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Les séances - Université Joseph Fourier

1. f mm 18 55 N 2 8 2 8 d 2 5 10 00 2 5 10 o0 da m 1 82 dz m 2 24 Pchamp M 0 42 f mm 18 55 N 22 22 d 2 5 10 oo 2 5 10 oo di d2 P champ M b Pour chacune des deux tables de profondeur de champ ci dessus d terminer un ensemble de conditions possibles de travail lorsque l on veut avoir nets sur un m me clich les images de deux objets s par s par une distance de 5 m et dont le plus proche est 3 m de l objectif On supposera que les deux objets se trouvent sur l axe optique de l appareil 24 IV 4 Etude de l effet de l ouverture sur la profondeur de champ a Pour faire ressortir un sujet sur une photographie comme dans le cas d un portrait ou d une macro faut il augmenter ou diminuer la profondeur de champ Par cons quent faut il augmenter ou diminuer l ouverture b On souhaite r aliser une photo o deux objets situ s 40 et 50 cm du photographe doivent tre nets Montrer qu il n est pas possible de r aliser cette photographie avec une focale de 55 mm et un nombre d ouverture de 8 c Sans modifier la distance des deux objets par rapport l appareil quelle est la plus grande profondeur de champ qui puisse tre obtenue Est il possible de r aliser une photo nette des deux objets de la question pr c dente Partie Pratique IV 1 Compte rendu Le compte rendu sera r dig et tap sur ordinateur La ver
2. Quel est l int r t d augmenter la sensibilit Les paparazzis utilisent g n ralement des zooms ayant des petites focales Vrai ou Faux On consid re deux photographies prises en mode priorit l ouverture Pour la premi re on a N 4 et pour la seconde N 16 Donner la relation entre les temps de pose de ces deux photographies Etude n 5 Initiation au traitement num rique d images M me remarque que pour le TP n 4 en ce qui concerne le compte rendu r dig et tap sur ordinateur version imprim e donn e l enseignant avec les images num rot es et incluses dans le rapport les fichiers images num rot s conform ment au CR seront transmis l enseignant sur une cl USB I Introduction et objectifs L image num rique a maintenant envahi notre quotidien On va s attarder ici d finir ce qu est une image num rique Pendant cette s ance nous verrons d abord ce qu est une image dans sa version la plus simple Nous verrons les grands concepts comme son format le nombre de pixels ce qu est une couleur etc Nous verrons ensuite quelques outils pour manipuler ces concepts partir d images tests Nous finirons par essayer de comprendre comment fonctionne les am liorations automatiques d image Pour faire ce TP nous utiliserons le logiciel Gimp un logiciel libre de retouche d images GNU Image Manipulation Programme Nous vous conseillons fortement avant le TP de t l charger ce
3. II D termination des distances focales d une lentille convergente et d une lentille divergente II 1 Recherche des foyers d une lentille convergente Faire l image d un objet en pla ant une lentille f 10cm au milieu du banc d optique suivre l image lorsque l objet s loigne de la lentille et rechercher la position du foyer image suivre l image lorsque l objet se rapproche de la lentille et rechercher la position du foyer objet En d duire les valeurs des distances focales de la lentille Cette m thode est elle adapt e a une mesure de distance focale f 50cm Quelle critique peut on apporter cette m thode II 2 M thode d autocollimation II 2 1 Etude d une lentille convergente Il s agit d une application du principe de retour inverse de la lumi re On place derri re la lentille mince convergente un miroir plan et on d place la lentille sur le banc Pour une certaine position de la lentille observer que l image est nette dans le m me plan que l objet et que le grandissement est 1 En d duire alors la position particuli re de la lentille Justifier ce r sultat par un sch ma Quelle est la pr cision de mesure III Montrer que le r sultat ne d pend pas de la position du miroir Mesurer les distances focales des diff rentes lentilles par cette m thode gt IL 2 2 Etude d une lentille divergente Pour appliquer la m thode d autocollimation une
4. Commentez Utilisation du Spectrom tre fibre optique L outil de mesure que l on va utiliser dans le TP est un spectrom tre interfac avec un ordinateur Le logiciel de commande affiche alors le spectre du rayonnement capt par une fibre optique c est dire la r partition de son intensit suivant la longueur d onde Le principe de fonctionnement est le suivant un r seau de diffraction disperse le rayonnement suivant une direction qui d pend de la longueur d onde et une barrette de photod tecteurs photographie la r partition de cette intensit dispers e que l on peut directement relier l intensit en fonction de la longueur d onde IV 1 Logiciel spectrasuite Le logiciel spectrasuite permet d observer des spectres d mission d absorption ou de r flectance Commencer par r gler la dur e d int gration en fonction de l intensit du signal de fa on utiliser au mieux la dynamique du syst me sans saturation On peut choisir galement le nombre de spectres sur lequel le logiciel calcule une valeur moyenne Average pour diminuer le bruit Veiller ce que le signal brut d tect ne d passe pas environ 4000 coups par enregistrement au dela on atteint la saturation du capteur ce qui fausse les mesures Pour figer un spectre mettre l acquisition en Pause Pour les mesures on dispose d un curseur indication en bas a gauche de l cran valeur
5. On remarquera 51 VI que si le temps de pose double la valeur moyenne devrait elle aussi doubl e et donc que K devrait tre gal 1 si aucun traitement n tait appliqu par l appareil photo oe Tracer K xl en fonction du temps de pose T vous devriez trouver une droite O On applique ensuite ce facteur correctif K sur la d viation standard o afin d obtenir une d viation standard corrig e cor Ocor i Kix Oj O Tracer Gcor i7 en fonction du temps de pose Ti e Conclure QUESTIONS DE SYNTHESE Quelles sont vos crit res de choix pour choisir votre appareil photo id al Les expliquer selon votre mode d utilisation de l appareil photo paysage portrait Quel est l int r t d utiliser de gros capteurs Est il forc ment pertinent d avoir une carte 16 bits 12 bits ou 8 bits pour quantifier les niveaux de remplissage des puits des diff rents photosites Est il plus facile de corriger une photo l g rement surexpos e les pixels ne sont pas satur s mais la photo est tr s claire ou une photo l g rement sous expos e 52 Proposition de projets sur l appareil photographique 53 Dynamique d une photo du capteur au format de l image Jusqu o peut on pousser la sensibilit et la dynamique d une photographie On pourra comparer l argentique et le num rique r pondre au probl me de photographier des sc nes grand contraste Jusqu
6. gl la plus grande focale et la plus grande ouverture possibles la bague de mise au point tant r gl e sur l infini Comparer cette mesure la distance focale attendue Etude n 3 Aberration et photographie Cours TD et TP I Etude pr paratoire Exercice les aberrations chromatiques L aberration chromatique appara t lorsque la source lumineuse n est pas monochromatique Elle est due au fait que l indice de r fraction n d un mat riau d pend de la longueur d onde de la lumi re c est le ph nom ne bien connu de dispersion de la lumi re qui peut tre observ travers un prisme Pour le verre qui constitue nos lentilles on suppose que l indice de r fraction suit la loi de Cauchy suivante B jga n A avec A 1 606 et B 6 545 10 m On rappelle que la distance focale d une lentille de rayons de courbure alg briques r et r2 est donn e par Consid rons une lentille convergente biconvexe de rayon de courbure r 1000 mm et r2 1000 mm 1 D terminer la distance focale f pour une longueur d onde bleue 450 nm une longueur d onde jaune 580 nm et une longueur d onde rouge 700 nm Tracer f en fonction de 2 On dispose d une lentille de distance focale gal 20 cm et de filtres spectraux troits qui ne laissent passer que des longueurs d onde de 436 ou 501 nm et de 652 nm De combien varie la distance focale entre ces deux valeurs D crire pr cis ment l e
7. lz et nul l ext rieur entre 0 et l et entre l et 255 3 En d duire pourquoi la courbe de transformation des niveaux des pixels permettant l galisation de l histogramme ci dessous est la courbe superpos e trac e en noir Donnez quelques autres exemples de votre cru de courbes de transformation correspondant une galisation 0 so 100 00 250 Figure 3 transformation des niveaux lors de l galisation d apr s http dept info labri fr vialard Traitement cours cours2 pdf III Format d images en chelle de gris Au d marrage de Gimp apparaissent plusieurs fen tres La fen tre contient les outils de bases ainsi que les menus de l application On trouve dans Fichier les commandes habituelles d ouverture enregistrement impression et le contr le de l affichage des autres fen tres sous menu Fen tres A chaque fois on peut annuler l op ration pr c dente en allant dans Edition gt Annuler Pour pouvoir toujours revenir l image originale faire Image gt Dupliquer avant de commencer les op rations et ne jamais enregistrer une image modifi e sous le nom de l image originale Ouvrir une de vos images jpg avec ce logiciel Transformer la en noir et blanc menu Image gt Mode gt Niveaux de gris D terminer le nombre de pixels de votre image cliquer sur Image gt Propri t s de l image 33 Enregistrer l image au format pgm ascii et au format b
8. syst me de lentilles permettant la formation d image sur le plan du film Diaphragme syst me m canique qui permet de contr ler la quantit de lumi re qui p n tre dans l appareil et qui arrive sur la pellicule film c lcactahble Miroir pentaprisme Syst me de vis e qui permet de voir la m me image que celle impressionn e enregistr e sur le film Obturateur Syst me qui permet de contr ler le temps d exposition du film Chambre noire bo te tanche la lumi re contenant le capteur assimilable un cran fixe o vient se former l image 11 2 L objectif II 2 1 Focale Dans le jargon photographique on ne parle pas de distance focale mais de focale Un objectif est constitu de plusieurs lentilles pour les objectifs les plus simples ayant une focale fixe il y a g n ralement entre 4 et 8 lentilles La focale qui est donn e repr sente donc la distance focale du syst me optique quivalent II 2 2 Ouverture et nombre d ouverture On appelle ouverture d un appareil photographique le diam tre D de la pupille d entr e de l objectif Lorsqu on consid re l clairement du d tecteur intervient le rapport de la focale sur le diam tre de l ouverture N f D Ce rapport N appel nombre d ouverture est une grandeur sans unit 20 7 Attention ne pas confondre l ouverture et le nombre d ouverture plus le nombre d ouverture est gran
