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Un capteur pour filmer presque dans le noir, par Canon

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Canon vient de développer un capteur CMos 35 mm « full-frame » capable d'obtenir des images non bruitées sous un éclairage très faible. Avec sa définition peu élevée, cette technologie devrait cependant se cantonner aux systèmes de vidéosurveillance et à l'astronomie.

Le capteur Cmos de 35 mm full-frame qui équipe ce prototype de Canon permet de réaliser des clichés ou des séquences vidéo dans une définition de 1.920 x 1.080 pixels avec des conditions d'éclairage limitées à 0,03 lux. Pour absorber au maximum la lumière, les pixels sont 7,5 fois plus gros que ceux d'un appareil photo reflex numérique traditionnel. © Canon

Les faibles conditions d'éclairage sont une plaie pour la photographie et la vidéo numériques. C'est notamment le cas lorsque l'on souhaite prendre des clichés en très haute définition avec un capteur CMos full-frame (plein cadre), c'est-à-dire avec une sensibilité très élevée, dans un environnement très peu éclairé et sans l'aide d'un flash. En général, cela se traduit par une image inutilisable, peuplée de bruit numérique (pixels noirs ou blancs répartis de façon aléatoire ou couleurs étranges). Paradoxe : plus les capteurs s’améliorent en densifiant le nombre de pixels pour une définition toujours plus importante, plus le problème s'aggrave. Chaque pixel absorbe en effet moins de lumière sur la même durée d'exposition.

Comme la taille des capteurs n'augmente pas vraiment, que faire sinon revenir en arrière et augmenter la taille des pixels ? C'est justement l'approche de Canon. Le constructeur vient en effet d'annoncer qu'il a conçu un nouveau capteur CMos 35 mm full-frame capable de prendre des images dans des conditions d'éclairage très faibles allant de 0,01 à 0,05 lux (une Pleine Lune génère 0,5 lux). Pour cela, les ingénieurs de Canon ont effectivement augmenté la taille des pixels du capteur pour qu'ils atteignent chacun 19 µm2. À titre d'exemple, avec cette surface, chaque pixel est 7,5 fois plus gros que celui du reflex professionnel EOS-1D X de Canon, qui dispose d'une définition de 18 mégapixels. Au final, le capteur au format 16:9 plafonne à 1.920 x 1.080 pixels, soit une résolution limitée à environ deux millions de pixels.

Le capteur conçu par Canon permet de capturer des images dans l'obscurité. Dans cette vidéo, pour montrer les performances de son prototype, le constructeur compare avec les siennes les prises de vues effectuées à partir d'un capteur habituellement employé pour les clichés en astronomie. © Canon

Le capteur de Canon réservé à l'astronomie ou à la recherche

En outre, Canon annonce une sensibilité minimale de 0,03 lux, soit la luminosité maximale offerte par un croissant de Lune. Autrement dit, un niveau d'éclairage qui rend difficile la perception d'objets par l'œil humain. Enfin, et sur ce point le constructeur ne donne pas d'explications, il a conçu un nouvel algorithme permettant de réduire le bruit pour rehausser la qualité des séquences vidéo dans l'obscurité.

Canon a également mis au point un prototype de caméra vidéo autour de ce capteur. Le constructeur a publié une vidéo sur laquelle il a filmé la Voie lactée, une pluie de météorites, une personne dans une pièce dont la seule source d'éclairage est la lumière produite par un bâtonnet d'encens. Sur un autre cliché, on peut voir, comme en plein jour, un morceau d'immeuble par une nuit de Pleine Lune. À chaque fois, les images sont comparées avec celles réalisées par un capteur de type Electron Multiplying CCD (EMCCD), une technologie de capteur spécialisée dans la prise de vue en astronomie, donc en très faible luminosité. Elle permet de réduire au maximum l'effet de bruit habituellement constaté sur des clichés ou des films.

Les résultats sont meilleurs avec le capteur de Canon, de très loin. Toutefois, il paraît improbable de trouver ce type de capteur sur un appareil photo reflex ou une caméra, étant donné la faible définition disponible. C'est pourquoi Canon annonce dans son communiqué de presse qu'il compte réserver cette technologie pour des applications liées à l'astronomie, la recherche médicale et la vidéo surveillance. D'ailleurs, il vient de présenter son prototype au Security Show 2013, qui se tenait la semaine dernière à Tokyo.

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