Quelles sont les difficultés techniques derrière la construction d'un capteur avec une plage dynamique élevée comme l'œil humain?

Pourquoi n'avons-nous pas encore de capteurs à plage dynamique élevée qui ont la bonne exposition dans chaque partie d'une image?

Il existe déjà des caméras avec DR plus grand que l'œil humain, à la fois instantanément et globalement. La plage dynamique de l'œil humain n'est pas aussi grande que la plupart des gens le pensent. Si je me souviens bien, il se situe entre 12 et 16 EV, ce qui correspond à peu près au niveau d'un reflex numérique moderne.

La principale différence est que nous avons un contrôle d'ouverture extrêmement naturel qui s'adaptera aux différentes parties de l'image. En effet, nos cerveaux font automatiquement l'empilage d'images pour nous. Lorsque nous regardons la partie lumineuse d'une scène, nos élèves rétrécissent et nous voyons le détail de la partie lumineuse. Si nous nous concentrons sur la partie la plus sombre, nos pupilles s'ouvrent rapidement et nous voyons le détail de la partie sombre. Notre cerveau sait à quoi ressemblait la partie précédente et nous ne remarquons donc pas le changement de notre vision périphérique, mais nous ne voyons plus autant de détails sur lesquels nous ne sommes plus concentrés.

De même, même pour la gamme globale de la vision humaine, il existe des caméras spécialisées qui peuvent aller beaucoup plus sombre que nous et voir encore, en particulier la couleur, elles sont actuellement trop chères à produire pour le grand public car elles nécessitent des matériaux et une construction de très haute qualité pour obtenir le plancher de bruit super bas. Il existe également des capteurs capables de regarder des objets très lumineux qui seraient douloureux à regarder.

Voir est un processus actif

Un gros problème est que regarder avec vos yeux est très différent de capturer une image - une image doit inclure toutes les informations que le spectateur pourrait regarder, mais la vision normale est un processus actif qui implique le mouvement des yeux, le recentrage et la dilatation des élèves selon aux objets que nous regardons. Ainsi, si vous voulez capturer "ce que l'œil voit", vous devez essentiellement capturer le point de vue de tous les paramètres que l'œil pourrait utiliser.

Votre question concerne la plage dynamique, mais le même problème apparaît avec les détails visuels et la mise au point. Une image `` équivalente à la vie '' a besoin de beaucoup, beaucoup plus de pixels que ce que votre œil peut réellement capturer, car la résolution de l'œil est très inégale et pendant que vous ne regardez qu'un seul petit endroit avec votre milieu haute résolution de la rétine, une image a besoin plus de détails disponibles puisque vous bougerez vos yeux. Les films doivent choisir une seule mise au point, tandis qu'un humain peut voir une `` image unique '' avec plus de profondeur en recentrant rapidement les yeux et / ou en les déplaçant pour une vision binoculaire appropriée à différentes portées prévues (par exemple en regardant la surface d'une fenêtre ou à travers celle-ci) ), etc.

Une partie de la solution est exactement cela - en utilisant une seule caméra plusieurs fois rapidement (ou plusieurs caméras) pour capturer une variété d'images à différents paramètres et les fusionner ensuite, le HDR est l'exemple le plus flagrant - tout comme notre œil le fait activement à différents endroits avec différents "paramètres", et seulement après, votre cerveau fusionne le tout dans une image ou un film cohérent. Les «images» réelles prises par nos yeux sont déjà pires que de bons appareils photo, simplement la combinaison mentale d'entre elles est agréable.

Votre image mentale est le produit non seulement de la rétine, mais de son interaction avec toutes les autres composantes impliquées dans la vision, y compris la pupille et bien sûr votre cerveau. Ce qui peut vous sembler une «image unique» est en fait le résultat d'ajustements à grande vitesse et d'un traitement de l'information et non d'un seul instantané.

Vous pouvez trouver plus d'informations sur ce sujet ici .

Il est tout à fait possible de fabriquer un capteur de lumière avec des propriétés logarithmiques - un tel capteur aurait une plage dynamique incroyable au détriment d'une résolution limitée pour une exposition particulière. Les deux nécessitent un ADC haute résolution. Pour l'imagerie CT, 24 bits linéaires sont généralement utilisés - puis le logarithme est pris après l'ajustement du décalage pour créer l'image CT.

Un capteur qui contrôle à la fois l'exposition (temps d'intégration - pensez à la vitesse d'obturation) peut faire mieux, et si vous autorisez des changements dans l'efficacité de la collecte de la lumière (pensez au nombre f), vous obtenez une flexibilité encore plus grande.

La plage dynamique ultime est généralement limitée par le bruit de lecture - lorsque vous lisez la charge accumulée, il y aura une erreur - par rapport au plus grand signal que l'électronique peut prendre en charge. Comme je l'ai dit, 24 bits sont courants en imagerie médicale et c'est mieux qu'une partie sur 10 millions. C'est une plage dynamique beaucoup plus élevée que la rétine pour une exposition donnée. Mais il n'est pas couramment utilisé dans les caméras conventionnelles car l'œil ne pouvait pas apprécier ces détails dans l'image - et la résolution se fait au détriment de la vitesse.