9. Afficher l histogramme des niveaux de gris menu Couleurs gt Information gt Histogramme o Modifier la luminosit de limage menu Couleurs gt Luminosit et contraste observer l aspect de l image modifi e et les changements de histogramme M mes questions en modifiant le contraste Interpr ter Quelles sont les op rations faites sur les valeurs des pixels pour la luminosit et le contraste Pour vous aider trouver les lois de transformation regarder comment la moyenne de l image et les valeurs minimales ou maximales de l image sont affect es par ces op rations Vous pouvez galement regarder les courbes de transformation associ es o Egaliser l image originale Couleurs gt Auto gt Egaliser Observer l aspect de l image modifi e et les changements de l histogramme V Images en couleur Ouvrir une image en couleur o S lectionner Couleurs gt Informations gt Histogramme et afficher les histogrammes correspondant aux diff rentes couleurs rouge vert bleu o Dupliquer l image originale S lectionner Couleurs gt Inverser et observer aspect de l image les histogrammes correspondant aux diff rentes couleurs de l image transform e et les comparer a ceux de l image originale o Revenir l image originale La dupliquer S lectionner Couleurs gt Auto gt Balance des blancs et observer l aspect de l image ainsi que les histogrammes correspondant aux diff rentes cou
10. V rifier que la carte m moire n est pas pleine Configurer l appareil pour utiliser la plus grande taille d image disponible JPEG Fine 3872x2592 pixels 7 Mettre l objectif en autofocus s lecteur sur l objectif en position A pour que la mise au point soit effectu e automatiquement 27 IV 4 Temps de pose et nombre d ouverture Se oe 7 7 7 Choisir un sujet environ 2 m avec un fond lointain votre bin me sur fond de campus par exemple Travailler avec une focale de l ordre de 35 mm Se mettre en mode A priorit ouverture R gler le nombre d ouverture sur 8 ou 11 Noter le temps de pose indiqu et prendre la photo Avec le nombre d ouverture retenu choisir en mode manuel M un temps de pose qui permette de prendre une photo surexpos e puis sous expos e Revenir au mode A et prendre rapidement pour que la luminosit soit stable plusieurs photos du m me sujet en changeant le nombre d ouverture et en notant chaque fois le temps de pose correspondant ne changer aucun autre param tre de l appareil photo et ne pas modifier le cadrage Repr senter les r sultats sous la forme d une courbe adapt e reliant nombre d ouverture et temps de pose Quelle relation math matique attend on entre le temps de pose et le nombre d ouverture lorsque l exposition est constante ce qui est assur par le mode A Comment se comporte le mode A par rapport a la relat
11. cache AB de la lampe l aide du syst me t l objectif c est dire en gardant e 10 cm positionn de telle sorte que le grandissement du t l objectif soit 1 Noter la distance S A entre le plan de cette image et le centre S de la lentille L2 Th oriquement quelle est alors la distance H A entre le plan principal image H et l image A B dans le cas de l exp rience n 4 ainsi que la distance H A entre le plan principal image H et l image A B dans le cas de l exp rience n 5 Faire un sch ma l chelle o sont rassembl s les r sultats de vos deux mesures pr c dentes en incluant notamment les objets AB et A B En d duire la distance focale du t l objectif avec son incertitude 14 10 11 12 13 14 15 Sur votre sch ma pr c dent reporter les positions des plans principaux H et H Calculer la distance focale partir de la formule de Gullstrand V rifier que c est en accord avec la construction et vos mesures aux incertitudes pr s D terminer l encombrement du t l objectif soit la distance lentille convergente plan focal image D terminer la distance focale d une lentille convergente quivalente ce doublet qui donne le m me grandissement Quel est l int r t d utiliser le t l objectif plut t que la lentille convergente quivalente Reprendre la m me d marche pour mesurer la distance focale d un objectif photographique r
12. contre qui est faite contre jour d autres non Nous consid rerons donc l appareil photographique d un point de vue purement technologique en bon scientifique Votre objectif consiste savoir utiliser un appareil reflex avec ses diff rents r glages et comprendre l incidence de ces r glages sur les prises de vue Le principe de fonctionnement de l appareil photographique sera tudi exp rimentalement en effectuant diff rentes photographies et expliqu par des mod lisations th oriques simples On entend par simple le fait que toutes les tudes th oriques seront effectu es en mod lisant l objectif par une lentille mince convergente alors que certains objectifs d appareil photo peuvent comporter plusieurs dizaines de lentilles Les tudes seront men es avec un appareil reflex num rique II Notions de photographie Dans ce paragraphe nous introduisons succinctement les grandeurs et param tres qui seront tudi s par la suite Vous pourrez trouver plus de d tails dans le manuel d utilisateur du D3000 de Nikon disponible durant la s ance ainsi que sur le site de PUE ou sur de nombreux sites internet Certains paragraphes qui suivent sont d ailleurs largement inspir s de certains de ces sites comme http dp mariottini free fr Dossier hoto numerique conseils utiliser appareil numerique htm 19 I1 1 1 Description g n rale d un appareil photographique r flex Objectif
13. divergente dans ce dernier cas prendre une lentille tr s divergente pour que l effet soit net Dans chaque cas observer comment se d place l image par rapport l objet Faire les sch mas correspondants Conclusion 7 I Etude n 2 Construction d un t l objectif Introduction L objectif photographique est un syst me optique convergent form de plusieurs lentilles qui a pour but de former des images r elles sur le capteur de l appareil photographique Un objectif se caract rise par sa distance focale son ouverture relative son angle de champ qui d finit la surface sensible maximale utilisable La quantit de lumi re sortant de l objectif est toujours plus faible que la quantit de lumi re y entrant L une des qualit s d un objectif est de perdre le moins de lumi re possible c est dire que le taux de quantit de lumi re sortante sur la quantit de lumi re entrante demeure le plus proche possible de 100 De plus la trajectoire des rayons lumineux travers l objectif jusqu au capteur ne doit pas d pendre de la couleur et la forme des objets photographi s doit tre respect e Un t l objectif est un objectif longue focale L effet de cette longue focale est de former une image d un objet loign aussi grande que possible ou plus pr cis ment de permettre un cadrage beaucoup plus serr par un angle de vision troit angle de champ ou champ angulaire II n y a pas de d finition
14. effectu e photosite par photosite en s rie SiO Chaque photosite fonctionne sur la base de effet photo lectrique Lorsqu un photon incident arrive sur la surface du photod tecteur avec une nergie suffisante un lectron est mis Cet lectron est stock dans un puits qui contient environ 100 000 lectrons Le nombre total d lectrons qui peut tre stock est appel contenance du puits well capacity Il faut ensuite pouvoir conna tre pour chaque photosite le nombre d lectrons stock s qui est donc proportionnelle l nergie lumineuse re ue par le photosite C est l tape de lecture du signal Dans la figure ci dessous chaque photosite de la matrice a re u une certaine quantit de lumi re et g n r des lectrons not s par des lettres de l alphabet La sortie des lectrons est constitu e de deux tapes importantes Le transfert vertical cf figure du milieu transf re toutes les charges d une ligne vers le bas dans une ligne masqu e la lumi re appel e registre horizontal Le transfert horizontal cf figure de droite transf re toutes les charges du registre horizontal d une colonne vers la gauche registre horizontal horloges V horloges H Les images sont ensuite enregistr es sous la forme d une matrice de valeurs de niveaux de gris voir l tude N 5 compris entre O et 4096 Cela correspond au format NEF RAW de l appareil photo Lorsque nous travaill
15. es Il faut cependant qu un maximum de mesures apparaisse dans votre compte rendu et que ces mesures soient comment es Faites des comparaisons entre les spectres et exercez votre esprit scientifique pour faire des conclusions IV 3 Spectre de r flectance Ce mode va permettre de mesurer la r flectance R A d un objet en fonction de sa longueur d onde et donc de caract riser sa couleur ind pendamment de la source qu il l illumine Pour cela on enregistre 2 spectres l un correspondant celui de la source l autre celui de la lumi re diffus e Plut t que d enregistrer directement le spectre de la source en pla ant la fibre optique en face il est plus commode d enregistrer le spectre diffus par une surface blanche bristol plac juste devant l objet que l on veut caract riser se placer en mode S Scope placer la fibre face au bristol v rifier que le signal est inf rieur 4000 sinon diminuer le temps d exposition ou reculer la lampe Eteindre la lampe et enregistrer le spectre correspondant Store Dark Spectrum puis rallumer la lampe et enregistrer le spectre r fl chi par la surface blanche Store Reference Spectrum passer ensuite en mode R Reflection afin d observer normalement un spectre plat correspondant a 100 de r flectance pour toutes les longueurs d onde Enlever le bristol blanc on observe alors R A Caract riser alors la couleur des papiers color s Qu
16. o peut on miniaturiser un appareil photographique probl matique quelles sont les difficult s et les limitations Etude d un t l objectif transmission distorsion profondeur de champ Illustrer ce th me sur les appareils photographiques votre disposition et sur l int r t des t l objectifs des paparazzis Pouvez vous contr ler la vitesse des voitures en ville avec l appareil photo votre disposition Comment faire Quelles sont les difficult s et la pr cision de vos mesures Expliquer le probl me des objectifs pour r aliser des photographies dans le mode macro Pourquoi les photographies de mode sont r alis es avec des grands capteurs 6x6 Traitement d images et montages photos Principes de bases et illustrations Comparez les performances en termes de sensibilit de r solution et de dynamique des anciens appareils photos argentiques avec celles des appareils num riques
