Les secrets de l`image vidéo

Les secrets de
l’image vidéo
Colorimétrie - Éclairage - Optique - Caméra - Signal vidéo
Compression numérique - Formats d’enregistrement
Philippe Bellaïche
Sixième édition
Bellaiche-pdt 11/05/06 15:08 Page 3
©
Groupe Eyrolles, 2006 pour la nouvelle édition,
ISBN 2-212-11783-3

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4
La caméra
Quel est le rôle du séparateur optique ?
Comment fonctionne un capteur CCD ?
En quoi diffèrent les structures de capteurs IT, FT, FIT ?
Comment fonctionne un obturateur électronique ?
Qu’est-ce que le défaut d’
aliasing et comment est-il compensé ?
Quels sont les avantages apportés par le numérique dans une caméra vidéo ?
Qu’est-ce que la sensibilité d’une caméra ?
Comment est effectuée la correction de flare ?
Qu’est-ce que le smear ?
Comment est réalisée la correction de
masking ?
Comment agit la correction de contour ?
À quoi sert la compression des blancs ?
Quel est le rôle de la correction de gamma ?
Quelles sont les différences entre une liaison triaxiale et une liaison multiconducteur ?
Quels sont les réglages d’une caméra sur lesquels on peut agir durant un tournage en direct ?
Comment est gérée la commutation de format 4/3-16/9 sur une caméra CCD ?
Quelles sont les particularités d’une caméra à haute définition ?
La caméra est certainement l’élément de la chaîne de l’image vidéo dont
l’évolution est la plus spectaculaire. En à peine plus de 40 ans, les caméras vidéo
ont fait l’objet d’une dizaine d’évolutions technologiques entraînant chacune à sa
manière un bouleversement des pratiques. Ce chapitre propose une synthèse sur
le fonctionnement des caméras vidéo CCD actuelles, en parcourant l’ensemble
des étapes de fabrication de l’image. Après une brève présentation des quelques
éléments optiques présents en entrée de la caméra, nous nous attarderons sur la
description du capteur CCD et de ses différentes structures. Puis nous analyserons
les principaux traitements et les corrections électroniques auxquels est soumis le
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LES SECRETS DE L’IMAGE VIDÉO
signal vidéo dans la tête de caméra. Enfin, nous passerons en
revue l’ensemble des réglages d’exploitation permettant d’agir
durant un tournage sur les nombreuses caractéristiques et le
rendu de l’image vidéo.
4.1 Le séparateur optique
L’image formée par l’objectif est projetée sur un autre élément
optique, celui-ci intégré à la caméra, appelé « séparateur optique »
ou « séparateur dichroïque ». Il s’agit d’un dispositif d’aiguillage
et de filtrage de la lumière, qui achemine vers les capteurs CCD les
parties du spectre lumineux correspondant aux trois images
primaires rouge, verte et bleue. Ces images seront alors converties
en trois signaux électriques qui traverseront en parallèle tous les
circuits de traitement et de corrections de la caméra.
Le séparateur optique est constitué de miroirs, de miroirs semi-
transparents, de miroirs dichroïques, et de filtres colorés. Il est
caractérisé par un très faible taux d’absorption et un comportement
entre lumière transmise et lumière incidente de type passe-bande.
Intéressons-nous à la représentation du séparateur optique à trois
prismes donnée par la figure 4.2. Les rayons lumineux issus de
l’objectif pénètrent dans le premier prisme, qui possède une
couche dichroïque (1) ne réfléchissant que les rayons bleus. Ces
derniers frappent ensuite une seconde surface (2), totalement
réfléchissante, qui les envoie vers la surface sensible du capteur
CCD de la voie bleue. Les rayons rouges et verts passent, quant
à eux, au travers de la couche dichroïque bleue, et entrent dans le
Figure 4.1
__________________________________________________________________________________
Caractéristiques types
d’un miroir dichroïque.
400 700
Transmission
Réflexion
Longueur
d’onde (nm)
100 %
50 %
Longueur d’onde
de coupe
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4 • La caméra
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second prisme. Seuls les rayons rouges sont réfléchis en (3), puis
en (4), avant d’atteindre leur capteur. Les rayons verts poursui-
vent leur trajectoire rectiligne jusqu’au capteur CCD de la voie
verte. Trois filtres de couleur sont placés en sortie de chaque
prisme du séparateur. Ils sont chargés d’éliminer le faible pour-
centage de rayons résiduels ayant malgré tout été réfléchis par
les couches dichroïques censées les transmettre, et qui se sont
mélangés avec la couleur de chaque canal.
Figure 4.2 ___________________________________________________________________________________
Le séparateur optique
décompose l’image en trois
composantes rouge, verte
et bleue.
Figure 4.3
___________________________________________________________________________________
Caractéristiques spectrales
d’un séparateur optique.
Le séparateur optique reçoit l’image formée par l’objectif et la décompose en trois composantes
primaires rouge, verte et bleue. Ces dernières sont projetées sur les surfaces sensibles des trois
capteurs CCD de la caméra.
1
2
3
4
Capteur CCD
vert
Capteur CCD
rouge
Capteur CCD
bleu
Filtres
– passe-bas
– quart d’onde
– infrarouge
Objectif
100
50
T (%)
400 500 600 700
λ (nm)
R
V
B
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LES SECRETS DE L’IMAGE VIDÉO
Pour des raisons de simplicité et d’économie, les caméscopes
grand public ne sont équipés que d’un seul capteur CCD ; ils
sont dits « mono-CCD », les caméscopes broadcast étant dits
« tri-CCD ». La séparation des couleurs est alors assurée par une
mosaïque de filtres colorés (au pas du pixel) soit avec les
couleurs primaires, soit avec les couleurs complémentaires. La
qualité de l’image, tant sur le plan de la définition que sur celui
de la colorimétrie, est logiquement inférieure.
4.2 Les filtres
Devant le séparateur optique, on trouve les trois filtres suivants :
– le filtre infrarouge : le capteur CCD est très sensible aux rayons
infrarouges – cette caractéristique est d’ailleurs exploitée pour
les applications de vidéosurveillance. Dans une caméra broadcast,
le filtre infrarouge a pour rôle de limiter l’information lumineuse
analysée au seul spectre visible ;
– le filtre quart d’onde : les rayons lumineux sont caractérisés
par leur longueur d’onde, certes, mais aussi par leur polarisa-
tion. Or le séparateur optique réagit différemment selon que
l’axe de polarisation des rayons incidents est horizontal ou
vertical. Le rôle du filtre quart d’onde est de rendre circulaire la
Figure 4.4 __________________________________________________________________________________
Le filtre anti-infrarouge
a pour but d’atténuer
la réponse du CCD dans
l’infrarouge, afin de la rendre
cohérente avec notre propre
perception visuelle.
CCD
Filtre anti-infrarouge
Filtre anti-infrarouge × CCD
400 500 600 700 800 Longueur
d'onde
1
0,5
Sensibilité
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