La caméra numérique

Au début du 20^ème siècle, l'évolution des sciences technologiques et l'essor de l'électronique permit de développer un nouveau procédé de captation, de conservation et de transmission de l'image et du son: la transformation complète des informations en signaux électriques.

Le principe de convertir chaque point d'une image en impulsions électriques était déjà connu depuis l'invention d'un tube cathodique en 1923: l'iconoscope du russe Vladimir Kosma Zworykin. Dans ce tube en verre sous vide, un faisceau de particules atomiques (électrons) permettait d'analyser par balayage, ligne par ligne, les variations des taux de luminosité d'une image à partir des changements du courant électrique. Comme la résolution de ces tubes et de leurs dérivés (orthicon, vidicon etc.) ne put en rien atteindre celle d'une pellicule photographique ordinaire, leur utilisation resta d'abord réservée aux domaines de la télévision.

Mais à l'origine de nos caméras numériques modernes se trouve une découverte encore plus ancienne: l'effet de la lumière sur un courant électrique traversant certains matériaux spéciaux, appelés semi-conducteurs (effet démontré en 1873 par Willoughby Smith sur l'élément sélène). Bien que cette conquête apporta une contribution fondamentale aux nouvelles technologies, il fallut attendre l'invention des transistors en 1947 pour remplacer le balayage par une lecture directe et rapide. L'élément de base de tout ces composants est aujourd'hui le silicium.

Après le carbone, le silicium est l'élément le plus abondant sur terre. Ses capacités à amplifier un courant électrique (transistors) et à réagir sous l'influence de la lumière (panneaux solaires, cellules photosensibles etc.) ont conduit à la miniaturisation et à l'intégration des composants sur un même support, appelé circuit intégré, chip ou puce. Comparables aux appareils mécaniques, les caméras numériques disposent d'un objectif ordinaire pour produire une projection nette d'un motif. Mais à l'endroit de la pellicule est située une telle puce avec une surface recouverte d'éléments photosensibles.

Cette surface active de la puce est composée d'une matrice de minuscules capteurs (sensors), chacun capable de convertir en électricité l'intensité lumineuse d'une petite parcelle de l'image projetée. Comme les capteurs ne peuvent que détecter la luminosité et non la couleur, cette surface est recouverte d'une fine couche de filtres microscopiques séparant les trois couleurs primaires: rouge, vert et bleu. Chaque parcelle d'image (pixel) a donc besoin de trois capteurs pour représenter le spectre adéquat. Finalement, une mince couche de lentilles superposée sert à focaliser la lumière.

Bien qu'il existe plusieurs technologies différentes, les principes fondamentaux restent plus ou moins comparables: si un capteur est exposé à des rayons lumineux, un certain nombre d'électrons sera libéré. Leur quantité dépend de l'intensité de la lumière. L'une après l'autre, ces charges sont transmises sur des conducteurs microscopiques. A ce stade, les signaux sont analogues à la luminosité, c'est-à-dire que la charge expulsée est proportionnelle à l'énergie de la lumière. Les premières caméras électroniques enregistraient les images directement sous cette forme sur bande magnétique.

Mais comme les signaux analogiques sont très sensibles aux perturbations, les appareils numériques procèdent encore à une conversion des signaux en nombres: la numérisation (appelée digitalisation en électronique). Le convertisseur analogique/digital est un circuit intégré capable de mesurer la valeur de chaque charge et de la traduire en un nombre. Comme on ne dispose que de l'électricité pour exprimer ces nombres, la sortie du convertisseur présente plusieurs conducteurs. Par leurs états électriques individuels (s'ils sont sous tension ou non), l'ensemble de ces conducteurs représente ainsi pour chaque valeur mesurée un code spécifique et unique.

L'état électrique d'un seul conducteur est appelé un bit, et celui formé par l'ensemble de huit conducteurs un byte. Avec huit conducteurs, il est possible d'indiquer 256 états différents et d'attribuer à chaque configuration un nombre suivant un standard logique appelé système binaire. Comme il n'existe que deux états différents pour chaque conducteur (sous tension ou non), on dit qu'il contient un signal digital.

Dans de nombreux cas on ne dispose pas de huit conducteurs, et au lieu d'émettre les bits d'une valeur côte à côte (communication parallèle), il est également possible de les transmettre l'un après l'autre sur un seul conducteur (communication en série). Chacune de ces deux méthodes a ses propres avantages et inconvénients. Mais comparés aux signaux analogiques, les signaux digitalisés sont extrèmement stables, et leur faculté de représenter des nombres permet un traitement par calculations, donc par ordinateur.

Les états électriques (ou valeurs digitales) peuvent être transmis, transformés, copiés, amplifiés, enregistrés, sans aucune perte de qualité ou autre détérioration. Les supports sont désormais des supports électriques, magnétiques, optiques ou électromagnétiques. Mais la miniaturisation n'est cependant pas exempte d'inconvénients. La réduction de la taille des capteurs donne lieu à une perte de sensibilité, et par leur rapprochement, les courants électriques ont tendance à s'influencer entre-eux. Aujourd'hui la qualité des images saisies électriquement n'atteint toujours pas celle des pellicules photographiques ordinaires.