17. ou 3 photos avec le capuchon avec diff rentes sensibilit s et un temps de pose de 30 s Observer un coin de la photo en grossissant norm ment l image afin d observer et localiser ces pixels chauds Noter leur nombre et montrer un exemple dans votre compte rendu V 2 Fonction r duction du bruit de fond Dans les appareils photo num riques vous avez presque tout le temps une fonction de r duction du bruit de fond Selon les appareils ces options ne font pas toutes la m me chose Nous allons nous int resser uniquement celle de l appareil photo que nous utilisons en TP Prenez une photo toujours avec le capuchon et rep rer plusieurs points chauds Refaites la m me photographie en ayant activ la fonction r duction du bruit de fond Comparez les deux photos Que fait cette fonction Attention il ne faut pas laisser brancher l appareil photo sur l ordinateur V 3 Bruit et chelle iso Enlever la r duction de bruit de fond L un des avantages des appareils photo num riques est la possibilit de pouvoir changer tr s facilement d chelle ISO Pour les argentiques il fallait changer la pellicule 49 photo En augmentant la sensibilit il est possible de faire des photos avec des temps de pose courts m me dans des conditions de lumi re faible Cependant cela a un impact direct sur le bruit Pour augmenter la sensibilit on amplifie avant la conversion analogique digitale la charge lectrique corres
18. soit plus petite que e pour que la nettet de la photo soit optimale On peut donc avoir une image avec la m me apparence de nettet pour plusieurs distances objet objectif Cette plage de distance d finit la profondeur de champ La profondeur de champ est l un des crit res les plus importants d une photographie et peut tre facilement modifi e gr ce aux diff rents r glages accessibles pour un appareil photo r flex Nous allons au cours de cet exercice nous familiariser avec les diff rentes grandeurs qui influent sur la profondeur de champ d un appareil photo 22 Capteur On suppose que l appareil et le sujet sont fixes pour qu il n y ait pas d effet de flou d au boug qui donnerait bien videmment un flou ind pendant de la profondeur de champ L objectif est de d terminer la relation entre la profondeur de champ la focale l ouverture et la dimension des pixels L tude est effectu e pour une mise au point donn e c est dire pour une distance fixe entre l objectif et le capteur 1 Relation entre profondeur de champ et dimension d un pixel pour une ouverture donn e a Mod lisation de l appareil photographique repr senter l objectif par une lentille convergente de 3 cm de focale Choisir une ouverture de 6 cm Repr senter le plan du capteur CCD 5 cm de la lentille et mod liser le pixel au centre de l axe optique On choisira une dimension du pixel 1 cm Expliquer pourqu
19. C 23 6 x 15 8 mm Nombre total de pixels 10 75 millions Syst me anti poussi re Nettoyage du capteur d image syst me de contr le du flux d air donn es de r f rence pour correction poussi re logiciel Capture NX 2 optionnel requis Taille d image pixels 3872 x 2592 L 2896 x 1944 M 1936 x 1296 5 Fonna de fichier NEF RAV JPEG conforme au format JPEG Baseline avec un taux de compression Fine ferviron 1 4 Normal ferviron 1 8 ou Basic environ 1 16 NEF RAV JPEG enregistrement des photos aux deux formats NEF RAY et JPEG IV 2 3 Prise en main ultra rapide Cet appareil a t choisi pour son utilisation facile intuitive et sans souci communiqu de presse Nikon d c 2006 N h sitez donc pas a naviguer dans les diff rents menus et si le bon sens n est pas suffisant pour trouver le r glage recherch il vous suffira de vous reporter au manuel d utilisateur voir le site de UE Ecran de contr le LCD Vous pouvez faire apparaitre lt Le menu pour acc der aux tr s nombreux r glages 26 lt Les prises de vue enregistr es en choisissant d afficher ou non les diff rents r glages utilis s s lecteur multidirectionnel K2 Les informations sur les r glages en cours bouton info c t du d clencheur Une partie de ces informations sont en permanence inscrites dans le viseur Modes de prise de vue Le D3000 offre la possibilit de choisir p
20. GRENOBLE 1 UNIVERSITE JOSEPH FOURIER DLST UJF Licence 2 ann e UE Physique 236 Autour de la photographie num rique Themes tudi s Photographie Photom trie Colorim trie Ann e 2013 2014 Martial Balland martial balland ujf grenoble fr Antoine Delon antoine delon ujf grenoble fr Sylvie Zanier sylvie zanier ujf grenoble fr Autour de la photo num rique Les s ances Ce module se d roule en 7 s ances de 4 heures Le point commun de ces s ances est l imagerie photographique incluant les aspects formation des images clairage et d tection du rayonnement Plus pr cis ment les contenus sont les suivants S ance n 1 lentilles minces p 5 S ance n 2 construction d un t l objectif p 9 S ance n 3 aberrations et profondeur de champ p 15 S ance n 4 utilisation d un appareil photo r flex p 19 S ance n 5 traitement d images p 31 S ance n 6 clairage et photographie en couleur p 37 S ance n 7 capteur CCD p 45 La pr paration des s ances Chaque s ance comporte des exercices pr paratoires faits et rendus individuellement au d but de la s ance Ils sont n cessaires une bonne compr hension du travail demand pendant la s ance II est aussi n cessaire de lire attentivement les nonc s avant la s ance Les comptes rendus Les s ances donnent lieu un compte rendu par bin me Ce compte rendu sera donn l enseignant au d but de la s ance suivante I
21. a sous expos e trop fonc e L exposition d pend de la sensibilit exprim e en ISO plus celle ci est lev e plus le capteur est sensible la lumi re Si on choisit une valeur ISO lev e on pourra opter pour une ouverture plus faible et ou un temps de pose plus court En passant de 100 800 ISO avec un appareil num rique on ne modifie pas la sensibilit r elle du capteur contrairement au cas des pellicules de diff rentes ISO pour les appareils argentiques On introduit seulement une modification de l amplification du signal lectrique d livr par les sites photosensibles du capteur La sensibilit naturelle du capteur num rique se trouve vers 200 ISO passer a des sensibilit s sup rieures permet d viter le flou d au boug en autorisant un temps de pose plus court mais la qualit des images se d grade avec l augmentation de la sensibilit entra nant des bruit de fond ou des effets de neige On retrouve le grain pouss des pellicules argentiques aussi il est conseill de ne 21 pas trop pousser la sensibilit du r glage Il faut parfois choisir entre une photo nette et granuleuse ou fine mais floue IL 5 Capteur CCD Le capteur de l appareil utilis en TP est un capteur CCD Charge Coupled Device ou dispositif transfert de charges qui constitue la zone photosensible Il remplace la pellicule des anciens appareils argentiques Il s agit d une matrice de pixels chaque pixe
22. a bande l intensit I Ao et sa largeur AX puis calculer le produit I Ag x AA qui donne approximativement l intensit int gr e lt P A0 gt du rayonnement pour cette couleur On photographie le bristol clair en pla ant l appareil photo un endroit fixe de fa on ce que la prise de vue s effectue toujours dans les m mes conditions en choisissant le mode manuel M avec une valeur de louverture fix e une fois pour toutes de fa on l g rement sous exposer les photos sinon des zones sont syst matiquement surexpos es Bien noter chaque fois la valeur du temps de pose Tpose V rifier que vos photos ne sont pas satur es dans aucune des trois couleurs imm diatement Si c est le cas diminuer le temps de pose jusqu obtenir une photo non satur e dans chacun des calques RVB Analyser les photos num riques obtenues au moyen du logiciel GIMP pour chaque image correspondant une valeur de Ao d composer l image obtenue suivant ses 3 couleurs RVB de base ou composantes Puis mesurer pour chaque composante le niveau de gris moyen au centre du spot clair s lectionner un rectangle et information histogramme Enfin pour chaque composante RVB tracer le graphique Niveau de gris moyen lt P 4 gt T pose en fonction de Ao Interpr ter ces courbes 44 Etude n 7 Le capteur CDD Attention penser teindre l appareil photo quand vous ne l utilisez pas de mani r
23. ans dits nodaux La connaissance de la position de ces diff rents l ments nous permet de savoir comment les rayons lumineux vont tre affect s par l association de lentilles Comme pour une lentille mince on s appuiera sur trois types de rayons Tout rayon objet parall le l axe optique ressortira la m me hauteur par le plan H et passera par F Tout rayon objet passant par F et croisant H ressortira parall le l axe optique et la m me hauteur dans le plan principal image H Tout rayon qui passe par le centre de H ressortira parall le mais en passant par le centre de H 10 La distance focale objet de l association de lentilles est alors la distance f HF et la distance focale image de l association est f H F On utilise la formule de Gullstrand pour d terminer la position des diff rents l ments H F H et F d un doublet de lentilles Nous introduisons l intervalle optique A F F On a donc f1 A f2 e de sorte que la formule de Gullstrand peut se r crire ff f A etf fh A La relation de conjugaison pour une association de lentilles est Il est aussi int ressant de d terminer la position des plans principaux H et H par rapport aux positions des centres optiques des lentilles S et S SH ts f A A On en d duit la position du foyer objet F et du foyer image F par rapport aux positions des centres optiques des lentilles S er S
24. ante des capteurs est leur taille Cela a des cons quences sur les aberrations et galement sur la sensibilit de l appareil photo En effet plus les photosites seront petits moins ils recevront de lumi re et plus le temps de pose devra tre allong condition de ne pas IL III saturer en lectrons ces photosites car les puits ont une certaine capacit Les tailles standards des capteurs CCD s tendent de 5 1x3 8 mm pour un t l phone portable ou un compact 36x24 mm pour un reflex ce qui est quivalent la taille des pellicules des anciens appareils photos Il appara t qu un capteur mesurant 24 x 36 mm donnera une image plus nette s il utilise des pixels proches de 9 microns En effet plus petits le syst me lectronique perd sa capacit capturer les photons et g n re plus de bruit Beaucoup d appareils photo num riques ont des capteurs de la taille 23 6x15 8 mm C est le cas des appareils photos num riques utilis s en TP Dans le paragraphe suivant nous allons essayer de mesurer la taille des pixels MESURE DE LA TAILLE DES PIXELS Pour d terminer la taille des pixels aucune exp rience n est n cessaire dans notre cas En effet nous connaissons la taille du capteur et leur nombre tous les deux indiqu s dans la notice A partir de ces donn es il est tr s facile de calculer la taille des pixels A vous de jouer Si nous ne connaissons pas la taille des capteurs en ouvrant une image
