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OmniVision veut augmenter la dynamique des capteurs

06/05/2014 | Franck Mée

OmniVision multiplie les brevets. Dernier en date : une modification de la structure d’un photosite permettant de faire varier l’amplification en fonction du signal. Autrement dit, d’éviter de brûler les hautes lumières sur les scènes contrastées, hantise des capteurs de compacts et de smartphones.

L’exposition, c’est simple : pour une scène très claire, on diminue le temps de pose, l’ouverture et/ou la sensibilité Iso. Pour une scène très sombre, on les augmente. Et pour une scène contrastée ?… Et bien, pour une scène contrastée, on se heurte à la limite de la plage dynamique des capteurs : difficile de garder des détails en même temps dans les hautes lumières (qui finissent « brûlées », en blanc pur) et dans les ombres (qui finissent « bouchées », noires).

Au fil du temps, différentes méthodes ont été essayées pour accroître la plage dynamique. La plus simple, généralisée avec les "Modes HDR" des appareils photo : prendre plusieurs images avec des expositions différentes et les recombiner. Mais s’il y a des éléments mobiles dans la photo, ils ne sont pas au même endroit dans les deux images, ce qui complique l’assemblage.

Plus complexe : modifier le capteur pour permettre de prendre simultanément deux images différentes. Fujifilm est le spécialiste de la technique avec ses Super CCD SR (deux tailles de diodes différentes, plus ou moins sensibles) et ses Cmos EXR (deux temps d’exposition différents pour sous-exposer un photosite sur deux), mais le développement de l’image et sa définition en souffrent — et cela complique grandement la conception des capteurs.

Sensibilité variable

C’est à ce problème qu’OmniVision propose une solution originale. Le fabricant de capteurs américain est spécialisé dans le petit capteur à destination de smartphones, webcams et compacts, où les problèmes de plage dynamique sont cruciaux. Il a déposé un brevet sur une technique modifiant la structure d’un photosite pour augmenter la plage dynamique d’un capteur Cmos.

En fait, la retouche porte sur le transistor de réinitialisation du photosite, celui qui est utilisé à la fin de l’exposition pour vider la diode et savoir quelle quantité de lumière elle a reçue. Dans cette nouvelle approche, celui-ci est découpé en différentes régions plus ou moins « dopées », activées en fonction de la charge de la diode.

Le résultat en version simple : l’amplification de lecture varie en fonction de la charge. En version plus simple : plus il y a de lumière, moins le capteur est sensible.

Sur le schéma ci-dessus, vous pouvez voir le résultat pour un système à quatre zones. Sur un capteur simple, la réponse à l’illumination est une droite qui arrive brutalement à saturation (en bleu). Avec la nouveauté OmniVision, la réponse n’est plus linéaire, mais une suite de segments au fur et à mesure de l’augmentation de la luminosité, retardant l’arrivée à saturation.

Façon film ?

Ce schéma rappellera quelque chose aux habitués du développement de fichiers Raw : la courbe de gamma, qui permet d’obtenir un rendu conforme à notre vision alors que le capteur a une perception très différente. Cela devrait également rapprocher le sommet de courbe du comportement des films argentiques, dont le rendu non-linéaire permet de « percer » les hautes lumières avec plus de douceur que les capteurs.

Si cette technologie paraît prometteuse pour augmenter la dynamique du capteur et adoucir les hautes lumières des photos contrastées, elle ne devrait en revanche pas avoir d’impact notable sur l’éblouissement — le moment où la surcharge est telle que le photosite déborde sur ses voisins pendant l’exposition elle-même. Dans ce domaine, d’autres fabricants ont proposé de séparer la lecture et la réinitialisation d’un photosite, permettant de remettre à zéro en temps réel ceux qui approchent la saturation : cette approche est électroniquement plus complexe et paraît plus difficile à mettre en œuvre sur des petits capteurs, mais pourrait permettre d’aller plus loin…

- Le site d’Omnivision

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