Le HDR (plage dynamique élevée) fait référence à la gamme de luminosité que les caméras et les capteurs d’image peuvent capturer. Cette technologie permet de représenter simultanément les détails des zones très sombres et très lumineuses. Dans cet article, nous expliquerons en détail le concept de base du HDR, la définition et la méthode de calcul de la plage dynamique dans les capteurs d’image CMOS, ainsi que les approches techniques utilisées pour réaliser le HDR.
Qu’est-ce que le HDR ?
Le HDR, ou High Dynamic Range (plage dynamique élevée), est une technologie qui étend la gamme de luminosité que les caméras et les capteurs d’image peuvent capturer, c’est-à-dire la plage dynamique. Dans les systèmes traditionnels SDR (Standard Dynamic Range), des problèmes surviennent souvent dans les scènes à fort contraste, comme la perte de détails dans les zones sombres ou la surexposition des zones lumineuses. En utilisant la technologie HDR, ces problèmes sont résolus, permettant ainsi de reproduire plus fidèlement les détails de toute la scène.
L’image suivante montre une comparaison entre SDR et HDR. En SDR, les nuances des zones sombres et lumineuses sont perdues, tandis qu’en HDR, les deux nuances sont bien représentées.
引用元：Sony What’s HDR(https://imagesensor-info.com/wp-admin/post.php?post=83&action=edit)
Plage dynamique dans les capteurs CMOS
La plage dynamique d’un capteur d’image CMOS est définie comme le rapport entre le signal le plus sombre et le signal le plus lumineux que le capteur peut capturer simultanément. Plus précisément, elle est exprimée par le rapport entre la quantité de signal de saturation du pixel (Ssat) et le bruit du courant d’obscurité (Ndark), et est calculée à l’aide de la formule suivante :
$$ DR = 20logfrac{Ssat}{Ndark}[dB] $$
Par exemple, si le signal de saturation est de 100 000 et le bruit dans les zones sombres est de 10, la plage dynamique sera de 100 dB. En général, si la plage dynamique dépasse 100 dB, le capteur est considéré comme ayant des capacités HDR.
Méthodes pour élargir la plage dynamique
Pour augmenter la plage dynamique des capteurs d’image CMOS, plusieurs approches peuvent être utilisées :
- Augmentation de la capacité de saturation : En augmentant la capacité de saturation des pixels, le capteur peut recevoir un plus grand nombre de photons, ce qui permet de capturer plus d’informations dans les zones lumineuses.
- Réduction du bruit : La réduction du courant d’obscurité et du bruit de lecture permet d’améliorer le rapport signal sur bruit (SNR) dans les zones sombres, ce qui permet de saisir plus de détails dans les zones peu éclairées.
- Fusion de multiples expositions : Cette méthode consiste à combiner plusieurs images prises avec différentes durées d’exposition, ce qui permet de créer une image avec une large plage dynamique. Cela permet de capturer les détails à la fois dans les zones lumineuses et sombres de l’image.
Ces approches techniques permettent d’élargir efficacement la plage dynamique des capteurs CMOS et de réaliser des prises de vue en HDR.
Conclusion
La technologie HDR (plage dynamique élevée) permet aux caméras et aux capteurs d’image de capturer simultanément les détails des zones très sombres et très lumineuses. La plage dynamique d’un capteur CMOS est déterminée par le rapport entre la capacité de saturation du pixel et le bruit du courant d’obscurité. Pour élargir cette plage dynamique, des techniques telles que l’augmentation de la capacité de saturation, la réduction du bruit et la fusion de multiples expositions sont utilisées. Grâce à ces technologies, il devient possible d’obtenir des images de bien meilleure qualité.
Q. Qu’est-ce que la plage dynamique (Dynamic Range) ?
R. Il s’agit de la gamme de luminosité que le capteur peut traiter. Elle est exprimée par la formule suivante :
$$ DR = 20logfrac{Ssat}{Ndark}[dB] $$
où Ssat est le signal de saturation du pixel et Ndark est le bruit du courant d’obscurité.
Q. Qu’est-ce que le HDR ?
R. HDR signifie High Dynamic Range (plage dynamique élevée). Bien que la définition précise puisse varier, on considère généralement qu’un capteur avec une plage dynamique supérieure à 100 dB possède des capacités HDR.
Nous proposons également une explication détaillée sur les capteurs d’image, alors n’hésitez pas à consulter cet article pour en savoir plus !
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