25. armi 12 modes de prises de vue gr ce au s lecteur de mode situ sur le dessus du boitier Les modes qui seront utilis s sont les 5 modes suivant tout Automatique et surtout P S A et M qui permettent de contr ler une s rie de r glages avanc s Il existe en outre des modes sc nes que nous n utiliserons pas avec diff rents r glages adapt s des situations particuli res portrait paysages enfants image de nuit Les modes P S A et M offrent des niveaux de contr le diff rents sur la vitesse d obturation ou le temps de pose et l ouverture UV La Mode P auto programm la vitesse d obturation et l ouverture sont d termin s automatiquement par l appareil les autres param tres tant choisis par l utilisateur tr s proche du mode Automatique Mode S priorit la vitesse lutilisateur choisit la vitesse et l appareil d termine l ouverture pour des r sultats optimaux Mode A priorit louverture l utilisateur choisit louverture et l appareil d termine la vitesse pour des r sultats optimaux Mode M manuel l utilisateur contr le la vitesse et louverture Le temps de pose est contr l e par la molette et l ouverture avec cette m me molette mais il faut appuyer sur le bouton situ c t du bouton On Off IV 3 Configuration de l appareil 7 7 Avant toute prise de vue v rifier le mode de prise de vue
26. ateur ne soit pas g n par le bruit Pour cela diff rents traitements sont appliqu s aux donn es ce qui nous emp che d tudier facilement le bruit En mode manuel M prendre une s rie de photos l ISO 1600 d un mur blanc ou d une feuille blanche avec un clairage uniforme en faisant varier le temps de pose afin d obtenir des images sous expos es surexpos es Comme pour l exp rience pr c dente le r glage de l appareil doit tre tel que l image est floue Si vous avez le temps r p ter cette op ration diff rents ISO 400 et 100 Ouvrir les images avec gimp S lectionner un petit carr 100x100 environ sur chacune des photographies et affichez l histogramme Relever la valeur moyenne et la d viation standard pour vos diff rentes photos En toute logique la valeur moyenne devrait augmenter lin airement avec le temps de pose Vous remarquerez que cela n est pas le cas Ceci est d aux traitements d image r alis s par l appareil photo Pour prendre en compte cette correction on devra appliquer un facteur multiplicatif correctif K Pour se faire il faudra consid rer la photographie la plus sous expos e correspondant au temps de pose To Pour une autre photographie i de temps de pose 7 on d finira le facteur correctif K par o l est la valeur moyenne mesur e pour la photo i expos e avec le temps de pose T et lo la valeur moyenne mesur e pour la photo de r f rence de temps de pose To
27. ble de r aliser la photo des deux objets de la question pr c dente sans modifier la position de l appareil par rapport aux objets ni le cadrage ni la focale R aliser l exp rience et comparer la th orie IV 7 Influence de la focale sur l angle de champ ou champ VU 7 angulaire et la profondeur de champ Choisir une vue avec un sujet situ 1 m comprenant d autres plans entre 1 m et l infini Se mettre en mode automatique et faire la mise au point sur le sujet plac 1m En changeant uniquement la focale de l appareil photo prendre quelques photos Mesurer dans chaque cas l angle de champ Comment volue t il avec la distance focale Etudier la profondeur de champ calculer la distance de nettet devant et derri re le sujet Questions de synth se L appareil photographique le plus performant sera forc ment celui qui poss de le plus de pixels Vrai ou Faux Les objectifs qui ont un nombre d ouverture les plus petits sont g n ralement les moins chers Vrai ou Faux Pour faire des portraits avec une petite profondeur de champ faut il utiliser un nombre d ouverture petit ou lev Avec le m me appareil photo pour une focale donn e la profondeur de champs est plus faible pour une mise au pont 50 cm qu l infini Vrai ou Faux Dans des conditions de luminosit standard avec un appareil num rique quel est le temps de pose maximal conseill pour une focale de 30 mm
28. ce Spectrum obtenu en observant le spectre d une lampe halog ne mettant un spectre du type corps noir correspondant sa temp rature de fonctionnement attention ne pas saturer le d tecteur loigner suffisamment la fibre de la lampe choisir un temps d exposition assez court Le menu Processing gt Set Color Temperature affiche la temp rature par d faut de la lampe typiquement 3100K pour le filament d une lampe halog ne courante On passe ensuite en mode Relative Irradiance Relative au sens o l intensit a t calibr e o On peut alors observer le spectre calibr de m importe quelle source lumineuse observer celui des tubes fluos de la pi ce de la lumi re du jour par la fen tre celui de la lampe halog ne lorsqu on baisse son courant d alimentation celui de la lumi re transmise travers des filtres color s les couleurs d un cran plat cette occasion observer l il avec une loupe de fort grossissement l aspect de l cran o S il fait beau vous pouvez comparer le spectre du soleil voir travail pr paratoire au spectre mesur A quoi correspondent les absorptions que vous observez dans ce spectre o Comparer les spectres des n ons obtenus en Scope et Relative Irradiance Que pensez vous de la lumi re mise par la lampe incandescence 41 Vous remarquerez ici que beaucoup de choses vous sont propos es et que peu de questions sont explicitement pos
29. d et moins le diaphragme est ouvert Par exemple avec l appareil utilis en s ance quand on lit aperture F11 cela signifie que le nombre d ouverture est gal 11 et que l ouverture est D f 11 On trouve aussi dans la documentation technique la notation f pour d signer le nombre d ouverture 7 L ouverture joue un r le fondamental sur la profondeur de champ introduite plus bas 11 2 3 Zoom Un objectif focale variable est appel zoom Il est fort difficile de construire un zoom performant a toutes les focales En particulier pour les objectifs courants les ouvertures sont faibles et donc le temps de pose a tendance tre lev et de ce fait le risque de flou d au boug est plus important Les photographes confirm s pr f reront utiliser plusieurs objectifs focale fixe ou plusieurs zooms diff rents de meilleures qualit s qu un zoom unique ayant une grande plage de variation de la distance focale II 3 Temps de pose L acquisition d une image se fait en exposant le capteur pendant un temps d termin appel temps de pose Le temps de pose est indissociable de louverture utilis e Plus ouverture est grande plus le temps de pose doit tre court et inversement II 4 Sensibilit ISO Pour avoir une photographie bien expos e il est important d avoir la quantit de lumi re n cessaire trop de lumi re et la photo sera surexpos e trop claire pas assez et elle ser
30. de A n de pixel et intensit correspondante 7 Enregistrer les spectres au format ascii en cliquant sur l ic ne disquette et choisir Tab Delimited no Header 40 IV 2 Spectre d mission C est le mode par d faut qui visualise les diff rentes longueurs d onde pr sentes Noter que la sensibilit de la barrette du photod tecteur d pend tout comme notre il de la longueur d onde Les barrettes utilis es sont tr s peu sensible dans l infrarouge Obtenir un signal tr s faible pour l infrarouge ne signifie donc pas que l infrarouge n est pas pr sent dans la source de lumi re analys e Pour avoir le spectre peu pr s talonn en intensit on doit d abord utiliser une source dont conna t la r partition en intensit On utilisera ici une lampe halog ne dont la temp rature de fonctionnement est environ de 3100 K A partir de cette mesure on peut corriger le spectre mesur pour obtenir le vrai spectre de la source que l on tudie Suivre la d marche suivante pour l talonnage en intensit du spectrom tre Enregistrer un spectre d obscurit Store Dark Spectrum obtenu en cachant la lumi re venant de la source lumineuse ce spectre contient la lumi re parasite et le signal d obscurit du photod tecteur On peut alors retirer ce signal parasite de tout signal enregistr en cliquent sur l ic ne Scope Minus Dark Enregistrer un spectre de r f rence Store Referen
31. e ne pas tomber en panne de batterie Rendre une version imprim e du compte rendu r dig sur ordinateur plus les images s par ment en version lectronique I INTRODUCTION SUR LA TAILLE DES PIXELS Les appareils photos num riques sont tous quip s d un capteur num rique Il est l quivalent de la pellicule sur les appareils argentiques C est le capteur num rique qui capte la lumi re lorsque la photo est prise Le capteur poss de une r solution spatiale exprim e en Pixels C est la premi re chose qui est mise en avant sur un appareil photo num rique En effet de nombreuses personnes pensent qu un appareil dot d un capteur de 10 Mpx fera de meilleures photos qu un 6 Mpx C est d une logique implacable car plus il y a de pixels plus la photo est d taill e Ce que l on ne vous dit pas c est que sur une photo 10x15 l il humain est incapable de faire la diff rence entre une photo prise en 3 Mpx ou 10 Mpx Alors oui si vous faites des agrandissements ou alors des recadrages vous obtiendrez une photo d taill e avec votre appareil 10 Mpx que vous n aurez pas avec votre 6 Mpx Si vous ne faites jamais de recadrage ni d agrandissement un 6 Mpx peut tre suffisant Un appareil proposant une tr s haute d finition ne garantit pas d avoir de belles photos c est une id e re ue C tait vrai au tout d but lorsque les appareils faisaient moins de 3 Mpx Une autre caract ristique import
32. elles sont les longueurs d onde absorb es quelles sont les longueurs d ondes diffus es Sensibilit spectrale des canaux RVB de I appareil photo On cherche conna tre ici la sensibilit de l appareil photo en fonction des longueurs d onde Pour cela l id al est d avoir une source monochromatique ayant la m me intensit pour toutes les longueurs d onde En faisant des photos avec le m me temps de pose la quantit de signal nous donnerait imm diatement la sensibilit en fonction de la longueur d onde Ici gr ce des filtres de bande passante relativement troite on va se construire une s rie de rayonnements color s relativement monochromatiques Par contre l intensit du signal ne sera pas la m me selon les longueurs d onde Pour d terminer l intensit de chaque rayonnement on utilisera le spectrom tre USB dans son mode Relative Irradiance 42 43 Pour r aliser cette mesure on pr pare une s rie de rayonnements color s relativement monochromatiques au moyen d une lampe blanche filtr e par des filtres de bande passante relativement troite Ce rayonnement monochromatique claire un bristol blanc et on enregistre le spectre de ce rayonnement au moyen du spectrom tre fonctionnant en mode Relative Irradiance cf lll 2 Il est important que la fibre optique garde la m me position pour que les mesures de spectre soient comparables Noter la longueur d onde Ag du maximum de l
