant une meilleure qualité d’image, une dynamique plus homogène entre noirs, blancs et couleurs, ainsi qu’un faible bruit.

• Le CCD est utilisé pour :

  • l’astrophotographie
  • la photographie scientifique
  • la numérisation d’œuvres d’art

• Le CMOS offre une vitesse de lecture élevée, un coût faible et l’absence d’effet de smear, mais présente du bruit, une uniformité moindre et une dynamique plus faible.

💡 Astuce mémo

CCD transfère les charges ; CMOS lit chaque photosite séparément.

📖 4. Grandeurs électriques et conversion

🔑 Notions clés & Définitions

• Charge électrique : La charge électrique, notée Q, se mesure en coulombs (C).
• Tension électrique : La tension électrique, notée V ou U, se mesure en volts et est amplifiée puis convertie en valeur numérique.
• Capacité électrique : La capacité électrique, notée C, se mesure en farads et représente la contenance maximale de charge.

★ À maîtriser

📐 Formule - La charge, la capacité et la tension sont reliées par $Q = C \times V$, soit $V = \frac{Q}{C}$.

• La sensibilité de conversion exprime l’augmentation de tension par électron accumulé et s’exprime en microvolts par électron.

Compléments

• Avec une sensibilité de conversion de 5 mV/e, l’accumulation de 20 000 électrons produit une tension de 100 000 mV, soit 100 V.

📖 5. Bruit, rapport signal-bruit et dynamique

🔑 Notions clés & Définitions

• Bruit : Signal parasite qui perturbe l’image.
• Rapport signal-bruit : Rapport comparant le signal utile au bruit ; plus il est élevé, plus l’image est propre.
• Dynamique d’un capteur : Écart entre le signal le plus faible détectable au-dessus du bruit et le signal le plus élevé avant saturation de la pleine capacité du puits.

📝 Points essentiels

• Les sources de bruit citées sont : le bruit thermique, le bruit à motif fixe, lié aux différences de fabrication entre photosites et corrigé par logiciel, le bruit quantique, le bruit de lecture

📐 Formule - Le rapport signal-bruit est $\mathrm{S/B} = \frac{\text{signal utile}}{\text{bruit}}$ et son expression en décibels est $\mathrm{SNR(dB)} = 20 \times \log_{10}(\mathrm{S/B})$.

📖 6. Mesure et sensibilité numérique

🔑 Notions clés & Définitions

• OECF : Relation entre la quantité de lumière reçue et la valeur numérique ; sa mesure utilise une plage de gris normalisée selon la norme ISO 14524.

★ À maîtriser

• En photographie numérique, les ISO correspondent à une amplification du signal qui amplifie aussi le bruit ; techniquement, le capteur reçoit moins de lumière avec un diaphragme plus fermé et une vitesse d’obturation plus élevée.

Compléments

📐 Formule - L’exposition vérifie $H = E \times t$, où H s’exprime en lux-secondes, E est l’éclairement du capteur en lux et t le temps de pose en secondes.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des capteurs CCD et CMOS