Oeil et caméra, caméra et oeil
2012/12/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
En 1872, un débat intense a eu lieu sur une équitation californienne. La question était de savoir si les chevaux arrivaient à avoir dans l'air les quatre pattes dans la galopée; certains fans disaient oui et d'autres non, mais à l'œil nu il était impossible de clarifier la question en toute sécurité. La seule façon d'éclairer était par un appareil photo qui a la capacité de geler les images, tandis que les yeux ne. Ils ont donc engagé le photographe Eadweard Muybridge. Cependant, il n'était pas facile d'exploiter cette capacité dans les chambres de l'époque. Muybridge a passé six ans à organiser un système de six caméras pour photographier la séquence de mouvements du cheval, mais en 1878, il a réussi la série photographique intitulée The Horse in Motion, et il est devenu clair que oui, avec les quatre pieds dans l'air à un moment du cycle. La caméra a vu ce que l'œil ne pouvait pas voir. Le résultat a eu une grande répercussion et la série photographique est devenue célèbre, par exemple, par les revues Scientific American et La Nature (actuellement La Reserche).
Trois couleurs
Fondamentalement, si la caméra est copie d'un œil. Selon l'expert de la société Juantxo Sardon Pixel, « le fonctionnement de base est que la lumière pénètre dans un trou et que le faisceau lumineux est imprimé quelque part. Dans l'œil égal, le trou d'entrée de l'œil est la pupille et celui de la caméra est objectif. La largeur du trou est variable dans les deux cas, grâce à l'iris et au diaphragme dans la chambre.
Et le lieu d'impression de l'image est la rétine dans l'œil et une plaque photosensible dans la caméra. "Dans les caméras analogiques c'était un négatif photosensible (film) et dans les appareils numériques un capteur, jusqu'à présent les capteurs CCD étaient habituels et de nouveaux capteurs, appelés CMOS, sont maintenant sortis". Le CMOS est un capteur moins cher et plus rapide qui se multiplie dans les caméras d'aujourd'hui, mais fondamentalement tous les capteurs numériques traitent la lumière comme les yeux : ils la distribuent en signaux de trois couleurs de base - rouge, bleu et vert - qui la convertissent en électricité. Le capteur CMOS effectue la conversion par un processus sophistiqué. Il distribue la lumière en trois couleurs et c'est le capteur lui-même qui effectue la numérisation de cette information sans avoir besoin d'une nouvelle puce. Le mécanisme de la rétine de l'oeil est encore plus spécialisé : dans les cellules photosensibles (cônes et bâtonnets) une molécule comme la vitamine A, la rétinale, et une protéine, l'opsine, travaillent ensemble pour transformer la lumière en électricité.
Ce sont deux façons de faire la même chose, mais la référence est l'œil humain. Les trois couleurs de base sont celles des rayons lumineux qui reçoivent les cônes de la rétine. C'est pourquoi nous les appelons basiques, de leur combinaison surgissent toutes les couleurs que la lumière peut avoir, mais en réalité ce n'est pas un processus physique. Les couleurs combinées sont un produit du cerveau humain. Cependant, la caméra s'adapte au fonctionnement de l'œil et convertit chaque couleur qu'elle reçoit en une combinaison de lumière verte, bleue et rouge qui numérise cette combinaison.
Une seconde, cent images
Prendre une image prend du temps, ce n'est pas un processus soudain. La lumière qui entre dans l'œil est reçue par la rétine, qui est saturée jusqu'à compléter l'image. Pour cela, il faut du temps, environ un centième de seconde. Une fois cette prise d'image terminée, commencez à prendre l'image suivante. Enfin, l'œil peut prendre 100 images par seconde.
La caméra peut être plus rapide. Sardon a travaillé avec eux. "Parmi les caméras rapides, l'une des plus prestigieuses est la marque Phantom", dit-il. "Vous pouvez enregistrer 2000 images par seconde. Si nous reproduisons la gravure sur 25 images par seconde, nous obtenons un effet ralenti de très haute qualité. Il a un effet plastique spécial".
La caméra rapide est également un puissant outil de recherche scientifique. De ce point de vue, l'appareil photo est mieux que l'œil, car, comme dans le cas des photos du cheval de Muybridge, il capture des images qui ne capturent pas les yeux. La vidéo à grande vitesse permet d'observer des processus physiques comme l'expulsion des spores par le cerveau, le mélange de liquides dans un récipient, les explosions et la combustion ou le vol des abeilles.