33. ent V rifier ce r sultat par le calcul et par une construction graphique Quel est l int r t de la m thode de Silberman V rifier que pour D lt 4 f il n y a pas d image r elle D terminer exp rimentalement la distance focale d une des lentilles convergentes mis disposition par cette m thode V 1 Me kS HI 3 Technique globale Plut t que de calculer f en se basant sur une distance unique D entre les deux lentilles cas des deux pr c dentes m thodes vous pouvez mesurer d pour toute une s rie de valeurs de D Un ajustement de d en fonction de D donne alors f Commentez cette technique notamment en terme de pr cision par rapport aux deux pr c dentes IV Mesures de la distance focale d une lentille divergente en utilisant les formules de conjugaison Une lentille divergente donne toujours d un objet r el une image virtuelle que l on ne peut donc pas visualiser directement sur un cran C est ce qui emp che de mesurer sa distance focale aussi simplement qu avec une lentille convergente On vous propose ici d tablir un protocole exp rimental pour pouvoir mesurer la distance focale d une lentille divergente en utilisant les formules de conjugaison dans deux situations on forme un objet r el vis vis de la lentille divergente dont l image virtuelle sert d objet virtuel pour une lentille convergente connue qui en fait une image r elle dans la config
34. espondent aux rayonnements monochromatiques de longueur d onde visibles comprises en gros entre 400 et 750nm suivant la r partition limites un peu arbitraires TE CE 380 420 500 570 590 620 Longueur d onde inm ultraviolet violet vert jaune orange infrarouge Au niveau physiologique le d tecteur est l il et la sensation de couleur r sulte de la pr sence sur la r tine de 3 types de cellules appel es c nes ayant des sensibilit s diff rentes suivant la couleur du rayonnement qui les claire les c nes bleus sont 37 sensibles au rayonnement dans la gamme 400 540nm les verts sont sensibles dans la gamme 480 600nm les rouges sont sensibles dans la gamme 550 750nm De fa on analogue un appareil photo couleur comprend une matrice de photod tecteurs devant laquelle est plac e une mosa que de microfiltres color s filtre de Bayer tendant reproduire la sensibilit des 3 types de c nes S c nes bleus M c nes verts L c nes rouges Sensibilit relative ZN Vert Longueur d onde nm i Rouge Un rayonnement sera per u comme blanc si les 3 types de cellules sont excit es avec des intensit s comparables ce qui se produit si le spectre du rayonnement est compos de longueurs d ondes r parties suivant les 3 intervalles mentionn s cela implique que des rayonnements de spectres diff rents peuvent tre per us comme galeme
35. hiers et la qualit des images obtenues Vous pouvez comparer la qualit des images ainsi comprim es celle de la question pr c dente en effectuant les comparaisons taille d image identique En conclusion vous d sirez r duire la taille de vos fichiers image Que vaut il mieux faire enregistrer avec une qualit r duite ou avec une chelle r duite IV Quelques outils de caract risation des images et de transformation des images Ouvrir une image jpg noir et blanc et dans le menu Couleurs choisir o Niveaux Modifier les seuils d entr e et de sortie quoi correspondent les chiffres dont vous pouvez modifier les valeurs Quelle transformation est appliqu e aux pixels o Inverser Quelle transformation est appliqu e aux pixels dans ce cas v rifier votre hypoth se en regardant le contenu d un fichier ascii invers 34 o Post riser Gimp r duit alors le nombre de niveaux de gris Choisir le niveau de post risation 2 et regarder le nombre de couleurs diff rentes dans l image menu couleur information analyse colorim trique A partir de quel nombre de niveaux de post risation l image vous parait elle correctement reproduite quel nombre de couleurs cela correspond il Regarder effet de post risation sur une image couleur En d duire l op ration qui est r alis e lorsqu on enregistre une image jpg avec une qualit r duite Ouvrir une image en niveau de gris o
36. i _Alfite et gpa fle A A ta S Une derni re caract ristique qui va nous int resser est le grandissement HA ai a gt oe HA Remarque Il existe une convention permettant de repr senter un doublet de lentille avec 3 entiers n p q tels que o a est une constante 11 III Etude pr paratoire Cette tude pr paratoire est ind pendante de la partie th orique pr c dente Il s agit ici d tablir les diff rentes formules utiles au TP III 1 Exercice 1 Trac de rayons Soit une lentille paisse ou une association de lentilles caract ris par un plan principal objet et un plan principal image s par de 10 cm et une distance focale f 15 cm Construire l image d un objet AB plac perpendiculairement l axe principal travers cet l ment optique pour les trois cas suivants AB situ dans l espace objet r el au del du foyer objet F AB situ dans l espace objet r el entre F et le plan principal objet AB situ dans l espace au del du plan principal image I 2 Exercice 2 Etude d un t l objectif On va tudier un t l objectif constitu d une lentille convergente L de distance focale f 20 cm suivie d une lentille divergente L de focale et f 30 cm Les centres optiques respectifs des deux lentilles sont S et S2 Ils sont s par s de la distance e 10 cm Rappeler les conditions sur la position de l objet d une lentille divergente
37. ion attendue Expliquer pourquoi m me pour une sc ne statique le temps de pose a une influence sur la nettet globale de l image IV 4 1 Relation entre temps de pose et distance focale R gle des photographes Pour une sc ne ou il n y a pas de mouvement il existe une r gle commun ment admise chez les photographes Pour r aliser une photo main lev e sans risque de flou le temps de pose doit tre inf rieur ou gal l inverse de la focale Attention pour un reflex num rique il faut multiplier la focale de l objectif par 1 5 pour appliquer cette r gle Pour une focale de 50 mm par exemple le temps de pause devra tre plus court que 1 75 s et non 1 50 s Ce facteur de 1 5 est li la diff rence de taille de capteur CCD par rapport un appareil argentique 28 Pour deux distances focales diff rentes tudier cette r gle Pr ciser l tude effectu e et discuter de la validit de cette r gle 29 IV 4 2 Comment r gler le temps de pose lorsque le sujet est en mouvement Pourquoi faut il diminuer le temps de pose lorsqu on veut photographier un sujet en mouvement Pourquoi peut il tre g nant de trop le diminuer Expliquer pourquoi le temps de pose maximal permettant d avoir une image nette est reli la dimension d un pixel e Mettre en vidence le mouvement de votre bin me en train de courir jongler ou encore le mouvement du tramway en prenan
38. ions g om triques 11 2 1 Les aberrations de sph ricit Pour tudier l aberration sph rique on r alise l exp rience en prenant un objet ponctuel situ sur l axe et une lentille fortement bomb e et de grand diam tre On r alise l image d un trou fin l aide de cette lentille sur un cran Pour faire dispara tre l aberration chromatique on peut utiliser un filtre color Observer l influence du sens de la lentille Observer l influence de surface clair e de la lentille 7 7 7 Ww 1 Me Se placer dans les conditions d aberrations sph riques les plus importants et d placer l cran ae Expliquer vos observations Se kS Que peut on en d duire en ce qui concerne la r fraction des rayons paraxiaux et marginaux 16 17 7 V 1 kS 7 III 2 2 La distorsion Un faisceau de lumi re parall le claire un objet tendu grille Diaphragmer la lentille et chercher l image de la grille D placer ensuite le diaphragme entre l objet et la lentille puis entre la lentille et l cran et observer les d formations du quadrillage Par des sch mas simples expliquer la d formation en barillet diaphragme situ entre l objet et la lentille et la d formation en coussinet diaphragme situ entre la lentille et l cran III 2 3 La profondeur de champ Positionner l objet et l cran de fa on que leur distance soit sup rieure 4f f tant la di
39. ivant p OA p OA ou O est le centre de la lentille ou le sommet du miroir et A et A sont les positions respectives d un point objet et de son image sur l axe optique orient de l espace objet vers l espace image El ment Relation de Grandissement UE Vergence simple conjugaison transversal Miroir sph rique rayon de courbure R Lentille de distance focale f I 2 Construire l image d un objet AB plac perpendiculairement l axe principal travers une lentille mince convergente pour les trois cas suivants AB situ dans l espace objet r el entre et le foyer objet F AB situ dans l espace objet r el entre F et le centre optique O de la lentille AB situ entre le centre optique et le foyer image F I 3 Recommencer pour une lentille mince divergente AB situ dans l espace objet r el entre et le foyer image F AB situ dans l espace objet r el entre F et le centre optique O de la lentille AB situ entre le centre optique et le foyer objet F I 4 M thode de Bessel Soit une lentille mince convergente de distance focale f Monter que lorsque la distance D entre l objet et l cran est sup rieure 4f il existe deux positions s par es de d donnant chacune une image r elle Pour cela on utilisera la formule de conjugaison en exprimant p et p en fonction de D d et D d Connaissant D et d 2 2 d montrer que pa 4D
40. l galisation d histogramme qui consiste transformer les niveaux de sorte que l histogramme qui initialement ne remplit pas uniform ment toute la plage 0 255 la remplisse uniform ment apr s galisation Li ital Image originale Image plus contrast e Figure 1 principe de l galisation d apr s http dept info labri fr vialard Traitement cours cours2 pdf En assimilant un histogramme une fonction continue cela revient effectuer la transformation suivante h I hegatis I a vf I Figure 2 galisation dans le cas d un histogramme continu h l dl est ici la probabilit de trouver un pixel de niveau compris entre et dl avant galisation apr s galisation la probabilit hegaiise I est devenue la m me quel que soit le niveau du pixel c est dire que l image contient le m me nombre de pixels de niveaux entre O et 10 entre 10 et 20 etc h gaiisa I est donc une constante Les deux distributions sont reli es par une relation g n rale qui traduit la conservation du nombre de pixels h I dl h galis ll dl 32 1 Montrer que si les nouvelles valeurs des pixels sont reli es aux anciennes par la relation I l h DdI 0 alors la nouvelle distribution est bien plate 2 La relation entre et peut elle tre lin aire Consid rez par exemple le cas d un histogramme initial qui soit uniforme dans un certain sous intervalle l
