Création de l’image numérique

 

La première étape de la création d’une image numérique (photo ou vidéo) commence avec un capteur CCD (ou encore CMOS). Le capteur est constitué de millions de cellules photosensibles, chacune correspond à un pixel et est couverte par un minuscule filtre rouge, vert ou bleu afin de lui permettre de ne voir qu’une seule partie du spectre lumineux.

 

 

Comme les couleurs jaune-vert sont les mieux perçue par l'œil humain, le capteurs grand public actuels utilisent comme sur le dessin deux fois plus de pixels verts que rouges ou bleus pour augmenter la sensibilité à la couleur verte et pour obtenir une répartition plus régulière des points RVB. Cela signifie que lorsque vous utilisez un capteur de 8 Mpx, vous n’enregistre en réalité que 4 Mpx verts, 2 Mpx bleus et 2Mpx rouges. Pour chacun des 8 millions de pixels de votre image la couleur de chaque pixel est obtenue par extrapolation avec les valeurs enregistrées par les pixels voisins.

Cette solution fonctionne très bien pour la photo avec des résolutions de 16 ou 32 Mpx (ou plus) mais pour obtenir une image 16/9 HD de 2 Mpx de haute qualité on a longtemps utilise une autre méthode.

Les cameras pro utilisent encore de nos jours un CCD de 2 Mpx complet pour chaque couleur avec un prisme pour repartir l’image sur les trois capteurs qui utilisent chacun un filtre monochrome, Chaque pixel ayant une grande surface on obtient ainsi des capteurs d'une très grande sensibilité pour chaque couleur.

Une autre solution consiste à utiliser un capteur de 8 Mpx (ou plus) et de considéré chaque bloc carré de 4 pixels RVBV (ou 9Px ou 16 Px pour les capteurs de grande taille) comme un seul pixel de l’image enregistrée. La calcule des valeurs moyennes des couleur RVB pour le bloc simulant un grand pixel permet d’augmenter la sensibilité lumineuse mais aussi de réduire le bruit de fond de l’image

Vers 2015 est apparu un nouveau type de capteur, beaucoup plus sensible à la lumière grâce à une idée d'une simplicité remarquable (pour ne pas dire lumineuse). Il suffit de supprimer les filtres verts !

Et 50% des pixels captent une image noir et blanc avec une très haute sensibilité, les 50% des pixels restant en capte toujours la lumière rouge et bleue (les extrémités du spectre), la couleur verte est obtenue dans ce cas par soustraction. Malheureusement cette technologie est actuellement réservée aux Smartphones Samsung, l’inventeur de ce brevet.

A partir de là quel que soit le type de capteur le signal électrique du (ou des) capteur(s) est toujours numérisé avec une précision de 8, 10 ou 12 bits, et peut théoriquement être enregistre sous ce format.

Le codage des couleurs

 

L’enregistrement en format RVB n’est jamais employé parce que la vision humaine distingue beaucoup mieux les petits détails grâce à la différence de luminosité entre deux points qu’à leur différence de couleur, la quantité d’information « couleur » peut être divisée par 2 (ou 4) sans vraiment affecter la qualité apparente de l’image. C’est pour cette raison que le codage des couleurs se fait en général en YUV (ou Y'CbCr) et une réduction des informations couleurs avec la norme 4.2.2 ou 4.2.0

 

 Passage du RVB au YUV (ou Y'CbCr)

Avec un capteur RVB standard le canal Y est obtenu par l’addition des canaux R+B+V, alors qu'avec le capteur Britecell le canal Y est déjà  présent au départ

Le canal V en soustrayant Y – B (ou en additionnant V + R) et U avec Y – R (ou V + B).

Passage du YUV 4.4.4 au 4.2.2 ou au 4.2.0

Si l'on enregistre tous les pixels des trois canaux Y, U et V nous avons le format couleur 4.4.4

Il est possible de diviser par deux ou quatre le codage des couleurs en n’enregistrant qu’une seule valeur pour les canaux U et V pour deux ou quatre pixel Y. Les pixels couleurs enregistres sont s obtenu en calculant la moyenne de 2 ou 4 d'origine

Le format 4.2.2 permet 50% de réduction des informations couleurs

Le format 4.2.0 permet 75% de réduction des informations couleurs.

Les vidéos Master pour le cinéma numérique sont captées avec une précision de 3 x 10 bits (ou 3x12) bits en RVB au départ, et sont ensuite converties en données en YUV au format 4.2.2 (ou Y'CbCr) avec toujours 60 DB (ou 72 DB pour 12 bits) de rapport signal sur bruit et 1 milliard (16 milliards pour 12 bits) de muances de couleur ! L’information couleur est donc réduite de 50%

Pour la vidéo grand public (DVD, Bue Ray, TV HD ou caméra DV) on doit se contenter de 8 bits pour les canaux YUV au format 4.2.0 soit 16 millions couleurs avec un rapport signal sur bruit de 48 DB. L’information couleur est donc réduite de 75%

Pour les Formats HD et Ultra HD le codage sur 10 Bit YUV au format 4.2.2 commence à être promu parce que de plus en plus de projecteurs et d’écrans haut de gamme peuvent afficher cette qualité d’image.