A savoir sur les Webcams
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A.
Qu'est-ce qu'un capteur CCD ?
Un capteur CCD est constitué d’un grand nombre de photosites répartis en lignes et colonnes. Qu’est-ce qu’un photosite ? Il s’agit d’un substrat de silicium dopé sur lequel on a ajouté un isolant et une électrode. Haut de page
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B.
Stockage et lecture des images des photosites
Stockage des images
Lorsqu’un photon (particule élémentaire de lumière) arrive sur un photosite, il traverse l’isolant et l’électrode, puis il crée une charge négative lorsqu’il atteint la couche de silicium. Les charges négatives créées sont retenues dans le photosite grâce à l’action de l’électrode positive. Il faut se rappeler que deux charges opposées s’attirent ; c’est ce principe qui est utilisé pour « mémoriser » les charges négatives. Ainsi, l’image se retrouve stockée sous forme de charge négative dans les photosites.
Lecture des images
Il faut récupérer et analyser la charge de chacun des photosites. À cette fin, on utilise des horloges (ou signaux de lecture). Une première horloge fait déplacer les charges de ligne en ligne. À chaque impulsion, les charges passent dans le photosite situé juste en dessous. Pour la ligne la plus basse, les charges sont envoyées dans une ligne particulière appelée registre horizontal.
La deuxième horloge permet de transférer les charges électriques contenues dans le registre horizontal. À chaque impulsion, les charges électriques sont transférées vers le photosite voisin. La charge du dernier photosite est alors évacuée vers la broche de sortie du CCD. La charge en sortie du CCD est ensuite amplifiée avec un gain choisi rigoureusement et ce, afin de couvrir la plage d’entrée maximum du CAN.
Le CAN, ou convertisseur analogique-numérique, convertit une tension analogique en un signal codé numérique. Plus il y a de bits, plus le CAN est précis. La précision du CAN permet un meilleur rendu des couleurs. Chaque photosite se voit attribuer un mot qui correspond à la donnée des valeurs sur chacun des bits de sortie du CAN.
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C.
L'obturateur évite le brouillage
Vous devez vous demander comment éviter que des photons ne provenant pas de l’objet ne viennent brouiller l’image voulue. Pour cela, nous avons recours à un obturateur qui, une fois l’image enregistrée dans les photosites, va interdire à d’autres photons de perturber l’image acquise.
Ce principe explique le flou quand le temps d’acquisition est trop long, l’image étant brouillée par des photons parasites. Malheureusement, il est difficilement possible de modifier cette durée d’acquisition avec une webcam, ce qui explique une qualité en deçà de celle des caméscopes et des appareils photo. Haut de page
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D.
Le Convertisseur Analogique Numérique (CAN)
Le CAN, ou convertisseur analogique-numérique, convertit une tension analogique en un signal codé numérique. Plus il y a de bits, plus le CAN est précis. La précision du CAN permet un meilleur rendu des couleurs. Chaque photosite se voit attribuer un mot qui correspond à la donnée des valeurs sur chacun des bits de sortie du CAN. Haut de page
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E.
D'où vient la couleur ?
Si nous considérons que chaque photosite renvoie une charge proportionnelle à la quantité de lumière reçue, nous ne pouvons que reconstituer l’image en nuances de gris. La connaissance de la répartition des trois couleurs primaires va permettre par la suite d’ajouter de la couleur à l’image.
Pour connaître la répartition de chacune des trois couleurs dans une partie de l’image, il faut utiliser trois photosites voisins. Sur chacun d’eux nous utilisons un filtre qui ne laisse passer qu’une seule des trois couleurs. Lors de la lecture, chaque trinôme composera un seul point de l’image numérique finale. La reconstitution de l’image en couleur se fait soit sur l’ordinateur, soit directement par les composants de votre webcam. Il va de soi que le traitement des informations reste le même dans les deux cas. Haut de page
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F.
Le dialogue avec l'ordinateur
Pour dialoguer avec l’ordinateur, les webcams, de nos jours, possèdent une puce d’interface. Celle-ci permet d’envoyer les informations résultant du CAN par la connectique de la webcam.
L’ordinateur reçoit ainsi un nombre considérable d’informations. Le traitement de celles-ci va permettre d’afficher l’image sur le moniteur. Lors de la lecture sur le port USB des informations, par exemple, le logiciel va attribuer à chaque trinôme de photosites une couleur. La couleur est déterminée par l’analyse de trois mots successifs. Plus un mot a une valeur décimale élevée (par conversion d’un nombre binaire en nombre décimal), plus le photosite correspondant a reçu de photons. Selon une échelle, on peut attribuer à chaque valeur décimale un pourcentage. Ainsi, il est possible d’attribuer à chaque pixel de l’image numérique une couleur qui correspond à la superposition des trois pourcentages des couleurs primaires. Le logiciel va donc réaliser une nouvelle image dans laquelle chaque pixel sera de la même couleur que l’objet original.
Pour les logiciels plus perfectionnés, il est possible de réaliser des réglages de couleur. En réalité, il s’agit de redéfinir l’échelle de conversion.
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1. Le système optique