Les options sont inépuisables; ce qui ressemble à un événement soudain est un processus de plus d'une étape. Le processus de transformation d'un grain de maïs en pop-corn est un bon exemple: au début, la peau du grain est fissurée, puis le matériau blanc du pop-corn est expansé et expulsé de la fissure, puis un autre trou s'ouvre dans la peau et une nouvelle bosse de la matière blanche s'élargit qui va tirer tout le pop-corn dans l'air.
Cependant, la capture rapide de nombreuses images a une compensation, car pour chaque image la caméra a moins de temps. Cela signifie, d'une part, que l'entrée de lumière dans la caméra est faible sur chaque image et que les caméras doivent beaucoup clarifier ce qui va être roulé et, d'autre part, que la vitesse augmente, la taille de l'image est inférieure. Ce sont des images avec moins de pixels. "Un phantom [par seconde] occupe 2000 images en taille HD en 1920 x 1080 pixels. Mais au format 4K (4096 x 3072 pixels), le plus grand des formats utilisés dans le cinéma numérique, il enregistre 500 images. Cependant, les fabricants ne cessent d'améliorer ces chiffres », explique Sardon.
Oeil panoramique
La limite de l'œil a la même origine. C'est un organe très puissant, mais il ne peut pas prendre plus de 100 images par seconde, car chaque image que vous recevez contient beaucoup d'informations. D'une part, il prend des images de centaines de mégapixels, et d'autre part, cette image est plus large que celle qui prend un grand objectif angulaire: l'œil voit un angle de plus de 140 degrés et les grands angles d'environ 120 degrés (bien qu'il y ait des objectifs atteignant 180 degrés). Il est vrai que les yeux, et surtout le cerveau, ne traitent pas le centre de l'image et les deux parties, mais il reçoit beaucoup d'informations qui "ralentit" le travail de l'œil.
De plus, l'œil ne change pas d'optique, c'est-à-dire qu'il fonctionne toujours avec le même objectif, avec le cristallin. C'est un élément en forme de bulle dans l'œil et chaque mur se comporte comme une lentille convexe. Il est soumis à l'œil et à travers des muscles sa géométrie est modifiée et sa distance à la rétine, mouvement qui est celui qui concentre l'image. Contrairement à ce qui se passe dans les lentilles d'une caméra, le matériau du cristallin est en constante rénovation et, au moins chez un jeune homme, il est un composant flexible. Quant au cristallin, la stratégie de l'œil consiste donc à fonctionner avec un seul "objectif" de haute qualité, ce qui rend le cristallin beaucoup plus sophistiqué que n'importe quel objectif artificiel réalisé par l'homme.
La caméra, quant à elle, utilise une stratégie contraire, à laquelle s'ajoutent différents objectifs pour chaque type d'image à prendre. Selon Sardon, l'avantage de la caméra est que le simple changement d'objectif s'adapte à l'image que vous souhaitez prendre. "Pour enregistrer un court, par exemple, nous changeons l'optique de la caméra sur chaque plan. En fait, en faisant des choses comme l'ikzio, chaque plan est un tableau », dit-il.
La caméra peut également fonctionner sans optique. En fait, les premières photos de l'histoire étaient faites sans objectifs. "Les caméras étaient des caméras noires avec un petit trou d'entrée de lumière et un matériau photosensible à l'intérieur. Il y a une formule pour calculer le diamètre de l'orifice : il doit avoir autant de trou pour le projeter sur un support d'une certaine taille à une certaine distance », explique Sardon. De cette façon, il ouvrait le trou et la lumière créait l'image dans le matériau photosensible. "Il y a encore des gens qui prennent des photos comme ça. Le plus célèbre est Ilan Wolff".
Les photos ainsi prises sont très limitées. La profondeur de la zone ou l'angle que la caméra introduit dans l'image ne peut être contrôlée, ni effets de zoom ni rien. Mais il a une caractéristique favorable: en l'absence de lentilles, il n'y a pas d'obstacles à la lumière. Les objectifs des caméras conventionnelles ne sont pas totalement transparents, car un paramètre important de la qualité de l'objectif est la transparence. Le paramètre qui mesure cette transparence est le nombre f. Dans tous les objectifs, le numéro f de cette pièce est défini, d'autant mieux que le plus petit est f. Et la référence de l'œil devient évidente : la valeur minimale qu'il peut prendre est f = 1, la valeur de la cornée et du cristallin de l'œil. Certaines caméras peuvent voir ce que l'œil ne peut pas, mais dans les matériaux il n'y a rien comme l'œil.
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