41. l tant un photod tecteur individuel Le capteur est caract ris par son nombre de pixels mais galement par la dimension de chaque pixel ou la dimension totale du capteur Ce dernier param tre est rarement mis en avant mais il est fondamental pour la notion de nettet d image reli e la profondeur de champ IL 6 Profondeur de champ Comme pour tout syst me optique la profondeur de champ ou plage de nettet est d finie par la diff rence entre les positions minimale et maximale de l objet qui donne une image nette Avec un appareil reflex il est tr s facile de modifier arbitrairement la profondeur de champ ce qui constitue une diff rence majeure par rapport aux appareils automatiques Une image est consid r e comme nette lorsqu un point objet donne un seul point image sachant que dans le cas de la photographie num rique un point image est en fait un pixel du CCD III Etude pr paratoire Exercice latitude de mise au point et profondeur de champ La mise au point d un appareil photographique s effectue en d pla ant l objectif par rapport au capteur jusqu obtenir une image nette Cependant l exigence de nettet de la photographie va d pendre de la dimension du pixel de la cam ra CCD l image d un point objet dans le plan du capteur est en effet un spot de taille finie plus ou moins grande suivant la qualit de l optique et de la mise au point mais il suffira en pratique que la taille du spot
42. l sera valu par votre enseignant D roulement du projet photographique Vous trouverez p 53 de ce polycopi une s rie de propositions de th mes d tude concernant la photographie Ces tudes pourront concerner la r alisation d un appareil photographique proprement dit des probl mes d optique pos s pour la r alisation de photographies sp cifiques les traitements d image possibles Vous aurez le temps de choisir un sujet dans la liste propos e mais vous aurez aussi la possibilit de proposer votre propre sujet en v rifiant avec l enseignant la pertinence et la r alisation possible de celui ci Enfin ci besoin est vous aurez la possibilit d emprunter les appareils photo num riques r flex de la 4 s ance pour r aliser les photographies n cessaires l illustration de votre projet Avant d arriver cette s ance vous devrez donc avoir r fl chi pr cis ment votre projet photographique Vous ferez un expos de votre projet au cours d une s ance suppl mentaire devant vos enseignants et vos camarades Ne restez pas au cours de cet expos dans le descriptif et les g n ralit s mais tenez vous une d marche scientifique et p dagogique Vous avez la possibilit de compl ter votre expos avec quelques pages crites d taillant des aspects plus quantitatifs de votre travail Etude n 1 Les lentilles minces convergentes et divergentes I Etude pr paratoire I 1 Remplir le tableau su
43. le sorte que la couleur ressentie d un ensemble d objets composant une sc ne observ e est souvent relativement ind pendante de la couleur de l clairage Ces 38 IL ph nom nes complexes ont comme contrepartie l existence de d fauts de perception de couleur que les peintres impressionnistes ont en particulier cherch repr senter cf la couleur des ombres De la m me fa on que l enregistrement ou la perception des couleurs est bas e sur l analyse de la lumi re suivant 3 composantes la restitution des couleurs est souvent r alis e au moyen de la composition de 3 teintes de base dont on ajuste directement la r partition et l intensit ou qu on att nue plus ou moins en ajoutant du noir cas de impression sur papier on parle alors de quadrichromie Cependant il faut bien r aliser que la reproduction de la couleur d une sc ne enregistr e au moyen de ce syst me 3 teintes de base n est en pratique pas parfaite car cause des recouvrements entre les sensibilit s spectrales des c nes de la r tine elle ne permet pas de synth tiser toutes les combinaisons possibles des niveaux d excitation de ces 3 types de c nes les intensit s des 3 teintes permettant de restituer la couleur enregistr e au d part sous la forme de 3 nombres 11 12 et 13 sont solutions d un syst me de 3 quations 3 inconnues mais ces solutions ne sont physiquement admissibles que si elle sont toutes positi
44. lentille divergente on lui accole une lentille convergente de distance focale connue Il est imp ratif que l ensemble soit convergent Par la m thode d autocollimation on d termine alors la distance focale de cet ensemble de deux lentilles par la formule de Gullstrand Cette formule s crit 1 1 1 e o e est la distance entre les centres optiques des deux lentilles f f B fif Dans notre cas les lentilles sont accol es et donc e 0mm L ensemble doit tre convergent quelle condition cela implique t il sur la distance focale de la lentille convergente D terminer la distance focale de la lentille divergente disposition en expliquant votre d marche M thodes de Bessel et de Silbermann II1 1 M thode de Bessel Choisir une lentille mince convergente de distance focale connue et v rifier que pour une distance objet cran D gt 4f il existe deux positions s par es donnant une image r elle avec des grandissements inverses Interpr ter Utiliser les r sultats de votre pr paration pour en d duire la distance focale d une des lentilles convergentes que vous avez votre disposition Que pensez vous de la pr cision de la mesure 7 kS II 2 M thode de Silbermann Observer que pour une distance objet cran D 4f il y a position unique de la lentille mince convergente donnant une image r elle d un objet r el Quel est alors le grandissem
45. lentille mince convergente de centre optique S et de foyer focal image F l encombrement est la distance SF f soit la distance focale image de la lentille Pour un objectif photographique l encombrement correspond la distance entre la premi re lentille de l objectif et le capteur qui doit contenir l image finale travers le t l objectif d un objet situ l infini II Th orie Le t l objectif cole que nous allons r aliser au cours de la s ance TP est compos par l association de deux lentilles une lentille convergente L suivie d une lentille divergente L2 Dans ce paragraphe nous allons rappeler les diff rentes lois correspondant au doublet de lentilles que l on prendra convergente On d signe par S4 et S les centres optiques respectifs des deux lentilles L4 et L2 de foyers objets respectifs F1 et F et de foyers images respectifs F et F e S S est la distance entre les deux lentilles Attention ici l paisseur e gt 0 H 4 t F A F Fa F On note encore f SF f S F f S F et f S F Nous allons nous int resser aux caract ristiques globales de ce syst me de lentilles qui peut tre mod lis par la connaissance de ces foyers objet F et image F ainsi que par la position des plans principaux objet H et image H attention si l un au moins des milieux extr mes n est pas de lair les formules et trac s de rayons sont diff rents et il faut introduire des pl
46. leurs de l image transform e et les comparer ceux de l image originale o Revenir l image originale S lectionner Fen tre gt Fen tres ancrables gt canaux Afficher les diff rents canaux A quoi correspondent ils Observer le r sultat obtenu lorsqu on superpose 2 de ces canaux 35 36 Etude n 6 Eclairage et photographie en couleurs Attention demander l enseignant d teindre les tubes fluorescents lors de la r alisation de vos photos M me remarque que pour le TP n 5 en ce qui concerne le compte rendu r dig et tap sur ordinateur version imprim e donn e l enseignant avec les images num rot es et incluses dans le rapport et les fichiers images transmis s par ment Les courbes et graphiques seront soit retrac s avec un logiciel tel que SciDaVis sur les ordinateurs de la plate forme ou bien obtenus par copie d cran partir de SpectraSuite et GIMP I Introduction La plupart des photos r alis es de nos jours sont des photos en couleurs Cela pose la question de ce qu est la couleur comment on la d finit comment on la mesure comment on l enregistre comment on la reproduit que ce soit sur un document imprim une diapositive projet e ou un document lectronique visionn sur un cran comment on la percoit Au niveau physique la couleur est reli e au spectre S A du rayonnement optique qui parvient au d tecteur Les couleurs de l arc en ciel corr
47. logiciel sur votre ordinateur personnel de fa on vous familiariser avec son utilisation et notamment comprendre les op rations de transformation des niveaux des pixels http www gimp or A l issue de ce TP vous saurez effectuer les taches suivantes redimensionner et convertir des images effectuer des traitements des images correction des couleurs modification du contraste appliquer des effets divers Par ailleurs les comp tences acquises ne se limitent pas l utilisation de Gimp en effet vous ne serez pas d pays s avec d autres logiciels de retouche d images comme Imagel pour lesquels les concepts voqu s dans ce TP sont identiques 31 IL Exercice pr paratoire Une partie importante des m thodes de traitement d images consistent modifier les valeurs aussi appel es niveaux ou intensit s des pixels ind pendamment de leurs positions dans l image c est le cas du seuillage par exemple o on met 0 tous les pixels de niveau inf rieur un certain seuil De fa on plus g n rale on peut appliquer des transformations lin aires du type I axl b sachant que les niveaux et I sont toujours compris entre O et 255 ce qui revient a modifier le contraste et la luminosit De fa on g n rale toute changement des niveaux des pixels modifie a priori l histogramme c est dire la distribution des niveaux des pixels de l image II existe un traitement particulier appe
48. nous pouvons savoir quel est le nombre de pixels contenus dans cette image Il reste faire une photo d un quadrillage d un objet de taille connue une distance connue et avec une focale connue pour d terminer la taille du capteur Prenez une photo en mode autofocus d une feuille de format A4 une distance de 1 2 et 3 m l aide de votre appareil photo R p tez l op ration pour diff rentes focales A l aide de l optique g om trique d terminer pour chacune de vos photos la taille de l image de la feuille sur le capteur En visualisant l image l aide de Gimp d terminer pour chacune des images le nombre de pixels que cela repr sente sur votre photo En d duire la taille des pixels Comparer la valeur r elle et critiquer cette m thode quelles sont les limites et les hypoth ses PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU CAPTEUR CCD Deux grandes cat gories de capteurs sont utilis es dans les appareils photo num riques Les capteurs dits CMOS Les capteurs CCD 46 Seuls les capteurs CCD capteur charges d filantes seront d crits ici car les appareils photo num riques utilis s en TP sont quip s de ce type de capteur Channel stop Si p 1 47 Le CCD est un composant lectronique de la technologie MOS M tal Oxyde Silicium Le principe du CCD est de convertir des photons en lectrons dans une matrice de photosites ou de pixels La lecture de l image est
49. nt blancs proc d tr s largement utilis dans les sources d clairage ou comme ayant la m me couleur proc d justement utilis dans la reproduction des couleurs en photographie qui nous int resse aujourd hui Cependant en photographie le plus souvent ce n est pas une source de lumi re que l on photographie ce sont les objets clair s par une source Ces objets rediffusent une partie de la lumi re qu ils re oivent Lorsqu on les claire avec une lumi re blanche ces objets nous apparaissent color s si certaines composantes du spectre de la lumi re incidente sont absorb es par l objet et manquent dans le spectre de la lumi re diffus e qui parvient notre il On va caract riser la couleur d un corps par sa r flectance spectrale R A qui est le rapport entre la puissance Puis A de la lumi re diffus e et la puissance Pinc A du rayonnement monochromatique re u la longueur d onde R A Pait A Pinc A La couleur per ue est donn e par le spectre de lumi re re ue par l il dont l intensit est proportionnelle Pai A soit au produit R A x Pinc A Cette relation montre ainsi que la couleur per ue d un corps ou enregistr e par la photo est fonction la fois du corps et du spectre Pinc A de l clairage En fait du point de vue neurologique les choses sont plus compliqu es car les neurones analysent l image couleur fournie par les c nes de la r tine de tel
50. oi on a choisi une distance focale inf rieure la distance entre la lentille et le CCD b Montrer qu on peut avoir l impression d une image nette pour diff rentes positions de l objet Pour cela l aide d un trac de rayons d terminer la position de l objet la plus loign e A et la position la plus proche A qui donnent une image nette Indiquer sur le sch ma l cart entre ces deux positions qui d finit la profondeur de champ c Est ce que la relation de conjugaison est rigoureusement v rifi e pour l ensemble des points objets qui se trouvent dans la plage d finie par la profondeur de champ 23 2 Relation entre profondeur de champ et ouverture num rique Montrez qualitativement que l on peut jouer sur la profondeur de champ en modifiant louverture du diaphragme par exemple refaire un sch ma avec une ouverture diff rente du pr c dent 3 Expression de la profondeur de champ Pour une distance d de mise au point on peut montrer que les positions des points A et A2 sont approximativement donn es par 2 2 L aag 2E f deN f deN a En supposant que la dimension d un pixel de l appareil D3000 est de 6 um remplir les tableaux suivants de profondeur de champ pour les focales de 18 et 55 mm des nombres d ouverture de 2 8 et de 22 et des distances de mise au point de 10 5 et 2 m interpr ter les ventuelles valeurs n gatives que vous pourriez obtenir
51. ons avec le format compress JPEG 24 bit chaque couleur est chantillonn e sur 8 bit donc de 0 255 Il y a donc une perte d information Lorsque l intensit de la lumi re clairant une sc ne baisse de moins en moins de lumi re parvient aux photod tecteurs de l appareil photo et la valeur du niveau de gris moyen d cro t jusqu devenir nulle auquel cas l image est totalement noire et on ne distingue plus rien Pour obtenir un niveau de gris observable on augmente le temps d exposition et ventuellement la sensibilit ISO En fait la qualit de l image tendant alors baisser on voit appara tre des fluctuations importantes de pixel pixel manifestation dans ce cas particulier d un ph nom ne courant en physique qu on appelle bruit C est ce que l on va chercher a mieux comprendre et caract riser dans le paragraphe suivant IV PARTIE A PREPARER Rappelez ou trouvez sur internet le principe de l effet photo lectrique refaites vous m me un sch ma et r crivez quelques explications simples ne faites pas de copi coll de ce que vous trouvez La capacit des puits des photosites est tr s importante vis vis du bruit En effet pour N lectrons contenus dans un puits on observe pour un clairement uniforme des fluctuations d amplitude de l ordre de JN d un photosite l autre Cela signifie que lorsque le nombre d lectrons augmente dans le puits le signal augmente p
52. pondant aux lectrons stock s dans les diff rents puits Par exemple supposons que la capacit du puits soit de 100 000 lectrons et que le convertisseur code sur 256 niveaux Pour une sensibilit de 100 ISO un pixel contenant 100 000 lectrons sera enregistr apr s conversion analogique num rique suivant le nombre maximal 255 Lorsque la sensibilit sera de 200 ISO la charge provenant du puits sera doubl e avant conversion de telle sorte que si le puits n est rempli qu 50 000 lectrons le convertisseur en verra en fait 100 000 et la valeur du pixel sera encore 255 et restera satur e 255 si le puits contient plus de 50 000 lectrons Il se trouve que lorsqu on double la charge on double galement l amplitude des fluctuations de pixel pixel Une image haute sensibilit au centre de l image ci dessous est donc granuleuse et assez laide car elle correspond des pixels ayant re u pour le m me niveau de gris moins d lectrons qu bas ISO et donc le signal bruit est plus petit qu bas ISO pour limiter ce ph nom ne on peut lisser la photo mais sa r solution se d grade et on voit moins les d tails droite 100150 1600150 1600 1S01iss On va maintenant tudier exp rimentalement comment le bruit volue avec l ISO Prendre en mode priorit louverture A des photos d une feuille blanche clair e uniform ment avec un r glage ISO allant de 100 Hi1 ISO 3200 Enle
53. pour que l image de cet objet soit r elle Dans un premier temps on recherche la position du foyer image F du doublet de lentille Pour cela on consid re un objet AB l infini AB est l image de cet objet obtenu travers la lentille convergente L4 Il sert d objet virtuel pour la lentille divergente Lz L donne de cet objet virtuel une image r elle agrandie AB situ par d finition dans le plan du foyer image F du doublet Calculer S A la position de l image travers la lentille L de l objet AB situ l infini partir de la relation de conjugaison de la lentille L4 Calculer S A la position de l image travers la lentille L de l objet partir de la relation de conjugaison de la lentille L En d duire la position du foyer image F du doublet Faire un sch ma de principe de ce t l objectif et tracer le trajet des rayons lumineux En d duire l expression de l encombrement S A Comment se compare l encombrement de ce syst me compos avec celui d une unique lentille mince qui aurait la m me focale calcul e avec la formule de Gullstrand 12 IV Manipulation Vous disposez de 3 lentilles convergentes Lo Li et L3 et d une lentille divergente L de distance focale f 30cm On rep re les 3 lentilles convergentes Lo L L3 de sorte que f lt f lt f on a des focales d environ 10 20 et 50 cm Le but de la manipulation est de comprendre comment on mesure la di
54. pr cise de la focale minimale partir de laquelle on doit parler de t l objectif mais on part g n ralement du principe que tous les objectifs ayant un angle de vision plus troit que la perception naturelle de l il humain entrent dans cette cat gorie Par r f rence au film argentique 24 36 mm on consid re que cela correspond des focales sup rieures 50 mm ou 55 mm Le 90 mm est souvent utilis pour les portraits permettant la fois de prendre un certain recul et d avoir donc des mod les plus naturels et d viter les d formations dues une trop grande proximit du visage Le 135 mm est encore meilleur pour des portraits sur le vif des mod les particuli rement timides ou un photographe qui tient se faire oublier un peu de son mod le Les focales de 170 mm 250 mm commencent permettre la chasse photographique Les objectifs de 1000 mm demandent un aff t sp cial et obligent le plus souvent utiliser un pied photographique l une des qualit s d un t l objectif dont on va illustrer le principe au cours de cette s ance est li e son encombrement On d finit l encombrement d un syst me optique convergent par la distance entre le premier l ment du syst me optique et son plan focal image On veut un grandissement le plus grand possible avec le plus faible encombrement Pour cela on associe plusieurs lentille et on va comparer l encombrement de cette association par rapport une seule Pour une
55. roportionnellement N le bruit augmente proportionnellement a VN et le rapport signal sur bruit augmente comme N VN XN Plus la zone sera claire moins le bruit sera visible et inversement plus les zones seront sombres plus le bruit sera visible Prenons quelques exemples Consid rons que la capacit du puits est de 100 000 lectrons et que la photo peut tre divis e en trois zones o la lumi re est homog ne Dans la premi re zone les puits sont remplis autour d une valeur moyenne de 3000 Dans une deuxi me zone les puits sont remplis 50 000 et dans la derni re zone autour de 99 000 Calculer l amplitude des fluctuations du nombre d lectrons auquel on peut s attendre dans les trois zones 48 V En consid rant que le signal est cod sur 8 bits 256 niveaux peut on les observer ETUDE EXPERIMENTALE DU CAPTEUR CCD V 1 Pixels morts et pixels chauds Les pixels morts sont des pixels qui ne r agissent plus la lumi re ambiante Quels que soient le temps de pose ou la sensibilit ISO de votre appareil photo ils apparaissent toujours blancs c est dire satur s en nombre d lectrons Les pixels chauds sont des pixels qui ont une sensibilit plus grande Leur niveau est toujours sup rieur aux pixels adjacents Ils apparaissent rouges ros s Leur teinte d pend de la sensibilit et du temps de pose Rep rer les pixels morts et ou chaud de votre appareil photo faire 2
56. rut Fichier gt Exporter et s lectionner le type de fichier Ouvrir cette m me image pgm en ascii avec un logiciel de texte notepad ou Wordpad Expliquer le nombre de lignes du fichier Expliquer pourquoi les chiffres sont compris entre 0 et 255 En d duire en gros la taille des fichiers pgm ascii et brut et comparer ces valeurs avec les valeurs indiqu es par l ordinateur 7 Editer un fichier ascii d crivant un rectangle de 4x3 pixels comportant une ligne de blanc suivi d une ligne de gris et d une ligne de noir Cr er ce fichier et l enregistrer avec l extension pgm et l observer sous GIMP utiliser Outils gt Zoom pour qu il apparaisse l cran avec une taille raisonnable 7 Ouvrir nouveau une de vos images jpg avec Gimp puis l enregistrer au format JPEG avec diff rents niveaux de qualit Comparer les tailles des fichiers et la qualit des images obtenues Pour cela agrandir autant que n cessaire l image au moyen de la commande Affichage gt Zoom ou utiliser l onglet dans le bas de l image affich e Commenter sur l int r t du format JPEG et ses d fauts V En s lectionnant le menu Image gt Echelle et taille de l image enregistrer la m me image au format JPEG avec des nombres de pixels r duits et le niveau de qualit par d faut valider vos choix en cliquant sur Echelle Comparer comme la question pr c dente la taille des fic
57. sion imprim e sera donn e a l enseignant avec les photos de petite taille num rot es et incluses dans le rapport Les fichiers originaux de ces photos num rot s conform ment au CR seront transmis a l enseignant sur une cl USB Penser pour chaque photo de votre compte rendu a bien pr ciser les choix des param tres importants de votre tude temps de pose focale ouverture IV 2 Mat riel Vous avez a votre disposition un boitier d appareil photographique num rique D3000 de chez Nikon quip d un objectif focale variable zoom 18 55mm f 3 5 5 6 Vous tes responsable pendant toute la dur e de la s ance du bon tat de l appareil et de tous les l ments associ s Un manuel d utilisateur lt Une carte m moire lt Une batterie Un cache objectif Un c ble de connexion USB 25 IV 2 1 Pr cautions d usage Afin d viter tout risque de chute et de d t rioration du mat riel nous vous demandons de toujours utiliser la bandouli re lors des prises de vue et de remettre le cache objectif apr s chaque utilisation IV 2 2 Sp cifications La fiche technique est votre disposition en s ance nous avons reproduit ici les premi res lignes Type Reflex num rique Monture d objectif Monture Nikon F avec contacts AF Champ angulaire effectif Environ 1 5x la focale de l objectif utilis format DX Nikon Pixels effectifs 10 2 millions Capteur d image Capteur DT
58. stance focale d un doublet de lentille d une lentille paisse ou du t l objectif d un appareil photo en fait de tout syst me optique convergent Notre syst me optique convergent sera un doublet de deux lentilles une lentille convergente L4 suivie d une lentille divergente L espac e d une distance de 10 cm Attention H et H ne sont pas les plans des lentilles et rien ne permet de savoir o ils sont situ s a priori 13 Mesurer les distances focales images des 3 lentilles convergentes par la m thode d autocollimation une mesure est l ensemble de la valeur de la distance focale et de son incertitude Identifier les 3 lentilles Donner l incertitude pour vos diff rentes mesures Mesurer par auto collimation la distance focale de la lentille divergente en accolant celle ci une lentille focale convergente Donner l incertitude sur votre mesure Cr er une image l infini d un objet AB l aide de la lentille convergente Lo et de la lampe quip e du cache Expliquer votre d marche Cette image l infini servira d objet l infini pour le t l objectif constitu de la lentille convergente L suivie de la lentille divergente L avec une distance e de 10 cm On note A B l image par le t l objectif de cet objet l infini En d duire la position SF du plan focal image du t l objectif par rapport au centre optique S de la lentille L Enlever la lentille L et faire l image A B du
59. stance focale de la lentille convergente utilis e V rifier qu ils existent deux positions de la lentille pour lesquelles on obtient une image nette de l objet Pour chacune des images obtenues d terminer exp rimentalement la latitude de mise au point par d placement de la lentille Conclusion Variation de la profondeur de champ avec le diaphragme Pour un couple donn lentille cran d terminer exp rimentalement la profondeur de champ pour les diff rents diaphragmes Conclusion Variation de la profondeur de champ avec la focale On dispose d une lentille convergente L de focale fi 20 cm La distance cran lentille tant fix e une valeur l g rement sup rieure fi on d termine la profondeur de champ en d pla ant l objet En d duire la distance moyenne objet lentille On remplace la lentille pr c dente par une lentille convergente de distance focale f 10 cm Pour la distance objet lentille d duite pr c demment on d place l cran pour obtenir une image nette La distance lentille cran tant alors fix e d terminer nouveau la profondeur de champ Conclusion 18 Etude n 4 L appareil photographique r flex I Objectifs Photo G Laget Durant cette s ance nous n allons pas vous apprendre faire de belles photographies Ce type d appr ciations fait appel des notions subjectives artistiques propres la sensibilit de chacun Certains peuvent critiquer la photographie ci
60. t des photographies avec diff rents temps de pause On travaillera en mode manuel M Vous indiquerez pour chaque photographie la focale le nombre d ouverture choisi et bien videmment le temps de pause choisi Conclure IV 5 Sensibilit ISO 7 Se mettre en mode A avec une ouverture maximale 7 V rifier que la fonction r duction du bruit n est pas activ e Etudier exp rimentalement la relation entre sensibilit et temps de pose en prenant plusieurs photos bien expos es Tracer le graphe ISO en fonction de l inverse du temps de pose et conclure Pourquoi faut il utiliser un pied quand on travaille a faible ISO Pour prendre en photo un ruisseau en recherchant un effet fil cf photo ci contre comment faut il r gler la sensibilit IV 6 Etude de l effet de l ouverture sur la profondeur de champ Pour faire ressortir un sujet sur une photographie comme dans le cas d un portrait ou d une macro faut il augmenter ou diminuer la profondeur de champ Donc faut il augmenter ou diminuer l ouverture On souhaite r aliser une photo de deux objets situ s 40 cm et 50 cm du photographe Montrer qu avec une focale de 55 mm et un nombre d ouverture N 8 30 il n est pas possible de r aliser une photo nette R aliser l exp rience et comparer la th orie cf la partie pr paratoire Quelle pr caution s particuli re s faut il prendre Est il possi
61. uration 4f jouant ainsi le r le d un ceil fictif on forme un objet r el vis vis d une lentille convergente connue en configuration 4f dont l image virtuelle situ e entre le centre optique et le foyer objet de la lentille divergente forme une image r elle Pour chaque situation vous devez tablir le protocole exp rimental pour faire la mesure expliquer ce protocole en r alisant le trac des rayons lumineux r aliser la mesure de la distance focale de la lentille divergente sur le banc optique Attention dans cette partie il n est pas strictement n cessaire de respecter la condition de Silbermann D 4f pour la lentille convergente la d marche consiste utiliser un couple de positions connues objet image afin de positionner l objet ou l image de la lentille divergente l image ou l objet respectif tant r els et donc directement observables V Diff rencier une lentille convergente d une lentille divergente Plusieurs m thodes permettent de distinguer ces deux types de lentilles comparer les paisseurs au niveau de laxe optique puis au niveau des bords pour une lentille convergente puis pour une lentille divergente Conclusion regarder un objet tr s proche l aide d une lentille convergente puis d une lentille divergente Comparer les grandissements Conclusion regarder un objet tr s proche en d pla ant transversalement une lentille convergente puis une lentille
62. ver l autofocus s lecteur situ sur l objectif de l appareil photo et r gler l appareil de mani re ce que la photo soit floue Le but est de pouvoir faire l hypoth se que sur une petite zone de la photo chaque pixel re oive la m me quantit de lumi re Ouvrir les images avec gimp 7 Pour chacune des photographies s lectionner un petit rectangle d environ 100 pixels de c t et affichez l histogramme a chaque fois relevez la valeur moyenne et la d viation standard V rifiez que les valeurs moyennes sont proches au fait pourquoi devraient elles l tre Relevez le temps de pose T pour chacune de vos photos 50 Tracer le temps de pose en fonction de I ISO Tracer la d viation standard en fonction de l ISO Qu observe t on Interpr tez VA Bruit et quantit de signal Lors de toute exp rience on cherche am liorer la qualit des donn es c est dire limiter les sources de bruit de l exp rience Ici nous allons encore prendre en photo une feuille de papier blanc uniform ment clair e avec diff rents temps de pose Ceci va changer chaque fois la quantit de signal qui arrive sur la CDD Lorsque le temps de pose sera court les puits seront faiblement remplis Lorsque le temps de pose sera long les puits des diff rents pixels seront remplis Comment le bruit va t il voluer Les constructeurs des appareils photo font de leur mieux pour que l utilis
63. ves ce qui n est pas toujours le cas Ce TP va vous permettre de vous familiariser avec ces notions de d terminer la sensibilit spectrale des pixels de l appareil photo et de comparer pratiquement et th oriquement les photos d objets color s r alis s avec diff rents types d clairages Documentation R f rences bibliographiques PEREZ Optique g om trique et ondulatoire chapitre XX FEYNMAN M canique tome 2 Wikipedia http fr wikipedia org wiki Couleur Site web du CERIG rattach l Ecole PAGORA cole d ing nieurs internationale du papier de la communication imprim e et des biomat riaux de Grenoble INP et en particulier le dossier sur la gestion de la couleur http cerig efpg inpg fr ICG Dossiers Gestion couleur sommaire htm 39 HI IV Travail pr paratoire 1 Rechercher sur internet les spectres d un corps noir diff rentes temp ratures Commentez ces courbes en prenant des exemples ou applications particuliers rayonnement d un corps 37 C principe du thermom tre infra rouge couleur d une flamme ou d un morceau de m tal rayonnement de l univers 2 Compte tenu de la temp rature apparente du soleil trouver superposer le spectre d un corps noir la temp rature du soleil au spectre du soleil tel qu il nous parvient au niveau du sol toujours partir de donn es internet que vous aurez v rifi es ou crois es avec d autres donn es
64. xp rience que vous r aliserez en TP pour mesurer la variation de f II Cours sur transparent avec polycopi 15 IHI Manipulations IIL 1 Les aberrations chromatiques Pour mettre en vidence les aberrations chromatiques utiliser une lentille simple non corrig e de distance focale environ 20 cm Former l image nette d un petit objet F plac au point de convergence d une lampe quartz halog ne Faire la mise au point sur un cran mobile situ plus d 1 m de la lentille Orienter et ventuellement diaphragmer l g rement la lentille pour minimiser les aberrations g om triques Remplacer ensuite l objet F par un trou de petites dimensions Placer un filtre color un endroit o il ne diaphragme pas le faisceau et rep rer avec soin la position de l image correspondante Proc der de la m me fa on avec une autre couleur et d duisez en la variation de la distance focale suivant le protocole que vous avez d fini la 2 question de l exercice pr paratoire D duisez en une valeur approximative de la constringence A f Af nsss 1 N487 Nese Enlever le filtre et translater l cran parall lement au banc optique Observer la couleur des bords du faisceau lumineux et expliquer l ordre des couleurs observ es Attention l alignement si celui ci est bien r alis votre image doit avoir la sym trie cylindrique Si ce n est pas le cas contr ler votre alignement IIL2 Les aberrat

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